Медь

Медь известна человечеству с глубокой древности медь и ее сплавы сыграли заметную роль в развитии цивилизации.

Медь (лат.Сuprum) химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р. Хр. Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом. Это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состоянии на поверхности земли, а с другой – сравнительной легкостью получения ее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cuprum),откуда и название ее Cuprum.

Распространение меди в природе 

Содержание меди в земной коре составляет около 0,01%. Она встречается в свободном состоянии в виде самородков, достигающих значительных размеров (до нескольких тонн). Однако руды самородной меди сравнительно мало распространены, и в настоящее время из них добывается не более 5% меди от общей ее мировой добычи. Медь является халькофильным элементом. До 80% ее присутствует в земной коре в виде соединений  с серой. Около 15% меди находится в виде карбонатов, силикатов, оксидов и т.п., являющихся продуктами выветривания первичных сульфидных медных руд.

Медь образует до 240 минералов, однако лишь около 40 имеют промышленное значение.

Содержание меди в руде обычно составляет 1-5%, но благодаря легкой флотируемости халькопирита его можно обогащать, получая концентрат, содержащий 20% меди и более.

Важнейшие минералы: СuFeS2 халькопирит, CuS ковеллин, Cu2S халькозин, Cu3FeS4 борнит, Cu2O куприт, CuCO3·Cu(OH)2 малахит, CuSiO3·2H2O хризоколла.

Химические свойства меди

Медь — электроположительный металл. Относительную устойчивость ее ионов можно оценить на основании следующих данных:

Cu2++e=Cu+         E0=0,153B

Cu++e=Cu0           E0=0,52B

Cu2++2e=Cu0       E0=0,337B

Медь вытесняется  из своих солей более электроотрицательными элементами и не растворимых в кислотах, не являющихся окислителями. Медь растворяется в азотной кислоте, с образованием Сu(NO3)2 и оксидов азота, в горячей концентрированной H2SO4 с образованием CuSO4 и SO2. В нагретой разбавленной H2SO4 медь растворяется только при продувании через раствор воздуха. Химическая активность меди невелика, при температурах ниже 185 0С с сухим воздухом и кислородом не реагирует. В присутствии влаги и CO2 на поверхности меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревание меди на воздухе идет поверхностное окисление; ниже 375 0С образуется CuO, а в интервале 375-1100 0С при неполном окисление меди-двухслойная окалина (CuO+Cu2O). Влажный хлор взаимодействует с медью уже при комнатной температуре, образуя хлорид меди(2), хорошо растворимый в воде. Медь реагирует и с другими галогенами.

Особое сродство проявляет медь к сере: в парах серы она горит с водородом, азотом, углеродом медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твердой меди незначительна и при 400 0С составляет 0,06г, в 100г меди. Присутствие водорода в меди резко ухудшает ее механические свойства (так называемая ‘водородная болезнь’). При пропускании аммиака над раскаленной медью образуется Cu2N. Карбиды Cu2C2 и CuC2 могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей меди.

Оксид меди Cu2O красного цвета, незначительно растворяется в воде. При взаимодействии сильных щелочей с солями меди(1) выпадает желтый осадок, переходящий при нагревании в осадок красного цвета, по-видимому Cu2O. Гидроксид меди(1) обладает слабыми основными свойствами, он несколько растворим в концентрираванных растворах щелочей.

CuO встречается в природе и может быть получен при накаливании металлической меди на воздухе, хорошо растворяется в кислотах, образуя соответствующие соли.

CuO, имеющий электронное строение d9 и обладающий одним неспаренным d-электроном, парамагнитен.

Гидроксид меди Cu(OH)2 в виде объемистого осадка голубого цвета может быть получен при действии избытка водного раствора щелочи на растворы солей меди(2). В воде этот осадок малорастворим , а при нагревании переходит в  CuO, отщепляя молекулу воды. Гидроксид меди(2) обладает слабо выраженными амфотерными свойствами и легко растворяется в водном растворе аммиака с образованием осадка темно-синего цвета. Осаждение гидроксида меди происходит при pH=5,5.

Доказано, что медь может существовать в кристаллических соединениях и в комплексах, образуя анионы-купраты. Купраты некоторых щелочных щелочноземельных металлов можно получить, например, нагреванием смеси оксидов в атмосфере кислорода.

Медь
Медь

CuO2-это диамагнитное соединение голубовато-стального цвета.

При действие фтора на смесь KCl и CuCl2 образуются светло-зеленые кристаллы парамагнитного соединения K3CuF6.

Соединения меди

При действии спиртового раствора щелочи и пероксида водорода на охлажденный до 50 0С спиртовой раствор хлорида меди(2) выпадает коричнево-черный осадок пероксида меди CuO2. Это соединение в гидратированной форме можно получить при действии пероксида водорода на раствор соли сульфата меди, содержащего в небольших количествах Na2CO3. Суспензия Cu(OH)2 в растворе KOH взаимодействует с хлором, образуя осадок Cu2O3 красного цвета, частично переходящий в раствор.

Получение меди 

Руды и получаемые из них путем механического обогащения концентраты перерабатывают на медь пирометаллургическим и гидрометаллургическим методами. Первый из них применяется преимущественно для переработки сернистых руд. Вторым методом,

Получившим небольшое распространением, перерабатывают окисленные и смешанные бедные руды, содержащие около 1% Cu.

Пирометаллургический метод заключается в обжиге концентратов, плавке полученного огарка на штейн (сплав сульфидов меди и железа), продувке штейна в конвертере с получением черновой меди (содержащей около 5% примесей),рафинирование последних огневым процессом или электролизом для получения чистой меди.

Гидрометаллургический метод получения меди заключается в извлечении ее из руд различными растворителями с последующем выделением металла из растворов электролизом или посредством вытеснения его железом в виде цементной меди. Иногда медь выделяют в виде оксида.

Физические свойства меди

Техническая медь — металл красного, в изломе розового цвета, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а=0,36074нм, плотность 8,96 кг/м3(200С). Ионные радиусы меди(в нм) приведены ниже:

 

По Белову и Бокио По Гольдшмидту По Полингу
Cu+ 0,098 0,095 0,096
Cu2+ 0,080 0,070

Основные физические свойства меди.

Температура плавления,0С 1083
Температура кипения,0С 2600
Теплота плавления, кДж/г-ат 0,7427
Теплота испарения, кДж/г-ат 17,38
Удельная теплоемкость, Дж/(г·град) 0,022
Теплопроводность, Дж/(м·град·с) 2,25·10-3
Эл. сопротивление, Ом·м(200С) 1,68·10-4
Уд. магнитная восприимчивость, абс.эл.-магн.ед./г(180С) 0,086·10-6

Медь  — вязкий, мягкий и ковкий металл, уступающий только серебру высокими теплопроводностью и электропроводностью. Эти качества, а также пластичность и сопротивление коррозии обусловили широкое применение меди в промышленности.

Применение меди

Широкое применение меди в промышленности обусловлено рядом ее ценных свойств и прежде всего высокой электрической проводимостью, пластичностью, теплопроводностью. Более 50% меди используется для изготовления проводов, кабелей, шин, токопроводящих частей электрических установок. Из меди изготавливают теплообменную аппаратуру (вакуум-испарители, подогреватели, холодильники). Более 30% меди применяют в виде сплавов, важнейшие из которых бронзы, латуни, мельхиор и др.

Медь и ее сплавы используют также для изготовления художественных изделий. В виде фольги медь применяют в радиоэлектроники. Значительное количество меди(10-20%) применяют в виде различных соединений в медицине (антисептические и вяжущие средства), для изготовления инсектофунгицидов, в качестве медных удобрений, пигментов, катализаторов, в гальванотехнике и т.д.

Медь – незаменимый микроэлемент; в организме взрослого человека содержится 100-150 мг меди в связанном с белками состоянии. Наиболее богаты медью ткани головного мозга, печени, сердца, почек. При дефиците меди в организме человека, связанном с нарушением белкового обмена в детском возрасте, наследственными заболеваниями и др., изменяется обмен железа, синтез фосфолипидов и др.; избыток меди в крови отличают при гепатоцеребральной дистрофии, шизофрении, алкоголизме

Все соли меди ядовиты, раздражают слизистые, поражают желудочно-кишечный тракт, вызывают тошноту, рвоту, заболевание печени и др. При вдыхании пыли меди развивается хроническое отравление ПДК для аэрозолей меди 1мг/м3, питьевой воды 1,0 мг/л, для рыбных водоемов 0,01 мг/л.

По объему производства и потребления медь занимает второе место среди цветных металлов после алюминия.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector