Благодаря тому, что температура плавления меди достаточно невысокая, этот металл стал одним из первых, которые древние люди начали использовать для изготовления различных инструментов, посуды, украшений и оружия. Самородки меди или медную руду можно было расплавить на костре, что, собственно, и делали наши далекие предки.
Несмотря на активное применение человечеством с древних времен, медь не является самым распространенным природным металлом. В этом отношении она значительно уступает остальным элементам и занимает в их ряду только 23-е место.
Как плавили медь наши предки
Благодаря невысокой температуре , составляющей 1083 градуса Цельсия, наши далекие предки не только успешно получали из руды чистый металл, но и изготавливали различные сплавы на его основе. Чтобы получить такие сплавы, медь нагревали и доводили до жидкого расплавленного состояния. Затем в такой расплав просто добавляли олово или выполняли его восстановление на поверхности расплавленной меди, для чего использовалась оловосодержащая руда (касситерит). По такой технологии получали бронзу – сплав, обладающий высокой прочностью, который использовали для изготовления оружия.
Какие процессы происходят при плавлении меди
Что характерно, температуры плавления меди и сплавов, полученных на ее основе, отличаются. При , имеющего меньшую температуру плавления, получают бронзу с температурой плавления 930–1140 градусов Цельсия. А сплав меди с цинком (латунь) плавится при 900–10500 Цельсия.
Во всех металлах в процессе плавления происходят одинаковые процессы. При получении достаточного количества теплоты при нагревании кристаллическая решетка металла начинает разрушаться. В тот момент, когда он переходит в расплавленное состояние, его температура не повышается, хотя процесс передачи ему теплоты при помощи нагрева не прекращается. Температура металла начинает вновь повышаться только тогда, когда он весь перейдет в расплавленное состояние.
При охлаждении происходит противоположный процесс: сначала температура резко снижается, затем на некоторое время останавливается на постоянной отметке. После того, как весь металл перейдет в твердую фазу, температура снова начинает снижаться до полного его остывания.
Как плавление, так и обратная кристаллизация меди, связаны с параметром удельной теплоты. Данный параметр характеризует удельное количество теплоты, которая требуется для того, чтобы перевести металл из твердого состояния в жидкое. При кристаллизации металла такой параметр характеризует количество теплоты, которое он отдает при остывании.
Более подробно узнать о плавлении меди помогает фазовая диаграмма, показывающая зависимость состояния металла от температуры. Такие диаграммы, которые можно составить для любых металлов, помогают изучать их свойства, определять температуры, при которых они кардинально меняют свои свойства и текущее состояние.
Кроме температуры плавления, у меди есть и температура кипения, при которой расплавленный металл начинает выделять пузырьки, наполненные газом. На самом деле никакого кипения меди не происходит, просто этот процесс внешне очень его напоминает. Довести до такого состояния ее можно, если нагреть до температуры 2560 градусов.
Как понятно из всего вышесказанного, именно невысокую температуру плавления меди можно назвать одной из основных причин того, что сегодня мы можем использовать этот металл, обладающий многими уникальными характеристиками.
С медью можно поставить несколько любопытных опытов, поэтому посвятим ей особую страничку.
Из кусочка медной проволоки сделайте маленькую спиральку и укрепите ее в деревянной держалке (можно оставить свободный конец достаточной длины и намотать его на обычный карандаш). Прокалите спиральку в пламени. Ее поверхность покроется черным налетом оксида меди СuO. Если почерневшую проволоку опустить в разбавленную соляную кислоту, то жидкость окрасится в голубой цвет, а поверхность металла вновь станет красной и блестящей. Кислота, если она не нагрета, не действует на медь, но растворяет ее оксид, превращая его в соль CuCl 2 .
Но вот вопрос: если оксид меди черный, почему старинные медные и бронзовые предметы покрываются не черным, а зеленым налетом, и что это за налет?
Попробуйте найти старый медный предмет, скажем, подсвечник. Соскребите с него немного зеленого налета и поместите в пробирку. Горлышко пробирки закройте пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в известковую воду (как ее готовить, вы уже знаете). Нагрейте содержимое пробирки. На ее стенках соберутся капли воды, а из газоотводной трубки будут выделяться пузырьки газа, от которого известковая вода мутнеет. Значит, это диоксид углерода. В пробирке же останется черный порошок, который при растворении в кислоте дает голубой раствор. Этот порошок, как вы, наверное, догадываетесь,- оксид меди.
Итак, мы узнали, на какие составные части разлагается зеленый налет. Его формула записывается так: CuCO 3 *Сu(ОН) 2 (основной карбонат меди). Он образуется на медных предметах, поскольку в воздухе всегда есть и диоксид углерода, и пары воды. Зеленый налет называют патиной . Такая же соль встречается и в природе - это не что иное, как знаменитый минерал малахит .
Давайте снова обратим внимание на почерневшую медную проволоку. Нельзя ли вернуть ей первоначальный блеск без помощи кислоты?
Налейте в пробирку аптечного нашатырного спирта, раскалите медную проволоку докрасна и опустите ее в пузырек. Спиралька зашипит и вновь станет красной и блестящей. В одно мгновение произойдет реакция, в результате которой образуется медь, вода и азот. Если опыт повторять несколько раз, то нашатырный спирт в пробирке окрасится в синий цвет. Одновременно с этой реакцией идет и другая, так называемая реакция комплексообразования - образуется то самое комплексное соединение меди, которое ранее позволило нам безошибочно определить аммиак по синему окрашиванию реакционной смеси.
Между прочим, способностью соединений меди вступать в реакцию с нашатырным спиртом пользуются с очень давних времен (еще с тех времен, когда науки химии не было и в помине). Раствором аммиака, т. е. нашатырным спиртом, очищали до блеска медные и латунные предметы. Так, кстати, опытные хозяйки поступают и сейчас; для большего эффекта нашатырный спирт смешивают с мелом, который механически оттирает грязь и адсорбирует загрязнения из раствора.
Следующий опыт. Насыпьте в пробирку немного нашатыря-хлорида аммония NH 4 Cl, которым пользуются при пайке (не путайте его с нашатырным спиртом NH 4 OH , который представляет собой водный раствор аммиака). Раскаленной медной спиралькой коснитесь слоя вещества, покрывающего дно пробирки. Снова раздастся шипенье, и вверх взовьется белый дым - это улетучиваются частицы нашатыря. А спиралька вновь засверкает первозданным медным блеском. Произошла реакция, в результате которой образовались те же продукты, что и в прошлом опыте, и впридачу хлорид меди СuСl 2 .
Именно из-за этой способности - восстанавливать металлическую медь из оксида - нашатырь и применяют при паянии. Паяльник обычно изготовлен из меди, которая хорошо проводит тепло; когда его «жало» окисляется, медь теряет способность удерживать на своей поверхности оловянный припой. Немного нашатыря - и оксида как не бывало.
И последний опыт с медной спиралькой. Налейте в пробирку немного одеколона (еще лучше - чистого спирта) и вновь внесите раскаленную медную проволоку. Результат опыта вы, по всей вероятности, уже представляете: проволока вновь очистилась от пленки оксида. На этот раз произошла сложная органическая реакция: медь восстановилась, а этиловый спирт, содержащийся в одеколоне, окислился до уксусного альдегида. Эта реакция в быту никак не используется, но иногда ее применяют в лаборатории, когда из спирта нужно получить альдегид.
О. Ольгин. "Опыты без взрывов"
М., "Химия", 1986
Озоление пленки и фотобумаги
Озоление пленки и фотобумаги с последующей металлургической переработкой золы на специализированных заводах не может быть признано принципиально правильным методом извлечения серебра, так как при этом уничтожается основа пленки и фотобумаги. Это противоречит принципу комплексного использования сырья, обеспечивающему максимальный экономический эффект. Однако часто возникают ситуации, когда регенерированная основа пленки и фотобумаги по технологическим причинам не имеет сбыта; в частности, это происходит при переработке смешанной битой пленки. Смешанную регенерированную основу пленки использовать в этом же производстве нецелесообразно, а сортировка ее практически невозможна или обходится очень дорого. В этих случаях некоторые предприятия, как в СНГ так и за рубежом, практикуют способ сжигания пленки и фотобумаги. Однако при реализации этого способа необходимо обеспечить минимальные потери серебра в золе с отходящими газами путем регулирования режима сжигания и надлежащей организации газоочистки.
На заводе фирмы «Eastman Kodak» в США сжигание смешанной пленки и фотобумаги производят в специальной печи производительностью 50 т/сут, оборудованной автоматической системой загрузки сырья, колосниковой решеткой с возвратно-поступательным движением для выгрузки золы и вибрационным транспортером, подающим золу непосредственно в бункера. В камере сжигания температуру поддерживают на уровне 760 °С путем регулирования скорости загрузки сырья, подачи первичного воздуха и охлаждающей воды, поступающей в камеру через специальные распылительные форсунки. Горячие газы дожигаются вторичным воздухом в камере дожигания. Отходящие газы орошаются водой в охладительной камере и при 315 °С поступают в электрофильтр, улавливающий 99% пыли. Отмечается, что стоимость сжигательной печи и электрофильтра составила около 1 млн долл., а стоимость извлеченного за год серебра в несколько раз превышает эту цифру.
Однако не все установки для сжигания пленки и фотобумаги характеризуются таким техническим совершенством. В ряде случаев пленку и фотобумагу сжигают в примитивных условиях, теряя часть золы и отравляя окружающую среду. В настоящее время ведутся исследовательские работы по созданию новых конструкций сжигательных печей, обеспечивающих минимальные потери золы.
Исследования, проведенные в печах Рижского цеха МЗВДМ, показали, что оптимальный выход золы составляет при сжигании всех видов пленки -10% и при сжигании фотобумаги 18-20%. Для фотобумаги он выше, поскольку на нее перед поливом наносят баритовый подслой.
Эти исследования показали также, что при снижении выхода золы из пленки и фотобумаги (за счет увеличения продолжительности цикла сжигания) содержание серебра в золе не возрастает. Очевидно, это происходит из-за улетучивания серебра при длительном нагреве.
При сжигании пленки в печи в описанных условиях не наблюдают так называемого пережога (вкраплений в золе металлических корольков). Эти вкрапления обнаруживаются только в огнеупорных выломках из печи при ее ремонте, которые направляют на специализированный завод для извлечения серебра.
При внепечном сжигании пленки зола часто содержит металлические вкрапления, а общий выход серебра по сравнению сжиганием в печах, существенно ниже.
В последнее время появились разработки, предусматривающие пиролиз основы пленки и фотобумаги вместо сжигания. При этом, естественно, также как и при сжигании, уничтожается основа пленки, но потери серебра могут быть существенно снижены.
На фирме «Van Slyke» через вертикальную реторту, вмещающую отходы пленки и фотобумаги, пропускают восстановительный газ, вызывающий пиролиз материалов. При этом выделяются горячие газы, и образуется смесь золы с углеродом. Через эту смесь пропускают нагретую до 700 °С смесь воздуха и водяного пара. При этом образуется зола, содержащая восстановленное серебро (которое извлекают из нее известными методами), и горючий газ, содержащий водород, используемый для пиролиза пленки и бумаги.
На фирме «Cameron» предусмотрен нагрев серебросодержащих отходов фотоматериалов перегретым паром до температуры выше 350 °С. После возгонки органических веществ остается зола, из которой серебро можно извлечь плавкой или флотацией.
Извлечение серебра из фотоотходов смывом эмульсионного слоя с помощью химических реагентом
С неэкспонированной пленки, содержащей серебро в виде бромида, эмульсионный слой можно снять кипящей водой. Нарезанную на мелкие куски пленку загружают в бетонные или цементированные баки с водой, нагреваемой острым паром. При этом желатина расплавляется, и эмульсия сползает с пленки. Однако желатина удерживает бромистое серебро в суспензии. Для разрушения желатины, после которого бромистое серебро может быть отделено от раствора отстаиванием, эмульсию обрабатывают в бетонных или цементированных баках в течение 3-4 мин кипящим 6%-ным раствором серной кислоты.
С экспонированной пленки эмульсионный слой сползает с большим трудом. Ее обрабатывают не водой, а горячим раствором каустической соды. При этом кислотная обработка отпадает. Некоторые из предложенных щелочных растворов содержат добавки цианидов, поташа, карбонатной соли и хлористого натрия.
С поверхности фотопластинок - отходов производства и утративших свое значение негативов - эмульсионный слой смывают, погружая их в кипящий (подогреваемый острым паром) разбавленный раствор каустической соды. Длительность обработки 6-8 мин.
В других баках, также при обогреве острым паром, ведут отстаивание, добавляя в качестве коагулянта сульфат алюминия. Отстаивание длится 1,5-2 ч, после чего осветленную жидкость декантируют с помощью поплавкового устройства: шлам извлекают из баков по мере накопления. Высушенный в полочных сушильных шкафах шлам содержит до 50% серебра.
Разработано много вариантов кислотных (с применением соляной, азотной и уксусной кислот) и щелочных способов смыва эмульсионного слоя с фотоотходов. Их общие недостатки: значительный расход химических реагентов, токсичность передела, необходимость оборудования местной вентиляции, необходимость применения флокулянтов для ускорения отстаивания осадка.
В настоящее время чисто химические способы смыва эмульсионного слоя уступают место способам смыва с участием ферментов, подробно описанным ниже.
Эмульсионный слой с поверхности фотобумаги смывают раствором хлорной извести. Обычно для этой цели применяют реакторы из нержавеющей стали вместимостью около 800 л. В реакторе приготовляют -500 л 1,5-2,0%-ного раствора хлорной извести, загружают в него 120-160 кг отходов фотобумаги и перемешивают механической мешалкой в течение 10-20 мин. При полном удалении эмульсионного слоя глянцевая сторона бумаги становится матовой. Пульпу перекачивают в отстойник из нержавеющей стали. Отстаивание производят в течение 2-4 ч, декантированный раствор фильтруют на нутч-фильтре и сбрасывают в канализацию. Осадок сушат на противнях в полочном электрическом сушильном шкафу при температуре 110-120 С в течение 24-40 ч, затем охлаждают и упаковывают в металлические ящики.
Отработанную бумагу промывают чистой водой до полного удаления белого хлопьевидного осадка. Промывные воды направляют на отстаивание.
Смыв эмульсионного слоя при участии ферментов
Способ разрушения желатины эмульсионного слоя с помощью ферментов наиболее перспективен. Ферменты - это специфические белковые вещества (с молекулярной массой от десятков тысяч до миллиона и более), служащие биологическими катализаторами. Они способствуют различным превращениям белков, жиров и углеводов, расщеплению или построению их. Как всякие катализаторы, ферменты снижают энергию активации, необходимую для осуществления данной химической реакции, направляя ее обходным путем - через промежуточные реакции, требующие значительно меньшей энергии активации. Активность ферментов очень велика. Они способствуют превращениям такой большой массы вещества, которая во много раз превышает количество самого фермента.
В настоящее время известны более тысячи различных ферментов. Практическое использование в технике, медицине, сельском хозяйстве и других областях находят главным образом различные гидролазы-ферменты, катализирующие гидролиз, т.е. расщепление при участии воды различных сложных органических соединений на более простые. Производство ферментных препаратов состоит из двух главных этапов.
1. Получение ферментного сырья, т.е. выращивание микроорганизмов (или получение культуральной жидкости), богатых данным ферментом или содержащих фермент специального качества.
Реже используют сырье растительного или животного происхождения.
2. Выделение из полученного ферментного сырья необходимых ферментных белков либо в виде комплекса, либо отдельных, в той или иной степени очищенных, т.е. выделение ферментов из биомассы микроорганизмов или из соответствующих культуральных жидкостей.
Первый этап является преимущественно задачей микробиологов, второй - биохимиков и химиков бедка.
На Шосткинском химическом заводе были начаты исследования по удалению с триацетатной кинопленки фотографической эмульсии и желатины подслоя с помощью бактериальных протеолитических ферментов, содержащихся в культуральной жидкости Bacillus Subtilis-mesentericus. Эта жидкость была, получена на полупроизводственной микробиологической установке, построенной на заводе. Измельченную на резательной машине пленку обрабатывали в реакторе при перемешивании раствором фермента при 45 °C. Этот способ обеспечивал регенерацию триацетатной пленки и был внедрен в производство. Количество регенерированной пленки составляло в среднем 250-300% от неразбавленной культуральной жидкости НБ-8.
Однако активность ферментного раствора была относительно невысокой, что не позволяло достаточно глубоко расщепить желатину. Для получения серебросодержащего шлама пришлось ввести дополнительную операцию кислотного гидролиза эмульсионных смывов.
В институте биохимии АН Украины был разработан способ регенерации серебра и основы триацетатной пленки с помощью препарата Протеназа-1, представляющего собой комплекс протеолитических ферментов, продуцируемый актиномецитом Streptomyces griseus. Этот комплекс, наиболее мощный из всех известных, расщепляет желатину более глубоко, т.е. до наиболее низкомолекулярных фрагментов. Эксперименты показали, что Протеназа-1 интенсивно гидролизует желатину фотоэмульсий, осаждая одновременно с этим шлам, содержащий 45% серебра (по сравнению с 35% по старой технологии). Смыв эмульсионного слоя производится при 45 °С. При pH = 6-7,8 гидролиз протекает почти одинаково, что позволяет использовать водные растворы ферментного препарата. Средняя молекулярная масса желатины под действием препарата Str. griseus после 1 ч гидролиза снижалась почти в 20 раз и составляла около 3000, тогда как для молекул исходного белка она равна 60000. За это же время количество серебра в растворе фотоэмульсии падает до нуля. Глубокий гидролиз желатины позволяет смывать с различных видов основы не только эмульсионный слой, но и подслой.
Препарат Протеназа-1 представляет собой сухой порошок, хорошо сохраняющийся и транспортируемый, достаточно стабильный по активности и составу. Применение такого препарата позволило бы легко регулировать активность и действие ферментного раствора, а также организовать смыв эмульсионного слоя с битой кино-, фото- и рентгеновской пленки непосредственно в местах ее накопления.
На заводе вторичных драгоценных металлов для снятия эмульсионного слоя с пленки предложено применять ферментный препарат Протосубтилин ГЗх-1, выращенный из культуральной жидкости продуцента Вас.Subtilis, Этот отечественный порошкообразный препарат используется в кожевенной промышленности для мягчения кожсырья и в животноводстве - в качестве добавки к кормам и комбикормам.
Применение ферментов для смыва с пленки эмульсионного слоя практикуется и в зарубежной практике. Так, фирма «Sramec» рекомендует использовать для этой цели панкреатин (трипсин) - протеолитический фермент животного происхождения - и приводит следующий режим смыва эмульсионного слоя с пленки:
1) обработка пленки щелочным (pH = 8-9) раствором, содержащим до 0,2% панкреатина при температуре 40 °С. Расход панкреатина - 1 г/кг рентгеновской пленки;
2) разбавление пульпы промывными водами от промывки регенерированной основы пленки;
3) подкисление раствора 20%-ной серной кислотой до pH = 2-3, отстаивание, декантация осветленного раствора и сушка серебросодержащего шлама.
Удаление серебра из эмульсионного слоя без разрушения основы и желатины
Наибольшее распространение получил способ отбеливания пленок и фотобумаги раствором медного купороса и поваренной соли по реакции:
Окислительный потенциал системы Cu2+/Cu+ недостаточен для окисления серебра с получением раствора соли серебра ощутимой концентрации. В присутствии NaCI ионы серебра связываются в нерастворимый AgCl, что смещает реакцию вправо. Хлорид серебра откладывается в желатиновом слое пленки. Для его растворения используются фиксажные растворы, часто - сбросные, из которых предварительно электролизом удалено серебро.
Достоинства этого способа - дешевизна и доступность реактивов и вполне приемлемая скорость процесса отбеливания. К недостаткам его относятся многостадийность (отбеливание, обработка фиксажным раствором, извлечение серебра из раствора) и токсичность солей меди.
Этот способ используют также при переработке отходов фотобумаги. Представляет интерес обработка битой (проявленной и отфиксированной) пленки реагентами, окисляющими серебро с образованием его растворимых солей. К. таким реагентам относятся персульфат аммония, применяемый в фотографии в качестве ослабителя, сульфат трехвалентного железа и бихромат калия. Наиболее быстро окисляет серебро последний реагент в смеси с серной кислотой (в свежеприготовленном растворе изображение на пленке исчезает в течение 1 мин). Реакция протекает по уравнению
Серебро из раствора осаждают с помощью HCI и NaCl. Средний фактический расход бихромата калия составляет 2,15 г на 1 г извлеченного серебра или 1 кг на 100 кг обработанной пленки. Стоимость реактивов, расходуемых на обработку битой пленки бихроматным раствором, ниже, чем в случае применения медного купороса. Экономичность процесса еще возрастает при использовании отработанных бихроматных растворов из фотоавтоматов.
Для обработки пленки применяется бихроматный раствор, подкисленный азотной кислотой, взятый с избытком против стехиометрического количества; промывку пленки ведут раствором азотной кислоты при pH = 1,2-1,3. Эти условия обеспечивают получение хорошо растворимого азотнокислого серебра и препятствуют выделению нерастворимого хромата серебра. Серебро из раствора осаждают в виде хлорида насыщенным раствором поваренной соли.
При всех описанных способах обработка пленки производится при комнатной температуре, что исключает необходимость подвода в промышленных условиях пара и электроэнергии и дополнительной вентиляции производственного помещения. Кроме того, работа с горячими растворами ограничивает выбор пластических материалов для изготовления рабочих емкостей. В горячих растворах возможен полный смыв эмульсионного слоя, при котором окисление серебра теряет смысл.
ОКСИДИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
|
Растворите порошок в воде.
Наличие осадка на дне вполне допустимо и не влияет на результат оксидирования.
Кистью нанесите состав на медную деталь.
Не допускайте попадания состава для чернения на поверхность натуральных камней и жемчуга.
Это может привести к изменению структуры камня.
Не больше, чем через минуту, медь и серебро покрываются оксидной пленкой коричнево-фиолетовго цвета.
При повторном нанесении состава медная поверхность темнеет, вплоть до черного.
Отвлечемся от процесса:)
Такой получается оксидная пленка, если раствор серной печени был слишком слабым:
Продолжим... :)
Отшлифуйте деталь в местах, где того требует художественный замысел.
Завиток справа оксидирован с помощью серной печени и отшлифован дремелем.
Особенности хранения состава
:
Состав в гранулах
Условия хранения: в сухом и защищенном от прямых солнечных лучей месте
в плотно закрытой емкости при температуре не выше 25 гр. С.
Срок хранения и использования: более 1 года.
Готовый водный раствор
Условия хранения: в плотно закрытой емкости в прохладном месте (к примеру, в холодильнике).
Срок хранения и использования: не более 1-2 дней.
Натуральный метод
1. Отварите 2-4 яйца в кипящей воде 15 минут.
2. Выньте вареные яйца из воды и положите на разделочную доску. Ложкой разомните яйца вместе со скорлупой.
3. Раздавленные яйца переложите в пластиковый пакет с застёжкой-молнией. Пакет должен быть достаточно большим, чтобы в нём поместилось изделие. В качестве альтернативного варианта можно взять большую воздухонепроницаемую ёмкость.
4. Медный предмет поместите в пластиковый пакет и закройте его. Если в пакет вы кладёте больше одного предмета, убедитесь, что они не касаются друг друга, чтобы они оксидировались со всех сторон. Яичные желтки обязательны, потому что в них содержится большое количество серы, окисляющей медь.
5. 20 минут спустя выньте медный предмет из пакета с помощью металлических щипцов. Вы заметите, что поверхность меди потемнела. Если вы хотите более тёмную патину, оставьте изделие в пакете на всю ночь.
6. Выньте изделие из пакета и ополосните слегка тёплой водой, чтобы смыть яйцо.
ПАТИНИРОВАНИЕ и ОКСИДИРОВАНИЕ меди
Для изменения цвета красноватого металла чаще всего пользуются ПАТИНИРОВАНИЕМ серной печенью и сернистым аммонием или ОКСИДИРОВАНИЕМ азотной кислотой.
ПАТИНИРОВАНИЕ серной печенью
В состав серной печени входят поташ и сера. Сера горюча, поэтому требует аккуратности в обращении. Ее пары с воздухом образуют взрывчатые смеси. Хранить серу нужно в сухом месте, изолированном от окислителей (серной кислоты, марганцевокислого калия, бертолетовой соли). Дозы поташа и серы могут быть различными. Чаще всего смешивают 1 часть серы с 2 частями поташа. Ссыпанные вместе, оба порошкообразных вещества тщательно перемешивают, помещают в металлический сосуд с ручкой и ставят нагреваться. Содержимое сосуда рекомендуется помешивать. Сплавление реактивов происходит в течение 15-25 мин. При реакции образуется темная масса серной печени. От высокой температуры сера тлеет сине-зеленым огнем. Это не должно вызывать беспокойства, так как патинирующие свойства серной печени сохранятся. Готовую горячую массу заливают водой, в которой растворяется образовавшийся расплав. Вода приобретает интенсивный черный цвет.
В горячий водный раствор серной печени опускают предварительно обработанные медные изделия. Если лист большой и в сосуд не входит, его поливают сверху раствором или смазывают мягкой кистью.
Медь чернеет очень быстро. От взаимодействия ионов серы с металлом образуется сульфид меди. Эта соль черного цвета, нерастворимая в воде и в разбавленных кислотах.
Реакция идет быстрее и ПАТИНИРОВАНИЕ будет качественнее, если пластинку предварительно нагреть. При этом следует пользоваться не открытым огнем, а электроплиткой. Затем пластинку промывают в теплой проточной воде и слегка протирают выпуклые места пемзовым порошком. В углублениях получается черный цвет, на наклонных поверхностях - сероватый, на выпуклостях - блестящая красная медь. Создается имитация под старину.
Водный раствор серной печени может воздействовать и на изделия из серебра или посеребренные. Они также покрываются черным налетом.
Оксидирование и патинирование меди, латуни и бронзы.
Некоторые химические реакции приводят к образованию на поверхности металлов окисей и закисей, т. е. кислородных соединений. Этот процесс называют оксидированием.
Нередко химические элементы, взаимодействуя с металлом или сплавом, способствуют появлению сернистых или хлористых соединений. Процесс образования таких соединений называют патинированием.
Если окунуть металлическое изделие в подготовленный раствор, оно буквально на глазах меняет цвет. Сверкающее металлическое изделие за несколько секунд приобретает облик старинного изделия.
Большинство химических соединений, которые применяют для патинирования и оксидирования металлов, токсичны и опасны для человека. Поэтому хранить их нужно в сосудах с притертыми пробками, а все работы, связанные с выделением ядовитых и горючих паров и газов, следует проводить в вытяжном шкафу. Дверцы шкафа должны быть слегка приоткрыты.
Перед изменением цвета металла необходимо провести некоторые подготовительные операции. Предмет очищают и обезжиривают, хорошо промывают и просушивают в опилках. Металлические художественные изделия и монеты ни в коем случае нельзя протирать полотенцем. Полотенцем стираются непрочные патинирующие пленки, не закрепленные лаком, остается влага в углубленных рельефах, ткань зацепляется за высокие выступы и может погнуть их. Опилки быстро и равномерно оттягивают воду от металлической поверхности.
Патина от серого до черного цвета
Приготовление серной печени:
Чтобы приготовить серную печень, нужно одну часть порошковой серы смешать с двумя частями поташа в жестяной банке и поставить на огонь. Через несколько минут порошок расплавится, потемнеет и начнет спекаться, постепенно приобретая темно-бурый цвет. (Кстати, спекание патинирующей массы и дало в старину название «печень» — от слов «печь», «спекать».)
Во время спекания пары серы могут загореться слабым сине-зеленым пламенем. Не сбивайте пламя — оно не ухудшит качество серной печени. Примерно через 15 минут прекратите спекание. Для продолжительного хранения серную печень растолките в порошок и засыпьте в стеклянную банку с плотной крышкой.
Метод №1
Применяется на:
Медь, стерлинговое серебро, и бронза или латунь (легкий оттенок). Не действует на нейзильбер.
Цвета:
На меди и серебре - разброс оттенков от пурпурного/голубого (трудно получить) до коричнево-серого, серого, черного. На латуни и бронзе - только нежно-золотистый.
Прочная и красивая патина образуется на поверхности меди, обработанной в водном растворе серной печени.
При составлении раствора в 1 л воды всыпьте 10—20 г порошка серной печени. Патина, полученная на металле раствором серной печени, прочная и красивая, глубокого черного цвета. Но не всегда нужна такая интенсивная окраска. Порой, чтобы придать старинный вид изделию из меди, достаточно нанести легкую серую патину. В литр воды насыпьте 2—3 г поваренной соли и 2—3 г серной печени. Опустите в раствор медную пластинку. После появления серого цвета необходимой тональности промойте пластинку чистой водой и высушите.
Метод №2
Для чернения медной вещи готовят насыщенный раствор сернокислой меди, добавляют в него нашатырный спирт до тех пор, пока смесь не примет яркий прозрачный синий цвет. Обрабатываемая медная вещь опускается в этот раствор на несколько минут, затем вынимается и слегка нагревается до тех пор, пока не почернеет.
Метод №3
Медная вещь, подлежащая чернению, очищается сначала тонкой наждачной бумагой, после чего до ее очищенной поверхности стараются не прикасаться пальцами. Затем она или погружается в жидкий раствор хлористой платины, или смачивается им при помощи кисти. Раствор этот, если он не имеет кислой реакции, слегка подкисляется соляной кислотой.
Метод №4
Очень прочное чернение медных изделий получается в том случае, если погрузить их в насыщенный раствор металлической меди в азотной кислоте и затем слегка нагреть.
Патина красно-коричневая
Водный раствор хлористого цинка и медного купороса окрашивает медь в красно-коричневый цвет. Смешайте одну часть медного купороса с одной частью хлористого цинка и разведите в двух частях воды. Достаточно нескольких минут, чтобы медь приобрела красно-коричневый цвет. После промывки и просушки поверхность металла протрите маслом.
Патина от светло-коричневого до черного
Почернение металла наблюдается при патинировании меди сернистым аммонием.
В литре воды разбавляют 20 г сернистого аммония. В полученный раствор опускают изделие или поливают сверху и протирают кистью. Работу осуществляют в вытяжном шкафу. Находящиеся в водном растворе сернистого аммония ионы серы взаимодействуют с ионами меди. Образуется сульфид меди черного цвета.
Интенсивность патинирующего налета на металле может быть различного оттенка, от светло-коричневого до черного. Регулируют цвет, изменяя температуру нагревания пластинки перед патинированием.
Патина светло-коричневая
Грамм на литр:
дихромат натрия - 124
азотная кислота (плотность 1.40 грсм3) - 15,5
соляная кислота (1,192)- 4,65
сульфид аммония 18% раствор - 3-5
наносят кистью сразу после приготовления, через 4-5 часов смыть и повторить после просыхания 2 раза, полировать сухой ветошью.
Патина от темно-коричневой до тепло-черной патины
Грамм на литр:
персульфат аммония - 9,35
едкий натр - 50,0
на 5-25 мин в ванну с раствором, нагретым до 90 -95 градусов. промыть, осушить, повторить 2-3 раза
Патина от оливкового до коричневого цвета
Грамм на литр:
бертолетова соль - 50*70
нитрат меди - 40*50
хлорид аммония - 80*100
на 10-15 мин в ванну с подогретым раствором до 60-70 градусов.
получаемые пленки обладают механической прочностью и стойкостью к коррозии
Патина коричнево-черная
Грамм на литр:
молибдат аммония - 10
аммиак 25% водный раствор - 7
раствор должен быть подогрет до 60 - 70 градусов
Патина золотистого цвета
Грамм на литр:
сульфид меди - 0,6
едкий натр - 180
молочный сахар - 180
Раствор щелочи и лактозы готовят отдельно и только потом сливают вместе, кипятят 15 минут и добавляют сульфид меди.
изделие поместить в подогретый до 90 гр. раствор на 15 мин.
Патина золотисто-коричневого цвета с малиновой побежалостью и умеренным блеском
После очистки медных монет можно создать на них искусственную патину, поместив в раствор 50 г медного купороса и 5 г марганцовокислого калия на 1 литр воды, нагрев его до температуры 70-80С и продержав там до получения нужного цвета.
Патина зеленого цвета
Окрасить в зеленый цвет поверхность медных, латунных или бронзовых изделий можно различными способами.
Метод №1
Поверхность вещей при помощи губки смазывают сначала сильно разведенным раствором азотнокислой меди с добавлением небольшого количества поваренной соли. Затем, когда вещь просохнет, ее точно таким же образом смазывают раствором из 1 части щавелевокислого калия и 5 частей нашатыря в 94 частях слабого уксуса. Снова дают просохнуть и опять смазывают первым раствором; потом, по просыхании, опять вторым раствором и т.д. попеременно до тех пор, пока окрашивание не приобретет надлежащую силу.
Перед смазыванием намоченную в растворе губку следует сильно выжать так, чтобы она была влажной, но не мокрой. По окончании окраски поверхности вещи тщательно растирают жесткими волосяными щетками, особенно в углублениях и щелях. После 8-14 дней работы получается буровато-зеленоватое окрашивание.
Метод №2
Вещи в несколько приемов натирают суконкой, пропитанной неочищенной олеиновой кислотой (продукт, получаемый на стеариновых заводах). На поверхности вещей образуется сначала темно-зеленый слой олеиновокислой меди, которая под влиянием кислорода и влаги воздуха постепенно превращается в более светло-зеленую углекислую медь.
Процесс значительно ускоряется, если олеиновую кислоту предварительно довольно долго настаивать на стружках меди, а вещи после каждого смазывания такой кислотой, после просыхания смазки, слегка (не более нескольких капель!) опрыскивать при помощи пульверизатора водным раствором углекислого аммония.
На заре человечества люди пытались освоить создание различных элементов из металлов. Такие вещи были более изящные, тонкие и долговечные. Одним из первых была «покорена» медь. Наличие руды требовало расплавления материала и отделения от шлака. Это выполнялось в раскаленных углях на земле. Температуру нагнетали мехами, создающими жар. Процесс был горячим и трудоемким, но позволял получать необычные украшения, посуду и орудия труда. Отдельным направлением стало изготовление оружия для охоты, которое могло служить долгое время. Температура плавления меди относительно невысока, что позволяет и сегодня плавить ее в бытовой обстановке и производить предметы, необходимые для ремонта механизмов или электрического оборудования. Какая температура плавки у меди и ее сплавов? Чем можно выполнить эту процедуру в домашних условиях?
В таблице Менделеева этот материал получил название Cuprum. Ему присвоен атомный номер 29. Это пластичный материал, отлично обрабатывающийся в твердом виде шлифовальным и резным оборудованием. Хорошая проводимость напряжения позволяет активно использовать медь в электрике и промышленном оборудовании.
В земной коре материал находится в виде сульфидной руды. Часто встречаемые залежи обнаруживаются в Южной Америке, Казахстане, России. Это медный колчедан и медный блеск. Они образовываются при средней температуре, как геотермальные тоненькие пласты. Находят и чистые самородки, которые не нуждаются в отделении шлака, но требуют плавления для добавки других металлов, т. к. в чистом виде медь обычно не используется.
Красновато-желтый оттенок металл имеет благодаря оксидной пленке, покрывающей поверхность сразу, при взаимодействии с кислородом. Оксид не только придает красивый цвет, но и содействует более высоким антикоррозийным свойствам. Материал без оксидной пленки имеет светло-желтый цвет.
Плавится чистая медь при достижении 1080 градусов. Это относительно невысокая цифра позволяет работать с металлом как в производственных условиях, так и дома. Другие физические свойства материала следующие:
- Плотность меди в чистом виде составляет 8,94 х 103 кг/м квадратный.
- Отличается металл и хорошей электропроводностью, которая при средней температуре в 20 градусов является 55,5 S .
- Медь хорошо передает тепло, и этот показатель составляет 390 Дж/кг.
- Выделение углерода при кипении жидкого материала начинается от 2595 градусов.
- Электрическое сопротивление (удельное) в температурном диапазоне от 20 до 100 градусов - 1,78 х 10 Ом/м.
Плавление металла и его сплавов
График плавления меди имеет пять ступеней процесса:
- При температуре 20-100 градусов металл находится в твердом состоянии. Последующий нагрев содействует изменению цвета, что происходит при удалении верхнего оксида.
- При достижении отметки температуры в 1083 градуса, материал переходит в жидкое состояние, а его цвет становится абсолютно белым. В этот момент разрушается кристаллическая решетка металла. На небольшой период рост температуры прекращается, а после достижения полностью жидкой стадии, возобновляется.
- Закипает материал при 2595 градусах. Это схоже с кипением густой жидкости, где также происходит выделение углерода.
- Когда источник тепла выключается, то пиковая температура начинает понижаться. При кристаллизации происходит замедление снижения температуры.
- После обретения твердой стадии, металл остывает окончательно.
Температура плавления бронзы немного ниже из-за наличия в составе олова. Разрушение кристаллической решетки этого сплава происходит при достижении 950-1100 градусов. Медный сплав с цинком, известный как латунь, способен плавиться от 900°C. Это позволяет работать с материалами при несложном оборудовании.
Плавление в бытовых условиях
Плавка меди в домашних условиях возможна несколькими способами. Для этого понадобиться ряд приспособлений. Сложность процесса зависит от использования конкретного вида оборудования.
Самым простым способом для плавления меди дома является муфельная печь. У мастеров по металлу найдется такое устройство, которым можно будет воспользоваться. Кусочки металла ложатся в специальную емкость - тигель. Он устанавливается в печь, на которой выставляется требуемая температура. Через смотровое окно можно заметить процесс перехода в жидкое состояние, и открыв дверцу удалить оксидную пленку. Делать это необходимо стальным крюком и в защитной перчатке. Жар от печи довольно сильный, поэтому действовать необходимо аккуратно.
Еще одним способом плавки меди в домашних условиях является пропан-кислородное пламя. Оно хорошо подходит и для сплавов металла с цинком или оловом. В качестве рабочего инструмента в руках мастера может быть горелка или резак. Ацетилен-кислородное пламя тоже подойдет, но погреть материал придется немного подольше. Кусочки сплава помещают в тигель, устанавливаемый на жаропрочное основание. Горелкой выполняют произвольные движения по всему корпусу емкости. Быстрый эффект можно получить, если следить чтобы факел пламени касался поверхности тигеля кончиком синего цвета. Там наибольшая температура.
Еще одним способом является мощная микроволновка. Но чтобы повысить теплосберегающие свойства и защитить внутренние детали техники от перегрева, необходимо поместить тигель в жаропрочный материал и накрыть его сверху. Это могут быть специальные виды кирпича.
Самым простым в экономическом плане способом служит слой древесного угля, на который устанавливается горн с медью. Усилить жар можно при помощи пылесоса, работающего на выдув. Кончик шланга направленный на угли должен быть металлическим, а сопло иметь плоскую форму для усиления потока воздуха.
Изготовление деталей и других элементов из меди, путем ее плавки в домашних условиях, возможно благодаря относительно низкой температуре разрушения кристаллической решетки в материале. Используя описанные выше приспособления и ознакомившись с видео, у большинства получится реализовать эту цель.
