Varis

Vario simbolis yra “Cu”. Periodinėje elementų lentelėje jis IB grupės ketvirtajame periode. Jo atominė masė lygi 63.546, vario oksidacijos laipsniai junginiuose +1 ir +2, o atominė masė lygi 29.

Varis- grynuolių klasės mineralas. Turi geležies, sidabro, rečiau aukso priemaišų. Gamtoje žinoma apie 240 mineralų, kurių sudėtyje yra vario junginių.Pramonės rūdas sudaro 17 mineralų, iš kurių svarbiausi yra šie: chalkopiritas- CuFeS2, chalkozinas- Cu2S, kovelinas- CuS, kupritas- Cu2O, tenoritas, arba melakonitas,- CuO, malachitas- Cu2(OH)2(CO3), chalkantitas- CuSO4 • 5H2O, azuritas- Cu3(CO3)2(OH)2. Pramoninės vario rrūdos turi1-3%(dideliuose telkiniuose- apie 0.3%)vario.

Varis- vienas iš pirmųjų žmogaus naudojamų metalų.

Dažniausiai naudojami vario lydiniai su alavu, cinku, aliuminiu, chromu, nikeliu, siliciu. Pagal svarbiausią legiruojantį elementą skirstom tokie vario lydiniai: žalvaris( legiruojantis elementas- cinkas), bronza(legiruojantieji elementai- alavas, aliuminis, švinas, chromas, silicis) ir vario-nikelio lydiniai.

Chemiškai nelabai aktyvus. Kaitinamas ore sudaro oksidus- CuO ir Cu2O. Pakaitas varis lengvai jungiasi su chloru, siera.

Varis yra būtinas augalams, žmogui, gyvūnams.

Vario fizikinės savybės

Varis yra blizgantis, minkštas (kietumas pagal Moso skalę 3.0), rudai raudono aatspalvio metalas. Lengvai kalamas (po kalimo pasidaro kietesnis, po grūdinimo- suminkštėja). Gerai praleidžia elektros srovę ir šilumą (pagal laidumą- antrasis po sidabro). Varį lengva lieti ir suvirinti, tačiau reikia saugoti, kad jo paviršius neapsitrauktų oksido plėvele. Tankis 8.94g/cm³, t (lydymosi)= 11084.5 °C, t (virimo)= 2540 °C.

Vario biologinė reikšmė

Varis reikalingas augalams, gyvūnams ir žmogui. Dėl vario stokos džiūsta vaismedžių šakų viršūnės, mažėja augalų atsparumas šalčiui, žmogaus ir gyvūnų organizme sutrinka geležies apykaita. Daug vario turi ankštiniai augalai, burokėliai, lapinės daržovės. Vario druskos yra naudingos ir daugiausia naudojamos žemės ūkio kenkėjams bei ligų sukėlėjams naikinti.

Vario cheminės savybės

Vario oksidacijos laipsniai junginiuose +1, +2, būdingesnis +2. Veikiamas aplinkos varis kinta:

2Cu + O2 + H2O + CO2  Cu2(OH)2CO3

Jei ore yra sieros(IV) oksido, tai pamažu vyksta tokia reakcija:

8Cu + 5O2 + 6H2O + 2SO2 2[CuSO4 • 3Cu(OH)2]

Dėl to variniai arba iš vario lydinių padaryti daiktai apsitraukia melsvai žalia apnaša- patina. Jei aplinkoje yra H2S, susidaro juoda apnaša, susidedanti išCu2S ir CuS.

Sausame ore kambario ttemperatūroje varis nereaguoja su deguonimi, tačiau kaitinamas ore apsitraukia CuO ir Cu2O sluoksniu Įkaitinto iki raudonumo (400-600°C) vario paviršiu dengiasi CuO sluoksneliu, kuris >1100°C temperatūroje skyla:

4CuO  2Cu2O + O2

Palyginti lengvai varis reaguoja su halogenais, siera, selenu:

Cu + Cl2  Cu Cl2 [ChDBK VIII-8-5b, 5c, p. 92-93]

įkait. Rudi smulkūs

Kristaliukai

Cu + S  Cu2S [ChDBK IX-2-2c, p. 114]

įkait. garai pilkai juodi

blizgantys kristalai

Su praskiesta druskos ir sieros rūgštimi nereaguoja.

Reaguoja su koncentruota sieros, taip pat su koncentruota bei praskiesta aazoto rūgštimi:

Cu + 2H2SO4  CuSO4 + SO2 + H2O

Cu + 4HNO3 (konc.)  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O [ChDBK IX-4-5g, p. 152]

3Cu + 8HNO3 (prask.)  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O [ChDBK IX-4-5h, p. 153]

Jei yra deguonies, varis tirpsta vandeniniame amoniako tirpale:

4Cu + O2 +8NH3 + 2H2O  4[Cu(NH3)2]+ + 4OH-

Varis tirpsta geležies(III) chloride:

Cu + 2FeCl3  CuCl2 + 2FeCl2

Varis žmonijos istorijoje

Septynis metalus- auksą, sidabrą, gyvsidabrį, varį, alavą, šviną ir geležį įprasta vadinti priešistoriniais. Vienas pirmųjų metalų su kuriuo susipažino žmogus, tikriausiai buvo varis. Matyt, iš gamtoje randamų grynuolių buvo padaryti pirmieji darbo įrankiai. Šis metalas gana greitai paplito dėl kalumo. Be to, jį paprasčiau negu kitus metalus buvo galima gauti iš daug vario turinčių rūdų. Akmens amžių pamažu pakeitė žalvario amžius, kuris truko apie 1000 metų. Jis buvo tarytum akmens amžiaus tąsa, mat akmuo ir varis gana ilgai buvo naudojami kartu. Ne visur tuo pačiu metu akmeninius įrankius pakeitė bronziniai ir žalvariniai. Anksčiausiai bronza pasirodė Mezopotamijoje (VI t-metis pr. Kr.). IV tūkstantmečio pr. Kr. Bronzinių įrankių rasta Egipte, vėliau juos pradėta gaminti Indijoje(III t-mečio pr. Kr pabaigoje), Kinijoje (nuo II t-mečio pr. Kr. vidurio). Europoje žalvario amžiaus pradžia laikomas III a. pr. Kr. VVidurys.

Lietuvoje žalvario amžius skirstomas į du laikotarpius: senąjį(XVI-XII a. pr. Kr.) ir naująjį (XI-VI a. pr. Kr.).

VARIO LYDINIAI

Svarbiausi vario lydiniai yra žalvaris ir bronza.

Žalvaris-vario lydinys su cinku (svarbiausias legiruojantysis elementas). Lydinys yra stipresnis, plastiškesnis negu grynas varis, atsparus dilimui. Lengvai liejamas ir deformuojamas. Lydinys ,kuriame yra iki 15% cinko ir 0.5% aliuminio, yra atsparus korozijai , gražios spalvos, lengvai emaliuojamas ir auksuojamas.Dar galima įdėti aliuminio, kuris padidina stiprumą, kietumą, atsparumą korozijai; alavo kuris padidina atsparumą korozijai jūros vandenyje; švino kuris sumažina kietumą, lydinį lengviau pjauti.

Bronza yra vario lydinys su alavu ir kitais cheminiais elementais (išskyrus cinką ir nikelį). Pagal cheminio elemento kiekį lydinyje ji būna alavinė, aliumininė, švininė , berilinė, silicinė, chrominė. Bronza turi mažą trinties koeficientą- atsparu dilimui.

Aliumininė bronza turi 5-11% Al. Ji stipresnė už alavinę, pakankamai atspari korozijai, tačiau sunkiau apdorojama.Įdėjus į iš lydinį nikelio ir geležies jis tampa dar stipresnis.

Švininėje bronzoje yra 27-33% Pb. Ji nestipri, bet gerų antifrikcinių savybių.

Berilinė bronza ypatinga tuo, kad yra labai stipri, pakankamai tampri, atspari korozijai, dilimui, lengvai apdorojama, atlaiko labai didelius temperatūros svyravimus ( nuo –200 iki 250 C ).

Chrominė bronza atspari kaitrai, gerai praleidžia šilumą ir elektrą.

Vario-nikelio lydiniuose svarbiausias legiruojantysis elementas yra nikelis. Jis daro lydinį stipresnį, atsparesni korozijai, gražesni uuž varį. Lydinį lengva apdoroti tiek šaltą, tiek įkaitintą.

VARIO IR LYDINIŲ NAUDOJIMAS

Vario daug sunaudojama elektronikos pramonėje. Iš jo gaminami elektros kabeliai, laidai, kontaktai, daromos įvairių prietaisų, įrenginių (šilumokaičių, šaldituvų ir kt.) detalės.Vario plokštėmis dengiami namų stogai, daromi variniai nutekamieji vamzdžiai. Varis ir jo lydiniai naudojami papuošalams gaminti, dekoratyvinei apdailai.

Žalvaris naudojamas papuošalams, ženkliukam, monetoms daryti. Išlydinio, turinčio 10-20% cinko, daromi radiatorių ir kondensatorių vamzdeliai, papuošalai, furnitūra.O jei lydinyje cinkas sudaro apie 30%, jis pasidaro labai plastiškas ir tinka šovinių tūtelėms daryti.O jei į iš lydinį įdėtum aliuminio arba alavo, galėtum daryti mašinų, prietaisų, laivų detales.

Lietuvoje buvo kalamos varinės monetos (Vilniaus monetų kalykloje 1490-1666 m.). Atkūrus nepriklausomybę 1990m. Vilniuje vėl atkūrė monetų kalyklą, kurioje nuo 1992m. kalamos apyvartinės, proginės bei aukštos prabos sidabrinės monetos, gaminami sidabriniai, pasidabruoti ir žalvariniai medaliai. Iš vario, cinko ir alavo lydinio kalamos 10, 20, 50 centų monetos.

Senovėje buvo liejama ir naudojama tik alavinė bronza. Išjos darė ginklus, papuošalus, darbo įrankius. Ir dabar jos daug sunaudojama dekoratyvinei apdailai, skulptūroms, bareljefams.

Iš alavinės bronzos, turinčios iki 6% Sn,gaminamos spyruoklės, o iš turinčios iki 12% Sn- atsparios korozijai detalės, slydimo guoliai.

Aliumininė bronza naudojama spyruoklėms gaminti, o jeigu į iš lydinį įdėsi nikelio ir geležies, jis bus tinkamas gaminti

labai svarbioms lėktuvų ir turbinų detalėms.

Švininė bronza naudojama slydimo guoliams daryti.

Iš berilinės bronzos gaminamos labai svarbios aviacijos, elektroninės technikos prietaisų spyruokliuojančios detalės.

Silicinė bronza naudojama spyruoklėms, antifrikcinėms detalėms, chrominė- mašinų kolektoriams, kontaktinio suvirinimo elektrodams gaminti.

Iš atsparių korozijai vario- nikelio lydinių- melchioro, naujasidabrio, kunialio- daromi dailės dirbiniai, medicininiai instumėntai, bižuterija, indai (techniniai ir buitiniai), garo armatūra. Elektrotechniniai vario – nikelio lydiniai naudojami matavimo prietaisų termoelementams, termoporoms, varžoms daryti.Elektrotechniniai lydiniai yra: konstantanas, kopelis, manganinas.Iš vario- nikelio lydinio nukalamos proginės 10Lt vertėsmonėtos.

VARIO GGAVIMAS IR PAPLITIMAS

Šiandien sunku pasakyti, kaip iš rūdos pirmą kartą buvo išlydytas varis ir kiek praėjo laiko nuo tada, kai žmogus susipažino su vario grynuoliais.Manoma, kad pirmiausia varis buvo išlydytas iš nesulfidinių rūdų, nes gavimo iš jų technologija yra daug paprastesnė negu iš sulfidinių rūdų. Vario rūdų ir medžio anglis sukraudavo į paprastos konstrukcijos molinį tiglį primenančią krosnį, įkasdavo ją į žeme ir ant viršaus uždėdavo medžio anglių. Anglys degdavo ir susidaręs anglies(2)oksidas bei įkaitusios anglys redukuodavo varį iš jo jjunginių:

2CO + CuCO * Cu(OH) — 2Cu + 3CO + H O

CuO + C — Cu + CO arba

2CuO + C — 2Cu + CO

CuO + CO — Cu + CO

Tokios gana talpios, bet pakankamai uždaros kkrosnys apsaugodavo šviežiai gautą karštą varį nuo oro, tai yra nuo oksidacijos. Taip egiptiečiai apdorodavo vario rūdą jau prieš 4 tūkstančius metų pr. Kr. Vario gryninimo būdas atrastas taip pat labai seniai.

Dabar varis gaunamas pirometalurginiu būdu perdirbant sulfidines rūdas. Sodrinta rūda lydoma šachtinėje krosnyje 800-1400 C temperatūroje. Susidaręs tarpinis lydimo produktas – šteinas(tai Cu S ir FeS mišinys) atskiriamas nuo šlako(oksidų ir silikatų) ir bergždo(nenaudingos uolienos) ir deginamas pučiant pro jį suslėgtą orą. Taip pašalinama siera ir geležis, ir gaunamas juodasis varis. Jame gryno metalo yra 98-99%. Visą procesą galima užrašyti tokia sumine lygtimi:

2CuFeS + 5O + 2SiO — 2Cu + 2FeSiO + 4SO

Juodasis varis gryninamas elektrocheminio rafinavimo būdu: į vario(2)sulfato tirpalą įmerkiamas gryninamas varis (anodas) ir pro tirpalą lleidžiama elektros srovė. Rafinuotame varyje priemaišų būna iki 0,1%

Varį iš rūdų galima išskirti ir hidrometalurginiu būdu. Tuomet vario mineralai tirpinami arba praskiestoje sieros rūgštyje, arba amoniake. Varis išskiriamas elektrolizuojant tą tirpalą arba jį išstumiant metaline geležimi (pakaitų reakcija).

Dar 19 a. rentabiliomis buvo laikomos rūdos, kuriose vario masės dalis buvo 6-9%. Dabar rūda, kurioje varis sudaro daugiau negu 5%, laikoma labai geros kokybės. Dažniausiai perdirbama rūda, kurioje vario tai yra tik 2-3%, o iš didelių telkinių – net jei vario yyra 0,3%.

Manoma, kad lotyniškas vario pavadinimas cuprum kilęs iš lotyniško Kipro salos, turtingos vario, pavadinimo.

Vario rūdų telkinių randama visame pasaulyje:

1. Rusijoje (Urale, Čitos srityje)

2. Kazachstane

3. Uzbekijoje

4. Čilėje

5. Pietų Afrikos Respublikoje

6. JAV

7. Zambijoje

8. Zayre

NAUDOTA LITERATŪRA:

Chemija 9 klasei mokytojo knyga. Autorius: R. Jasiūnienė ir

V. Valentinavičienė .

Chemija 9 klasei. Autorius: R. Jasiūnienė ir

V. Valentinavičienė .