Характеристики меди, реакция металла с азотной кислотой

Устойчивый металл Vs. сильный окислитель

Твитнуть

Отправить

[Deposit Photos]

Медь — старейший металл, используемый людьми с давних времен. Медь имеет латинское название — cuprum. Ее порядковый номер — 29. В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде, в первой группе.

Физические и химические свойства меди

Медь — это тяжелый металл розово-красного цвета с ковкой и мягкой структурой. Температура кипения меди — более 1000 °С. Сuprum — хороший электро- и теплопроводник, плавится при 1084 °С, плотность металла — 8,9 г/см³, в природе встречается в самородном виде.

Атом меди имеет 4 уровня. На валентной 4s-орбитали расположен один электрон. Во время химического взаимодействия с другими веществами от атома отщепляется 1—3 отрицательно заряженные частицы, в результате чего образуются соединения меди со степенью окисления «+3», «+2», «+1». Максимальной устойчивостью обладают двухвалентные производные меди.

[Deposit Photos]

Медь обладает низкой реакционной способностью. Существует две основные степени окисления металла, проявляющиеся в соединениях: «+1» и «+2». Вещества, в которых данные значения заменяются на «+3», встречаются редко. Медь взаимодействует с углекислым газом, воздухом, соляной кислотой и другими соединениями при очень высоких температурах. На поверхности металла образуется защитная оксидная пленка, которая предохраняет медь от дальнейшего окисления и делает металл стабильным и малоактивным.

Медь взаимодействует с простыми веществами: галогенами, селеном, серой. Металл способен формировать двойные соли или комплексные соединения. Почти все сложные соединения этого химического элемента (кроме оксидов) — это ядовитые вещества. Вещества, которые образовала одновалентная медь, легко окисляются до двухвалентных аналогов.

В химических реакциях медь выступает в качестве малоактивного металла. Металл не растворяется в воде в обычных условиях. В сухом воздухе не протекает коррозия металла, но при нагревании медь покрывается черным оксидным налетом. Химическая устойчивость элемента проявляется при действии углерода, безводных газов, нескольких органических соединений, спиртов и фенольных смол. Для меди характерны реакции комплексообразования, в результате которых выделяются окрашенные соединения. Медь имеет сходства с металлами щелочной группы, связанные с формированием производных одновалентного ряда.

Взаимодействие с азотной кислотой

Медь растворяется в азотной кислоте. Эта реакция осуществляется из-за окисления металла сильным реагентом. Азотная кислота (разбавленная и концентрированная), проявляет окислительные свойства с растворением меди.

Молекула азотной кислоты

[Deposit Photos]

При реакции металла с разбавленной кислотой образуется нитрат меди и двухвалентный оксид азота в соотношении 75%:25%. Уравнение реакции:

8H­NO₃ + 3Cu → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

В реакции участвует 1 моль меди и 3 моля концентрированной азотной кислоты. При растворении меди раствор сильно разогревается, в результате чего происходит термическое разложение окислителя и наблюдается выделение дополнительного объема азотных оксидов. Уравнение реакции:

4H­NO₃ + Cu → Cu(NO₃) + 2NO₂ + 2H₂O

Такой способ растворения меди имеет недостаток: во время реакции меди с азотной кислотой происходит выделение большого количества азотных оксидов. Для улавливания (или нейтрализации) азотных оксидов требуется специальное оборудование, потому процесс этот слишком затратный. Растворение меди в азотной кислоте считается завершенным, когда полностью прекращается выработка летучих азотистых оксидов. Температура реакции — 60—70 °С. Следующий этап — спуск раствора из химического реактора. После этого на дне реактора остаются куски меди, не вступившие в реакцию. К полученной жидкости добавляется вода и проводится фильтрация. Нажмите здесь, чтобы изучить свойства меди на примере взаимодействия с другими веществами.

Азотная кислота и медь: реакция на примере опыта

Проследить всю реакцию азотной кислоты и меди можно на примере опыта, положив в концентрированную азотную кислоту пластинку меди. Происходит выделение бурого газа: сначала медленное, затем более сильное. Раствор приобретает зеленую окраску. Если в избытке добавлять медь в процессе реакции, раствор постепенно окрасится в голубой цвет. Реакция меди с азотной кислотой происходит с выделением тепла и токсичного газа, имеющего резкий запах.

Взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой относится к окислительно-восстановительным реакциям. Восстановителем здесь является металл, а окислителем — азотная кислота. Уравнение реакции:

Cu + 4H­NO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Реакция экзотермическая, поэтому при самопроизвольном разогреве смеси реакция ускоряется.

Реакция меди с азотной кислотой начинается при комнатной температуре. Металл покрывается пузырьками, они всплывают и наполняют пробирку бурым газом — NO₂ (токсичным ядовитым диоксидом азота с резким запахом). Этот газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Реакция меди с азотной кислотой протекает в два этапа:

• на первом этапе кислота окисляет медь до оксида меди, выделяя диоксид азота;
• на втором этапе оксид меди реагирует с новыми порциями кислоты, образуя нитрат меди Cu(NO₃)₂. Смесь разогревается, и реакция протекает быстрее.

Нитрат меди (тригидрат)

[Wikipedia]

Итог: металл растворился и образовался раствор нитрата меди. Благодаря нитрату меди полученный раствор имеет зеленый или голубой цвет (оттенок будет зависеть от количества использованной воды).

Твитнуть

Отправить

Больше статей о химии:

• Эксперимент «Химический сад»
  Как вырастить водоросли из соли
• Эксперимент «Натрий на воде»
  Почему металл не тонет, а бегает по воде?

Делайте эксперименты дома!

Так какого же он цвета?

Узнать больше

Попробовать

МЕДЬ | Энциклопедия Кругосвет

МЕДЬ – элемент 11 группы Периодической системы, плотность 8,9 г см^–3, один из первых металлов, ставших известными человеку. Считают, что медь начали использовать около 5000 до н.э. В природе медь изредка встречается в виде металла. Из медных самородков, возможно, с помощью каменных топоров, были изготовлены первые металлические орудия труда. У индейцев, живших на его берегах оз. Верхнее (Сев. Америка), где есть очень чистая самородная медь, способы ее холодной обработки были известны до времен Колумба.

Около 3500 до н.э. на Ближнем Востоке медь научились извлекать из руд, ее получали восстановлением углем. Медные рудники были и в Древнем Египте. Известно, что глыбы для знаменитой пирамиды Хеопса обрабатывали медным инструментом.

К 3000 до н.э. в Индии, Месопотамии и Греции для выплавки более твердой бронзы в медь стали добавлять олово. Открытие бронзы могло произойти случайно, однако ее преимущества по сравнению с чистой медью быстро вывели этот сплав на первое место. Так начался «бронзовый век».

Изделия из бронзы были у ассирийцев, египтян, индусов и других народов древности. Однако цельные бронзовые статуи древние мастера научились отливать не раньше 5 в. до н.э. Около 290 до н.э. Харесом в честь бога солнца Гелиоса был создан Колосс Родосский. Он имел высоту 32 м и стоял над входом во внутреннюю гавань древнего порта острова Родоса в восточной части Эгейского моря. Гигантская бронзовая статуя была разрушена землетрясением в 223 н.э. (см. также СЕМЬ ЧУДЕС СВЕТА).

Предки древних славян, жившие в бассейне Дона и в Приднепровье, применяли медь для изготовления оружия, украшений и предметов домашнего обихода. Русское слово «медь», по мнению некоторых исследователей, произошло от слова «мида», которое у древних племен, населявших Восточную Европу, обозначало металл вообще.

Символ Cu происходит от латинского aes cyproum (позднее, Cuprum), так как на Кипре (Cyprus) находились медные рудники древних римлян.

Относительное содержание меди в земной коре составляет 6,8·10^–3%. Самородная медь встречается очень редко. Обычно элемент находится в виде сульфида, оксида или карбоната. Важнейшими рудами меди являются халькопирит CuFeS₂, который, по оценкам, составляет около 50% всех месторождений этого элемента, медный блеск (халькоцит) Cu₂S, куприт Cu₂O и малахит Cu₂CO₃(OH)₂. Большие месторождения медных руд найдены в различных частях Северной и Южной Америк, в Африке и на территории нашей страны. В 18–19 вв. близ Онежского озера добывали самородную медь, которую отправляли на монетный двор в Петербург. Открытие промышленных месторождений меди на Урале и в Сибири связано с именем Никиты Демидова. Именно он по указу Петра I в 1704 начал чеканить медные деньги.

Богатые месторождения меди давно выработаны. Сегодня почти весь металл добывается из низкосортных руд, содержащих не более 1% меди. Некоторые оксидные руды меди могут быть восстановлены непосредственно до металла нагреванием с коксом. Однако большая часть меди производится из железосодержащих сульфидных руд, что требует более сложной переработки. Эти руды сравнительно бедные, и экономический эффект при их эксплуатации может обеспечиваться лишь ростом масштабов добычи. Руду обычно добывают в огромных карьерах, где используются экскаваторы с ковшами до 25 м³ и грузовики грузоподъемностью до 250 т. Сырье размалывают и концентрируют (до содержания меди 15–20%) с использованием пенной флотации, при этом серьезной проблемой является сброс многих миллионов тонн тонко измельченных отходов в окружающую среду (см. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ). К концентрату добавляют кремнезем, а затем смесь нагревают в отражательных печах (доменные печи для тонко измельченной руды неудобны) до температуры 1400° С, при которой она плавится. Суммарное уравнение протекающих реакций можно представать в виде:

2CuFeS₂ + 5O₂ + 2SiO₂ = 2Cu + 2FeSiO₃ + 4SO₂

Cu^+I + 1e^– = Cu⁰ |

Fe^III + 1e^– = Fe^II | –10e^–

2S^–II – 12e^– = 2S^IV |

O₂ + 4e^– = 2O^–II

Большую часть полученной черновой меди очищают электрохимическим методом, отливая из нее аноды, которые затем подвешивают в подкисленном растворе сульфата меди CuSO₄, а катоды покрывают листами очищенной меди. В процессе электролиза чистая медь осаждается на катодах, а примеси собираются около анодов в виде анодного шлама, который является ценным источником серебра, золота и других драгоценных металлов.

Около 1/3 используемой меди представляет собой вторичную медь, выплавленную из лома. Годовое производство нового металла составляет около 8 млн. т. Лидируют по производству меди Чили (22%), США (20%), СНГ (9%), Канада (7,5%), Китай (7,5%) и Замбия (5%).

Главное применение металла – в качестве проводника электрического тока. Кроме того, медь используется в монетных сплавах, поэтому ее часто называют «монетным металлом». Она также входит в состав традиционных бронзы (сплавы меди с 7–10% олова) и латуни (сплав меди с цинком) и специальных сплавов, таких как монель (сплав никеля с медью). Металлообрабатывающий инструмент из медных сплавов не искрит и может использоваться во взрывоопасных цехах. Сплавы на основе меди служат для изготовления духовых инструментов и колоколов.

В виде простого вещества медь обладает характерной красноватой окраской. Медь металл мягкий и пластичный. По электро- и теплопроводности медь уступает только серебру. Металлическая медь, как и серебро, обладает антибактериальными свойствами.

Медь устойчива в чистом сухом воздухе при комнатной температуре, однако при температуре красного каления образует оксиды. Она реагирует также с серой и галогенами. В атмосфере, содержащей соединения серы, медь покрывается зеленой пленкой основного сульфата. В электрохимическом ряду напряжений медь находится правее водорода, поэтому она практически не взаимодействует с неокисляющими кислотами. Металл растворяется в горячей концентрированной серной кислоте, а также в разбавленной и концентрированной азотной кислоте. Кроме того, медь можно перевести в раствор действием водных растворов цианидов или аммиака:

2Cu + 8NH₃·H₂O + O₂ = 2[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 6H₂O

В соответствии с положением меди в Периодической системе, ее единственная устойчивая степень окисления должна быть (+I), но это не так. Медь способны принимать более высокие степени окисления, причем наиболее устойчивой, особенно в водных растворах, является степень окисления (+II). В биохимических реакциях переноса электрона, возможно, участвует медь(III). Эта степень окисления редко встречается и очень легко понижается под действием даже слабых восстановителей. Известно несколько соединений меди(+IV).

При нагревании металла на воздухе или в кислороде образуются оксиды меди: желтый или красный Cu₂O и черный CuO. Повышение температуры способствует образованию преимущественно оксида меди(I) Cu₂O. В лаборатории этот оксид удобно получать восстановлением щелочного раствора соли меди(II) глюкозой, гидразином или гидроксиламином:

2CuSO₄ + 2NH₂OH + 4NaOH = Cu₂O + N₂ + 2Na₂SO₄ + 5H₂O

Эта реакция – основа чувствительного теста Фелинга на сахара и другие восстановители. К испытываемому веществу добавляют раствор соли меди(II) в щелочном растворе. Если вещество является восстановителем, появляется характерный красный осадок.

Поскольку катион Cu⁺ в водном растворе неустойчив, при действии кислот на Cu₂O происходит либо дисмутация, либо комплексообразование:

Cu₂O + H₂SO₄ = Cu + CuSO₄ + H₂O

Cu₂O + 4HCl = 2 H[CuCl₂] + H₂O

Оксид Cu₂O заметно взаимодействует со щелочами. При этом образуется комплекс:

Cu₂O + 2NaOH + H₂O 2Na[Cu(OH)₂]

Для получения оксида меди(II) CuO лучше всего использовать разложение нитрата или основного карбоната меди(II):

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

(CuOH)₂CO₃ = 2CuO + CO₂ + H₂O

Оксиды меди не растворимы в воде и не реагируют с ней. Единственный гидроксид меди Cu(OH)₂ обычно получают добавлением щелочи к водному раствору соли меди(II). Бледно-голубой осадок гидроксида меди(II), проявляющий амфотерные свойства (способность химических соединений проявлять либо основные, либо кислотные свойства), можно растворить не только в кислотах, но и в концентрированных щелочах. При этом образуются темно-синие растворы, содержащие частицы типа [Cu(OH)₄]^2–. Гидроксид меди(II) растворяется также в растворе аммиака:

Cu(OH)₂ + 4NH₃^.H₂O = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 4H₂O

Гидроксид меди(II) термически неустойчив и при нагревании разлагается:

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Есть сведения о существовании темно-красного оксида Cu₂O₃, образующегося при действии K₂S₂O₈ на Cu(OH)₂. Он является сильным окислителем, при нагревании до 400° С разлагается на CuO и О₂.

Большой интерес к химии оксидов меди в последние два десятилетия связан с получением высокотемпературных сверхпроводников, из которых наиболее известен YBa₂Cu₃O₇. В 1987 было показано, что при температуре жидкого азота это соединение является сверхпроводником. Главные проблемы, препятствующие его широкомасштабному практическому применению, лежат в области обработки материала. Сейчас наиболее перспективным считается изготовление тонких пленок.

Многие из халькогенидов меди – нестехиометрические соединения. Сульфид меди(I) Cu₂S образуется при сильном нагревании меди в парах серы или в среде сероводорода. При пропускании сероводорода через водные растворы, содержащие катионы Cu²⁺, выделяется коллоидный осадок состава CuS. Однако, CuS – не простое соединение меди(II). Оно содержит группу S₂ и лучше описывается формулой Cu^I₂Cu^II(S₂)S. Селениды и теллуриды меди проявляют металлические свойства, а CuSe₂, CuTe₂, CuS и CuS₂ при низких температурах являются сверхпроводниками.

При нагревании меди с галогенами можно синтезировать безводные дифторид, дихлорид и дибромид. Растворы галогенидов меди(II) удобнее получать взаимодействием металла, его оксида, гидроксида или карбоната с соответствующей галогеноводородной кислотой. Из водных растворов всегда выделяются кристаллогидраты.

Попытки получить иодид меди(II) приводят к образованию иодида меди(I) CuI:

2Cu²⁺ + 4I^– = 2CuI + I₂

При этом раствор и осадок окрашиваются в бурый цвет за счет присутствия иода. Образовавшийся иод можно удалить действием тиосульфат-иона:

I₂ + 2SO₃S^2– = 2I^– + S₄O₆^2–

Однако при добавлении избытка тиосульфат-иона иодид меди(I) растворяется:

CuI + 2SO₃S^2– = [Cu(SO₃S)₂]^3– + I^–

Точно так же попытки получить цианид меди(II) приводят к образованию CuCN. С другой стороны, с электроотрицательным фтором не удается получить соль меди(I). Три других галогенида меди(I), представляющие собой белые нерастворимые соединения, осаждаются из водных растворов при восстановлении галогенидов меди(II).

В водных растворах бесцветный ион меди(I) очень неустойчив и диспропорционирует

2Cu^I Cu^II + Cu(р)

Возможно, причиной этого является размер атома. Ион Cu^II меньше, чем Cu^I, и, имея вдвое больший заряд, намного сильнее взаимодействует с водой (теплоты гидратации составляют ~2100 и ~580 кДж моль^–1, соответственно). Разница является существенной, так как она перевешивает вторую энергию ионизации для меди. Это делает ион Cu^II более стабильным в водном растворе (и ионных твердых веществах), чем Cu^I, несмотря на устойчивую конфигурацию d¹⁰ последнего. Тем не менее, Cu^I может стабилизироваться в соединениях с очень низкой растворимостью или за счет комплексообразования. Комплексы легко образуются в водном растворе при взаимодействии Cu₂O с соответствующими лигандами. В водных растворах хлоро- и амминкомплексы меди(I) медленно окисляются кислородом воздуха до соответствующих соединений меди(II).

Катион меди(II), напротив, в водном растворе вполне устойчив. Соли меди(II), в основном, растворимы в воде. Голубой цвет их растворов связан с образованием иона [Cu(H₂O)₄]²⁺. Они часто кристаллизуются в виде гидратов. Водные растворы в небольшой степени подвержены гидролизу и из них часто осаждаются основные соли. Основный карбонат есть в природе – это минерал малахит, основные сульфаты и хлориды образуются при атмосферной коррозии меди, а основный ацетат (ярь-медянка) используется в качестве пигмента.

Ярь-медянка известна со времен Плиния Старшего (23–79 н.э.). В русских аптеках ее начали получать в начале 17 в. В зависимости от способа получения она может быть зеленого или голубого цвета. Ею были окрашены стены царских палат в Коломенском в Москве.

Наиболее известную простую соль – пентагидрат сульфата меди(II) CuSO₄·5H₂O – часто называют медным купоросом. Слово купорос, по-видимому, происходит от латинского Cipri Rosa – роза Кипра. В Росси медный купорос называли синим, кипрским, затем турецким. То, что купорос содержит медь, было впервые установлено в 1644 Ван Гельмонтом. В 1848 Р.Глаубер впервые получил медный купорос из меди и серной кислоты. Сульфат меди широко используется в электролитических процессах, при очистке воды, для защиты растений. Он является исходным веществом для получения многих других соединений меди.

Тетрааммины легко образуются при добавлении аммиака к водным растворам меди(II) до полного растворения первоначально выпавшего осадка. Темно-синие растворы тетраамминов меди растворяют целлюлозу, которую можно вновь осадить при подкислении, что используется в одном из процессов для получения вискозы. Приливание этанола к раствору вызывает осаждение [Cu(NH₃)₄]SO₄·H₂O. Перекристаллизация тетраамминов из концентрированного раствора аммиака приводит к образованию фиолетово-синих пентаамминов, однако пятая молекула NH₃ легко теряется. Гексааммины можно получить только в жидком аммиаке, и их хранят в атмосфере аммиака.

Медь(II) образует плоско-квадратный комплекс с макроциклическим лигандом фталоцианином. Его производные используются для получения ряда пигментов от синего до зеленого, которые устойчивы вплоть до 500° С и широко используются в чернилах, красках, пластиках и даже в цветных цементах.

Медь имеет важное биологическое значение. Ее окислительно-восстановительные превращения участвуют в различных биохимических процессах растительного и животного мира.

Высшие растения легко переносят сравнительно большое поступление соединений меди из внешней среды, низшие же организмы, наоборот, чрезвычайно чувствительны к этому элементу. Самые незначительные следы соединений меди их уничтожают, поэтому растворы сульфата меди или их смеси с гидроксидом кальция (бордосская жидкость) применяют как противогрибковые средства.

Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержатся в телах осьминогов, устриц и других моллюсков. В их крови она играет ту же роль, что железо в крови других животных. В составе белка гемоцианина она участвует в переносе кислорода. Неокисленный гемоцианин бесцветен, а в окисленном состоянии он приобретает голубовато-синюю окраску. Поэтому не зря говорят, что у осьминогов – голубая кровь.

Организм взрослого человека содержит около 100 мг меди, сосредоточенной, в основном, в белках, только содержание железа и цинка выше. Ежедневная потребность человека в меди составляет около 3–5 мг. Дефицит меди проявляется в анемии, однако избыток меди также опасен для здоровья.

Елена Савинкина

Химия меди — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Джим Кларк
• Школа Труро в Корнуолле

Медь относится к тому же семейству периодической таблицы, что и серебро и золото, поскольку у каждого из них есть один s-орбитальный электрон поверх заполненной электронной оболочки, которая образует металлические связи. Это сходство электронной структуры делает их похожими по многим характеристикам. Все они обладают очень высокой тепло- и электропроводностью и являются ковкими металлами. Среди чистых металлов при комнатной температуре медь имеет вторую по величине электрическую и теплопроводность после серебра.

Введение

Использование меди восходит к глубокой истории. Медные бусы были найдены на территории современного Ирака, датируемого 9000 годом до нашей эры. Металл относительно легко добывать и очищать, что способствует его раннему и широкому использованию. Однако, будучи мягким, он непригоден для изготовления надежных инструментов и оружия. Первые кузнецы еще за 3000 лет до нашей эры научились сочетать медь с другими металлами для получения более прочных сплавов. Латунь (медь и цинк) и бронза (медь и олово) являются двумя примерами. Символ и название меди происходят от латинского 9.0036 cuprum , что буквально означает «с острова Кипр», ранний источник медной руды.

До 1982 года пенни США были из чистой меди. Теперь они в основном цинковые с тонкой оболочкой из меди. Большая часть добываемой сегодня меди очищается и вытягивается в проволоку для использования в электротехнической промышленности. Значительная часть также используется в производстве водопроводных труб. Медь, конечно же, имеет характерный цвет, который знаком большинству людей. Он является одним из лучших электрических проводников и устойчив к коррозии от большинства кислот (кроме азотной и горячей концентрированной серной). При воздействии элементов в течение определенного периода времени на нем образуется зеленоватый налет или патина, представляющая собой карбонат меди (II), защитное покрытие, предотвращающее дальнейший износ.

Залежи и извлечение меди

Медь встречается как в связанном, так и в свободном состоянии, а также во многих рудах. Важными рудами меди являются медный пирит (\(CuFeS_2\)), куприт и медный глянец. Медные руды в основном находятся на севере Индии. Извлечение меди также включает в себя множество стадий. Руда, используемая для добычи, представляет собой медный колчедан, который измельчается, концентрируется и затем нагревается в присутствии воздуха. При нагревании влага удаляется, а колчедан меди превращается в сульфид железа и сульфид меди.

\[ 2CuFeS_2 + O_2 \rightarrow Cu_2S + 2FeS + SO_2 \]

Доменная печь предназначена для нагрева смеси обожженной руды, порошкообразного кокса и песка. В доменной печи происходят реакции окисления. Сульфид железа образует оксид железа, который соединяется с кремнеземом и образует шлак (\(FeSiO_2\)).

\[ 2FeS + 3O_2 \rightarrow 2FeO + 2SO_2\]

\[ FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3\]

Сульфид меди образует закись меди, которая частично превращается в сульфид меди.

\[ Cu_2S + 3 O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2\]

\[ Cu_2O + FeS \rightarrow Cu_2S + FeO\]

Этот сульфид меди содержит некоторое количество сульфида железа и называется штейном. Штейн удаляют из основного выхода доменной печи. Удаленный штейн переводится в бессемеровский конвертер, который внутри футерован оксидом магния. Этот преобразователь имеет трубы, через которые подается горячий воздух и \(SiO_2\). В этом конвертере \(Cu_2S\) преобразуется в \(Cu_2O\), а \(FeS\) превращается в \(FeO\). Закись железа образует шлак с \(SiO_2\). Образующийся оксид меди реагирует с Cu2S и образует медь.

\[ 2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2\]

Образовавшуюся медь необходимо очистить электролизом.

Реакции ионов меди(II) в растворе

Простейшим ионом, который медь образует в растворе, является типичный синий ион гексааквамеди(II) — [Cu(H ₂ O) ₆ ] ²⁺ .

Реакции ионов гексааквамеди(II) с ионами гидроксида

Ионы гидроксида (например, из раствора гидроксида натрия) удаляют ионы водорода из водных лигандов, присоединенных к иону меди. Как только ион водорода был удален из двух молекул воды, у вас остался комплекс без заряда — нейтральный комплекс. Он нерастворим в воде, и образуется осадок.

Цветовая маркировка показывает, что это не реакция обмена лиганда. Кислороды, которые первоначально были связаны с медью, все еще связаны в нейтральном комплексе.

В пробирке изменение цвета:

Реакции ионов гексааквамеди(II) с раствором аммиака

Аммиак действует как основание и как лиганд. При небольшом количестве аммиака ионы водорода отрываются от гексаакваиона точно так же, как и в случае гидроксид-иона, с образованием того же нейтрального комплекса. 9{2+} + H_2O\]

Примечание

Вы можете удивиться, почему это второе уравнение дается исходя из исходного гексаакваиона, а не нейтрального комплекса. Объяснить, почему осадок снова растворяется, довольно сложно. Полное объяснение вы найдете на странице о реакциях между ионами гексааква и раствором аммиака.

Изменения цвета:

Реакция ионов гексааквамеди(II) с ионами карбоната

Вы просто получаете осадок того, что можно представить как карбонат меди(II). 9{2-} + 6H_2O\]

Поскольку реакция обратима, вы получаете смесь цветов из-за обоих комплексных ионов. Цвет иона тетрахлоркупрата (II) можно также описать как оливково-зеленый или желтый. Если к зеленому раствору добавить воду, он снова станет синим.

Реакция ионов гексааквамеди(II) с ионами йодида

Ионы меди(II) окисляют ионы йодида до молекулярного йода, и в процессе сами восстанавливаются до йодида меди(I).

9- (aq)\]

Когда раствор тиосульфата натрия вливается из бюретки, окраска йода тускнеет. Когда почти все кончится, добавьте немного раствора крахмала. Он обратимо реагирует с йодом, образуя темно-синий комплекс крахмал-йод, который гораздо легче увидеть.

Медленно добавляйте последние несколько капель раствора тиосульфата натрия, пока не исчезнет синяя окраска. Если вы проследите пропорции реакции с помощью двух уравнений, вы обнаружите, что на каждые 2 моля ионов меди (II), с которыми вы должны были начать, вам нужно 2 моля раствора тиосульфата натрия. Зная концентрацию раствора тиосульфата натрия, легко рассчитать концентрацию ионов меди(II).

Некоторые важные химические вещества меди(I)

Диспропорционирование ионов меди(I) в растворе

Химия меди(I) ограничивается реакцией, которая протекает с участием простых ионов меди(I) в растворе. Это хороший пример диспропорционирования — реакции, при которой что-то окисляется и восстанавливается. Ионы меди (I) в растворе диспропорционируют с образованием ионов меди (II) и осадка меди. Реакция:

Любая попытка получить простое соединение меди(I) в растворе приводит к этому. Например, если вы взаимодействуете с оксидом меди (I) с горячей разбавленной серной кислотой, вы можете ожидать получения раствора сульфата меди (I) и воды. На самом деле вы получаете коричневый осадок меди и синий раствор сульфата меди (II) из-за реакции диспропорционирования.

\[ Cu_2O + H_2SO_4 \rightarrow Cu + CuSO_4 + H_2O\]

Стабилизация степени окисления меди(I)

Мы уже видели, что йодид меди(I) образуется в виде не совсем белого осадка, если добавить раствора иодида калия в раствор, содержащий ионы меди(II). Иодид меди(I) практически нерастворим в воде, поэтому реакции диспропорционирования не происходит. Точно так же хлорид меди (I) может быть получен в виде белого осадка (реакция описана ниже). Если его отделить от раствора и как можно быстрее высушить, он останется белым. Однако при контакте с водой он медленно становится синим по мере образования ионов меди (II). Реакция диспропорционирования происходит только с простыми ионами меди (I) в растворе.

Образование комплексов меди(I) (кроме комплексов с водой в качестве лиганда) также стабилизирует степень окисления меди(I). Например, оба [Cu(NH ₃ ) ₂ ] ⁺ и [CuCl ₂ ] ^— представляют собой комплексы меди (I), которые не диспропорционируют . Хлорсодержащий комплекс образуется при растворении оксида меди(I) в концентрированной соляной кислоте. Вы можете представить, что это происходит в два этапа. Сначала образуется хлорид меди(I): 9-_{(aq)}\]

Вы можете получить белый осадок хлорида меди(I) (упомянутый выше), добавив к этому раствору воду. Это обращает последнюю реакцию, удаляя лишний хлорид-ион.

Авторы и авторство

Эта страница под названием «Химия меди» распространяется по незаявленной лицензии, ее автором, ремиксом и/или куратором является Джим Кларк.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Джим Кларк

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   1. медь
   2. медный пирит
   3. замена лиганда

Химия меди

Химия меди

История
Информация о
история меди
доступен в Медном
Development Association, Inc. , где они отмечают, что:

«В течение почти 5000 лет медь была единственным металлом, известным человеку.
Сегодня это один из наиболее часто используемых и повторно используемых наших современных
металлов».

Люди впервые использовали медь около 10 000 лет назад. Медь
Кулон, обнаруженный в Северном Ираке, как полагают, датируется
около 8700 г. до н.э. Доисторический человек, вероятно, использовал медь для оружия
изготовление. Древние египтяне, похоже, тоже ценили
коррозионная стойкость металла. Они использовали медные полосы и
гвозди в судостроении и медные трубы использовались для транспортировки
вода. Некоторые из этих артефактов сохранились до наших дней в хорошем состоянии.
Оценка общего производства меди в Египте за 1500 лет.
составляет 10 000 тонн.

Спустя годы появились медные сплавы. Бронзы (медно-оловянные сплавы)
появились сначала, а гораздо позже — латунь (медно-цинковая
сплавы). В «бронзовом веке» широко использовались медь и
бронза для оружия, монет, домашней утвари, мебели и др.
Предметы. Самый ранний известный пример использования латуни — римская монета.
отчеканены во время правления Августа 27 г. до н.э. — 14 г. н.э. Медь позже
сыграли важную роль в появлении электричества и сегодня
по-прежнему является одним из наших самых ценных материалов.

Использование соединений меди также восходит к периоду до 4000 г. до н.э.
Сульфат меди, например, был особенно важным соединением.
в ранние времена. Древние египтяне использовали его как морилку в своих
процесс окрашивания. Соединение также использовалось для изготовления мазей и
другие подобные препараты. Позже, лечебное использование медного купороса
возникла с его рецептом для легочных заболеваний. Медь
сульфат по-прежнему широко используется сегодня и не имеет вредных побочных эффектов.
последствия его 9Сообщалось об использовании 0036 предписанных .

Возникновение

Медь является 25-м ^-м -м наиболее распространенным элементом Земли, но
один из менее распространенных переходных металлов первого ряда. Это происходит как
мягкий красноватый металл, который можно найти в виде больших валунов
массой в несколько сотен тонн или в виде сульфидных руд. Последние
сложные смеси меди, железа и серы в сочетании с
другие металлы, такие как мышьяк, цинк и серебро. Медь
концентрация в таких рудах обычно составляет 0,5-2%.

Самая распространенная руда — халькопирит, CuFeS ₂ , латунь
желтая руда, на долю которой приходится примерно 50% мировой добычи
месторождения меди. Многочисленные другие медные руды разных цветов
и составы есть. Примеры малахит,
Cu ₂ CO ₃ (OH) ₂ , ярко-зеленая руда,
и красный рудный куприт Cu ₂ O.

Международный центр экологических и ядерных наук (ICENS)
имеет текущую программу картографирования геохимического состава Ямайки.

«Геохимический атлас Ямайки» был опубликован в 1919 г.95 и доступен на Amazon или ICENS.
Результаты, полученные для меди, показаны ниже (любезно предоставлено профессором Г. К. Лалором).

Медь встречается в биологических системах в составе
простетическая группа некоторых белков. Для примера меди
содержащие белки см. статью родом из Университета
Лидса, факультет биохимии и молекулярной биологии Института Скриппса.

Красный пигмент в
мягкоклювая птица Т (о) урако
содержит медно-порфириновый комплекс. Пигмент сильно водный
растворим в щелочных условиях и был
сообщили в 1952
что попытки зоозащитников помыть птицу привели к тому, что вода
приобретают красноватый оттенок.

T(o)uracos, как говорят, единственные птицы, обладающие настоящим красным и зеленым цветом.
Как правило, цвет, который вы воспринимаете при наблюдении за птицами, обусловлен отражениями.
благодаря структуре пера. Красные и зеленые пигменты (турацин и тураковердин)
найденные в перьях T(o)uraco, оба содержат медь.

Свойства меди

Отличный сайт для поиска свойств элементов,
в том числе медь по адресу

Еще одна полезная ссылка на
Страницы геологического проекта
в унив. Невада, Рино.

Извлечение меди

Медь извлекают из руды двумя основными способами:

1. Пирометаллургическим методом
2. Гидрометаллургический метод

Пирометаллургический метод

Этот метод часто используется при добыче сульфидных руд.
Всего четыре основных этапа:

• Горнодобывающая и фрезерная промышленность
• Руда измельчается и измельчается в порошок
  обычно содержащие менее 1% меди.
  Минералы концентрируются в суспензию, которая составляет около 15%.
  медь.
  Минералы меди отделяют от бесполезного материала флотацией.
  с использованием пенообразующих растворов.
• Плавка
• Плавка медного концентрата и извлечение
  нагреванием, потоком и добавлением кислорода. Сера, железо и другие
  нежелательные элементы удаляются, и продукт называется
  черновая медь.
• Переработка
• Это заключительный этап процесса
  получение высококачественной меди. Методы огневого и электрорафинирования
  используются техники. Последний производит медь высокой чистоты.
  пригодны для использования в электротехнике.

Гидрометаллургический метод — SX/EW

Экстракция растворителем/электровыделение является наиболее распространенным методом выщелачивания
процесс, используемый сегодня при восстановлении меди из химических
решения. Как следует из названия, метод включает в себя два основных
этапы:

Экстракция растворителем – процесс выщелачивания ионов меди
или иным образом извлекаемые из необработанной руды с использованием химических
агенты.

Электролиз — электролиз раствора, содержащего ионы металлов
таким образом, что ионы Cu в нем осаждаются на катоде и
после этого удаляется в элементарной форме.

Процесс состоит из следующих этапов:

• Для использования в
  вымывание ионов Cu из руды. Обычными реагентами являются слабые кислоты.
  например Н ₂ SO ₄ , H ₂ SO ₄ +
  Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ , хлорангидрид
  решения напр. FeCl ₂ , хлорид аммония и аммоний
  солевые композиции.
• При нанесении на руду выбранный выщелачиватель растворяет
  ионы меди, образующие выщелачивающий продукт, называемый «беременным
  выщелачивающий раствор».
• Затем выбирается органический экстрагент для удаления ионов Cu из
  водный раствор. Предпочтительные органические экстрагенты состоят из
  гидроксифенилоксимы, имеющие основную химическую формулу:
• C ₆ H ₃ (R)(OH) CNOHR*, R=
  C ₉ H ₁₉ или C ₁₂ H ₂₅ и
  R*= H, CH ₃ или C ₆ H ₅

Примерами таких экстрагентов являются 5-нонилсалицилальдоксим и
смесь этого соединения и 2-гидрокси-5-нонилацетофенона
оксим. Коммерчески доступные реагенты обычно содержат 5-10%
оксима в 90-95% разбавитель нефти, такой как
керосин.

Перед смешиванием с выщелачивающим продуктом экстрагент
содержат мало или совсем не содержат меди и на данном этапе называются
«бесплодный органический экстрагент».

• Ионы меди переносятся из выщелачивающего раствора в
  органический экстрагент при смешивании двух реагентов. Фаза
  происходит разделение с образованием водной и органической фаз
  называемые соответственно первой водной и первой органической фазами.
  Первая водная фаза, «рафинат», является выщелачивателем.
  лишен ионов меди, в то время как первой органической фазой является
  «загруженный органический экстрагент», т.е. экстрагент с ионами меди
  подарок.
• Рафинат рециркулируется на площадку выщелачивания, в то время как
  загруженный органический экстрагент смешивают с раствором электролита
  называется «бедным электролитом» (т. е. не содержащим меди).
  Типичными электролитами являются кислые растворы, такие как серная кислота,
  H ₂ SO ₄ . Ионы меди, находившиеся в
  органический экстрагент при этом растворяется в растворе электролита
  чтобы получить медь, содержащую «богатый электролит». Здесь снова там
  является фазовым разделением. Вторая органическая фаза – бесплодная.
  органический экстрагент, а вторая водная фаза представляет собой «богатую
  электролит». Бесплодный органический экстрагент затем рециркулируется для
  повторное использование в применении к выщелачивающему продукту.
• Завершающей стадией процесса является электролиз
  кислый раствор ионов металлов. В результате растворенные ионы меди
  наносятся на катод, и элементарная медь удаляется.
  Таким образом, процесс восстановления завершен.

A Примечание о примесях

Присутствие взвешенных загрязнителей в системе SX/EW может
значительно снижает эффективность его работы. Такой
загрязняющие вещества могут попасть в систему из руды или
из окрестностей. Система подвержена загрязнению
от дождя, ветра и других сил окружающей среды с момента первого
защитная оболочка, в которой хранится выщелачивающий продукт, обычно
незакрытые и расположенные на открытом воздухе. Таким образом, твердые отходы в
в виде грязи, песка, каменной пыли, растительных остатков, минеральных остатков
и взвешенные вещества часто вводятся в систему в
ранних стадиях и сохраняется на последующих стадиях
процесс.

Воздействие этих загрязняющих веществ является значительным и
включают:

• увеличенное время разделения фаз на стадиях, когда органические и
  водные растворители смешивают.
• отсутствие полного разделения фаз после экстракции,
  это приводит к потерям дорогостоящего органического экстрагента, т.к.
  его остается в водном растворе.
• снижение выхода по току и снижение
  чистота гальванического изделия из меди при электролизе
  сцена.

В большинстве систем SX/EW этапы очистки были введены в
чтобы облегчить эту проблему. В
Патент США (номер 573341)
например, хотя бы часть
вторая органическая фаза фильтруется для удаления твердых примесей
перед повторным использованием при обработке выщелачивающего продукта. Переработанная органика
поэтому экстрагент содержит мало или совсем не содержит примесей, зависящих от
от того, была ли часть или вся вторая органическая фаза
отфильтровано. Установлено, что эта стадия фильтрации
значительно повышает эффективность работы, даже если
часть экстрагента подвергается обработке.

Использование меди и ее соединений

Медь на протяжении веков уступает по полезности только железу.
Металл и его соединения используются во всех сферах жизни от
электрооборудование для медицины и сельского хозяйства.

Использование металлической меди

Электротехническая промышленность является бенефициаром большинства
выход меди. Металл используется в производстве электротехники.
устройства, такие как катоды и провода.

Другое применение включает:

— Кровля
-Посуда
-Монеты
-Слесарная работа
-Сантехника
— Катушки холодильника и кондиционера
-Сплавы напр. бронза, латунь

Использование соединений меди

Соединения меди наиболее широко используются в сельском хозяйстве.
С момента открытия их токсичности для некоторых насекомых грибы
и водорослей эти соединения использовались в инсектицидах,
фунгицидов и предотвращения развития водорослей в питьевой воде
водохранилища. Поэтому они используются для борьбы с животными и
болезни растений. Удобрения также часто дополняются
соединения меди, т.е. медный купорос, чтобы увеличить почву
плодородие и, таким образом, стимулировать рост урожая.

Соединения меди также используются в фотографии и в качестве красителей.
для стекла и фарфора.

Медь для хорошего здоровья

Медь является одним из многих микроэлементов, необходимых для хорошего здоровья. Это
входит в состав простетических групп многих белков и ферментов и
таким образом, имеет важное значение для их надлежащего функционирования. Поскольку тело может
не синтезируют медь, ее необходимо принимать с пищей. Орехи, семечки,
злаки, мясо (например, печень) и рыба являются хорошими источниками
медь.

Медь также нашла применение в медицине. Он использовался с раннего
раз при лечении ран груди и очистке воды. Это
Недавно было высказано предположение, что медь помогает предотвратить
воспаление, связанное с артритом и такими заболеваниями.
Продолжаются исследования лекарственных средств, содержащих медь, для лечения
этого и других условий.

Для получения дополнительной информации о важности меди для здоровья и
дефицит меди см.:
MotherNature и/или исследования витаминов
Продукты

Соединения меди

Медь содержит множество соединений, многие из которых
цветной. Двумя основными степенями окисления меди являются +1 и
+2, хотя известны некоторые комплексы +3. Соединения меди(I)
предположительно диамагнитны по своей природе и обычно бесцветны,
за исключением случаев, когда цвет является результатом переноса заряда или
анион. Ион +1 имеет тетраэдрическую или плоскоквадратную геометрию. В
твердые соединения, медь (I) часто находится в более стабильном состоянии при
умеренные температуры.

Ион меди(II) обычно находится в более стабильном состоянии в водной среде.
решения. Соединения этого иона, часто называемые соединениями меди,
обычно бывают цветными. На них влияет
Искажения Яна Теллера
и демонстрируют широкий спектр стереохимии с
преобладают четырех-, пяти- и шестикоординационные соединения. +2
ион часто демонстрирует искаженную тетраэдрическую геометрию.

Галогениды меди

Известно, что все галогениды меди(I) существуют, хотя
фтор в чистом виде еще не получен. Медь
хлориды, бромиды и йодиды бесцветны, диамагнитны
соединения. Они кристаллизуются при обычных температурах с
структура цинковой обманки, в которой атомы Cu связаны тетраэдрически
до четырех галогенов. Соли хлорида и бромида меди (I)
получают кипячением кислого раствора ионов меди(II) в
избыток меди. При разбавлении белый CuCl или бледно-желтый
Производится CuBr. Добавление растворимого йодида в водную
раствор ионов меди(II) приводит к образованию
осадок йодида меди (I), который быстро разлагается до Cu (I)
и йод.

Галогениды меди(I) мало растворимы в воде и большая часть
медь в водном растворе находится в состоянии Cu(II). Несмотря на это,
плохая растворимость соединений меди(I) увеличивается при
присоединение галогенид-ионов. В таблице ниже показаны некоторые свойства
галогениды меди(I).

Получено восстановлением CuX ₂ -> CuX;
за исключением F, который не был получен в чистом виде.

Все четыре галогенида меди (II) известны, хотя иодид меди
быстро разлагается на йодид меди и йод. желтый
хлорид меди (II) и почти черный бромид меди (II).
обычные галогениды. Эти соединения принимают структуру с
бесконечные параллельные полосы квадрата CuX ₄ шт. медь
хлориды и бромиды хорошо растворимы в воде и в донорных
растворители, такие как ацетон, спирт и пиридин.

Галогениды меди(II) являются умеренными окислителями из-за
Пара Cu(I)/Cu(II). В воде, где потенциал в значительной степени
аквакомплексов не так много
разница между ними, но в неводных средах окисляющая
(галогенирование) мощность увеличивается в последовательности; CuF ₂
<< CuCl ₂ << CuBr ₂ .

Они могут быть получены прямой реакцией с соответствующими
галогены:

Cu + F ₂ → CuF ₂ ;
Cu + Cl ₂ / 450°C → CuCl ₂ ;
Cu + Br ₂ → CuBr ₂

В качестве альтернативы они могут быть получены из CuX ₂ .aq путем
нагрев -> CuX ₂

Оксиды меди

Оксиды меди(I) более стабильны, чем оксиды меди(II) при
высокие температуры. Оксид меди(I) встречается в самородном виде в виде красного
куприт. В лаборатории снижение
Решение Фелинга
с восстанавливающим сахаром, таким как глюкоза, дает красный осадок.
Тест достаточно чувствителен, чтобы даже 1 мг сахара произвел
характерный красный цвет соединения. Закись меди может
также может быть приготовлен в виде желтого порошка контролируемым восстановлением
щелочная соль меди(II) с гидразином. Термическое разложение
оксид меди (II) также дает оксид меди (I), поскольку последний имеет
большая термическая стабильность. Таким же способом можно приготовить
соединение из нитрата меди (II), карбоната и
гидроксид.

Оксид меди(II) встречается в природе в виде тенорита. Этот черный
Кристаллическое твердое вещество можно получить пиролизом
нитратные, гидроксидные или карбонатные соли. Он также образуется при
порошкообразную медь нагревают на воздухе или в кислороде. В таблице ниже показано
некоторые характеристики оксидов меди.

Окислительно-восстановительная химия меди

Cu ²⁺ + e- → Cu ⁺ E=0,15 В
Cu ⁺ + e- → Cu E=0,52 В
Cu ²⁺ + 2e- → Cu E=0,34 В

При рассмотрении этих данных будет видно, что любой окислитель
достаточно силен, чтобы превратить Cu в Cu ⁺ , более чем достаточно силен, чтобы
преобразовать Cu ⁺ в Cu ²⁺ (0,52 по сравнению с 0,14 В). Нет, это не так
поэтому ожидается, что любые стабильные соли Cu ⁺ будут существовать в
водный раствор.
Также может произойти диспропорционирование:

2Cu ⁺ → Cu ²⁺ + Cu E=0,37 В или
К=10 ⁶

Координационные комплексы

Реакция ЭДТА ^4- с медью(II) дала комплекс
где ЭДТА оказалась пентадентатной, а НЕ гексадентатной, в отличие от
другие ионы M(II).

Cu(ЭДТА) ^2-

Структура иона [Cu(ox) ₂ ] ^2- может быть описана
в виде плоского квадрата или в виде искривленного октаэдра, когда упаковка в
рассматривается кристаллическая решетка. В случае с натриевой солью
отдельные блоки параллельны в ячейке с медью
связаны с атомами кислорода, координированными с медью в
единицы, расположенные как сверху, так и снизу, тогда как в
калиевой соли, единицы не параллельны и при взгляде на три
ед. центральный находится почти под прямым углом к ​​двум другим.
Здесь медь связана с одним из некоординированных атомов кислорода.
в единицах выше и ниже его.

Na+ и K+ соли [Cu(ox) ₂ ] ^2-

Cu(OH) ₂ реагирует с NH ₃ с образованием раствора
который растворяет целлюлозу. Это эксплуатируется в
промышленная подготовка района. Решения содержат
тетраммины и пентамины. С пиридином взаимодействуют только тетрамины.
сформированный, например, Cu(py) ₄ SO ₄ .

Широко изучена реакция меди(II) с аминокислотами.
Почти во всех случаях продукт содержит группы в транс
конфигурация, которая, как ожидается, будет более стабильной. В этом случае
глицина первым осаждаемым продуктом всегда является изомер цис-.
который превращается в транс- при нагревании.
См.
Лабораторное руководство для C31L
Больше подробностей.

Аналитическое определение меди(II)

Полезный реагент для аналитического определения
ион меди(II) представляет собой натриевую соль N,N-диэтилдитиокарбамата.