Πώς γίνεται ο χαλκός
Ο χαλκός βρίσκεται στην τέταρτη περιοδική ΙΒ οικογένεια του περιοδικού πίνακα. Είναι το πρώτο μέταλλο που χρησιμοποιείται από την ανθρωπότητα. Ο χαλκός έχει εξαιρετικές ιδιότητες και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στον βιομηχανικό τομέα. Η περιεκτικότητα σε χαλκό στη γήινη φλούδα είναι περίπου 0,01%. Στη φύση, ο χαλκός είναι κυρίως με τη μορφή ενώσεων. Τα κοινά μεταλλεύματα χαλκού είναι χαλκοπυρίτης (CuFeS2), χαλκοπυρίτης (Cu2S), μαλαχίτης (Cu2 (OH) 2CO3), χαλκοπυρίτης (Cu2O) και χαλκοπυρίτης (CuSO4 5H2O).
Στη Δυναστεία των Δυτικών Χαν, η καταγραφή του "Zeng Qing Zeng σιδήρου είναι χαλκός" στο "Huainan Wan Bi Shu" του Liu An γράφτηκε με την έννοια της τοποθέτησης φύλλου σιδήρου σε διάλυμα θειικού χαλκού ή άλλο διάλυμα άλατος χαλκού για να αντικαταστήσει μόνο χαλκό. Αυτή η μέθοδος είναι ο πρωτοπόρος της σύγχρονης υδρομεταλλουργίας. Η διαδικασία παραγωγής χαλκού σε υγρή διαδικασία ονομάζεται επίσης μέθοδος χαλκού χαλκού. Η παραγωγική διαδικασία περιλαμβάνει κυρίως δύο στάδια, το ένα είναι η απόπλυση χαλκού, και ο σίδηρος τοποθετείται στο διάλυμα της βιτριόλης. Τα ιόντα χαλκού στην υαλοειδή αποτίθενται από το σίδηρο για να εναποτεθούν σε ένα μόνο χαλκό. Οι δύο είναι η συλλογή της σκόνης χαλκού αντικατάστασης και στη συνέχεια η τήξη. Η βασική αρχή της υγρής μεταλλουργίας χαλκού είναι να αντικαταστήσει το αδύναμο μέταλλο (εκτός του K, Ca, Na), το οποίο είναι ισχυρότερο από τον χαλκό. Για παράδειγμα, ο μεταλλικός ψευδάργυρος ή ο σίδηρος προστίθεται στο διάλυμα θειικού χαλκού και ο μεταλλικός χαλκός μπορεί να αντικατασταθεί. Η κύρια αντίδραση είναι CuSO4 + Zn = Cu + ZnS04. CuS04 + Fe = Cu + FeS04.
Ο πρώτος άνθρωπος του χαλκού της υγρής μεταλλουργίας στον κόσμο, Ζανγκ Τσιάν, έχει γράψει ένα βιβλίο της «χάλκινης βουτιά» σε συνδυασμό με τα έργα του προκατόχου του και την προσωπική του εμπειρία. Το βιβλίο περιγράφει τη χρήση χαλκού που περιέχει χαλκό (ή το νερό της χοληδόχου κύστης), το οποίο έχει τα πλεονεκτήματα του "λιγότερου κόστους και λιγότερης προσπάθειας".
Στα χημικά εργαστήρια μπορούμε επίσης να προσομοιώσουμε την υγρή μεταλλουργία. Με το χαρτί άμμου αφαιρείται συρματόσχοινο μήκους 20 εκατοστών για να γυαλίσει το φως και στη συνέχεια λαμβάνονται 4 ml θειικού χαλκού στον δοκιμαστικό σωλήνα και το φωτεινό σύρμα σιδήρου προστίθεται στον δοκιμαστικό σωλήνα. Μπορεί να τοποθετηθεί στατικά. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι η επιφάνεια του σύρματος έχει μωβ κόκκινη κατακρήμνιση μετάλλων και το διάλυμα σταδιακά άλλαξε από μπλε σε ανοιχτό πράσινο. Το πορφυρό κόκκινο μέταλλο είναι χαλκός και τέλος το σύρμα συλλέγεται για να συλλέξει τον χαλκό που καθιζάνει στην επιφάνεια του σύρματος.
Επιπλέον, στην αρχαία Κίνα, υπήρχε επίσης μια μέθοδος χύτευσης χαλκού - "χύτευση χαλκού με φωτιά". Σύμφωνα με την έρευνα των κειμένων, η χύτευση χαλκού στη δυναστεία Shang χρησιμοποίησε κυρίως μαλαχίτη και κάρβουνο. Η διαδικασία παραγωγής χαλκού με οξείδιο και αναγωγικό στοιχείο χαλκού σε υψηλή θερμοκρασία είναι η διαδικασία παραγωγής χαλκού. Η αντίδραση απαιτεί μια ορισμένη θερμοκρασία, οπότε το μονομερές χαλκού μπορεί να παραχθεί υπό συνθήκες θέρμανσης, επομένως ονομάζεται "μέθοδος χαλκού με φωτιά".
Έχει ανακαλυφθεί εδώ και πολύ καιρό ότι ο μαλαχίτης μπορεί να παράγει ένα λαμπερό κόκκινο μέταλλο μετά το κάψιμο. Αυτό το μέταλλο είναι χαλκός. Το κύριο συστατικό του μαλαχίτη είναι το αλκαλικό ανθρακικό χαλκό [Cu2 (OH) 2CO3]. Η θερμότητα ανθρακικού αλκαλικού χαλκού αποσυντίθεται για να παράγει χαλκό, νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Ο άνθρακας ή το μονοξείδιο του άνθρακα είναι αναγωγικό και μπορεί να μειώσει το οξείδιο του χαλκού. Η αντίδραση είναι: Cu2 (OH) 2CO3 2CuO + Η2Ο + CO2, C + 2CuO2Cu + C02, CO + CuO Cu + CO2.
Στα χημικά εργαστήρια μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη συσκευή που φαίνεται παρακάτω για την προσομοίωση της διαδικασίας τήξης. Το νέο οξείδιο χαλκού από 10G αλέθεται σε σκόνη και χύνεται στο χωνευτήριο για να στεγνώσει. Ο νέος ξυλάνθρακας φτιαγμένος από 1,5 g διαλύεται επίσης σε σκόνη και χύνεται σε χωνευτήριο για να στεγνώσει. Στη συνέχεια, η σκόνη οξειδίου του χαλκού και η σκόνη άνθρακα αναμειγνύονται ομοιόμορφα. Το όργανο τοποθετείται στο κάτω μέρος του δοκιμαστικού σωλήνα με ένα κουτάλι ή υποδοχή χαρτιού. Το όργανο συναρμολογείται σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα. Το ένα άκρο του γυάλινου σωλήνα τοποθετείται σε δοκιμαστικό σωλήνα με καθαρό ασβέστη νερό και η λυχνία αλκοόλης με κάλυμμα αντιανεμικό θερμαίνεται. Όταν το διαυγές ασβέστικο νερό γίνει θολό, τα μοβ ή κόκκινα στερεά εμφανίζονται σταδιακά στο δοκιμαστικό σωλήνα και σταματούν τη θέρμανση. Μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης, αρχικά αφαιρείται μέσα στον γυάλινο σωλήνα που περιέχει τον διαυγασμένο δοκιμαστικό σωλήνα ασβέστου και στη συνέχεια αποσύρεται ο λαμπτήρας αλκοόλης. Τέλος, χύστε τη σκόνη από τον δοκιμαστικό σωλήνα πάνω σε ένα καθαρό λευκό χαρτί και παρατηρήστε τη σκόνη. Στη συνέχεια θα διαπιστώσετε ότι το χαρτί έχει μοβ κόκκινο στερεό, το οποίο είναι χαλκός.