Varis

Pirmasis metalas, su kuriuo susipažino žmogus, tikriausiai buvo varis. Iš pradžių į žmogaus rankas pateko vario grynuolių, vėliau žmogus išmoko išlydyti varį iš jo gamtinių junginių rūdų.

Varis yra gaunamas iš rūdos : sulfidų, arsenidų, oksidų, hidroksidų, karbonatų, sulfatų arba kompleksinių junginių. Gamtoje yra žinoma 240 mineralų, kurių sudėtyje yra vario junginių. Pramoninės rūdas sudaro 17 mineralų : grynuolis varis, chalkopiritas CuFeS2 , bornitas Cu5FeS4 , kubanitas CuFe2S3 , chalkozinas Cu2S , kovelinas CuS , enargitas Cu3AsS4 , tetraedritas Cu12Sb4S13 , tenantitas Cu12As4S13 , kupritas Cu2O , tenoritas CuO , malachitas Cu2[CO3] (OH)2 , azuritas Cu3[CO3] (OH)2 , chrizokola CuSiO3 . NH2O, brošantitas Cu4 [SO4]. (OH) 6, chalkantitas CuSO4. H2O ir atkamitas Cu2 (OH) 3Cl. Pramonės rūdos turi bent 1 – 3 % vario. Vario rūdose paprastai būna molibdeno, švino, cinko, aukso, sidabro, renio, indžio, kadmio, bismuto, telūro, seleno, sieros priemaišų. Pramoniniai rūdų telkiniai būna magminės, skarninės (kontaktinės metasomatinės), hidroterminės, infiltracinės, nuosėdinės kilmės. Jų yra TSRS (Kazachijoje, Uzbekijoje, Čitos sr.), JAV, Čilėje, Kanadoje, Zambijoje, Zayre. Žemės plutoje yra 5,5*10-3 %. Variui gauti tinka rūdos, kuriose būna ne mažiau kaip 0,5% Cu.

Sulfidinės rūdos pirmiausia ore apdeginamos, kad paasišalintų kuo daugiau sieros. Pridėjus fliusų (pvz., SiO2), rūdos lydomos. Tuomet dalis geležies oksiduojasi į FeO, kuris su fliusais sudaro šlaką FeSiO3 , šis išplaukia į viršų, o apačioje kaupiasi šteinas Cu2S . FeS . Jis toliau lydomas konverteriuose, į kuriuos pučiamas oras. Deguonis oksiduoja geležies su

ulfidą ir dalį vario sulfido iki oksidų. Geležie oksidas su fliusais vėl sudaro šlaką, o vario oksidas reaguoja su likusiu vario sulfidu, – pasigamina juodasis varis:

Cu2S + 2Cu2O  6Cu + SO2.

Juodasis varis (98 % Cu) turi priemaišų, bloginančių mechanines bei elektrines savybes, ir nemažai tauriųjų metalų – sidabro, aukso. Visa tai atskiriama varį rafinuojant elektrolizės būdu. Juodasis varis elektrolizės vonioje būna anodu, katodas – ploni gryno vario lakštai, elektrolitas – parūgštintas vario sulfato tirpalas. Leidžiant tam tikros įtampos elektros srovę, anodas tirpsta, o ant katodo sėda grynas varis. Aktyvesnių už varį metalų jonai (pvz., Ni2+,Fe2+, Zn2+) lieka tirpale, nes jų išlydžio potencialas neigiamesnis negu vario. Mažiau aktyvūs metalai sėda į vonios dugną kaip anodinis dumblas. Jame būna vertingų metalų ir nemetalų, pavyzdžiui, sidabro, aukso, bismuto, arseno, stibio, seleno, telūro.

Vario sttandartinis potencialas yra teigiamas, ir chemiškai jis neaktyvus. Drėgname ore varį aptraukia žalia bazinio karbonato Cu2(OH)2CO3 plėvele. Kaitinamas 648 K temperatūroje varis virsta CuO, dar aukštesnėje temperatūroje, kai trūksta deguonies, – Cu2O. Pastarasis yra bazinis, o CuO – silpnai amfoterinis oksidas, jis tirpsta koncentruotose šarmų tirpaluose ir sudaro hidroksokupritus, pavyzdžiui, Na2[Cu(OH)4]. Vario hidroksidas Cu(OH)2 susidaro veikiant jo druskų tirpalus šarmais. Jis yra taip pat silpnai amfoterinis junginys, vandenyje netirpsta, o kaitinamas lengvai skyla į oksidą ir vandenį. Varis reaguoja tik su stipriai oksiduojančiomis rūgštimis, pa

avyzdžiui, su koncentruota sieros rūgštimi, praskiesta ir koncentruota azoto rūgštimi:

Cu + 2H2SO4  Cu SO4 + SO2 + 2H2O ;

3Cu + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O ;
Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

Varis sudaro kompleksinius junginius. Jo koordinacijos skaičius dažniausiai būna 4. Ligandai gali būti vanduo, amoniakas, halogenų, cianido jonai. Aukštoje temperatūroje, esant deguonies, varis reaguoja su vandenilio chloridu. Šildomas sudaro junginius su halogenais, siera ir fosforu, su gyvsidabriu varis sudaro amalgamą.

Varis junginiuose būna vienvalentis ir dvivalentis, patvaresni yra dvivalenčiai junginiai. Vienvalenčio vario junginiai dažniausiai netirpus ir, išskyrus Cu2O, beveik nevartojami. Svarbiausia dvivalenčio vario druska – CuSO4 . 5H2O (mėlynasis akmenėlis). Iš jo gaunamos kitos vario druskos. Visos vario druskos yra nuodingos. Vario(I) junginiai turintys Cu+ jonų, pvz., vario(I) oksidas ir vario(I) chloridas (ClCu). Vario(I) junginiai netirpsta vandenyje. Vario(II) junginiai kurie turi Cu2+ jonų, pvz., vario(II) sulfatas ir vario(II) chloridas. Beveik visi vario(II) junginiai tirpsta vandenyje, jis nusidažo šviesiai mėlyna spalva. Jie labiau žinomi negu vario(I) junginiai.

Gryniausiame varyje yra 99,95 % Cu. Vario priemaišos daugiausia yra deguonis, siera, bismutas, švinas ir geležis.Kuo daugiau varyje priemaišų, tuo blogesnės jo mechaninės savybės ir menkesnis atsparumas korozijai. Ypač kenksmingas deguonis, nes susidaręs Cu2O aptraukia vario kristalus metalo viduje, todėl padidėja vario trapumas. Bismutas vario kristalų paviršiuje sudaro lengvai lydų lydinį, todėl varis būna neatsparus, kai ji

is karštai apdirbamas. Panašiai veikia ir švinas. Siera su variu sudaro Cu – Cu2S lydinį, todėl sumažėja vario plastiškumas. Varis su geležies priemaišomis būna geresnių mechaninių savybių, bet mažiau laidus šilumai ir ne taip atsparus korozijai. Vario standartinis potencialas (+0,34 V) yra teigiamesnis už vandenilio, todėl vario korozija nevyksta su vandeniline depoliarizacija. Taigi varis gryname vandenyje nekoriduoja ir iš rūgščių neišstumia vandenilio. Vario korozija vyksta tik tada, kai jį veikia stiprūs oksidatoriai. Rūgščių tirpaluose visada būna ištirpusio deguonies, todėl tokiose tirpaluose varis koroduoja. Korozijos greitis priklauso nuo deguonies kiekio ir rūgšties savybių, pavyzdžiui, praskiestoje druskos rūgštyje, esant tam pačiam kiekiui deguonies, vario korozijos procesas vyksta intensyviau negu tos pat koncentracijos sieros arba acto rūgštyje.

Varis, veikiamas deguonies ir kitų oksidatorių, nesipasivuoja. Atmosferiniai korozijai varis atsparus, nes netirpus korozijos produktas CuCO3 . Cu(OH)2 trukdo tolesniam korozijos procesui. Jei ore būna sieros junginių, tai vario korozijos procesas suintensyvėja, nes paviršiuje susidariusi CuSO4 . 2Cu(OH)2 plėvelė neapsaugo jo nuo tolesnės korozijos. Gėlame ir jūrų vandenyje varis koroduoja tada, kai vandenyje būna deguonies. Ypač pavojingas variui vanduo, kuriame yra ištirpusio amoniako. Tuomet vyksta reakcija :

2Cu + O2 + 8NO3 + H2O  2[Cu(NH3)4](OH)2

Intensyvi vario korozija vyksta aukštoje temperatūroje, kai terpėje yra chloro, bromo, jodo, sieros garų, divandenilio sulfido, anglies(IV) oksido, azoto oksidų ir am

moniako garų, o ypač intensyvi – kai jį aukštoje temperatūroje veikia vandenilio dujos, jos redukuoja techniniame varyje esantį Cu2O:

Cu2O + H2  2Cu + H2O

Susidarę vandens garai difunduoja į metalo paviršių ir ardo metalo kristalų jungtis, todėl varis pasidaro trapus. Norint išvengti dujinės korozojos, varis legiruojamas magniu, aliuminiu, siliciu ir kitais metalais.

Svarbiausi vario lydiniai yra žalvaris ir bronza. Žalvaris – tai vario ir cinko (10.50 %) lydinys. Tam tikroms savybėms gauti žalvaris legiruojamas aliuminiu, alavu, siliciu, nikeliu. Esant ore amoniako ir SO2, žalvaryje prasideda tarp kristalinė korozija. Tokiam orui atsparesnis žalvaris, kuriame yra 0,5 % silicio.

Bronzos – tai vario lydiniai su alavu, aliuminiu, manganu ir kitais elementais. Labiausiai žinoma alavinė bronza, joje alavo esti iki 20 %. Atspariausia korozijai bronza, turinti 13,9 % Sn. Pridėjus šiek tiek cinko, švino, pagerėja alavinių bronzų struktūra ir mechaninės savybės. Silpnai rūgščiuose tirpaluose, šarmuose (išskyrus amonio hidroksidą), jūros vandenyje alavinės bronzos yra atsparesnės korozijai negu grynas varis. Mechaniškai stipresnė ir atsparesnė yra aliumininė bronza, turinti 9.10 % Al. Kai kuriuose iš jų būna šiek tiek geležies, mangano, nikelio. Korozijai atspariausia bronza, turinti 9,8 % Al ir 4 % Fe. Geležį pakeitus nikeliu, gaunama bronza, atspari dujiniai korozijai iki 800 K temperatūros. Plačiai vartojama silicinė (15 % Si) ir berilinė (2,5 % Be) bronza.

Vario – mangano lydinys (82 % Cu, 15 % Mn, 3 % Ni) vadinamas manganinu. Jam būdinga mažai nuo temperatūros priklausanti elektrinė varža. Iš šio lydinio gaminami varžynai ir kiti elektros prietaisai. Vario – nikelio lydiniai, turintys iki 20.30 % Ni, vadinami melchiorais, o Cu – Ni – Zn lydinys (5.35 % Ni, 13.45 % Zn) lydinyje, todėl vartojami laivų statyboje.

Grynas varis – rausvas, blizgantis, minkštas, kalus, tąsus, sunkus metalas. Varis – geras elektros ir šilumos laidininkas. Pagal laidumą jis užima antrą vietą po sidabro. Vario tankis 8960 kg/m3, lydymosi temperatūra 1356 K (1083 0C), virimo temperatūra 2300 0C.

Varis yra vienas iš svarbiausių spalvotųjų metalų. Pagal gavybos mastą jis užima antrą vietą po geležies. Daug vario sunaudojama elektros laidams ir kontaktams. Vario lydiniai vartojami laivų statyboje, lėktuvų, automobilių, staklių, įvairių aparatų gamyboje, liejiniams, folijai gaminti.

Iš vario junginių gana svarbus oksidas Cu2O, kaip laivų povandeninės dalies dažai. Šis oksidas turi puslaidininkio savybių ir vartojamas kintamosios srovės lygintuvams gaminti. Iš vario druskų gaminami neorganiniai dažai, pavyzdžiui, malachitas yra žali dažai. Iš vario sulfato CuSO4 . 5H2O gaminamos kitos vario druskos, be to, jis vartojamas galvanotechnikoje ir priemonė (insekticidas) žemės ūkio kenkėjams naikinti. Iš insekticidų svarbiausi yra Paryžiaus žaliasis bei Šelės žaliasis ir bazinis vario chloridas 3CuO . CuCl2 . H2O.

Varis reikalingas augalams, gyvūnams ir žmogui. Dėl vario stokos džiūsta vaismedžiai šakų viršūnės, mažėja augalų atsparumas šalčiui, žmogaus ir gyvūnų organizme sutrinka geležies apykaita. Kadangi vario druskos yra nuodingos ir daugiausiai naudojamos žemės ūkio kenkėjams naikinti.

Medicinoje vartojamos vario druskos, kurios veikia antimikrobiškai. Didelės jų koncentracijos dirgina ir pridegina audinius. Vario sulfato tirpalas kartu su geležies preparatais vartojamas anemijoms gydyti, nes varis padeda organizmui asimiliuoti geležį. Kaip antiseptinė priemonė, vario sulfato 0,25 – 0,5 % tirpalas lašinimas į akis, sergant konjunktyvitu. Jis taip pat vartojamas plovimams, sergant uretritu ir vaginitu.

Vario ir aukso lydinys naudojamas juvelyriniams dirbiniams. Kuo daugiau vario, juo karatų jis turi mažiau.

Varis – pagrindinis metalas laidų, kabelių, šynų, kontaktų ir kitų srovei laidžių detalių gamybai. Apie 50 % pagaminamo vario suvartojama elektrotechnikos pramonėje. Priemaišos mažina vario elektros laidumą. Dėl didelio šilumos laidumo varis plačiai vartojamas įvairių tipų šilumokaičių, šaldytuvų, radiatorių, vidaus degimo variklių ir kitos panašios įrangos gamybai. Labai plačiai vartojami vario lydiniai. Jų pavadinimas priklauso nuo cheminės sudėties.

Taigi varis yra labai svarbus visame pasaulyje, elektros pramonėje, žemės ūkyje, laivų, lėktuvų gamyboje.

literatūra :
1. „Iliustruotas chemijos žinynas“ leidykla „Šviesa“ 1997m. Jane Wertheim, Chris Ox lade, Dr. John Waterhouse
2. „Bendrosios chemijos technologija“ leidykla „Mokslas“ 1984m. B.J.Sabalinskienė
3. „Bendrojo chemija“ leidykla „Mokslas“ 1991m. G.Buinevičienė, L.Ivaškienė, G.Kaušienė, O.Petroševičiūtė, B.Stulpinas
4. „Lietuvos tarybinė enciklopedija“ 12 tomas

Leave a Comment