구리란?- 용도, 화합물 및 특성

구리란?

구리는 원자번호 29번의 화학 원소이며 주기율표에서 구리 기호로 표시됩니다. 구리는 열 및 전기 전도성이 우수한 연성 및 가단성 금속입니다. 구리는 자연적으로 발견되지만 황동석 및 보르나이트와 같은 광물에 가장 풍부하며 붉은 금색으로 구별됩니다.

질량이 큰 별은 구리를 생산하며, 이는 우리 행성의 지각에도 존재합니다. 발견된 가장 무거운 구리 덩어리의 무게는 무려 420톤에 달했습니다. 이 요소는 인간과 동물의 해부학에서 모두 발견됩니다. 구리는 간, 근육, 뼈에서 발견되며 정상 수치는 킬로그램당 1.4~2.1mg입니다.

구리는 특히 전선에 널리 사용됩니다. 화폐에는 아주 적은 양의 구리가 사용되지만 우리는 동전을 다룰 때마다 구리와 접하게 됩니다. 구리는 아연, 주석, 니켈 및 알루미늄을 포함한 대부분의 금속보다 광범위한 합금 원소로 합금을 생성할 수 있습니다. 이 금속은 합금의 강도와 마모 및 부식에 대한 저항성을 향상시키기 위해 추가되지만 색상도 변경됩니다.

 

구리의 역사

이 금속의 이름은 고대 영어 단어 'coper'에서 유래했으며, 라틴어 'Cyprium aes'는 키프로스의 금속을 의미합니다. 구리는 세계 초기 문명에 알려졌으며 선사 시대로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 비교적 순수한 형태로 찾을 수 있기 때문에(광석에서 채굴할 필요가 없음을 의미함) 사람이 가공한 최초의 금속이라고 합니다.

신석기 시대 또는 신석기 시대에 구리가 처음으로 발견되어 사용되었습니다. 정확한 발견 날짜는 알 수 없지만 기원전 8000년경에 발생한 것으로 생각됩니다. 구리는 자연에서 자유 금속 상태로 발견됩니다. 인간이 석재 대용품으로 사용하는 이 천연 구리.

그들은 그것으로 기초적인 망치, 칼, 그리고 나중에는 다른 도구들을 만들었습니다. 재료의 가단성으로 인해 두드려 장치를 쉽게 성형할 수 있습니다. 금속의 풍부한 붉은 색과 그 인성은 그것을 매우 원하게 만들었습니다. 두드리는 소리는 구리를 단단하게 하여 더 견고한 모서리를 만듭니다.

이집트는 아마도 구리의 초기 개발에서 가장 발전된 국가였을 것입니다. 구리 무기와 도구는 일찍이 기원전 5000년에 죽은 자를 위해 무덤에 남겨졌습니다. 기원전 3800년경 시나이 반도에서 구리 광산을 채광한 기록이 있습니다. 이 광산에 도가니가 있다는 것은 금속을 얻는 기술에 약간의 정련이 포함되었음을 암시합니다.

구리를 두드려 얇은 판으로 만든 다음 파이프 및 기타 품목으로 성형했습니다. 청동은 원래 이 시기에 등장했습니다. 이 물질의 가장 오래된 알려진 조각은 기원전 3700년경으로 추정되는 이집트 멤피스 근처의 Maydm 피라미드에서 발견된 금속 막대입니다.

 

구리 화합물

다음은 구리의 가장 중요한 화합물 중 일부입니다.

산화물
구리는 2개의 원자가를 가지므로 2개의 산화물을 생성합니다. 산화제1구리(Cu2O)와 산화제2구리(CuO)가 이러한 화학물질입니다. 아산화구리는 용광로 또는 전해질로 만들어집니다. 붉은색 결정체입니다. 산화제2구리는 수산화구리, 질산구리, 탄산구리와 같은 적절한 염을 점화하거나 산화제1구리를 가열하여 만듭니다. CuO는 짙은 회색 분말입니다.

할로겐화물
염화 제1구리(CuCl) 및 염화 제2구리(CuCl2)는 구리-염소 화학물질입니다. 요오드화 구리(Cul)는 구리와 요오드를 직접적인 반응으로 결합하여 생성됩니다. 요오드화 제2구리(Cul2)는 복잡한 화합물이나 암모늄염의 존재에서만 발견됩니다.

황산염
황산 제2구리(CuSO4)는 눈부신 청색 때문에 청색 유리올로 알려진 가장 중요한 구리 염입니다. 황산동은 대부분의 경우 CuSO4.5H2O로 결정화됩니다.

 

구리 합금

구리의 놀라운 특징 중 하나는 다양한 금속과 합금할 수 있다는 것입니다. 다음은 결코 완전한 것은 아니지만 가장 일반적으로 사용되는 일부 합금에 중점을 둡니다.

청동
청동기 시대는 구리에 소량의 주석을 합금하면서 시작되었습니다.

놋쇠
황동은 구리와 아연이 결합하여 악기를 포함한 다양한 응용 분야에 사용되는 황금 금속을 형성할 때 만들어집니다.

스털링 실버
순은은 구리와 같은 다른 금속이 은에 첨가될 때 만들어집니다. 그것은 종종 보석에 사용됩니다. 구리 합금은 일상 용품에서 무기와 같은 산업 응용 분야에 이르기까지 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

백동
구리가 니켈과 결합하면 더 강한 금속이 생성되어 무엇보다도 동전, 하드웨어, 해군 공학 및 군비 제조에 사용됩니다.

 

구리는 어떻게 생산될까?

구리는 구리 광물 또는 아연 및 납과 같은 다른 금속과 결합된 광석으로 지구 전역에서 발견될 수 있습니다. 주로 노천 또는 지하 방법으로 채굴됩니다. 노천 채굴은 구리 생산량의 약 90%를 차지하는 지각으로 이어지는 점진적 단계를 통해 지표면에서 광석을 수집합니다.

기계나 폭발물이 광석을 분리할 수 있도록 지표면에 갱도를 파는 지하 채광은 노천 채굴 작업을 통해 광석을 채광하기에 너무 깊을 때 사용할 수 있습니다. 광석을 채굴한 후에는 순도를 보장하기 위해 처리해야 합니다. 황화물 광석은 5단계로 처리됩니다.

▷ 구리 입자를 추출하기 위해 광석을 고운 모래로 분쇄합니다.
▷ 그 거품이 뜨는데, 이는 모래가 물 및 화학 물질과 혼합되어 구리 입자가 물에 저항하도록 만든다는 것을 의미합니다.
▷ 구리 광물은 기포에 부착되어 공기가 혼합물을 통해 순환되면 표면으로 떠오릅니다.
▷ 구리가 풍부한 거품은 농축된 농도로 두꺼워지고, 이는 양극 슬래브로 알려진 정제된 구리 농축물로 녹을 수 있습니다.
▷ 이 슬래브는 전기분해를 사용하여 99.99% 순동인 구리 음극 슬래브로 정제됩니다. 산화구리 광석은 고농도 수준을 얻기 위해 3단계 공정을 거칩니다. 더미 침출로 알려진 공정에서 황산은 광석에서 구리를 제거하는 데 사용됩니다.
▷ 그런 다음 용매 추출 단계에서 침출된 구리를 용매로 이동시켜 오염 물질을 제거합니다. 마지막으로 전해 채취는 전류를 사용하여 용매에서 구리 이온을 양전하시켜 음극에 도금할 수 있도록 합니다.

 

구리의 용도

▷ 구리는 인류가 역사를 통틀어 작업한 최초의 금속이었습니다. 청동기 시대는 합금 청동을 만들기 위해 약간의 주석으로 경화될 수 있다는 것을 발견하여 명명되었습니다.
▷ 황산구리는 농업용 독소 및 수처리에서 살조제로 자주 사용됩니다.
▷ 구리는 가장 일반적으로 동전과 관련이 있지만 청동 생산에서 중요한 구성 요소입니다.
▷ 캔, 호일, 냄비, 전선, 비행기, 우주선 등 다양한 제품에 활용되고 있습니다.
▷ 화학 기상 증착은 기상 전구체로부터 얇은 구리 필름을 증착하는 공정입니다.
▷ 전선은 전 세계적으로 소비되는 전체 구리의 절반 이상을 차지하기 때문에 전기 전도성이 중요합니다.
▷ 구리는 종종 금이나 은으로 코팅됩니다.

 

구리의 속성

구리는 현대 야금에서 가치가 있고 많은 비즈니스 및 부문에서 유익한 광범위한 특성을 가지고 있습니다. 구리 및 그 합금은 다음을 포함하여 몇 가지 바람직한 특성을 가지고 있습니다.

1. 내식성
구리는 강한 자연 부식 저항으로 인해 옥외 및 해양 건축에 유용한 금속임이 입증되었습니다. 90/10 및 70/30 구리-니켈 합금은 해수의 부식 효과를 견딜 수 있기 때문에 합금으로 자주 사용됩니다.

금속의 피막 표면과 염수 사이에 화학 반응이 발생하여 구리-니켈 합금의 매우 높은 내식성을 생성하여 그 아래의 코어 금속을 보호합니다.

2. 가단성과 연성
구리는 가단성과 연성이 있어 와이어와 같은 모양으로 쉽게 성형할 수 있습니다. 구리는 건축 구성 요소, 특히 오래된 교회 건물의 첨탑과 첨탑에 자주 사용됩니다. 구리는 일반적으로 오래된 건물의 지붕과 후레싱에 사용되었습니다. 산화로 인한 녹색 녹청은 금속의 내구성을 증가시키면서 구조에 뚜렷한 측면을 부여합니다.

구리의 뛰어난 유연성 없이는 컴퓨터, TV, 휴대폰 및 자동차에서 전기를 전송하는 작은 직경의 전선을 만들기가 어렵습니다. 구리 배선은 주로 인쇄 회로 기판에서 선호되는 배선 재료로 알루미늄을 대체한 대부분의 초소형 전기 장치에서 찾을 수 있습니다.

3. 항균/바이오파울링 내성
박테리아 과학이 이해되기 훨씬 이전에 구리의 항균 특성은 수세기 전에 일반적으로 인식되었습니다. 구리 기반 물 운반 선박은 다른 금속보다 조류 발생 및 점액 형성 경향이 적습니다.

구리 합금은 E 코일, 레지오넬라균 및 MRSA MRSA를 포함한 광범위한 박테리아를 죽이는 자체 살균 표면 구조 때문에 이 연구 분야에서 특히 관심이 있습니다. 구리 접촉 표면은 병원 병동 및 수술실에서 점점 더 널리 보급되어 박테리아 박멸에 좋지 않은 스테인리스 스틸 및 은 표면을 대체하고 있습니다.

구리는 또한 생물학적 특성을 가지고 있습니다. 박테리아 및 기타 살아있는 유기체는 성장하거나 번성할 수 없습니다. 구리는 따개비와 홍합 성장을 줄이기 위해 선체에 자주 사용됩니다.

 

4. 전도도
구리는 전기 배선에 자주 사용되는 우수한 전기 및 열 전도체입니다. 순수 구리의 전기 전도도는 5.9107 Siemens/m로 은(6.2×107 Siemens/m) 다음으로 전기 전도성이 높은 금속입니다.

구리는 은보다 훨씬 풍부하고 저렴하기 때문에 전기를 빠르게 전송하는 대중적인 방법이 되었습니다. 구리의 유연성은 전선 및 케이블 제조에 적합합니다. 반면에 구리의 무게로 인해 일반적으로 알루미늄 또는 알루미늄 코팅된 고장력 강철 가닥을 사용하는 가공 전력선에 적합하지 않았습니다.

천연 광물의 측정된 열전도율 측면에서 구리는 다이아몬드와 은에 이어 3위를 차지합니다. 섭씨 20도에서 순동의 평균 열전도율은 386.00W/(mK)입니다.

구리는 1085°C의 높은 융점으로 인해 냄비 바닥, 보일러 열교환기 및 전기 장비의 방열판과 같은 고온 응용 분야에 적합합니다.

5. 구리 재활용
구리 재활용은 귀중한 자원을 시장에 소개하는 매우 생태학적으로 유익한 방법입니다. 구리 재활용은 1차 생산보다 적은 에너지를 사용하고 CO2 배출량을 줄입니다.

재활용은 구리 사용량의 최대 80%를 제공하는 반면 광업은 20%만 차지합니다. 구리 재활용은 또한 환경 친화적입니다. 구리 재활용은 광석에서 구리를 추출하는 데 필요한 에너지의 15~20%를 사용합니다. 구리는 재활용 후에도 화학적 및 물리적 특성을 유지합니다.