Почему медь не магнитится?

Какие металлы не магнитятся и почему?

Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску. Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся.

Научная точка зрения

Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:

• Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра – орбитальные.
• Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси — спиновые.

Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты — к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы – к ферромагнетикам.

Парамагнетики и ферромагнетики

Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными.

Ферромагнетики — небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.

Диамагнетики

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Распределение парамагнетиков и диамагнетиков в периодической системе элементов Менделеева

Магнитные свойства простых веществ периодично изменяются с увеличением порядкового номера элемента.

Вещества, не притягивающиеся к магнитам (диамагнетики), располагаются преимущественно в коротких периодах – 1, 2, 3. Какие металлы не магнитятся? Это литий и бериллий, а натрий, магний и алюминий уже относят к парамагнетикам.

Вещества, притягивающиеся к магнитам (парамагнетики), расположены преимущественно в длинных периодах периодической системы Менделеева – 4, 5, 6, 7.

Однако последние 8 элементов в каждом длинном периоде также являются диамагнетиками.

Кроме того, выделяют три элемента – углерод, кислород и олово, магнитные свойства которых различны у разных аллотропных модификаций.

К тому же называют еще 25 химических элементов, магнитные свойства которых установить не удалось вследствие их радиоактивности и быстрого распада или сложности синтеза.

Магнитные свойства лантаноидов и актиноидов (все они являются металлами) меняются незакономерно. Среди них есть и пара- и диамагнетики.

Выделяют особые магнитоупорядоченные вещества – хром, марганец, железо, кобальт, никель, свойства которых изменяются незакономерно.

Какие металлы не магнитятся: список

Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.

Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.

Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.

Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:

• парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
• диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.

В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные – не притягиваются.

Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся.

Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.

Как отличить медь от других металлов

У большинства из нас знания о меди и ее свойствах ограничиваются школьным курсом химии, что на бытовом уровне вполне достаточно. Однако иногда возникает необходимость достоверно определить, является ли материал чистым элементом, сплавом или даже композитным материалом. Мнение, что эта информация нужна лишь тем, кто занимается приемом или сдачей металлолома, ошибочно: к примеру, на форумах радиолюбителей и очень часто поднимаются темы, как отличить медь в проводах от омедненного алюминия.

Коротко об элементе №29

Чистая медь (Cu) – золотисто-розовый металл, обладающий высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью. Химическую инертность в обычной неагрессивной среде обеспечивает тончайшая оксидная пленка, которая придает металлу интенсивный красноватый оттенок.

Главное отличие меди от других металлов – окраска. На самом деле окрашенных металлов не так много: внешне похожи лишь золото, цезий и осмий, а все элементы, входящие в группу цветных металлов (железо, олово, свинец, алюминий, цинк, магний и никель) обладают серым цветом с различной интенсивностью блеска.

Абсолютную гарантию химического состава любого материала можно получить лишь с помощью спектрального анализа. Оборудование для его проведения очень дорогое, и даже многие экспертные лаборатории могут о нем лишь мечтать. Однако, существует немало способов, как отличить медь в домашних условиях с высокой долей вероятности.

1. Определение по цвету

Итак, перед нами кусок неизвестного материала, который необходимо идентифицировать как медь. Упор на термин «материал», а не «металл», сделан специально, так как в последнее время появилось немало композитов, которые по внешним признакам и тактильным ощущениям очень похожи на металлы.

В первую очередь рассматриваем цвет. Это желательно делать при дневном свете или «теплом» светодиодном освещении (под «холодными» светодиодами красноватый оттенок меняется на желто-зеленый). Идеально, если для сравнения есть медная пластинка или проволока – в этом случае ошибка в цветовосприятии практически исключена.

Важно: старые медные изделия могут быть покрыты окислившимся слоем (зеленовато-голубым рыхлым налетом): в этом случае цвет металла нужно смотреть на срезе или спиле.

2. Определение магнитом

Совпадение по цвету – достоверный, но не достаточный способ идентификации. Вторым шагом самостоятельных экспериментов будет проба с магнитом. Химически чистая медь относится к диамагнетикам – т.е. к веществам, не реагирующим на магнитное воздействие. Если исследуемый материал притягивается к магниту, то это – сплав, в котором содержание основного вещества не более 50%. Однако, даже если образец не среагировал на магнит, радоваться рано, поскольку нередко под медным покрытием спрятана алюминиевая основа, которая тоже не магнитится (исключить подобное можно с помощью надпиливания или среза).

3. Определение по реакции на пламя

Еще один способ распознать медь – раскалить образец на открытом огне (газовая плита, зажигалка или обычная спичка). Медная проволока при накаливании сначала потеряет блеск, а затем окрасится в черно-бурый цвет, покрывшись оксидом. Этим способом можно отсечь и композитные материалы, которые при накаливании начинают дымить с образованием газа с резким запахом.

4. Определение посредством химических экспериментов

Показательной является реакция с концентрированной азотной кислоты: если последнюю капнуть на поверхность медного изделия, произойдет окрашивание в зелено-голубой цвет.

Качественной реакцией на медь является растворение в соляной кислоте с последующим воздействием аммиаком. Если медный образец оставить в растворе HCl до полного или частичного растворения, а потом капнуть туда обычный аптечный нашатырный спирт, раствор окрасится в интенсивно синий цвет.

Важно: работа с химическими реактивами требует соблюдения мер предосторожности. Самостоятельные эксперименты нужно проводить в хорошо проветриваемом помещении с применением средств индивидуальной защиты (резиновые перчатки, фартук, очки).

Как различить медь и сплавы на ее основе?

В промышленности широко распространены медные сплавы. За многие годы исследований удалось получить немало материалов с уникальными свойствами: высокой пластичностью, электропроводностью, химической стойкостью, прочностью (все зависит от легирующих добавок). Самыми распространенными являются бронзы (с добавкой олова, алюминия, кремния, марганца, свинца и бериллия), латуни (с добавлением 10-45% цинка), а также медно-никелевые сплавы (нейзильбер, мельхиор, копель, манганин).

Сложность в плане идентификации представляют лишь бронзы и латуни, поскольку медно-никелевые сплавы значительно отличаются цветом из-за низкого содержания меди.

Медь или латунь?

В латуни может содержаться от 10 до 45% цинка – металла серебристо-серого цвета. Естественно, чем больше цинка, тем бледнее сплав. Однако, высокомедные латуни, в которых количество добавок не превышает 10%, мало отличаются по цвету от медного образца. В этом случае остается лишь доверять своим ощущениям: латунь намного тверже, труднее поддается изгибу (для большей достоверности желательно сравнение с эталонным образцом). Можно попробовать снять стружку: медная будет иметь форму завитка, латунная – прямолинейную, игольчатую. При помещении образцов в раствор соляной кислоты реакции с медью не наблюдается, а на поверхности латуни образуется белый налет хлорида цинка.

Медь или бронза?

Как и латуни, бронзы гораздо прочнее, что объясняется присутствием в сплаве более твердых металлов. Самой достоверной будет проба «на зубок» — на поверхности бронзы вряд ли останется след от надавливания.

Можно также поэкспериментировать с горячим солевым раствором (200 г поваренной соли на 1 литр воды). Медный образец через 10-15 минут приобретет более интенсивный оттенок, чем бронзовый.

Для тех, кто знаком с электротехникой

Очень часто в качестве лома цветных металлов сдаются медные жилы от электрических кабелей, и нередки случаи, когда при производстве электротехнической продукции используется медненый алюминий. Этот материал имеет значительно меньшую плотность, но из-за неправильной геометрической формы определить объем для расчета плотности довольно сложно. В этом случае определить медь можно по электрическому сопротивлению (естественно, при наличии соответствующих приборов – вольтметра, амперметра, реостата). Измеряем сечение и длину жилы, снимаем показания приборов, и – закон Ома вам в помощь. Удельное сопротивление – достаточно точная характеристика, по которой можно с высокой долей достоверности идентифицировать любой металл.

Заключение

Точно определить качество медного лома или содержание основного вещества в сплаве можно только после проведения экспертизы: все вышеприведенные методы являются приблизительными. Если рассматривать ценообразование при покупке металлолома, то дороже всего стоит электротехническая медь, самые дешевые – сплавы латунной группы. Окончательную стоимость сделки можно уточнить у менеджеров компаний, занимающихся скупкой лома цветных металлов.

Закон Фарадея или как магнит застревает в медной трубе

Изображение взято с сайта «Популярная механика»

Многие видели опыт с постоянным магнитом, который как бы застревает внутри толстостенной медной трубки. В этой статье будем разбираться в физике процесса. Сначала запишем формулу магнитного поля постоянного магнита, и посчитаем, какой магнитный поток проходит через поперечное сечение трубы, потом заставим магнитик двигаться и узнаем, какой возникает индуцированный электрический ток в металле, какова рассеиваемая электрическая мощность, запишем и решим уравнение движения постоянного магнита.

И если вы дочитали до этого места и не испугались, добро пожаловать под кат — дальше будет интереснее! Сам я давно подумывал над тем, чтобы хорошенько разобраться в этом вопросе. И вот недавно зашёл разговор с коллегой по работе. Его ребёнку задали сделать научную демонстрацию в школе, на что папа раздобыл кусок медной трубы и неодим-железо-борный магнит. Ребёнок разобрался, произвёл демонстрацию опыта перед классом, дал пояснения, но ни класс ни учитель особо не впечатлились. На конкурсе научных опытов победил вулкан (!) из соды и лимонной кислоты =) Мы с коллегой прикинули на словах и поняли, что дело ясное, что дело тёмное. Да и в литературе не особо много написано по данной тематике. Этот разговор и сподвиг меня попробовать продраться сквозь дебри. В этой статье пишу, что у меня получилось.

Общая информация

Медь (купрум) — металл, имеет золотисто-красноватый цвет и отличается высокой теплопроводностью и электропроводностью. Еще одним отличительным качеством элемента считается его высокая пластичность. Самородками встречается в природе все реже, добывается чаще всего из руды.

Медь магнитится или нет?

При выяснении подлинности и чистоты образца можно обратиться к эксперту, но определение химического элемента в лабораторных условиях достаточно дорого. Поэтому нужно ориентироваться на несколько домашних способов.

В первую очередь присматриваемся к цвету изделия. Поскольку этот элемент имеет свойство окисляться, необходимо оценивать срез или спил предмета. Для точности возьмите образец, будете цвет сравнивать. Он должен быть золотисто-красноватым. Похожие цветовые гаммы имеет золото, а также осмий и цезий.

Если медную проволоку поджечь, то она не будет гореть, а сначала потеряет блеск, а затем изменит цвет до темного.

Можно воздействовать на образец азотной кислотой — он должен приобрести зеленовато-голубой оттенок.

Магнитные свойства – что это

Каждый атом имеет величину, называемую суммарным магнитным моментом, которая определяется движением электронов по их орбите. Магнитный момент определяет величину восприимчивости вещества к магнитному полю. Все металлы делятся на три группы:

1. Диамагнетики — вещества с отрицательной магнитной восприимчивостью, т. е. не магнитятся. Сюда относятся: цинк, золото, медь и другие.
2. Парамагнетики — имеют положительное значение магнитной восприимчивости, но невысокое. Это магний, платина, хром, алюминий и другие. Магнитятся, но слабо.
3. Ферромагнетики — это вещества, которые обладают сильной восприимчивостью к магнитному полю. Сюда относятся: никель, кобальт, железо, некоторые редкоземельные металлы, сплавы железа и другие.

Медь в таблице Менделеева

Парамагнетики и ферромагнетики

Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными.

Ферромагнетики — небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.

Диамагнетики

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Идеальный диамагнетик

Нам нужен такой материал, который бы, вообще, не пропускал через себя силовые линии магнитного поля. Нужно чтобы силовые линии магнитного поля выталкивались из такого материала. Если силовые линии магнитного поля проходят через материал, то, за экраном из такого материала, они полностью восстанавливают всю свою силу. Это следует из закона сохранения магнитного потока.

В диамагнетике ослабление внешнего магнитного поля происходит за счет наведенного внутреннего магнитного поля. Это наведенное магнитное поле создают круговые токи электронов внутри атомов. При включении внешнего магнитного поля, электроны в атомах должны начать двигаться вокруг силовых линий внешнего магнитного поля. Это наведенное круговое движение электронов в атомах и создает дополнительное магнитное поле, которое всегда направлено против внешнего магнитного поля. Поэтому суммарное магнитное поле в толще диамагнетика становится меньше, чем снаружи.

Но полной компенсации внешнего поля за счет наведенного внутреннего поля не происходит. Не хватает силы кругового тока в атомах диамагнетика, чтобы создать точно такое же магнитное поле, как внешнее магнитное поле. Поэтому в толще диамагнетика остаются силовые линии внешнего магнитного поля. Внешнее магнитное поле, как бы, «пробивает» материал диамагнетика насквозь.

Единственный материал, который выталкивает из себя силовые линии магнитного поля, это сверхпроводник. В сверхпроводнике внешнее магнитное поле наводит такие круговые токи вокруг силовых линий внешнего поля, которые создают противоположно направленное магнитное поле в точности равное внешнему магнитному полю. В этом смысле сверхпроводник является идеальным диамагнетиком.

На поверхности сверхпроводника вектор напряженности магнитного поля всегда направлен вдоль этой поверхности по касательной к поверхности сверхпроводящего тела. На поверхности сверхпроводника вектор магнитного поля не имеет составляющую, направленную перпендикулярно поверхности сверхпроводника. Поэтому силовые линии магнитного поля всегда огибают сверхпроводящее тело любой формы.

Магнитодиэлектрики

Это магнитно-мягкие материалы, раздробленные в мелкие зерна (порошок), которые изолируются одно от другого смолами или другими связками. В качестве порошка магнитного материала применяется электротехническое железо, карбонильное железо, пермаллой, альсифер, магнетит (минерал FeO · Fe2O3).

Изолирующими связками являются: шеллак, фенолоформальдегидные смолы, полистирол, жидкое стекло и другие. Порошок магнитного материала смешивают с изолирующей связкой, тщательно перемешивают и из полученной массы прессуют под давлением сердечники трансформаторов, дросселей, деталей радиоаппаратуры.

Зернистое строение магнитодиэлектрических материалов обуславливает малые потери на вихревые токи при работе этих материалов в магнитных полях токов высокой частоты.

Математическое описание

Перво-наперво, нам понадобится математическая модель постоянного магнита. На мой взгляд, будет удобно представить постоянный магнит как магнитный диполь.

Здесь приняты обозначения — радиус-вектор из центра диполя в точку наблюдения, — вектор дипольного момента.

Далее, нам нужно записать -компоненту вектора магнитной индукции для вычисления магнитного потока, захваченного в поперечном сечении металла медной трубы. Выпишем -компоненту магнитного поля здесь

Теперь запишем выражение для магнитного потока через площадь, охватываемую окружностью радиуса на расстоянии от диполя. Вы не поверите, но этот интеграл берётся. Не буду утомлять. В ответе получается очень красиво Из-за того, что диполь движется вдоль оси со скоростью , нужно также сделать стандартную подстановку Похоже, пора призвать на помощь одно из великих уравнений Максвелла, а именно, то самое уравнение, которое описывает
закон Фарадея
:

Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность , взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре , который является границей поверхности

Или, что то же самое, Здесь мы воспользовались аксиальной симметрией задачи по отношению к оси , а также учли, что индуцированное электрическое поле имеет только азимутальную компоненту . Отсюда можно найти азимутальную компоненту электрического поля, индуцированного магнитом. Теперь, когда у нас есть выражение для электрического поля, можно вспомнить и о трубе. Как показано на рисунке выше, внутренний радиус трубы равен , а внешний — . Материал трубы — медь. В данный момент нам будет нужна только электрическая проводимость меди. Обозначим проводимость за . Электрическое поле внутри проводника вызывает электрический ток. Поэтому можем записать закон Ома в дифференциальной форме Электрический ток, в свою очередь вызывает омические потери внутри проводника. Иными словами, энергия рассеивается внутри проводника и переходит в форму тепла, строго говоря, в нашем случае во всём объёме проводника. Объёмная плотность мощности омических потерь по определению равна С другой стороны, при движении магнита сверху вниз потенциальная энергия магнита в поле тяжести Земли уменьшается, однако, скорость движения при этом остаётся постоянной, то есть не растёт
, как это бывает при свободном падении. Это означает только одно: потенциальная энергия магнита рассеивается внутри проводника. А с точки зрения сил, действующих на магнит, на него действует сила трения, которая его тормозит и рассеивает потенциальную энергию магнита в тепло. Запишем теперь баланс мощности в задаче: скорость убывания потенциальной энергии равна мощности омических потерь в проводнике. Здесь необходимо заметить, что потенциальная энергия в координатах, изображенных на рисунке выше будет равна , а чтобы найти полную мощность омических потерь, следует проинтегрировать по всему объёму проводника. Длину трубы считаем бесконечной. Это не так далеко от истины, если учесть, что в опыте из видеоролика диаметр магнитика много меньше длины трубы.

Последний тройной интеграл выглядит очень сложным. И так оно и есть! Но, во-первых, интегрирование по азимутальному углу можно заменить просто домножением на в силу аксиальной симметрии задачи. Во-вторых, порядок интегрирования в данном конкретном интеграле можно изменить и сначала проинтегрировать по , а уж потом по . В-третьих, при интегрировании по по бесконечным пределам можно смело отбросить слагаемое . Оставшийся интеграл берется машиной.

В итоге получается ответ для полной мощности омических потерь Здесь после второго знака равенства мы обозначили коэффициент трения Отметим что, коэффициент трения зависит только от намагниченности магнита , свойств материала проводника и геометрических размеров трубы и — то есть зависит исключительно от параметров магнита и трубы и не зависит от, например, скорости или времени. Это хороший знак для нас и маленький зачётик в копилку найденных формул! Отсюда же становится понятно, почему для демонстрации опыта выбрана именно медная труба, а не, скажем, стальная. Трение зависит от проводимости линейно , а у стали проводимость меньше на порядок.

А что если труба сделана из сверхпроводника?

Это же обстоятельство объясняет и почему магнит левитирует над поверхностью сверхпроводника. Когда мы подносим постоянный магнит к сверхпроводнику, в последнем индуцируются незатухающие внутренние токи, которые создают своё магнитное поле и отталкивают магнитик.

Учимся определять медь и отличать ее от других металлов и сплавов

Химически чистая медь обладает тремя отличительными характеристиками. Это имеющий цвет, пластичный и стойкий к коррозии металл. Последнее свойство обусловлено формированием тонкой оксидной пленки. Этот слой делает медь химически инертной в неагрессивной среде, а также привносит красный оттенок в ее золотисто-розовый цвет.

Наилучший способ точно идентифицировать медь – спектральный анализ, требует дорогостоящего оборудования – анализатора металлов, тогда как отличить медь в домашних условиях – задача с ограниченным набором средств. Тут лучшими приборами выступают органы чувств, легкодоступные химикаты, огонь и подручные приспособления.

Как отличить медь от других металлов на глаз?

Визуальное восприятие – наиболее простой, но не всегда достаточно точный метод. Впрочем, в большинстве случаев он работает и отличить лом меди от лома другого цветмета не трудно. Действительно, несмотря на название категории цветные металлы, одинаково окрашенными оказываются только:

• медь;
• золото;
• цезий;
• осмий.

Остальные металлы характеризуются серой тональностью и отличаются преимущественно по интенсивности блеска. Поэтому цвет – отличное «средство идентификации», в таких вопросах как отличить медь от алюминия, цинка или никеля.

Чистая медь с характерным медным цветом

Естественный окрас чистого элемента Cu – красно-розовый. Смотреть на металл рекомендуется при естественном свете. Искусственное освещение, за исключением светодиодных ламп теплых цветовых температур, меняет оттенок в сторону желто-зеленого тона.

Второе правило визуальной идентификации меди – требуется устранить поверхностную оксидную пленку. Окисление создает на поверхности металла зеленовато голубой налет. Поэтому определять на цвет, что у вас медь, желательно по свежему спилу или обработав материал напильником. Намного сложнее обстоит ситуация с медными сплавами: латунью и бронзой. Также визуально трудно различить Cu и омедненный алюминий.

Как отличить медь от латуни и бронзы

Первый металл представляет сплав Cu-Zn. Содержание цинка варьируется в интервале 4 – 45%. Когда сплав характеризуется высоким добавлением основной примеси, отличить его от чистого металла несложно по цвету. Окрас меди розово-красный, латуни – светлее, но у лома латуни может быть загрязненным поверхность. Чем больше цинка в сплаве, тем сильнее его цвет смещается от красного к желтому оттенку. Поэтому визуальное восприятие неприемлемо для высокомедных латуней, где вхождения примесей на уровне 10%. В этом случае остается 3 варианта как отличить медь от латуни без использования инструмента:

1. По звуку. Тут желательно иметь музыкальный слух. При ударе о металл, мягкая медь звучит приглушенно, тогда как латунь – звонко. Метод хорошо работает для массивных, габаритных изделий – труб, например.
2. По сгибу. Пластичность меди, позволяет легко сгибать металл. Более твердая латунь не настолько податлива.
3. На вес. Плотность Cu9 г/куб.см выше чем у Zn (7.1). Результирующая величина характеристики у латуни, в среднем 8.6 г/куб.см. Разница невысокая, но при наличии точных весов, отличить металлы возможно.

Визуальное отличие меди от бронзы и латуни

Хорошим идентификатором меди, относительно латуни выступает стружка. У чистого металла она спиралеобразная. Напротив стружка латуни прямая, игольчатой формы.

Более сложный подход связан с использованием химикатов, а именно соляной кислоты. Химически инертная медь не реагирует в растворе, тогда как при погружении латуни на поверхности металла образуется белый налет. Это хлорид цинка, результат реакции этого металла на кислоту.

Видео – медь и латунь:

Как отличить медь от бронзы

Определить какой из металлов перед вами по цвету не всегда возможно. Бронза – сплав меди с оловом, также характеризуется розово-красным оттенком, лом бронзы может быть в чем угодно. В этом случае основной отличительной характеристикой становится пластичность чистого металла. Надавив на медь твердым предметом, получим выемку на поверхности. Деформировать бронзу существенно сложнее.

Изделия из бронзы – визуально от меди отличить очень трудно

Альтернативный вариант, как отличить медь от бронзы в домашних условиях – солевой раствор. В металлическую емкость, содержащую 1 литр воды, добавляют 200 грамм поваренной соли. Раствор подогревают до температуры выше 50 °C. Далее в нагретую жидкость помещают металл и выдерживают около 15 минут. Цвет меди меняется. Бронза к воздействию солевого раствора остается нечувствительной.

Следующий способ – патинирование меди. Окисление чистого металла со временем на воздухе – неизбежный процесс, приводящий к образованию зеленовато-голубого налета. Бронза патинированию не подвержена.

Как отличить медь от алюминия

Естественно, металлы несложно отличить по цвету. Ситуация усложняется, когда требуется определить из чего изготовленные жилы кабеля. Луженная медь приобретает серебристый оттенок, тогда как омедненный алюминий – желтый. Результат, отличить металлы между собой по цвету, крайне сложно.

Луженая медь в кабелях

Оптимальный вариант – измерить сопротивление. У медной витой пары, длинной около 100 метров, величина параметра достигает 4 – 8 Ом. Сопротивление аналогичного кабеля из алюминия существенно выше: 12 – 20 Ом. Этот метод хорош отсутствием механического воздействия на металл.

Второй способ – сгибание/разгибание жилы. Алюминиевый проводник быстро сломается. Следующий вариант – испытание пламенем. Температура плавления алюминия – 600 °C, у меди – намного выше.

Прочие случаи испытания огнем, кислотой

Воздействие пламени, используют не только для идентификации металла относительно алюминия. Под эти цели достаточно наличия газовой плиты, зажигалки или костра. Нагревание меди приводи к образованию ее оксида, что сказывается на изменении цвета. Поверхность металла постепенно тускнеет, пока не приобретает совсем темный оттенок.

Азотная кислота – еще один идентификатор меди в домашних условиях. Тут также важно проявлять осторожность. Лучше просто капнуть жидкостью на металл. Чистая медь в месте контакта приобретет сине-зеленый цвет.

Видео – как отличить алюминий от меди:

Напоследок

Прежде чем приступать к определению материала изготовления детали, можно тщательно изучить ее поверхность. Многие изделия имеют маркировку. Она поможет определить не только тип металла, но и марку.

Медь магнитится к магниту

Иногда случается так, что необходимо определить, из какого металла или сплава состоит монета. Первое, что приходит в голову — это обратить внимание на ее цвет. Но потом оказывается, что, например, желтая монета может быть сделана как из меди, латуни, никелево-медного сплава, так и из другого материала. Как же тогда быть? Распространенным методом проверки является использование магнита. Но для этого необходимо знать, медь магнитится или нет.

Медь не магнитится

Магнитные свойства

Каждый атом имеет величину, называемую суммарным магнитным моментом, которая определяется движением электронов по их орбите. Магнитный момент определяет величину восприимчивости вещества к магнитному полю. Все металлы делятся на три группы:

1. Диамагнетики — вещества с отрицательной магнитной восприимчивостью, т. е. не магнитятся. Сюда относятся: цинк, золото, медь и другие.
2. Парамагнетики — имеют положительное значение магнитной восприимчивости, но невысокое. Это магний, платина, хром, алюминий и другие. Магнитятся, но слабо.
3. Ферромагнетики — это вещества, которые обладают сильной восприимчивостью к магнитному полю. Сюда относятся: никель, кобальт, железо, некоторые редкоземельные металлы, сплавы железа и другие.

Медь в таблице Менделеева

Сплавы и их магнитные свойства

Медь не магнитится. Если все-таки встречается монета, которая похожа на медь, но магнитными свойствами обладает, то скорее всего, это сплав. В таком сплаве меди будет не более 50%. Это может быть сделано специально, но бывали случаи, когда магнитные свойства проявляла медь, которая не была очищена от примесей в процессе изготовления монеты.

Любому человеку необходимы хотя бы минимальные знания о магнитных свойствах металлов. В большинстве случаев для определения меди этого достаточно — медное изделие к магниту не прилипнет.

Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску. Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся.

Научная точка зрения

Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:

• Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра – орбитальные.
• Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси – спиновые.

Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты – к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы – к ферромагнетикам.

Парамагнетики и ферромагнетики

Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными.

Ферромагнетики – небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.

Диамагнетики

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Распределение парамагнетиков и диамагнетиков в периодической системе элементов Менделеева

Магнитные свойства простых веществ периодично изменяются с увеличением порядкового номера элемента.

Вещества, не притягивающиеся к магнитам (диамагнетики), располагаются преимущественно в коротких периодах – 1, 2, 3. Какие металлы не магнитятся? Это литий и бериллий, а натрий, магний и алюминий уже относят к парамагнетикам.

Вещества, притягивающиеся к магнитам (парамагнетики), расположены преимущественно в длинных периодах периодической системы Менделеева – 4, 5, 6, 7.

Однако последние 8 элементов в каждом длинном периоде также являются диамагнетиками.

Кроме того, выделяют три элемента – углерод, кислород и олово, магнитные свойства которых различны у разных аллотропных модификаций.

К тому же называют еще 25 химических элементов, магнитные свойства которых установить не удалось вследствие их радиоактивности и быстрого распада или сложности синтеза.

Магнитные свойства лантаноидов и актиноидов (все они являются металлами) меняются незакономерно. Среди них есть и пара- и диамагнетики.

Выделяют особые магнитоупорядоченные вещества – хром, марганец, железо, кобальт, никель, свойства которых изменяются незакономерно.

Какие металлы не магнитятся: список

Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.

Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.

Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.

Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:

• парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
• диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.

В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные – не притягиваются.

Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся.

Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.

Иногда в домашних условиях требуется отличить медь от другого металла, а также проверить чистоту медного изделия, нет ли в нем посторонних примесей. Это можно сделать, опираясь на внешний вид металла, а также на определение его свойств, в частности, проведя пробу с магнитом.

Общая информация

Медь (купрум) — металл, имеет золотисто-красноватый цвет и отличается высокой теплопроводностью и электропроводностью. Еще одним отличительным качеством элемента считается его высокая пластичность. Самородками встречается в природе все реже, добывается чаще всего из руды.

При выяснении подлинности и чистоты образца можно обратиться к эксперту, но определение химического элемента в лабораторных условиях достаточно дорого. Поэтому нужно ориентироваться на несколько домашних способов.

В первую очередь присматриваемся к цвету изделия. Поскольку этот элемент имеет свойство окисляться, необходимо оценивать срез или спил предмета. Для точности возьмите образец, будете цвет сравнивать. Он должен быть золотисто-красноватым. Похожие цветовые гаммы имеет золото, а также осмий и цезий.

Если медную проволоку поджечь, то она не будет гореть, а сначала потеряет блеск, а затем изменит цвет до темного.

Можно воздействовать на образец азотной кислотой — он должен приобрести зеленовато-голубой оттенок.

Проверка магнитом

За магнитные свойства предметов отвечают электромагнитные волны, которые излучает вещество. При взаимодействии с магнитом часть металлов притягивается, а часть не реагирует, поскольку нет электромагнитного излучения. К таковым относится и купрум. Этот металл является диамагнетиком, а потому на магнит реагировать не будет. Более того, поле меди отталкивается от магнита. Это уникальное свойство обусловило применение металла в электротехнических изделиях, поскольку он под воздействием тока создает необходимое поле для движения электронных частиц. Если к образцу притягивается магнит, значит, это сплав, в котором необходимого металла не больше половины.

Предмет из чистого купрума со временем может начать магнититься в том случае, если окислится. В итоге на поверхности создается пленка, которая обладает высокими ферромагнитными свойствами.

Сплавы

Наиболее популярные сплавы с применением элемента — латунь (с добавлением цинка) и бронза. Что касается латуни, то она так же не реагирует на электромагнитное поле, как и купрум. Это происходит из-за того, что меди в данном сплаве минимум 55% и больше. Такой сплав отличается от чистого образца по тяжести, а также по форме стружки.

Бронза также не имеет электромагнитного поля. Но данный сплав гораздо прочнее, чем купрум. Если воздействовать на образцы зубами, то на чистой меди останутся следы, а на бронзе и на латуни — нет.

Если взглянуть на таблицу Менделеева, то о магнитных свойствах элементов сразу ничего узнать не получится. Для этого необходимо немного подробнее изучить этот материал. Современное производство выпускает композитные материалы, внешне ничем не отличимые от меди (29-го элемента таблицы). Поэтому проверка электромагнитным полем может стать достоверным тестом на наличие примесей и чистоту материала, который к магниту не притянется. Кроме этого, в домашних условиях выявить купрум поможет нагрев, снятие стружки, а также проведение химических реакций, во время которых следует соблюдать осторожность и технику безопасности.

Дьявольская медь или невероятная история никелирования

Что дает добавка к меди никеля?

Никель вводят в сплав в качестве основного легирующего компонента. Он значительно повышает твердость меди. Металлы наделены редкой особенностью, они полностью растворяются друг в друге. При сплавлении, в зависимости от пропорции, однородные сплавы двух металлов изменяют свои свойства следующим образом:

• Усиливается устойчивость к действию кислот и щелочей.
• Увеличивается жаропрочность.
• Вырабатывается стойкость к коррозии.
• Повышается упругость и прочность.
• Понижается температурный коэффициент сопротивления.

Классификация

Используя механические, химико-физические свойства, а также область применения, сплавы меди с никелем условно можно подразделить на две основные группы:

• Конструкционные – характеризуются высокой антикоррозийной устойчивостью и большой прочностью. К ним относятся мельхиоры, содержащие до 30% никеля и небольшие количества других металлов, нейзильберы, обладающие отличной прочностью и особый сплав куниаль с добавками алюминия, который хорошо обрабатывается давлением.

• Электротехнические – обладают высоким электрическим сопротивлением. К ним относится термоэлектродный сплав копель, имеющий в составе большое содержание никеля, манганин и константан. Используются в электротехнике для компенсационных проводов, термопар и реостатов.

Сплавы находят применение для изготовления деталей, используются в приборах, теплообменных аппаратах, поэтому к ним предъявляются жесткие требования по химическому составу и физическим характеристикам.

Самодельные электролизные кабели

Ниже приведен пример самостоятельного изготовления устройства электролиза с питанием от 9-вольтовой батареи.

Конструкция устройства, помогающая определить никель или железо непосредственно в домашних условиях. Останется только купить индикаторную бумагу для определения конкретного металла Комплектующие детали и аксессуары устройства:

• батарея питания на 9 вольт,
• интерфейс для подключения батареи,
• поливинилхлоридная трубка,
• фен для волос (для подогрева раствора),
• пинцет из нержавеющей стали.

Крепление провода (минусового) к пинцету сделать просто. Достаточно просверлить в рукоятке пинцета отверстие под винт диаметром 3 мм и установить кольцевую клемму с отверстием. Провод, тонкий, многожильный, изолированный, крепится на клемму стандартно, — с помощью паяльника и припоя.

Плюсовой провод батареи, того же стандарта, что и минусовой, крепится к зажиму «крокодил». В разрыв провода включается постоянный резистор: 300-360 Ом, 0,25 Вт. Для нормальной работы ток цепи установки электролиза должен быть в пределах 25-30 мА (регулируется резистором).

Мельхиор

Сплав меди с никелем, название которого — мельхиор, может содержать в своем составе до 22% основного легирующего компонента никеля, около 80% меди и не больше 0,6 % примесей. У него отмечают высокую прочность, пластичность, коррозийную стойкость. Сплав хорошо поддается механической обработке, его штампуют, режут, чеканят, паяют, полируют, воздействуют давлением в любом виде (в холодном и горячем). Мельхиор выпускается в виде лент, полос и труб. Металл обладает серебристым цветом. Он идет на производство конденсаторных труб, деталей кондиционеров, применяется в приборостроении.

Кроме того, из сплава делают медицинские изделия, недорогие ювелирные украшения, монеты и посуду. Для улучшения внешнего вида изделия покрывают тонким слоем серебра.

От кастрюли до АЭС

Применение никеля в современном мире разнообразно. Львиная доля добытого в мире металла уходит на производство сплавов, легированной стали.

В чистом виде наш герой наносится на поверхности в качестве средства от ржавчины. Еще из него делают тигли, приборы, котлы с высокими антикоррозионными свойствами.

Никелевые сплавы используют для изготовления красивой, блестящей посуды. Секрет (Zepter) в металле, из которого делают такие удобные и симпатичные кастрюльки. Формула цептеровской нержавейки — 18 частей хрома, 10 частей никеля. Посуда хороша, плюсов много, минус один — цена…

Рекомендуем: ОСМИЙ — тяжелее нет металла

Никельсодержащие сплавы применяют в производстве емкостей для хранения пищевых продуктов, химических веществ, эфирных масел.

Аккумуляторные электроды в щелочных батареях — тоже никель.

Оборудование для АЭС, ракетная техника, реактивная авиация не смогут обойтись без «озорника» и его сплавов.

Познавательно: «никель» — так десятилетиями называют 5-центовую монету в США (хотя никеля в ней только 25%, остальное медь).

Нейзильберы

Сплавы никеля, меди и цинка содержат в своем составе до 35 процентов никеля и 45 процентов цинка, а остальное – медь. У нейзильберов (в переводе с немецкого языка «нового серебра») отмечается красивый серебристый цвет, они не поддаются окислению на воздухе, проявляют стойкость в растворах органических кислот и солей. Благодаря высокой коррозийной стойкости неферромагнитные сплавы находят применение в приборостроении, используются для изготовления медицинских инструментов, часовых механизмов.

При изготовлении изделий для ювелирной промышленности в сплавы добавляют раскислители, которые позволяют понизить количество оксида меди, увеличить пластичность и прочность. При увеличении в сплаве никеля, возрастает его твердость и прочность. При введении алюминия, сплавы становятся дисперсно-твердеющими, при этом повышается и стойкость к коррозии. Присутствие свинца в нейзильберах придает металлу упругость и способствует улучшению обработки резанием.

Про Франца-Иосифа, аллергию и зубные протезы

Многие новооткрытые металлы поначалу стоили очень дорого. Позволить себе изделия из таких металлов могли только очень богатые люди. Франц-Иосиф, император Австро-Венгрии, ел из никелевой посуды, на зависть прочим царям-королям. Бум на редкий металл прошел, а император вдруг заболел. Лейб-медики причины болезни найти не смогли, и вину за болезнь свалили на никель. Бедный металл законодательно изгнали из кухонь.

Прошло время, металл реабилитировали. А Франц-Иосиф благополучно выздоровел, пережил всех горе-лекарей, и просидел на троне аж 68 лет.

Он вредный или нет?

Много писали о вредности никелевых сплавов. Аллергенные они, не носите украшения с никелем. Мало кто знает, что никель в организме человека занимается регулированием гормональной системы, активно участвует в работе клеточных элементов — РНК, ДНК, белка. Металл участвует в синтезе гемоглобина, в кроветворении.

Да, есть индивидуальная непереносимость, аллергия. Но ведь аллергенов вокруг тысячи. Проявилась такая беда — не носите украшения, в состав сплавов которых входит никель. Некорректно говорить, что этот металл опасен, если он входит в состав нашего организма.

В стоматологии для имплантов используют никелид титана. Западные фирмы внедряют новые материалы, при этом обругивая старые — надо же набирать новых потребителей продукции. В США никелевые сплавы для зубопротезирования применялись и в армии, и в детской стоматологии, а это для американцев — святое. Вредных компонентов никогда не стали бы использовать.

Рекомендуем: ХРОМ — блеск и защита

Сплавы высокого сопротивления

Для изготовления электронагревательных приборов требуются проводники материал, которых обладает высоким удельным и низким показателем температурного коэффициента сопротивления. Точные сопротивления для приборов, как правило, изготовляют из манганинов – это сплав меди, никеля и марганца. В его состав входит 86% меди, марганца 13% и никеля около 3%. Для стабилизации в манганины вводят небольшое количество железа, серебра и алюминия. У сплавов высокая температура плавления, составляющая 960 градусов, средняя плотность чуть больше 8 г/см куб. и оранжевый цвет.

Манганины мало зависят от температуры электрического сопротивления, что очень важно для применения их в электроизмерительных устройствах с повышенной степенью точности. Еще одним достоинством сплавов является очень небольшая термо-ЭДС в паре с медью. Для стабилизации электромеханических свойств проводят искусственное старение манганина. Проволоку нагревают в вакууме до 400 градусов около двух часов, после этого продолжительное время выдерживают при комнатной температуре для получения стабильных свойств. Сплав находит применение для изготовления добавочных сопротивлений, катушек, шунтов, высокоточных измерительных приборов.

Ищем никель по всему свету

Металл занимает пятое место по распространенности на Земле.

Рекомендуем: БРОНЗА — сплав для всех времен и народов

Геологи оценивают запасы никелевых руд в мире в 130-200 миллионов тонн.

Добыча ведется как открытым, так и подземным способами.

Можно было бы гордиться: на территории России объем добываемых руд самый большой в мире.

Извлекают эти руды в 22 странах; крупнейшие месторождения в странах:

• Канада (провинция Онтарио);
• Австралия (штат Западная Австралия);
• Индонезия (3 карьера, но все принадлежат государству);
• Новая Каледония (5 карьеров; три из них принадлежат французской фирме).

Потребляют металл в основном пять стран:

• Китай;
• Япония;
• США;
• Германия;
• Тайвань.

Эти страны потребляют больше половины произведенного никеля.

Никелевые руды

Происхождением наш герой из магматических сульфидных медно-никелевых месторождений, кор выветривания — силикатных никелевых руд.

В состав медно-никелевых месторождений входят:

• халькопирит;
• пирротин;
• гарниерит;
• пирит;
• ревдинскит;
• магнетит;
• никелин;
• миллерит и другие минералы.

Силикатные никелевые руды можно разделить на железистые, с повышенным содержанием кобальта, и магнезиальные — в них больше никеля.

Константан

Какой сплав меди и никеля, наряду с манганином, относится к сплавам высокого электрического сопротивления? Это константан, он содержит до 65% меди, до 41% никеля и около 2% марганца. Этот сплав имеет специфический серебристый тон, среднюю плотность и температуру плавления 1270 градусов. Промышленность выпускает из константана проволоку, диаметр которой составляет 0,02-5 миллиметров. Значительная термо-ЭДС в паре с медью ограничивает использование сплава в точных электроизмерительных приборах. Зато он находит применение в термопарах для измерения температуры до 300 градусов.

Константановая проволока из сплава меди с никелем подвергается особой термической обработке путем нагрева ее до 900 градусов и последующего охлаждения. В результате на ее поверхности образуется темно-серая оксидная пленка, которая образует изоляционный слой и не требует дополнительного защитного покрытия. Сплав хорошо поддается механической обработке, поэтому имеет высокие технологические свойства. Он находит применение в измерительных приборах, электронагревательных элементах и реостатах с температурой до 400 градусов.