Przeczytaj

Miedź, wraz z żelazem i glinem, znajduje się na podium wśród najczęściej wykorzystywanych metali na świecie. Szereg ciekawych właściwości, jakie posiada, sprawia, że jest stosowana między innymi w elektronice, budownictwie, jubilerstwie oraz przemyśle (na przykład chemicznym bądź jako metal biostatyczny).

Ciągle rosnące zapotrzebowanie na ten metal (szacuje się, że popyt na miedź w $2030$ roku będzie dwukrotnie większy niż w roku $2019$ ) sprawia, że jest on pierwiastkiem o znaczeniu strategicznym. Bo to właśnie miedź określa plan działania dla rozwoju obecnego przemysłu technologicznego oraz innowacji ułatwiających codzienność życia ludzkiego. Dzisiejsze „być albo nie być” smartfonów, komputerów, pralek, zmywarek, telewizorów i szeroko rozumianej elektryczności w naszym otoczeniu zależy właśnie od miedzi.

R1aQHZEgEXcum1

Popyt na miedź w <math aria‑label="dwatysiące piętnastym">2015 roku

Źródło: GFMS Copper Survey, 2015.

Ciekawostka

Czy wiesz, że w smartfonach znajduje się średnio $8,75 g$ miedzi?!

Miedź w telefonach znajduje się między innymi w kabelkach, procesorach, płytkach obwodów drukowanych, półprzewodnikach, układach scalonych oraz radiatorach. To wszystko sprawia, że jej zawartość w smartfonach wynosi średnio $8,75 g$ . Dlatego tak ważny jest recykling zużytego sprzętu elektronicznego – pamiętaj o tym zawsze, gdy wymieniasz stary telefon na nowy.

**Właściwości fizyczne miedzi**
Właściwości miedzi	Wartości parametrów
wytrzymałość na rozciąganie	$220$ – $270 MPa$
temperatura topnienia	$1083 ° C$
temperatura wrzenia	$2560 ° C$
gęstość ( $t = 20 ° C$ )	$8,9 \frac{g}{{cm}^{3}}$
przewodność cieplna w temperaturze $0 ° C$	$397 \frac{W}{m \cdot K}$
przewodność elektryczna w temperaturze $20 ° C$	$59 \frac{MS}{m}$

Indeks dolny Źródło: KGHM Polska Miedź SA, online: kghm.com/pl/biznes/produkty/miedz, dostęp: 15.04.2022. Indeks dolny koniec

Tak obszerne zastosowanie miedzi jest związane z szeregiem jej właściwości, takich jak plastyczność, ciągliwość, dobra przewodność elektryczna, dobra przewodność cieplna, odporność na korozję, łatwość tworzenia stopów, trwałość oraz biostatyczność.

Ze względu na swoje właściwości mechaniczne (plastyczność i ciągliwość), miedź pozwala na formowanie z niej dowolnych kształtów – na przykład rur czy drutów. Elementy te mogą być dowolnie dopasowywane (można je uginać), nie ulegają korozji, są niepalne oraz można je łączyć poprzez lutowanie.

Znakomita przewodność elektryczna miedzi (pod tym względem miedź zajmuje drugie miejsce po srebrze) sprawia, że stosowana jest w elektryce, energetyce (np. przewody zasilające, kable podziemne, elektromagnesy, silniki elektryczne, transformatory, generatory, elektrownie wiatrowe, piorunochrony), telekomunikacji (kable, złącza, komputery), a także w przemyśle motoryzacyjnym (samochody, pociągi, samoloty).

bg‑gray1

Jak miedź przewodzi prąd elektryczny?

Miedź tworzy tzw. kryształy metaliczne, w których występuje szczególny rodzaj wiązania, czyli wiązanie metaliczne. Gdybyśmy więc byli w stanie sięgnąć wzrokiem do poziomu mikroświata, to zobaczylibyśmy chmurę zdelokalizowanych elektronów walencyjnych, poruszających się pomiędzy drgającymi kationami miedzi (tzw. zrębami atomowymi). Ich ruch jest swobodny i przypadkowy, podobnie jak ma to miejsce w przypadku zachowania drobin w fazie gazowej. Jednak jeśli do tego miedzianego drutu przyłączone zostanie źródło prądu (np. bateria), to swobodne elektrony zaczną przemieszczać się w sposób uporządkowany.

R1BDEGnaOhHTP

Po zamknięciu obwodu elektrycznego, zbudowanego ze źródła prądu i między innymi z drutu miedzianego, można zauważyć, że żarówka się świeci. Miedź jest przewodnikiem elektronowym i dlatego w obwodzie płynie prąd elektryczny. Pomarańczowe kulki to kationy miedzi ( ${Cu}^{2}$ ), a białe kulki to elektrony poruszające się w sposób uporządkowany po podłączeniu źródła prądu.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑gray1

Przewodność cieplna miedzi

Jak wcześniej wspomniano, miedź jest siecią krystaliczną jonów, która zawiera zdelokalizowane elektrony. Jeżeli ogrzejemy jeden koniec drutu miedzianego, to kationy miedzi w tym miejscu zaczną drgać silniej. Zdelokalizowane elektrony zaczną zderzać się z tymi kationami miedzi, zyskując energię kinetyczną. Następnie elektrony te, poruszając się i zderzając się z „zimnymi” kationami miedzi, przekazują im energię, co zwiększa intensywność ich drgań.

Dobra przewodność cieplna miedzi sprawia, że jest używana m.in. do odprowadzania ciepła, na przykład z mikroprocesorów, które muszą być chłodzone po to, by prawidłowo działać. Takie mikroprocesory znajdują zastosowanie między innymi w komputerach, w obrazowaniu medycznym. Dzięki tak dobrej przewodności cieplnej oraz odporności na korozję miedź znajduje zastosowanie w produkcji: rur, rurociągów, grzejników, garnków, patelni, kotłów oraz przeciwprądowych wymienników ciepła.

bg‑gray1

Pozostałe zastosowania miedzi

Odporność na korozję sprawia, że jest ona atrakcyjnym materiałem do wytwarzania biżuterii, pomników, konstrukcji architektonicznych (na przykład dachów). Miedź może tworzyć również szereg stopów o dużej trwałości. Wśród nich najbardziej znane są:

brąz (stop ok $90 %$ miedzi i $10 %$ cyny);
mosiądz (stop miedzi i około $10$ - $45 %$ cynku);
miedzionikielmiedzionikielmiedzionikiel (stop około $60$ - $90 %$ miedzi i niklu).

Zastosowanie tych stopów jest bardzo szerokie – między innymi w produkcji monet, części maszyn, pokryć statków, śrub, węży, sprężyn, łożysk oraz elementów ślizgowych.

Rrg73TiOP2P4M1

Mapa myśli. Lista elementów:

Nazwa kategorii: Stopy miedzi{color=#8c6b5a}

Nazwa kategorii: $CuMn$ {color=#00374b}

CuMn

Nazwa kategorii: $CuMnNi$

CuMnNi

Nazwa kategorii: $CuMnNiAl$

CuMnNi

CuMn

Nazwa kategorii: $CuNi$ {color=#a1a1a1}

CuNi

Nazwa kategorii: $CuNiSn$
Nazwa kategorii: $CuNiMn$

CuNiMn

Nazwa kategorii: $CuNiMnFe$

CuNiMn

Nazwa kategorii: $CuNiFeMn$

CuNiFeMn

Nazwa kategorii: $CuNiFeMnNb$

CuNiFeMn

CuNi

Nazwa kategorii: $CuPbSn$ {color=#58656d}
Nazwa kategorii: $CuAl$ {color=#e24e12}

CuAl

Nazwa kategorii: $CuAlMn$
Nazwa kategorii: $CuAlNi$

CuAlNi

Nazwa kategorii: $CuAlNiFe$

CuAlNi

Nazwa kategorii: $CuAlFe$

CuAlFe

Nazwa kategorii: $CuAlFeMn$

CuAlFe

Nazwa kategorii: $CuAlAs$

CuAl

Nazwa kategorii: $CuSn$ {color=#55473e}

CuSn

Nazwa kategorii: $CuSnPb$
Nazwa kategorii: $CuSnNi$
Nazwa kategorii: $CuSnP$

CuSn

Nazwa kategorii: $CuSnZn$ {color=#808080}

CuSnZn

Nazwa kategorii: $CuSnZnNi$
Nazwa kategorii: $CuSnZnPb$

CuSnZn

Nazwa kategorii: $CuNiZn$ {color=#a2c0b8}

CuNiZn

Nazwa kategorii: $CuNiZnPb$
Nazwa kategorii: $CuNiZnMnPb$

CuNiZn

Nazwa kategorii: $CuZn$ {color=#fed501}

CuZn

Nazwa kategorii: $CuZnNi$
Nazwa kategorii: $CuZnSn$

CuZnSn

Nazwa kategorii: $CuZnSnAl$

CuZnSn

Nazwa kategorii: $CuZnAl$

CuZnAl

Nazwa kategorii: $CuZnAlMnFe$

CuZnAl

Nazwa kategorii: $CuZnMn$

CuZnMn

Nazwa kategorii: $CuZnMnPb$

CuZnMn

Nazwa kategorii: $CuZnFe$
Nazwa kategorii: $CuZnSi$
Nazwa kategorii: $CuZnAs$
Nazwa kategorii: $CuZnPb$

CuZnPb

Nazwa kategorii: $CuZnPbAl$
Nazwa kategorii: $CuZnPbNiAl$

CuZnPb

CuZn

Nazwa kategorii: inne stopy miedzi{color=#8c6b5a}

Nazwa kategorii: $CuMn$
Nazwa kategorii: $CuBe$

CuBe

Nazwa kategorii: $CuNiBe$
Nazwa kategorii: $CuCoBe$
Nazwa kategorii: $CuBePb$

CuBe

Nazwa kategorii: $CuSP$
Nazwa kategorii: $CuNiP$
Nazwa kategorii: $CuNiSi$
Nazwa kategorii: $CuPbP$
Nazwa kategorii: $CuTeP$
Nazwa kategorii: $CuCrZr$
Nazwa kategorii: $CuCr$
Nazwa kategorii: $CuZr$
Nazwa kategorii: $CuZn$
Nazwa kategorii: $CuSn$
Nazwa kategorii: $CuAg$
Nazwa kategorii: $CuMg$
Nazwa kategorii: $CuFeP$
Nazwa kategorii: $CuSiMn$
Nazwa kategorii: $CuSi$

Mapa myśli. Lista elementów:

Nazwa kategorii: Stopy miedzi{color=#8c6b5a}

Nazwa kategorii: $CuMn$ {color=#00374b}

CuMn

Nazwa kategorii: $CuMnNi$

CuMnNi

Nazwa kategorii: $CuMnNiAl$

CuMnNi

CuMn

Nazwa kategorii: $CuNi$ {color=#a1a1a1}

CuNi

Nazwa kategorii: $CuNiSn$
Nazwa kategorii: $CuNiMn$

CuNiMn

Nazwa kategorii: $CuNiMnFe$

CuNiMn

Nazwa kategorii: $CuNiFeMn$

CuNiFeMn

Nazwa kategorii: $CuNiFeMnNb$

CuNiFeMn

CuNi

Nazwa kategorii: $CuPbSn$ {color=#58656d}
Nazwa kategorii: $CuAl$ {color=#e24e12}

CuAl

Nazwa kategorii: $CuAlMn$
Nazwa kategorii: $CuAlNi$

CuAlNi

Nazwa kategorii: $CuAlNiFe$

CuAlNi

Nazwa kategorii: $CuAlFe$

CuAlFe

Nazwa kategorii: $CuAlFeMn$

CuAlFe

Nazwa kategorii: $CuAlAs$

CuAl

Nazwa kategorii: $CuSn$ {color=#55473e}

CuSn

Nazwa kategorii: $CuSnPb$
Nazwa kategorii: $CuSnNi$
Nazwa kategorii: $CuSnP$

CuSn

Nazwa kategorii: $CuSnZn$ {color=#808080}

CuSnZn

Nazwa kategorii: $CuSnZnNi$
Nazwa kategorii: $CuSnZnPb$

CuSnZn

Nazwa kategorii: $CuNiZn$ {color=#a2c0b8}

CuNiZn

Nazwa kategorii: $CuNiZnPb$
Nazwa kategorii: $CuNiZnMnPb$

CuNiZn

Nazwa kategorii: $CuZn$ {color=#fed501}

CuZn

Nazwa kategorii: $CuZnNi$
Nazwa kategorii: $CuZnSn$

CuZnSn

Nazwa kategorii: $CuZnSnAl$

CuZnSn

Nazwa kategorii: $CuZnAl$

CuZnAl

Nazwa kategorii: $CuZnAlMnFe$

CuZnAl

Nazwa kategorii: $CuZnMn$

CuZnMn

Nazwa kategorii: $CuZnMnPb$

CuZnMn

Nazwa kategorii: $CuZnFe$
Nazwa kategorii: $CuZnSi$
Nazwa kategorii: $CuZnAs$
Nazwa kategorii: $CuZnPb$

CuZnPb

Nazwa kategorii: $CuZnPbAl$
Nazwa kategorii: $CuZnPbNiAl$

CuZnPb

CuZn

Nazwa kategorii: inne stopy miedzi{color=#8c6b5a}

Nazwa kategorii: $CuMn$
Nazwa kategorii: $CuBe$

CuBe

Nazwa kategorii: $CuNiBe$
Nazwa kategorii: $CuCoBe$
Nazwa kategorii: $CuBePb$

CuBe

Nazwa kategorii: $CuSP$
Nazwa kategorii: $CuNiP$
Nazwa kategorii: $CuNiSi$
Nazwa kategorii: $CuPbP$
Nazwa kategorii: $CuTeP$
Nazwa kategorii: $CuCrZr$
Nazwa kategorii: $CuCr$
Nazwa kategorii: $CuZr$
Nazwa kategorii: $CuZn$
Nazwa kategorii: $CuSn$
Nazwa kategorii: $CuAg$
Nazwa kategorii: $CuMg$
Nazwa kategorii: $CuFeP$
Nazwa kategorii: $CuSiMn$
Nazwa kategorii: $CuSi$

Mapa myśli pt. Miedź i jej stopy

Źródło: na podstawie: www.copperalliance.pl.

Ciekawostka

Czy wiesz, z czego składa się grosz polski?

R1KB25CW0Rd8H

Ilustracja przestawia okrągłą monetę o wartości jednego grosza. — Moneta jednogroszowa
Źródło: dostępny w internecie: https://www.nbp.pl/, tylko do użytku edukacyjnego.

W Polsce monety jedno-, dwu i pięciogroszowe wyrabiane są z mosiądzu manganowegomosiądz manganowymosiądzu manganowego. Zawiera on $59 %$ masowych miedzi, $40 %$ cynku i $1 %$ manganu. Ten ostatni dodawany jest w celu zwiększenia trwałości. Monety dziesięcio-, dwudziesto-, pięćdziesięciogroszowe oraz jednozłotowe wyrabiane są z miedzioniklu, który zawiera $25 %$ masowych niklu i $75 %$ masowych miedzi.

Biostatyczność miedzi – czyli to, że na jej powierzchni nie kolonizują się patogeny i w sposób samoistny giną bakterie, wirusy i grzyby – sprawia, że znajduje ona zastosowanie w przypadku wyrobu klamek czy poręczy, zwłaszcza w szpitalach. Opublikowane badania z ubiegłych kilku lat zdecydowanie potwierdzają, że stosowanie powierzchni pokrytych miedzią redukuje ilość patogenów znajdujących się na powierzchniach szpitalnych, co obniża ryzyko zakażenia szpitalnego nawet do $40 %$ . Te badania wyjaśniają, dlaczego w poprzednim tysiącleciu zauważono, że górnicy pracujący przy wydobyciu miedzi o wiele rzadziej chorowali między innymi na choroby nowotworowe niż przedstawiciele innych zawodów.

Ciekawostka

W celu zapewnienia trwałości statkom i ochrony przed skorupiakami i omułkami, pokrywa się ich powierzchnię metalem Muntza, który formalnie jest stopem miedzi i cynku.

RdiWdQKBvujIY

Ilustracja przedstawia tylną część statku wodnego znajdującą się w budynku. — Odrestaurowana rufa żaglowca Cutty Sark pokryta metalem Muntza
Źródło: Cmglee, dostępny w internecie: en.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

zręby atomowe

atom pozbawiony elektronów walencyjnych

mosiądz manganowy

stop miedzi i cynku z dodatkiem manganu

miedzionikiel

stop miedzi i niklu; może zawierać dodatki innych metali

kryształ metaliczny

kryształ, w którego węzłach sieci krystalicznej znajdują się kationy powstałe w wyniku oderwania się elektronów walencyjnych od atomów metalu

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1994.

Encyklopedia PWN

Fleischer M., Nowoczesne rozwiązania w zapobieganiu zakażeniom szpitalnym, „Zakażenia Szpitalne”, nr 1, 2015.

Hejwowska S., Marcinkowski R., Równowagi i procesy jonowe, Gdynia 2005.

Loretta Jones, Peter Atkins, Chemia ogólna, Warszawa 2018.

Kierzkowska A. K., Właściwości i zastosowanie miedzi przeciwdrobnoustrojowej w zapobieganiu zakażeniom szpitalnym w placówkach medycznych, „Medycyna Doświadczalna i Mikrobiologia”, t. 70, s. 83‑90, 2018.

Polska gospodarka a recyklinkg metali, online: https://www.egospodarka.pl/78671,Polska-gospodarka-a-recykling-metali,1,56,1.html, dostęp: 19.05.2021.

Zastosowania – miedź w przemyśle, online: https://kghm.com/pl/biznes/wydobycie-i-wzbogacanie, dostęp: 15.04.2022.

Wprowadzenie

Grafika interaktywna

Jak miedź przewodzi prąd elektryczny?

Przewodność cieplna miedzi

Pozostałe zastosowania miedzi

Słownik

Bibliografia