Основные физико-химические свойства меди

Атомное строение меди

Медь в Периодической системе имееет атомный номер 29 является первым элементом 1B группы или первым элементом одиннадцатой группы. Электроннная конфигурация свободного атома в нормальном состоянии (OK) ls22s22p63s23p63d104s1.

Медь изоморфна и кристаллизуется с образованием гранецентрированной кубической решетки типа A1. Период решетки меди при 18°С равен 0,36074нм; с повышением температуры он возрастает.

Элементы, находящиеся в твердом растворе, изменяют период решетки меди. Чем больше разница в размерах атомов меди и растворенного элемента, тем больше эти изменения.

Периоды решетки меди при различных температурах
T, °K 0 291 573 773 944 1044 1144
Период решетки, нм 0,35957 0,36074 0,36260 0,36308 0,36526 0,36603 0,36683

Атомный радиус по Гольдшмидту для координационного числа 12 составляет 0,12773нм, межатомное расстояние 0,25546нм. Большинство физических свойств зависит от чистоты и состояния меди.

Характеристики основных физико-механических и физико-химических свойств,  температуры литья  и горячей обработки меди
Атомный номер
 29
Относительная атомная масса
 63,54
Решетка
 Кубическая гранецентрированная
( α = 3,6080 Å)
Плотность г/см2
 8,94
 
Температура плавления, °С
 1083
Скрытая теплота плавления, кал/г  
50,6
Температура кипения, °С
 2595
Скрытая теплота испарения, кал/г     
1290
Теплопроводность, кал / (см·с·°С), при:
20°С
0,941
100° С
 0,900
700°С    
0,840
Удельная теплоемкость, кал/(г·°С), при:
20° С   

0,092
600° С
 0,103
1000° С
 0,112
Коэффициент линейного расширения α · 10-6, 1/° С, при:
0—100° С
 16,7
25—300° С    
17,7
0 — 600° С    
18,6
0—900° С    
19,3
Отражательная  способность,   %, при λ= 5500 Å        
61
Излучательная способность, %  (λ = 6650 Å), при:
930° С
9,6
1080° С
 11,7
1100° С
 15,0
Удельное электросопротивление, Ом·мм2/м, при:

20° С
 0,0178
500° С 
 0,053
Электропроводность, м/(Om·мм2) при 20°С 
 57
Температурный     коэффициент    электросопротивления,1/°С, при 20°С
3,93·10-3
Мощность излучаемой энергии,  Вт/см2, при:
27°С                       

0,05
227°С
 0,11
1227°С  
4,26
Работа выхода, э·В
 4,46
Сжатие объема при затвердевании,  %    
4,05-4,2
Вязкость при 1145° С, г/(см·с)     
0,0341
Поверхностное натяжение, дин/см
 1178
Нормальный потенциал по отношению к водородному электроду, В 
+0,34
Предел прочности, кгс/мм2:
мягкой меди
20-25
твердой меди
 40-49
Относительное удлинение,  %:
мягкой меди
60
твердой меди
 6
Твердость по Бринелю, кгс/мм2:
мягкой меди,
45
твердой меди
 110
Предел текучести, кгс/мм2:
  
мягкой меди
 9-15
твердой меди
 30-45
Ударная вязкость, кгс·м/см2
10-18
Сопротивление сжатию, кгс/мм2
 55-65
Предел прочности на срез, кгс/мм2:
мягкой меди    

15
твердой меди
 21
Предел ползучести кгс/мм2, при:
20° С    

7
200° С
5
400° С
1,4
Модуль сдвига, кгс/мм2
 4240
Модуль упругости, кгс/мм2:
мягкой меди     
11700—12600
твердой меди
 12200—13500
Температура рекристаллизации,° С
 180-300
Температура горячей деформации ° С 
 1050—750
Температура литья ° С 
 1150 — 1250
Линейная усадка,  %
 2,1
Травитель после отжига на воздухе
 10%-ная
серная кислота

Характеристики упругости

Упругие свойства меди характеризуется модулем нормальной упругости Е (модуль Юнга), сдвига G и объемного сжатия Есж, а также величиной отношения поперечной и продольной упругой деформации, т. е. коэффициентом Пуассона μ. Эти характеристики упругих свойств связаны между собой. Для большинства металлов абсолютное значение коэффициента Пуассона мало отличается от 1/3. Для меди оно составляет :

μ = 0,33  Есж = E G ≅ 3/8E

Статистически усредненные значения характеристик упругости меди при 20°С по данным многочисленных исследований представлены с указанием стандартных отклонений:

Е= 123,5 ± 0,7 ГПа
Есж = 140,2 ± 3,9 ГПа
G = 45,4 ± 1,2 ГПа;
μ = 0,33 ± 0,09

Константы упругости монокристаллов меди зависят от кристаллографических направлений. У поликристаллов квазиизотропной меди вследствие произвольной ориентации зерен эти константы усредняются.

Значения модулей упругости и коэффициента Пуассона меди при температуре 20°С
Состояние Направление
кристаллической
решетки		 Е, ГПа G, ГПа Есж, ГПа м
  <111> 159 33,8 - -
Монокристаллическое <100> 77,5 61,0 - -
  <110> 126 38,0 - -
Поликристаллическое — 115—125 42—46 139 0,32—0,34

Значения модулей Е и G в интервале температур 300—1300°К уменьшаются по линейному закону. Лишь в области низких температур наблюдается отклонение от равномерного изменения модулей.

Модули упругости и сдвига меди при различных температурах
Т. к 4,2 100 200 300 500 700 900 1100 1300
Е, ГПа 141 139 134 128 115 103 89,7 76,8 63,7
G, ГПа 50 49,5 47,3 44,7 37,8 31,0 24,1 18,5 11,5

Плотность

В качестве международного стандарта (IACS) плотность меди равна 8890кг/м3, при температуре 20°С. Плотность меди различных марок при температуре 20°С имеет небольшие различия:

Плотность меди
МаркаПлотность, кг/м3
Медь бескислородная М00б8963 ± 3
Медь бескислородная М00б8950
Медь, раскисленная фосфором М2р (0,04%Р) 8930
.

Литая медь имеет плотность 8920кг/м3. Холодная деформация отожженной меди уменьшает ее плотность вследствие увеличения концентрации вакансий, дислоцированных атомов, дислокаций и других дефектов тонкой структуры. Возврат и рекристаллизация при нагреве наклепанного металла повышают плотность меди до исходного значения.

При нагреве плотность меди уменьшается вследствие расширения решетки, при плавлении она снижается на 5%.

медная фольга
T, °C 20 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Плотность, кг/м3 8890 8680 8610 8550 8470 8400 7960 7860 7770 7700