ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Плотность вещества - это отношение его массы к объему:

M / V, [г/см 3 , кг/м 3 ]

Плотность твердого вещества - это справочная величина. Плотность меди равна 9,0 г/см 3 . В элементарном состоянии медь представляет собой металл красного цвета (рис.1). Её важнейшие константы представлены в таблице ниже:

Таблица 1. Физические свойства меди.

Медь характеризуется значительной плотностью, довольно высокой температурой плавления и малой твердостью. Её тягучесть и ковкость исключительно велика: медь можно вытянуть в проволоку диаметром в 0,001 мм (примерно в 50 раз тоньше человеческого волоса).

Рис. 1. Медь. Внешний вид.

Нахождение меди в природе

По распространенности в природе медь стоит далеко позади соответствующих щелочных металлов. Её содержание в земной коре оценивается величиной порядка 0,003% (масс.). Медь встречается главным образом в виде сернистых соединений и чаще совместно с сернистыми рудами других металлов. Из отдельных минералов меди наиболее важны халькопирит (CuFeS 2) и халькозин (Cu 2 S). Гораздо меньшее промышленное значение имеют кислородсодержащие минералы - куприт (Cu 2 O) и малахит ((CuOH) 2 CO 3).

Краткое описание химических свойств и плотность меди

Медь образует сплавы со многими металлами. В частности, она сплавляется с золотом, серебром и ртутью.

Химическая активность меди невелика. На воздухе она постоянно покрывается плотной зеленовато-серой пленкой основных углекислых солей. Соединяется с кислородом под обычным давлением и при нагревании:

4Cu + O 2 = 2CuO;

2Cu + O 2 = 2CuO.

Не реагирует с водородом, азотом и углеродом даже при высоких температурах.

При обычной температуре медь медленно соединяется с галогенами хлором, бромом и йодом:

Cu + Cl 2 = CuCl 2 ;

Cu + Br 2 = CuBr 2 .

Медь - слабый восстановитель; не реагирует с водой и разбавленной хлороводородной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода или цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», халькогенами и оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Люди с давних времен используют медь в повседневной жизни. Очень важным параметром для современных людей является ее плотность и удельный вес.

Эти данные применяют в расчетах состава материалов в производстве различных коммуникаций, деталей, изделий и комплектующих в технической отрасли.

Основная информация о меди

Медь является наиболее распространенным цветным металлом. Свое название на латинском языке - Cuprum - она получила в честь острова Кипр. Там ее добывали древние греки тысячи лет назад. Историки даже придумали Медный Век , который длился с IV по V столетие до н. э. В то время люди делали из популярного металла:

• орудие;
• посуду;
• украшения;
• монеты.

В таблице Д.И. Менделеева она занимает 29 место. Этот элемент имеет уникальные свойства -физические, химические и механические. В древние времена в естественной среде можно было найти медь в виде самородков, порой очень больших размеров. Люди нагревали породу на открытом огне, а затем резко охлаждали. В результате она растрескивалась, что позволяло выполнять восстановление металла. Такая нехитрая технология позволила начать освоение популярного элемента.

Свойства

Медь - это цветной металл красноватого цвета с розовым отливом , наделенный высокой плотностью. В природе насчитывается более 170 видов минералов, имеющих в своем составе Cuprum. Только из 17 ведется промышленная добыча этого элемента. Основная масса этого химического элемента содержится в составе рудных металлов:

• халькозина - до 80%;
• бронита - до 65%;
• ковелина - до 64%.

Из этих минералов осуществляется обогащение меди и ее выплавка. Высокая теплопроводность и электропроводность являются отличительными свойствами цветного металла. Он начинает плавиться при температуре 1063 о С, а закипает при 2600 о С. Марка Cuprum будет зависеть от способа производства. Металл бывает:

• холоднотянутый;
• прокатный;
• литой.

Для каждого типа есть свои специальные параметрические расчеты, характеризующие степень сопротивления сдвигу, деформацию под воздействием нагрузок и сжатия, а также показатель упругости при растяжении материала.

Цветной металл активно окисляется в процессе нагревания. При температуре 385 о С формируется оксид меди. Ее содержание снижает теплопроводность и электропроводность других металлов. При взаимодействии с влагой металл образует куприт, с кислой средой - купорос.

Благодаря своим свойствам этот химический элемент активно используется в производстве электрических и электронных систем и многих других изделий другого назначения. Важнейшим свойством является его плотность в 1 кг на м 3 , поскольку с помощью этого показателя определяется вес производимого изделия. Плотность показывает отношение массы к общему объему.

Самой распространенной системой измерения единиц плотности является 1 килограмм на м 3 . Этот показатель для меди равняется 8,93 кг/м 3 . В жидком виде плотность будет на уровне 8,0 г/см 3 . Общий показатель плотности может меняться в зависимости от марки металла, имеющего различные примеси. Для этого используется удельный вес вещества. Он является очень важной характеристикой, когда речь идет о производстве материалов, в составе которых есть медь. Удельный вес характеризует отношение массы меди в общем объеме сплава.

Удельный вес меди будет равняться 8,94 г/см 3 . Параметры удельной плотности и веса у меди совпадают, однако такое совпадение не характерно для других металлов. Удельная масса очень важна не только при производстве изделий с ее содержанием, но и при переработке лома. Существует много методик, с помощью которых можно рационально подобрать материалы для формирования изделий. В международных системах СИ параметр удельного веса выражается в ньютонах на 1 единицу объема.

Очень важно все расчеты производить в стадии проектирования устройств и механизмов. Удельная плотность и вес являются разными значениями, но они обязательно используются для определения массы заготовок для различных деталей, в составе которых есть Cuprum.

Если сравнить плотность меди и алюминия , мы увидим большую разницу. У алюминия этот показатель составляет 2698,72 кг/м 3 в состоянии при комнатной температуре. Однако с повышением температуры параметры становятся другими. При переходе алюминия в жидкое состояние при нагревании плотность у него будет в пределах 2,55−2,34 г/см 3 . Показатель всегда зависит от содержания легирующих элементов в алюминиевых сплавах.

Технические показатели сплавов металлов

Наиболее распространенными сплавами на основе меди считаются латунь и бронза . Их состав формируется также из других элементов:

• цинка;
• никеля;
• олова;
• висмута.

Все сплавы различаются между собой структурой. Наличие олова в составе позволяет делать бронзовые сплавы отменного качества. В более дешевые сплавы входит никель либо цинк. Производимые материалы на основе Cuprum обладают следующими характеристиками:

• высокая пластичность и износостойкость;
• электропроводность;
• устойчивость к агрессивной среде;
• низкий коэффициент трения.

Сплавы на основе меди находят широкое применение в промышленном производстве. Из них производят посуду, ювелирные украшения, электропровода и системы отопления. Материалы с Cuprum часто используют для декорирования фасадной части домов, изготовления композиций. Высокая устойчивость и пластичность являются основными качествами для применения материала.

Расчет удельного веса меди

Как известно, за последние сотни лет прогресс шагнул достаточно далеко, что, в свою очередь, позволило развиваться многим отраслям промышленности по всему миру. Не осталось в стороне и металлургическое производство, так как наука подарила этой отрасли множество технологий, методик расчета и в том числе возможность измерения удельного веса металлов.

Поскольку различные медные сплавы различны по своему составу, а также по физическим и химически свойствам, это дает возможность для каждого изделия или детали подбирать необходимый сплав. Для расчета веса требуемого для производства проката, необходимо знать удельный вес соответствующей марки.

Формула для измерения удельного веса металла

Удельным весом называется отношение веса P однородного металла из определённого сплава к объёму этого сплава. Обозначается удельный вес символом γ и его ни в коем случае нельзя путать с плотностью. Хотя значения плотности и удельного веса как меди, так и других металлов очень часто одинаковы, стоит помнить, что это действительно не во всех условиях.

Таким образом, для расчета удельного веса меди используется формула γ=Р/V

А для расчета веса определенного размера медного проката, площадь его поперечного сечения умножается на удельный вес и на длину.

Единицы измерения удельного веса

Чтобы измерить удельный вес медных и других сплавов могут использоваться следующие еденицы измерения:

в системе СГС - 1 дин/см 3 ,

в системе СИ - 1 н/м 3 ,

в системе МКСС - 1 кГ/м 3 .

Данные единицы связаны между собой определённым соотношением, которое выглядит так:

0,1 дин/см 3 = 1 н/м3 = 0,102 кГ/м 3 .

Способы расчёт удельного веса меди

1. Использование специального на нашем сайте,

2. Расчёт при помощи формул, площади поперечного сечения проката, а затем умножение на удельный вес марки и на длинну.

Пример 1: расчитаем вес медных листов толщиной 4 мм, размером 1000х2000 мм в количестве 24 штуки из медного сплава М2

Посчитаем объем одного листа V = 4·1000·2000 = 8000000 мм 3 = 8000 см 3

Зная, что удельный вес 1 см 3 меди марки М3 = 8,94 гр/см 3

Посчитаем вес одного листа проката M = 8,94·8000 = 71520 гр = 71,52 кг

Итого масса всего проката М = 71,52·24 = 1716,48 кг

Пример 2: расчитаем вес медного прутка Д 32 мм общей длиной 100 метров из медно-никелевого сплава МНЖ5-1

Площадь сечения прутка диаметром 32 мм S=πR 2 значит S=3,1415·16 2 =803,84 мм 2 = 8,03 см 2

Определим вес всего проката, зная что удельный вес медно-никелевого сплава МНЖ5-1 = 8,7 гр/см 3

Итого М = 8,0384·8,7·10000=699340,80 грамм = 699,34 кг

Пример 3: расчитаем вес медного квадрата со стороной 20 мм длиной 7,4 метра из медного жаропрочного сплава БрНХК

Найдем объем проката V = 2·2·740 = 2960 см 3

Нет такого человека, который бы за всю свою жизнь не видел желтого металла. В природе встречается несколько минералов, которые по внешнему виду похожи на желтый металл. Но как говорят: «не все золото, что блестит». Чтобы точно не спутать драгоценный металл с другими материалами, необходимо знать плотность золота.

Плотность благородного металла

Молекулярная структура золота.

Одной из важных характеристик драгоценного металла является его плотность. Плотность золота измеряется в кг м3.

Удельная плотность очень значительная характеристика для золота. Это обычно не принимают во внимание, так как ювелирные украшения: кольца, сережки, кулоны имеют очень малый вес. Но если подержать в руках килограммовый слиток настоящего желтого металла, то можно убедиться, что он очень тяжелый. Значительная плотность золота способствует облегчению его добычи. Так, промывка на шлюзах, обеспечивает высокий уровень извлечения золота из промываемых горных пород.

Плотность золота составляет 19,3 грамма на сантиметр кубический.

Это означает, что если взять определенный объем драгоценного металла, то оно будет весить почти в 20 раз больше, чем такой же объем простой воды. Двухлитровая пластиковая бутыль золотого песка имеет массу около 32 кг. Из 500 грамм драгметалла можно выложить куб со стороной 18,85 мм.

Таблица плотности золота различных проб и цветов.

Плотность первоначального золота на несколько единиц ниже, чем у уже очищенного металла и может варьироваться от 18 до 18,5 грамм на сантиметр кубический.

583 проба золота менее плотная, так как это сплав состоит из разных металлов.

В домашних условиях можно определить самим плотность золота. Для этого необходимо взвесить изделие из драгметалла на обычных весах, в которых цена деления должна составлять не менее 1 грамма. После этого емкость с маркировкой объема необходимо заполнить жидкостью, в этом случае водой, в которую следует опустить украшение. Необходимо следить за тем, чтобы жидкость не начала переливаться через край.

После этого измеряем насколько объем жидкости изменился после опускания в емкость золотого изделия. По специальной формуле, известной со школьной скамьи, вычисляем плотность: масса, деленная на объем.

Необходимо помнить, что изделие из драгметалла состоит не из чистого золота, поэтому необходимо сделать корректировку на плотность пробы сплава.

Как отличить настоящий желтый металл от подделки

На данный момент как на российском, так и зарубежном рынках присутствует очень большой процент поддельного золота. Возникает огромный риск приобрести золотое украшение, содержащее до 5 % драгоценного металла или вообще без такового. Не почувствовать себя обманутым помогут основные правила при покупке золота.

Для начала следует хорошо осмотреть изделие. На нем должна обязательно присутствовать проба. Причем она должна состоять не из кривых цифр или смазанного клейма. В обратном случае, это первый признак контрофакта.

Образец единого государственного клейма для золотых изделий.

Следующим признаком подделки является изнанка украшения из драгметалла. Она должна быть так же хорошо выполнена, как и лицевая сторона, в противном случае – это некачественный товар. Также возможно определить качество изделия с помощью такой характеристики, как плотность золота, однако в магазине провести такой эксперимент невозможно.

Существует и такой способ определения, как проверка на прочность. Правда, не всегда получится поцарапать золотое изделие на глазах у продавца, поэтому этот способ не может быть реализован.

Проверка йодом.

Неплохими способами определения качества изделия могут послужить следующие химические приемы. Можно капнуть на украшение из желтого металла немного йода. В случае, если пятнышко будет темного цвета, то можно с уверенностью говорить о качественности предлагаемого товара. Еще может помочь столовый уксус. В случае, если после трех минут, проведенных в нем, драгоценный металл потемнел, то можно смело относить изделие на свалку.

В определении качества может отлично помочь хлорное золото. Из курса химии стала известна не только плотность золота, но и то, что оно не может вступать ни в какие химические реакции. Поэтому, если после нанесения на драгоценный металл хлорного золота оно начало портиться, то это самая настоящая подделка и место ее в мусорке.

Одним из самых хороших способов ограждения от приобретения контрафакта, является покупка изделий из драгметалла в хорошо известных специализированных магазинах.

В этом случае есть большая вероятность покупки по-настоящему качественного изделия. Пусть цена в них немного больше, чем в различных лавках и на рынках, однако качество того стоит. Иначе можно приобрести поддельный товар и очень сильно пожалеть о сэкономленных денежных средствах.

Близнецы золота

В природе встречаются несколько металлов, которые имеют такую же плотность, как у золота. Это уран, который радиоактивен, и вольфрам. Он более дешевый, чем желтый металл, но плотность вольфрама и золота почти одинакова, разница – в три десятых. Отличает вольфрам от золота то, что у него другой цвет, и он намного тверже желтого металла. Чистое золото очень мягкое, его можно легко поцарапать ногтем.

Фальшивый слиток золота, наполненный вольфрамом изнутри.

То, что плотность таких элементов как вольфрама и золота одинакова, очень привлекает фальшивомонетчиков. Они производят замену золотых слитков на схожий по плотности и весу вольфрам, а сверху покрывают тонким слоем драгоценного металла. В тоже время высокая стоимость желтого металла делает вольфрам более популярным среди молодых людей. Вольфрамовые изделия намного дешевле и устойчивее к царапинам.

Плотность свинца

Чем более чистое золото, тем менее оно твердое, поэтому раньше желтый металл для проверки надкусывали. Данный метод ненадежен. Украшение может быть сделано из свинца, покрытое очень тонким слоем золота. А свинец также имеет мягкую структуру. Можно попытаться процарапать украшение не с лицевой стороны, и под очень тонким слоем драгоценного металла может быть обнаружен неблагородный металл.

Плотность элемента таблицы Менделеева – свинца и его собрата – золота отличается. Плотность свинца намного меньше, чем золота и составляет 11,34 грамм на сантиметр кубический. Таким образом, если взять желтый металл и свинец одинакового объема, то масса золота будет намного больше, чем свинца.

Белое золото – это сплав желтого драгметалла с платиной или другими металлами, которые придают ему белый, точнее матово – серебристый цвет. В быту ходит мнение, что «белое золото» это одно из названий платины, однако это не так. Данная разновидность золота стоит на немного дороже обычного. По внешнему виду белый металл похож на серебро, которое намного дешевле. Плотность таких элементов таблицы Менделеева, как золота и серебра различна. Как же отличить белое золото от серебра? Данные драгоценные металлы обладают различной плотностью.

Серебро – наименее плотный материал со всех рассмотренных в статье.

Плотность золота больше, чем плотность серебра. Его плотность составляет 10,49 грамм на сантиметр кубический. Серебро намного мягче белого металла. Поэтому, если провести серебряным изделием по белому листу, то останется след. Если проделать тоже самое с белым драгоценным металлом, то следа не будет.

Приведена таблица плотности жидкостей при различных температурах и атмосферном давлении для наиболее распространенных жидкостей. Значения плотности в таблице соответствует указанным температурам, допускается интерполяция данных.

Множество веществ способны находится в жидком состоянии. Жидкости – вещества различного происхождения и состава, которые обладают текучестью, — они способны изменять свою форму под действием некоторых сил. Плотность жидкости – это отношение массы жидкости к объёму, который она занимает.

Рассмотрим примеры плотности некоторых жидкостей. Первое вещество, которое приходит в голову при слове «жидкость» — это вода. И это вовсе не случайно, ведь вода является самой распространённой субстанцией на планете, и поэтому её можно принять за идеал.

Равна 1000 кг/м 3 для дистиллированной и 1030 кг/м 3 для морской воды. Поскольку данная величина тесно взаимосвязана с температурой, стоит отметить, что данное «идеальное» значение получено при +3,7°С. Плотность кипящей воды будет несколько меньше – она равна 958,4 кг/м 3 при 100°С. При нагревании жидкостей их плотность, как правило, уменьшается.

Плотность воды близка по значению различным продуктам питания. Это такие продукты, как: раствор уксуса, вино, 20%-ные сливки и 30%-ная сметана. Отдельные продукты оказываются плотнее, к примеру, яичный желток — его плотность равна 1042 кг/м 3 . Плотнее воды оказывается, например, : ананасовый сок – 1084 кг/м 3 , виноградный сок – до 1361 кг/м 3 , апельсиновый сок — 1043 кг/м 3 , кока-кола и пиво – 1030 кг/м 3 .

Многие вещества по плотности уступают воде. К примеру, спирты оказываются гораздо легче воды. Так плотность равняется 789 кг/м 3 , бутилового – 810 кг/м 3 , метилового — 793 кг/м 3 (при 20°С). Отдельные виды топлива и масла обладают ещё более низкими значениями плотности: нефть — 730-940 кг/м 3 , бензин — 680-800 кг/м 3 . Плотность керосина составляет около 800 кг/м 3 , — 879 кг/м 3 , мазута – до 990 кг/м 3 .

Низкими показателями плотности отличаются такие жидкости, как: скипидар 870 кг/м 3 ,