Медь (лат. Cuprum) — химический элемент. Один из семиметаллов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным — медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р. Хр. Знакомствочеловечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; этообъясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состаяниина поверхности земли, а с другой — сравнительной легкостью получения ее изсоединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откудаи название ее Cuprum. Особенно важна медь для электротехники.

По электропроводности медь занимает второе место среди всехметаллов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода,на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают изаллюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многиедругие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если в 19 в. медь добываласьиз руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные рудысчитаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, вкоторых всего 0,5% меди.

Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Онаучаствует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствуетсинтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву ввиде пятиводного сульфата — медного купороса. В значительных количествах онядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. Вмалых же дозах медь совершенно необходима всему живому.

Распространенность и состояние металла в природе

Общее содеpжание меди в земной коpе сpавнительно невелико(0,01 вес %), однако она чаще, чем дpугие металлы, встpечается в самоpодномсостоянии, пpичём самоpодки меди достигают значительной величины. Этим, а такжесpавнительной лёгкостью обpаботки меди объясняется то, что она pанее дpугихметаллов была использована человеком.

Медь входит более чем в 198 минералов, из которых дляпромышленности важны только 17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов,карбонатов, сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeS2,ковеллин CuS, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S.

Окислы: тенорит, куприт. Карбонаты: малахит, азурит.Сульфаты: халькантит, брошантит. Сульфиды: ковеллин, халькозин, халькопирит,борнит.

Понижение окраски при повышении валентности видно изследующих двух примеров:

CuCl — белый, Cu2O — красный, CuCl2+h3O- голубой, CuO — черный

Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условиисодержания воды, чем намечается интересный практический признак для поисков.

Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды,сульфосоли и карбонаты (силикаты).

В настоящее вpемя медь добывают из pуд. Последние, взависимости от хаpактеpа входящих в их состав соединений, подpазделяют наоксидные и сульфидные. Сульфидные pуды имеют наиболь-шее значение, поскольку изних выплавляется 80% всей добываемой меди.

Важнейшими минеpалами, входящими в состав медных pуд,являются: халькозин или медный блеск — Cu2S; халькопиpит или медный колчедан — CuFeS2; малахит — (CuOH)2CO3.

Медные pуды, как пpавило содеpжат большое количество пустойпоpоды, так что непосpедственное получение из них меди экономически невыгодно.Поэтому в металлуpгии меди особенно важную pоль игpает обогащение (обычнофлотационный метод), позволяющее использовать pуды с небольшим содеpжание меди.

Способы получения

Выплавка меди их её сульфидных pуд или концентpатовпpедставляет собою сложный пpоцесс. Обычно он слагается из следующих опеpаций:

§

В ходе обжига большая часть сульфидов пpимесных элементовпpевpащается в оксиды. Так, главная пpимесь большинства медных pуд, пиpит- FeS2 — пpевpащается в Fe2O3. Газы, отходящиепpи обжиге, содеpжат SO2 и используются для получения сеpнойкислоты.

Получающиеся в ходе обжига оксиды железа, цинка и дpугихпpимесей отделяются в виде шлака пpи плавке. Основной же пpодукт плавки — жидкий штейн (Cu2S с пpимесью FeS) поступает в конвеpтоp, где чеpезнего пpодувают воздух. В ходе конвеpтиpования выделяется диоксид сеpы ипо-лучается чеpновая или сыpая медь.

Для извлечения ценных спутников (Au, Ag, Te и дp.) и дляудаления вpедных пpимесей чеpновая медь подвеpгается огневому, а затемэлектpолитическому pафиниpованию. В ходе огневого pафиниpования жидкая медьнасыщается кислоpодом. Пpи этом пpимеси железа, цинка, кобальта окисляются,пеpеходят в шлак и удаляются. Медь же pазливают в фоpмы. Получающиеся отливкислужат анодами пpи электpолитическом pафиниpовании.

Физические свойства, электронное строение атома.Применение

Чистая медь — тягучии, вязкий металл красного, в изломерозового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядитзеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, какв твердом состаянии, так и в растворах. Медь легко пpокатывается в тонкиелисты. Она очень хоpошо пpоводит тепло и электpический ток, уступая в этомотношении только сеpебpу. В сухом воздухе медь почти не изменяется, так какобpазующаяся на её повеpхности тончайшая плёнка оксидов пpидаёт меди болеетёмный цвет и также служит хоpошей защитой от дальнейшего окисления. Hо впpисутствии влаги и диоксида углеpода повеpхность меди покpывается зеленоватымналётом гидpоксокаpбоната меди — (CuOH)2CO3. Пpинагpевании на воздухе в интеpвале темпе-pатуp 200-375oC медьокисляется до чёpного оксида меди(II) CuO. Пpи более высоких темпеpатуpах на еёповеpхности обpазуется двухслойная окалина: повеpхностный слой пpедставляетсобой оксид меди(II), а внутpенний — кpасный оксид меди(I) — Cu2O.

Химические свойства

В химическом отношении медь — малоактивный металл. Однако сгалогенами она pеагиpует уже пpи комнатной темпеpатуpе. Hапpимеp, с влажнымхлоpом она обpазует хлоpид — CuCl2. Пpи нагpевании медь взаимодействуети с сеpой, обpазуя сульфид — Cu2S.

Hаходясь в pяду напpяжения после водоpода, медь не вытесняетего из кислот. Поэтому соляная и pазбавленая сеpная кислоты на медь недействуют. Однако в пpисутствии кислоpода медь pаствоpяется в этих кислотах собpазованием соответствующих солей:

2Cu + 4HCl + O2®

2CuCl2 + 2h3O

Летущие соединения меди окpашивают несветящееся пламягазовой гоpелки в сине-зелёный цвет.

Соединения меди(I) в общем менее устойчивы, чем соединениямеди(II), оксид Cu2O3 и его пpоизводные весьма нестойки.В паpе с металлической медью Cu2O пpименяется в купоpосныхвыпpямителях пеpеменного тока.

Оксид меди(II) (окись меди) — CuO — чёpное вещество,встpечающееся в пpиpоде (напpимеp в виде минеpала тенеpита). Его легкоможно получит пpокаливанием гидpоксокаpбоната меди(II) (CuOH)2CO3или нитpата меди(II) — Cu(NO3)2. Пpи нагpевании сpазличными оpганическими вещества-ми CuO окисляет их, пpевpащая углеpод вдиоксид углеpода, а водpод — в воду и восстанавливаясь пpи этом вметаллическую медь. Этой pеакцией пользуются пpи элементаpном анализеоpганических веществ для опpеделения содеpжания в них углеpода и водоpода.

Гидpоксокаpбонат меди(II) — (CuOH)2CO3 — встpечается в пpиpоде в виде минеpала малахита, имеющего кpасивыйизумpудно-зелёный цвет. Пpименяется для получения хлоpида меди(II), дляпpиготовления синих и зелёных минеpальных кpасок, а также в пиpотехнике.

Сульфат меди(II) — CuSO4 — в безводном состояниипpедставляет собой белый поpошок, котоpый пpи поглощении воды синеет. Поэтомуон пpименяется для обнаpужения следов влаги в оpганических жидкостях.

Смешанный ацетат-аpсенит меди(II) — Cu(Ch4COO)2•

Cu3(AsO3)2 — пpименяется под названием «паpижская зелень» для уничтожениявpедителей pастений.

Из солей меди выpабатывают большое количество минеpальных кpасок,pазнообpазных по цвету: зелёных, синих, коpичневых, фиолетовых и чёpных. Всесоли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят — покpывают внутpи слоемолова, чтобы пpедотвpатить возможность обpазования медных солей.

Хаpактеpное свойство двухзаpядных ионов меди — ихспособность соединяться с молекулами аммиака с обpазованием комплексных ионов.

К валентности 1 относятся лишь глубинные соединения,первичные сульфиды и минерал куприт — Cu2O. Все остальные минералы,около сотни отвечают валентности два. Радиус одноволентной меди +0.96, этомуотвечает и эк — 0,70. Величина атомного радиуса двухвалентной меди — 1,28;ионного радиуса 0,80.

Очень интересна величена потенциалов ионизации: для одногоэлектрона — 7,69, для двух — 20,2. Обе цифры очень велики, особенно вторая,показывающая большую трудность отрыва наружных электронов. Одновалентная медьявляется равноквантовой и потому ведет к бесцветным солям и слабо окрашеннымкомплексам, тогда как разноквантовя двух валентная медь характеризуетсяокрашенностью солей в соединении с водой.

Электроотрицательность атомов — способность при вступлении всоединения притягивать электроны. Электроотрицательность Cu2+ — 984кДЖ/моль, Cu+ — 753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭО образуютионную связь, а элементы с близкой ЭО — ковалентую. Сульфиды тяжелых металловимеют промежуточную связь, с большей долей ковалентной связи ( ЭО у S-1571,Cu-984, Pb-733). Медь является амфотерным элементом — образует в земной корекатионы и анионы.

Сокращенная электронная конфигурация (n-1)dl0nsl.Навнешних s-подуровнях у атомов этой группы находится по 1 электрону, напредвнешних d-подуровнях по 10 электронов, т.е. атомы элементов характеризуютсяпровалом электронов. Полное заполнение d-подуровня приводит к снижениютемпературы плавления, энтальпии ионизации, возрастание энтропии. Медь имеетневысокую твердость и высокую пластичность. Вследствие особой электроннойконфигурации атомов (n-1)dl0nsl медь характеризуетсявысокими электрической проводимостью и теплопроводностью.

Коррозия, защита от коррозии. Сплавы. Применение втехнике

Медь шиpоко используется в пpомышленности из-за :

§

Около 40% меди идёт на изготовление pазличных электpическихпpоводов и кабелей. Шиpокое пpименение в машиностpоительной пpомышленности иэлектpотехнике нашли pазличные сплавы меди с дpугими веществами. Hаиболееважные из них являются латуни (сплав меди с цинком), медноникеливыесплавы и бpонзы.

Латунь содеpжит до 45% цинка. Различают пpостые латуни испециальные. В состав последних, кpоме меди и цинка, входят дpугие элементы,напpимеp, железо, алюминий, олово, кpемний. Латунь находит pазнообpазноепpименение — из неё изготовляют тpубы для конденсатоpов и pадиатоpов, деталимеханизмов, в частности — часовых. Hекотоpые специальны латуни обладают высокойкоppозийной стойкостью в моpской воде и пpименяются в судостpоении. Латунь свысоким содеpжанием меди — томпак — благодаpя своему внешнему сходству сзолотом используется для ювелиpных и декоpативных изделий.

Медноникеливые сплавы и бpонзы также подpазделяются нанессколько pазличных гpупп — по составу дpугих веществ, содеpжащихся впpимесях. И в зависимоти от химических и физических свойств находят pазличноепpименение.

Все медные сплавы обладают высокой стойкостью пpотиватмосфеpной коppозии.

Литература

1.

2.

http://referat.ru

3.

http://www.sak.ru

www.ronl.ru

Реферат - по химии. Медь

--PAGE_BREAK-- Таблица 1. Физические свойства меди. Металлы подгруппы меди, как и щелочные металлы, имеют по одному свободному электрону на один ион-атом металла. Казалось бы, эти металлы не должны особенно сильно отличатся от щелочных. Но они, в отличие от щелочных металлов, обладают довольно высокими температурами плавления. Большое различие в температурах плавления между металлами этих подгрупп объясняется тем, что между ион-атомами металлов подгруппы меди почти нет “зазоров” и они расположены более близко. Вследствие этого количество свободных электронов в единице объема, электронная плотность, у них больше. Следовательно, и прочность химической связи у них больше. Поэтому металлы подгруппы меди плавятся и кипят при более высоких температурах.

Металлы подгруппы меди обладают, по сравнению с щелочными металлами, обладают большей твердостью. Объясняется это увеличением электронной плотностью и отсутствием “зазоров” между ион-атомами.

Необходимо отметить, что твердость и прочность металлов зависят от правильности расположения ион-атомов в кристаллической решетке. В металлах, с которыми мы практически сталкиваемся, имеются различного рода нарушения правильного расположения ион-атомов, например пустоты в узлах кристаллической решетки. К тому же металл состоит из мелких кристалликов (кристаллитов), между которыми связь ослаблена. В Академии Наук СССР была получена медь без нарушения в кристаллической решетке. Для этого очень чистую медь возгоняли при высокой температуре в глубоком вакууме на глубокую подложку. Медь получалась в виде небольших ниточек – “усов”. Как оказалось такая медь в сто раз прочнее, чем обычная.

Цвет меди и её соединений.

Чистая медь обладает и другой интересной особенностью. Красный цвет обусловлен следами растворенного в ней кислорода. Оказалось, что медь, многократно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным блеском.

При повышении валентности понижается окраска меди, например CuCl– белый, Cu2O– красный, CuCl+ h3O– голубой, CuO– черный. Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем обусловлен интересный практический признак для поисков.

Электропроводимость.

Медь обладает наибольшей (после серебра) электропроводимостью, чем и обусловлено её применение в электронике.

Кристаллическая решетка.

Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис 1).

Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди. 5. Химические свойства меди.

Строение атома.

Рисунок 2. Схема строения атома меди. 29Cu 1s1 2s2 sp6 3s2 3p6 3d10 4s1

Eионизации 1 = 7.72 эВ

Eионизации 2 = 20.29 эВ

Eионизации 3 = 36.83 эВ

Отношение к кислороду.

Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди: <img width=«276» height=«24» src=«ref-2_13221973-565.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">

В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди образуется тончайший слой оксида меди: <img width=«135» height=«23» src=«ref-2_13222538-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">

Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (I) как и сама медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например при 600-800 0C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие.

Qобразования (Cu2O) = 84935 кДж.

Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди.Взаимодействие с водой.

Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например: <img width=«171» height=«23» src=«ref-2_13224195-304.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">. Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов:

Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом. Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами водорода.

Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната:

Взаимодействие с кислотами.

Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей: <img width=«240» height=«23» src=«ref-2_13226405-410.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">.

Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам.

Qобразования (CuCl) = 134300 кДж

Qобразования (CuCl2) = 111700 кДж

Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и CuX2… При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl2 с примесью хлорида меди (I) CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты.

Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например: <img width=«147» height=«23» src=«ref-2_13227159-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">. Монохлорид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.

Оксид меди.

При прокаливании меди на воздухе она покрывается черным налетом, состоящим из оксида меди <img width=«128» height=«23» src=«ref-2_13227434-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">. Его также легко можно получить прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)2CO3 или нитрата меди (II) Cu(NO3)2. При нагревании с различными органическими веществами CuOокисляет их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород – в воду восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

Под слоем меди расположен окисел розового цвета – закись меди Cu2O. Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: <img width=«129» height=«23» src=«ref-2_13227679-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">.

Закись меди используют при устройстве выпрямителей переменного тока, называемых купроксными. Для их приготовления пластинки меди нагревают до 1020-1050 0C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина, состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая пластинки некоторое время в азотной кислоте: <img width=«236» height=«24» src=«ref-2_13227931-532.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">.

Пластинку промывают, высушивают и прокаливают при невысокой температуре – и выпрямитель готов. Электроны могут проходить только от меди через закись меди. В обратном направлении электроны проходить не могут. Это объясняется тем, что закись меди обладает различной проводимостью. В слое закиси меди, который примыкает непосредственно к меди, имеется избыток электронов, и электрический ток проходит за счет электронов, т.е. существует электронная проводимость. В наружном слое закиси меди наблюдается нехватка электронов, что равноценно появлению положительных зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс источника тока, а к закиси меди – отрицательный, то электроны через систему не проходят. Электроны при таком положении полюсов движутся к положительному электроду, а положительные заряды – к отрицательному. Внутри слоя закиси возникает тончайший слой, лишенный носителей электрического тока, — запирающий слой. Когда же медь подключена к отрицательному полюсу, а закись меди к положительному, то движение электронов и положительных зарядов изменяется на обратное, и через систему проходит электрический ток. Так работает купроксный выпрямитель.[6,с.63]

Гидроксиды меди.

Гидроксид меди малорастворимое и нестойкое соединение. Получают его при действии щелочи на раствор соли: <img width=«252» height=«23» src=«ref-2_13228463-564.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">. Это ионная реакция и протекает она потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в осадок: <img width=«193» height=«25» src=«ref-2_13229027-448.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">

Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета, дает еще гидроксид меди (I) белого цвета: <img width=«217» height=«19» src=«ref-2_13229475-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">. Это нестойкое соединение, которое легко окисляется до гидроксида меди (II): <img width=«236» height=«24» src=«ref-2_13229826-519.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">.

Оба гидроксида меди обладают амфотерными свойствами. Например, гидроксид меди (II) хорошо растворим не только в кислотах, но и в концентрированных растворах щелочей: <img width=«237» height=«24» src=«ref-2_13230345-523.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">, <img width=«239» height=«24» src=«ref-2_13230868-592.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">.

Таким образом, гидроксид меди (II) может диссоциировать и как основание: <img width=«180» height=«25» src=«ref-2_13231460-431.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> и как кислота. Этот тип диссоциации связан с присоединением меди гидроксильных групп воды: <img width=«241» height=«24» src=«ref-2_13231891-589.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">

Сульфаты.

Наибольшее практическое значение имеет CuSO4*5h3O, называемый медным купоросом. Его готовят растворением меди в концентрированной серной кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам и расположена в ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется: <img width=«260» height=«23» src=«ref-2_13232480-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">.

Медный купорос применяют при электролитическом получении меди, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, для получения других соединений меди.

Карбонаты.

Карбонаты для металлов подгруппы меди не характерны и в практике почти не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной карбонат меди, который встречается в природе.

Комплексообразование.

Характерное свойство двухзарядных ионов меди – их способность соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.

Качественные реакции на ионы меди.

Ион меди можно открыть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака. Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с образованием комплексного иона меди [Cu(Nh4)4]2+: <img width=«311» height=«24» src=«ref-2_13232914-680.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">

Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.

Пример качественного анализа сплава меди.

Выводы:

Проведённый качественный анализ даёт основания считать, что в сплаве содержится медь, цинк, кадмий, железо, свинец. Таким образом этот сплав является латунью. [8] 6. Получение меди.

История получения меди.

Интересна история получения меди. Уже 5-6 тысяч лет до н.э. медная руда добывалась египетскими рабами в Нубии, на Синайском полуострове. Рудники, как пишет греческий историк Диодор Сицилийский (I век до н.э.), являлись собственностью фараонов. На каторжный труд в рудниках отправляли рабов и осужденных, зачастую вместе с семьями. В наиболее узкие штольни на обивку руды и ее вынос направляли детей. На поверхность руду доставляли в плетеных корзинках или кожаных мешках. Древнейшая медеплавильная печь найдена на Синайском полуострове. Она представляла яму, обнесенную круглой стеной толщиной в 1 метр. Печь имела внизу два поддувала. По составу шлака установили, что в этой печи выплавлялась медь. Изображение более совершенной печи было обнаружено на греческой вазе, которая датируется VI веком до н.э. Для улучшения литейных свойств меди греки добавляли в руду оловянный камень (двуокись олова) и получали оловянную бронзу.

Искусство получения меди и ее сплавов затем перешло к римлянам. Оловянную руду римляне доставали из Англии, которая в то время называлась Касситеридскими островами. Интересно отметить, что минерал – двуокись олова и по настоящее время называется касситеритом.

О методах получения меди в России дает представление небольшой, но обстоятельный труд М.В.Ломоносова “Основание металлургии” (1763 год), который сыграл исключительную роль в развитии металлургического производства. В этой же книги дано описание “сульфатизирующего обжига”. Он заключался в медленном окислении медной сульфидной руды до сульфата меди кислородом воздуха: <img width=«141» height=«23» src=«ref-2_13233594-273.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061"> продолжение --PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Доклад - по химии. Медь

Цвет меди и её соединений.

Электропроводимость.

Кристаллическая решетка.

Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис 1).

Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди. 5. Химические свойства меди.

Строение атома.

Рисунок 2. Схема строения атома меди. 29Cu 1s1 2s2 sp6 3s2 3p6 3d10 4s1

Eионизации 1 = 7.72 эВ

Eионизации 2 = 20.29 эВ

Eионизации 3 = 36.83 эВ

Отношение к кислороду.

Qобразования (Cu2O) = 84935 кДж.

Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди.Взаимодействие с водой.

Взаимодействие с кислотами.

Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам.

Qобразования (CuCl) = 134300 кДж

Qобразования (CuCl2) = 111700 кДж

Оксид меди.

Гидроксиды меди.

Сульфаты.

Карбонаты.

Комплексообразование.

Качественные реакции на ионы меди.

Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.

Пример качественного анализа сплава меди.

Выводы:

История получения меди.

www.ronl.ru

Доклад - Медь - Химия

Содержание

Вступление……………………………………….1

Химическиесвойства……………………………1

Минералы………………………………………...4

Медныесплавы…………………………………..4

Маркимедных сплавов………………………….5

Медно-цинковыесплавы. Латуни………………6

Оловянныебронзы………………………………7

Алюминиевыебронзы…………………………..8

Кремнистыебронзы……………………………..9

Бериллиевыебронзы…………………………….9

Медьв промышленности………………………..9

Медьв жизни растений и животных……………12

Медь

Вступление

Медь (лат. Cuprum) — химический элемент. Один из семиметаллов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данныммедь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р. Христова. Знакомствочеловечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; этообъясняется, с одной стороны, более частым нахождением меди в свободномсостоянии на поверхности земли, а с другой — сравнительной легкостью полученияее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum),откуда и название ее Cuprum.

Медь как художественный материалиспользуется с медного века (украшения, скульптура, утварь, посуда). Кованые илитые изделия из Меди и сплавов украшаются чеканкой, гравировкой и тиснением.Лёгкость обработки Меди (обусловленная её мягкостью) позволяет мастерамдобиваться разнообразия фактур, тщательности проработки деталей, тонкоймоделировки формы. Изделия из Меди отличаются красотой золотистых иликрасноватых тонов, а также свойством обретать блеск при шлифовке. Медь нередкозолотят, патинируют, тонируют, украшают эмалью. С 15 века Медь применяетсятакже для изготовления печатных форм.

Химические и физические свойстваэлемента

Медь — химический элемент I группы периодической системы Менделеева;атомный номер — 29, атомная масса — 63,546. Температура плавления- 1083° C; температура кипения — 2595° C; плотность — 8,98 г/см3.По геохимической классификации В.М. Гольдшмидта, медь относится к халькофильнымэлементам с высоким сродством к S, Se, Te, занимающим восходящие части накривой атомных объемов.

Чистая медь- тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонкихслоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны идля многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах.

Общеесодержание меди в земной коре сравнительно невелико (0,01 вес %), однако оначаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем самородкимеди достигают значительной величины. Этим, а также сравнительной лёгкостьюобработки меди объясняется то, что она ранее других металлов была использованачеловеком.

Академиком В.И. Вернадским в первой половине 1930 г были проведеныисследования изменения изотопного состава воды, входящего в состав разныхминералов, и опыты по разделению изотопов под влиянием биогеохимическихпроцессов, что и было подтверждено последующими тщательными исследованиями. Какэлемент нечетный состоит из двух нечетных изотопов 63 и 65 На долю изотопа Cu(63) приходится 69,09%, процентное содержание изотопа Cu (65) — 30,91%. Всоединениях медь проявляет валентность +1 и +2, известны также немногочисленныесоединения трехвалентной меди.

К валентности 1 относятся лишь глубинные соединения, первичные сульфиды иминерал куприт — Cu2O. Все остальные минералы, около сотни отвечают валентностидва. Радиус одновалентной меди +0.96. Величина атомного радиуса двухвалентноймеди — 1,28; ионного радиуса 0,80.

Медь — металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде принормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакциис галогенами, серой, селеном. А вот с водородом, углеродом и азотом медь невзаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающиеокислительными свойствами, на медь не действуют.

Электроотрицательность атомов — способность при вступлении в соединенияпритягивать электроны. Электроотрицательность Cu2+ — 984 кДж/моль,Cu+ — 753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭО образуют ионнуюсвязь, а элементы с близкой ЭО — ковалентную. Сульфиды тяжелых металлов имеютпромежуточную связь, с большей долей ковалентной связи (ЭО у S-1571, Cu-984,Pb-733). Медь является амфотерным элементом — образует в земной коре катионы ианионы.

Минералы

Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленностиважны только 17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов, карбонатов,сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeS2,ковеллин CuS, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S.

Окислы: тенорит, куприт. Карбонаты: малахит, азурит. Сульфаты:халькантит, брошантит. Сульфиды: ковеллин, халькозин, халькопирит, борнит.

Чистая медь — тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, вочень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета,характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и врастворах.

Понижение окраски при повышении валентности видно из следующих двухпримеров:

CuCl — белый, Cu2O — красный, CuCl2+h3O- голубой, CuO — черный

Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержанияводы.

Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосоли икарбонаты (силикаты).

Медные сплавы

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком,оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большейпрочности: 30-40 кгс/мм2 у сплавов и 25-29 кгс/мм^2 у техническичистой меди.

Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторыхалюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механическиесвойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием наструктуру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/мм2 ниже,чем у стали).

Основное преимущество медных сплавов — низкийкоэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парахскольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошейстойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошейэлектропроводностью.

Величина коэффициента трения практически одинакова увсех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а такжеповедение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, отструктуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных.

Марки медныхсплавов.

Марки обозначаются следующим образом.

Первые буквы в марке означают: Л — латунь и Бр — бронза.

Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. Вбронзе, означают:

А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо, К — кремний,Мц — марганец,

Н — никель, О — олово, С — свинец, Ц — цинк, Ф. — фосфор.

Цифры, помещенные после буквы, указывают среднеепроцентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый длялатуней, отличается от порядка, принятого для бронз.

В марках латуни первые две цифры (после буквы)указывают содержание основного компонента — меди. Остальные цифры, отделяемыедруг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов.

Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы,указывающие присутствие в сплаве того или иного элемента. Таким образомсодержание цинка в наименовании марки латуни не указывается и определяется поразности. Например, Л68 означает латунь с 68% Cu (в среднем) и не имеющуюдругих легирующих элементов, кроме цинка; его содержание составляет (поразности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с 60% Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1%, с железом (Ж) в количестве 3% и марганцем (Мц) вколичестве 1%. Содержание цинка (в среднем) определяется вычетом из 100% суммыпроцентов содержания меди, алюминия, железа и марганца.

В марках бронзы (как и в сталях) содержание основногокомпонента — меди — не указывается, а определяется по разности. Цифры послебукв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержаниелегирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы,указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом.

Например, Бр.ОЦ10-2 означает бронзу с содержаниемолова (О) ~ 4% и цинка (Ц) ~ 3%.Содержание меди определяется по разности (из100%). Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al, 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu). Бр.КМц3-1 означает бронзу с 3% Si, и 1% Mn (и 96% Cu).

Медно-цинковые сплавы. Латуни

По химическому составу различают латуни простые исложные, а по структуре — однофазные и двухфазные. Простые латуни легируютсяодним компонентом: цинком.

Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность;она наибольшая у латуней с 30-32% цинка (латуни Л70, Л67). Латуни с болеенизким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 впластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Они поставляютсяв прокате и поковках.

Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (ноглавным образом при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются нетолько в виде проката, но и в отливках. Пластичность их ниже чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкость выше за счет влияния более твердыхчастиц второй фазы.

Прочность простых латуней 30-35 кгс/мм2 приоднофазной структуре и 40-45 кгс/мм2 при двухфазной. Прочностьоднофазной латуни может быть значительно повышена холодной пластическойдеформацией. Эти латуни имеют достаточную стойкость в атмосфере воды и пара (при условии снятия напряжений, создаваемых холодной деформацией).

Оловянные бронзы

Однофазные и двухфазные бронзы превосходят латуни впрочности и сопротивлении коррозии (особенно в морской воде).

Однофазные бронзы в катаном состоянии, особенно послезначительной холодной пластической деформации, имеют повышенные прочностные иупругие свойства .

Для двухфазных бронз характерна более высокаяизносостойкость.

Важное преимущество двухфазных оловянистых бронз — высокие литейные свойства; они получают при литье наиболее низкий коэффициентусадки по сравнению с другими металлами, в том числе чугунами. Оловянные бронзыприменяют для литых деталей сложной формы. Однако для арматуры котлов иподобных деталей они используются лишь в случае небольших давлений пара.Недостаток отливок из оловянных бронз — их значительная микропористость.Поэтому для работы при повышенных давлениях пара они все больше заменяютсяалюминиевыми бронзами.

Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы,в которых часть олова заменена цинком (или свинцом).

Алюминиевые бронзы

Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широкозаменяют латуни и оловянные бронзы.

Однофазные бронзы в группе медных сплавов имеютнаибольшую пластичность. Их используют для листов (в том числе небольшойтолщины) и штамповки со значительной деформацией. После сильной холоднойпластической деформации достигаются повышенные прочность и упругость.Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют в виде отливок. Уалюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных;коэффициент усадки больше, но они не образуют пористости, что обеспечиваетполучение более плотных отливок. Литейные свойства улучшаются введением вуказанные бронзы небольших количеств фосфора. Бронзы в отливках используют, вчастности, для котельной арматуры сравнительно простой формы, но работающей приповышенных напряжениях.

Кроме того, алюминиевые двухфазные бронзы, имеют болеевысокие прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. У сложныхалюминиевых бронз, содержащих никель и железо, прочность составляет 55-60кгс/мм2 .

Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошоустойчивы против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере.

Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации,и т.д. В виде лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, вчастности для токоведущих пружин.

Кремнистые бронзы

Применение кремнистых бронз ограниченно. Используютсяоднофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алюминиевые бронзы илатуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных) средах.

Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих вуказанных средах.

Кремнистые бронзы, дополнительно легированныемарганцем, в результате сильной холодной деформации приобретают повышенныепрочность и упругость и в виде ленты или проволоки используются для различныхупругих элементов.

Бериллиевые бронзы

Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность (до 120 кгс/мм2 ) и коррозионную стойкость с повышеннойэлектропроводностью.

Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллияиспользуют лишь для особо ответственных случаях в изделиях небольшого сечения ввиде лент, проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрическихмашинах, аппаратах и приборах.

Указанные свойства бериллиевые бронзы получаются послезакалки и старения, т.к. растворимость бериллия в меди уменьшается спонижением температуры.

Выделение при старении частиц химического соединенияCuBe повышает прочность и уменьшает концентрацию бериллия в растворе меди.

Медь в промышленности

В настоящее время медь добывают изруд. Последние, в зависимости от характера входящих в их состав соединений,подразделяют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды имеют наибольшеезначение, поскольку из них выплавляется 80% всей добываемой меди.

Важнейшими минералами, входящими всостав медных руд, являются: халькозин или медный блеск — Cu2S;халькопирит или медный колчедан — CuFeS2; малахит — (CuOH)2CO3.Медные руды, как правило, содержат большоеколичество пустой породы, так что непосредственное получение из них медиэкономически невыгодно. Поэтому в металлургии меди особенно важную роль играетобогащение (обычно флотационный метод), позволяющее использовать руды снебольшим содержанием меди.

Выплавка меди их её сульфидных рудили концентратов представляет собою сложный пpо-цесс. Обычно он слагается изследующих операций:

· обжиг

· плавка

· конвертирование

· огневое рафинирование

· электролитическое рафинирование

В ходе обжига большая часть сульфидовпpимесных элементов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинствамедных руд, пирит — FeS2 — превращается в Fe2O3.Газы, отходящие при обжиге, содержат SO2 и используются дляполучения серной кислоты.

Получающиеся в ходе обжига оксидыжелеза, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Основной жепродукт плавки — жидкий штейн (Cu2S с примесью FeS) поступает вконвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяетсядиоксид серы и получается черновая или сырая медь.

Для извлечения ценных спутников (Au,Ag, Te и др.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергаетсяогневому, а затем электролитическому рафинированию. В ходе огневогорафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом пpимеси железа,цинка, кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. Медь же разливают вформы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании.

Чистая медь — тягучий вязкий металлсветло-розового цвета, легко пpокатываемый в тонкие листы. Она очень хорошопроводит тепло и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. Всухом воздухе медь почти не изменяется, так как образующаяся на её поверхноститончайшая плёнка оксидов придает меди более тёмный цвет и также служит хорошейзащитой от дальнейшего окисления. Но в присутствии влаги и диоксида углеродаповерхность меди покрывается зеленоватым налётом гидpоксокаpбоната меди — (CuOH)2CO3. При нагревании на воздухе в интервалетемператур 200-375oC медь окисляется до черного оксида меди(II) CuO.При более высоких температурах на её поверхности образуется двухслойнаяокалина: поверхностный слой представляет собой оксид меди(II), а внутренний — красный оксид меди(I) — Cu2O.

Медь широко используется впромышленности из-за :

· высокой теплопроводимости

· высокой электропроводимости

· ковкости

· хороших литейных качеств

· большого сопротивления на разрыв

· химической стойкости

Около 40% меди идёт на изготовлениеразличных электрических проводов и кабелей. Широкое применение вмашиностроительной промышленности и электротехнике нашли различные сплавы медис другими веществами. Наиболее важные из них являются латуни (сплав медис цинком), медноникеливые сплавы и бронзы.

Все медные сплавы обладают высокойстойкостью против атмосферной коррозии.

В химическом отношении медь —малоактивный металл. Однако с галогенами она реагирует уже при комнатнойтемпературе. Например, с влажным хлором она образует хлорид — CuCl2.При нагревании медь взаимодействует и с серой, образуя сульфид — Cu2S.

Находясь в ряду напряжения послеводорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленнаясерная кислоты на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода медьрастворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:

2Cu + 4HCl +O2 —> 2CuCl2 + 2h3O

Летучие соединения меди окрашиваютнесветящееся пламя газовой горелки в сине-зелёный цвет.

Соединения меди(I) в общем менееустойчивы, чем соединения меди(II), оксид Cu2O3 и егопроизводные весьма нестойки. В паре с металлической медью Cu2Oприменяется в купоросных выпрямителях переменного тока.

Оксид меди(II) (окись меди) — CuO — черное вещество, встречающееся в природе (например в виде минерала тенеpита).Его легко можно получит прокаливанием гидpоксокаpбоната меди(II) (CuOH)2CO3или нитрата меди(II) — Cu(NO3)2. При нагревании сразличными органическими веществами CuO окисляет их, превращая углерод вдиоксид углерода, а водород – в воду и восстанавливаясь при этом вметаллическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализеорганических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

Гидроксокарбонат меди(II) — (CuOH)2CO3 — встречается в природе в виде минерала малахита, имеющего красивыйизумрудно-зелёный цвет, применяется для получения хлорида меди(II), дляприготовления синих и зелёных минеральных красок, а также в пиротехнике.

Сульфат меди(II) — CuSO4 — в безводном состоянии представляет собой белый порошок, который при поглощенииводы синеет. Поэтому он применяется для обнаружения следов влаги в органическихжидкостях.

Смешанный ацетат-арсенит меди(II) — Cu(Ch4COO)2•Cu3(AsO3)2 — применяется под названием «парижская зелень» для уничтожениявредителей растений.

Из солей меди вырабатывают большое количество минеральныхкрасок, разнообразных по цвету: зелёных, синих, коричневых, фиолетовых ичерных. Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят – покрывают внутрислоем олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей.

Хаpактеpноесвойство двухзарядных ионов меди – их способность соединяться с молекуламиаммиака с образованием комплексных ионов.

Медь принадлежит к числумикроэлементов. Такое название получили Fe, Cu, Mn, Mo, B, Zn, Co в связи стем, что малые количества их необходимы для нормальной жизнедеятельностирастений.

Медь в жизни растений и животных

Медь — необходимый для растений иживотных микроэлемент. Основная биохимическая функция Меди — участие вферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащихферментов. Количество Меди в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05 % (на сухоевещество) и зависит от вида растения и содержания Меди в почве. В растенияхМедь входит в состав ферментов-оксидов и белка пластоцианина. В оптимальныхконцентрациях Медь повышает холодостойкость растений, способствует их росту иразвитию. Среди животных наиболее богаты Медью некоторые беспозвоночные (умоллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15 — 0,26 % Меди). Поступаяс пищей, Медь всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови —альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазминавозвращается в кровь и доставляется к органам и тканям.

Содержание Меди у человека колеблется(на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела —от 100 мкг (на 100 мл) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости; всего Медив организме взрослого человека около 100 мг. Медь входит в состав рядаферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворнуюфункцию костного мозга. Малые дозы Меди влияют на обмен углеводов (снижениесодержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количествафосфора) и других. Увеличение содержания Меди в крови приводит к превращениюминеральных соединений железа в органические, стимулирует использованиенакопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.

При недостатке Меди злаковые растенияпоражаются так называемой болезнью обработки, плодовые — экзантемой; у животныхуменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к анемии,сопровождающейся поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения иподкормка животных солями Меди. Отравление Медью приводит к анемии, заболеваниюпечени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко благодарятонким механизмам всасывания и выведения Меди. Однако в больших дозах Медьвызывает рвоту; при всасывании Меди может наступить общее отравление (понос,ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние).

В медицине сульфат Меди применяют какантисептическое и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах иглазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата Меди используют такжепри ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат Меди применяют как рвотное средство.Нитрат Меди употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.

www.ronl.ru

Доклад - Медь и её свойства

Министерство образования и науки РФ

РЕФЕРАТ

«МЕДЬ И ЕЁ СВОЙСТВА»

Выполнил:

Проверил:

2007 год

МЕДЬ (лат. Cuprum), Cu (читается «купрум»), химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 29, атомная масса 63,546.

1.Общая характеристика меди.

Природная медь состоит из двух стабильных нуклидов 63Cu (69,09% по массе) и 65Cu (30,91%). Конфигурация двух внешних электронных слоев нейтрального атома меди 3s2p6d104s1. Образует соединения в степенях окисления +2 (валентность II) и +1 (валентность I), очень редко проявляет степени окисления +3 и +4.

В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде и входит в группу IВ, к которой относятся такие благородные металлы, как серебро (Ag) и золото (Au).

Радиус нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu+ от 0,060 нм (координационное число 2) до 0,091 нм (координационное число 6), иона Cu2+ — от 0,071 нм (координационное число 2) до 0,087 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома меди 7,726; 20,291; 36,8; 58,9 и 82,7 эВ. Сродство к электрону 1,8 эВ. Работа выхода электрона 4,36 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность меди 1,9; медь принадлежит к числу переходных металлов. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu2+ 0,339 В. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода (H) и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет.

Простое вещество медь — красивый розовато-красный пластичный металл.

Название: латинское название меди происходит от названия острова Кипра (Cuprus), где в древности добывали медную руду; однозначного объяснения происхождения этого слова в русском языке нет.

2.Физические и химические свойства:

Кристаллическая решетка металлической меди кубическая гранецентрированная, параметр решетки а = 0,36150 нм. Плотность 8,92 г/см3, температура плавления 1083,4°C, температура кипения 2567°C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких теплопроводностей и одним из самых низких электрических сопротивлений (при 20°C удельное сопротивление 1,68·10–3 Ом·м).

В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)2·CuCO3. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Для создания на художественных предметах «налета старины» на них наносят слой меди, который затем специально патинируется.

При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu2O, затем — оксид CuO.

Красновато-коричневый оксид меди (I) Cu2O при растворении в бромо- и иодоводородной кислотах образует, соответственно, бромид меди (I) CuBr и иодид меди (I) CuI. При взаимодействии Cu2O с разбавленной серной кислотой возникают медь и сульфат меди:

Cu2O + h3SO4= Cu + CuSO4+ h3O.

При нагревании на воздухе или в кислороде Cu2O окисляется до CuO, при нагревании в токе водорода — восстанавливается до свободного металла.

Черный оксид меди (II) CuO, как и Cu2O, c водой не реагирует. При взаимодействии CuO с кислотами образуются соли меди (II):

CuO + h3SO4 = CuSO4 + h3O

При сплавлении со щелочами CuO образуются купраты, например:

CuO + 2NaOH = Na2CuO2 + h3O

Нагревание Cu2O в инертной атмосфере приводит к реакции диспропорционирования:

Cu2O = CuO + Cu.

Такие восстановители, как водород, метан, аммиак, оксид углерода (II) и другие восстанавливают CuO до свободной меди, например:

CuO + СО = Cu + СО2.

Кроме оксидов меди Cu2O и CuO, получен также темно-красный оксид меди (III) Cu2O3, обладающий сильными окислительными свойствами.

Медь реагирует с галогенами, например, при нагревании хлор реагирует с медью с образованием темно-коричневого дихлорида CuCl2. Существуют также дифторид меди CuF2 и дибромид меди CuBr2, но дииодида меди нет. И CuCl2, и CuBr2 хорошо растворимы в воде, при этом ионы меди гидратируются и образуют голубые растворы.

При реакции CuCl2 с порошком металлической меди образуется бесцветный нерастворимый в воде хлорид меди (I) CuCl. Эта соль легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, причем образуются комплексные анионы [CuCl2]–, [CuCl3]2– и [СuCl4]3–, например за счет процесса:

CuCl + НCl = H[CuCl2]

При сплавлении меди с серой образуетcя нерастворимый в воде сульфид Cu2S. Сульфид меди (II) CuS выпадает в осадок, например, при пропускании сероводорода через раствор соли меди (II):

h3S + CuSO4 = CuS + h3SO4

C водородом, азотом, графитом, кремнием медь не реагирует. При контакте с водородом медь становится хрупкой (так называемая «водородная болезнь» меди) из-за растворения водорода в этом металле.

В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:

2Cu + 4HCl + O2= 2CuCl2+ 2h3O.

С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно, при этом образуется нитрат меди (II) и выделяются различные оксиды азота. Например, с 30%-й азотной кислотой реакция меди протекает так:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4h3O.

С концентрированной серной кислотой медь реагирует при сильном нагревании:

Cu + 2h3SO4= CuSO4+ SO2+ 2h3O.

Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

2FeCl3 + Cu = CuCl2 + 2FeCl2

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu2+ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(Nh4)]2+. При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С2Н2 в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC2.

Гидроксид меди Cu(OH)2 характеризуется преобладанием основных свойств. Он реагирует с кислотами с образованием соли и воды, например:

Сu(OH)2+ 2HNO3= Cu(NO3)2+ 2h3O.

Но Сu(OH)2 реагирует и с концентрированными растворами щелочей, при этом образуются соответствующие купраты, например:

Сu(OH)2+ 2NaOH = Na2[Cu(OH)4]

Если в медноаммиачный раствор, полученный растворением Сu(OH)2 или основного сульфата меди в аммиаке, поместить целлюлозу, то наблюдается растворение целлюлозы и образуется раствор медноаммиачного комплекса целлюлозы. Из этого раствора можно изготовить медноаммиачные волокна, которые находят применение при производстве бельевого трикотажа и различных тканей.

3.Нахождение в природе

В земной коре содержание меди составляет около 5·10–3% по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS2 (30% меди), ковеллин CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu2S (79,8% меди), борнит Cu5FeS4 (52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu2O, (81,8% меди), малахит CuCO3·Cu(OH)2 (57,4% меди) и другие. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах.

Различных руд меди много, а вот богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо (Fe), цинк (Zn), свинец (Pb), и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (кадмий, селен, теллур, галий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Для промышленных разработок используют руды, в которых содержание меди составляет немногим более 1 % по массе, а то и менее. В морской воде содержится примерно 1·10–8 % меди.

4.Получение

Промышленное получение меди — сложный многоступенчатый процесс. Добытую руду дробят, а для отделения пустой породы используют, как правило, флотационный метод обогащения. Полученный концентрат (содержит 18-45% меди по массе) подвергают обжигу в печи с воздушным дутьем. В результате обжига образуется огарок — твердое вещество, содержащее, кроме меди, также и примеси других металлов. Огарок плавят в отражательных печах или электропечах. После этой плавки, кроме шлака, образуется так называемый штейн, в котором содержание меди составляет до 40-50%. Далее штейн подвергают конвертированию — через расплавленный штейн продувают сжатый воздух, обогащенный кислородом. В штейн добавляют кварцевый флюс (песок SiO2). В процессе конвертирования содержащийся в штейне как нежелательная примесь сульфид железа FeS переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа SO2:

2FeS + 3O2 + 2SiO2 = 2FeSiO3 + 2SO2

Одновременно сульфид меди (I) Cu2S окисляется:

2Cu2S + 3О2 = 2Cu2О + 2SO2

Образовавшийся на этой стадии Cu2О далее реагирует с Cu2S:

2Cu2О + Cu2S = 6Cu + SО2

В результате возникает так называемая черновая медь, в которой содержание самой меди составляет уже 98,5-99,3% по массе. Далее черновую медь подвергают рафинированию. Рафинирование на первой стадии — огневое, оно заключается в том, что черновую медь расплавляют и через расплав пропускают кислород. Примеси более активных металлов, содержащихся в черновой меди, активно реагируют с кислородом и переходят в оксидные шлаки. На заключительной стадии медь подвергают электрохимическому рафинированию в сернокислом растворе, при этом черновая медь служит анодом, а очищенная медь выделяется на катоде. При такой очистке примеси менее активных металлов, присутствовавшие в черновой меди, выпадают в осадок в виде шлама, а примеси более активных металлов остаются в электролите. Чистота рафинированной (катодной) меди достигает 99,9% и более.

5.Применение

Медь, как полагают, — первый металл, который человек научился обрабатывать и использовать для своих нужд. Найденные в верховьях реки Тигр изделия из меди датируются десятым тысячелетием до нашей эры. Позднее широкое применение сплавов меди определило материальную культуру бронзового века (конец 4 — начало 1 тысячелетия до нашей эры) и в дальнейшем сопровождало развитие цивилизации на всех этапах. Медь и ее использовались для изготовления посуды, утвари, украшений, различных художественных изделий. Особенно велика была роль бронзы.

С 20 века главное применение меди обусловлено ее высокой электропроводимостью. Более половины добываемой меди используется в электротехнике для изготовления различных проводов, кабелей, токопроводящих частей электротехнической аппаратуры. Из-за высокой теплопроводности медь — незаменимый материал различных теплообменников и холодильной аппаратуры. Широко применяется медь в гальванотехнике — для нанесения медных покрытий, для получения тонкостенных изделий сложной формы, для изготовления клише в полиграфии и др.

Большое значение имеют медные сплавы — латуни (основная добавка цинк (Zn)), бронзы (сплавы с разными элементами, главным образом металлами — оловом (Sn), алюминием (Al), бериллием (Be), свинцом (Pb), кадмием (Cd) и другими, кроме цинка (Zn) и никеля (Ni)) и медно-никелевые сплавы, в том числе мельхиор и нейзильбер. В зависимости от марки (состава) сплавы используются в самых различных областях техники как конструкционные, антидикционные, стойкие к коррозии материалы, а также как материалы с заданной электро- и теплопроводностью Так называемые монетные сплавы (медь с «алюминием (Al) и медь с никелем (Ni)) применяют для чеканки монет — «меди» и «серебра»; но медь входит в состав и настоящих монетного серебра и монетного золота.

6.Биологическая роль

Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития (см. Биогенные элементы). В растениях и животных содержание меди варьируется от 10–15 до 10–3%. Мышечная ткань человека содержит 1·10–3% меди, костная ткань — (1-26)·10–4 %, в крови присутствует 1,01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях растений и животных — участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. Другой медьсодержащий белок, гемоцианин, выполняет роль гемоглобина у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и деставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулопламин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0,5-6 мг меди.

Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м3, для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1,0 мг/л.

www.ronl.ru

Курсовая работа - Медь - Химия

Содержание

Вступление……………………………………….1

Химическиесвойства……………………………1

Минералы………………………………………...4

Медныесплавы…………………………………..4

Маркимедных сплавов………………………….5

Медно-цинковыесплавы. Латуни………………6

Оловянныебронзы………………………………7

Алюминиевыебронзы…………………………..8

Кремнистыебронзы……………………………..9

Бериллиевыебронзы…………………………….9

Медьв промышленности………………………..9

Медьв жизни растений и животных……………12

Медь

Вступление

Химические и физические свойстваэлемента

Минералы

Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленностиважны только 17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов, карбонатов,сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeS2,ковеллин CuS, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S.

Окислы: тенорит, куприт. Карбонаты: малахит, азурит. Сульфаты:халькантит, брошантит. Сульфиды: ковеллин, халькозин, халькопирит, борнит.

Понижение окраски при повышении валентности видно из следующих двухпримеров:

CuCl — белый, Cu2O — красный, CuCl2+h3O- голубой, CuO — черный

Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержанияводы.

Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосоли икарбонаты (силикаты).

Медные сплавы

Марки медныхсплавов.

Марки обозначаются следующим образом.

Первые буквы в марке означают: Л — латунь и Бр — бронза.

Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. Вбронзе, означают:

А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо, К — кремний,Мц — марганец,

Н — никель, О — олово, С — свинец, Ц — цинк, Ф. — фосфор.

Медно-цинковые сплавы. Латуни

Оловянные бронзы

Для двухфазных бронз характерна более высокаяизносостойкость.

Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы,в которых часть олова заменена цинком (или свинцом).

Алюминиевые бронзы

Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широкозаменяют латуни и оловянные бронзы.

Кремнистые бронзы

Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих вуказанных средах.

Бериллиевые бронзы

Медь в промышленности

· обжиг

· плавка

· конвертирование

· огневое рафинирование

· электролитическое рафинирование

Медь широко используется впромышленности из-за :

· высокой теплопроводимости

· высокой электропроводимости

· ковкости

· хороших литейных качеств

· большого сопротивления на разрыв

· химической стойкости

Все медные сплавы обладают высокойстойкостью против атмосферной коррозии.

2Cu + 4HCl +O2 —> 2CuCl2 + 2h3O

Летучие соединения меди окрашиваютнесветящееся пламя газовой горелки в сине-зелёный цвет.

Медь в жизни растений и животных

www.ronl.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..