Медь, алюминий и их сплавы

По распространённости химических элементов в земной коре медь стоит всего лишь на 26 месте. В природе в чистом виде медь встречается редко, поэтому обычно её производят из медной руды. Наиболее важными рудами являются медный блеск (Cu₂S) и халькопирит (CuFeS₂). По некоторым оценкам, необходимых для производства меди ископаемых хватит всего лишь на несколько десятков лет. Только в нашем тысячелетии увеличение потребления меди и уменьшение запасов руды подняло цену на медь уже в несколько раз. Поэтому всё более важное значение приобретает переработка и повторное использование меди.

Медь отлично проводит электрический ток и химически очень устойчива, поэтому в наши дни её широко используют в электронике и электрических проводах. Примерно половина мирового производства меди идёт на изготовление медных сплавов, так как они обычно твёрже и прочнее меди, им проще придать нужную форму, а ещё они более стойки к коррозии.

Одним из важнейших медных сплавов является бронза. Большей частью она состоит из меди и олова, но часто содержит и другие примеси. Бронза имеет красный или желтоватый оттенок. До изобретения нержавеющей стали именно из бронзы изготавливали корабельные конструкции, так как бронза очень стойка к коррозии. Бронза хорошо подходит для литья, из неё изготавливают и церковные часы, и скульптуры и памятники.

Латунь – это сплав меди и цинка, содержание цинка в котором достигает 40%, имеет светло-жёлтый оттенок. Благодаря декоративной привлекательности из латуни изготовливают люстры и дверные ручки. А благодаря акустическим свойствам её используют при изготовлении духовых музыкальных инструментов, например, тромбона и саксофона.

Медь также важна в чеканке монет, ведь медь химически стабильна, относительно дёшевый материал, легко поддаётся обработке и обладает антимикробными свойствами (уничтожает микроорганизмы). Металлические деньги обычно изготавливают из сплавов меди и никеля – это прочные, твёрдые, устойчивые к коррозии материалы серебристого оттенка, из-за чего сплав меди и никеля также называют белой медью.

Из металлических элементов алюминий является самым распространённым в земной коре (в ряду химических элементов он занимает 3 место вслед за кислородом и кремнием). В отличие от меди алюминий химически довольно активен, и в природе встречается только в виде соединений. Важнейшей алюминиевой рудой является боксит, который в основном состоит из оксида алюминия (Al₂O₃). Производят алюминий путём электролиза расплава Al₂O₃. В течение долгого времени производство алюминия было крайне дорогостоящим процессом, так как для расплавления боксита (температура плавления 2050 ℃) требовалось очень много энергии. В наши дни температуру электролиза можно понизить за счёт разных добавок, поэтому производство алюминия стало дешевле. Тем не менее из-за относительно высокой стоимости производства алюминия имеет огромное значение его повторное использование – на переработку алюминия расходуется менее 6% от необходимого при добыче и обработке алюминиевой руды количества энергии.

Чистый алюминий легко реагирует с кислородом, поверхность металла покрывается тонким и очень плотным оксидным слоем, который защищает металл от дальнейшего окисления. Алюминиевые предметы, образовавшийся оксидный слой которых не имеет механических повреждений, обладают очень высокой устойчивостью к воздействию кислорода.

Электропроводимость алюминия сопоставима с электропроводимостью меди, поэтому в некоторых электрических решениях вместо меди используется алюминий. Одним из преимуществ алюминия является его значительно более низкая плотность. Благодаря своей лёгкости, пластичности в обработке и внешней привлекательности алюминий используется в производстве ноутбуков Apple и кузовов электромобилей Tesla Motors. Алюминий отражает 90% видимого света, поэтому его также используют в качестве отражающего слоя в зеркалах. При образовании оксидного слоя способность алюминия отражать свет заметно снижается.

Дюралюминий – это сплав алюминия, который в качестве примеси содержит медь (4%), а в небольших количествах также Mg, Mn и Si. Своё название дюралюминий получил от немецкого города Дюрена, где этот сплав впервые начали производить, при этом свойства сплава также созвучны латинскому слову durabilis (стойкий). Дюралюминий обладает такой же прочностью, как и сталь, но при этом в три раза легче её, поэтому больше всего дюралюминий используется в авиастроении. Чистый алюминий относительно мягок и при взлёте самолета мог бы сильно погнуться, а вот дюралюминий по своим свойствам подходит для изготовления как корпуса самолёта, так и других его частей.