Статья: Медь. Химия медь


Химия меди

 

 

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов с массовыми числами 63, 65. Искусственные изотопы с массовыми числами 61, 64 используют как радиоактивные индикаторы.

Распространение в природе

Медь мало распространена в природе; содержание её в литосфере 1·10-2% (мас.). Чаще встречаются сульфидные руды меди: халькозин Cu2S, ковеллин CuS, халькопирит CuFeS2, борнит Cu5FeS4. Менее распространены кислородсодержащие руды: куприт Сu2О, тенорит СuО, азурит 2CuCO3· Cu(OH)2, малахит Сu2(ОН)2СО3. Встречается медь и в виде крупных самородков.

Получение

Из кислородсодержащих руд медь непосредственно восстанавливают углем (коксом), а сульфидные руды первоначально обжигают до оксида меди (II). Полученную «черновую» медь рафинируют, т. е. очищают от примесей при помощи электролиза.

Получает распространение также гидрометаллургический способ: руду сначала обрабатывают серной кислотой (или раствором аммиака), затем выделяют медь путем электролиза.

Физические свойства

Чистая медь – мягкий металл розового цвета. Хорошие теплопроводность и электрическая проводимость, устойчивость к коррозии, ковкость обусловливают широкое применение меди в технике. На основе меди изготовляются сплавы, % (маc.): бронза (80 Сu, 15 Sn и 5 Zn), латунь (60-90 Сu и 10-40 Zn), мельхиор (80 Сu, 20 Ni), нейзильбер (65 Сu, 20 Zn, 15 Ni). Сплавы меди с легирующими металлами применяют в авиа-, авто- и судостроении. Чистую медь применяют в электротехнике.

Химические свойства

Медь малоактивна, устойчива к внешним воздействиям, но во влажном воздухе постепенно покрывается зеленым налетом гидроксокарбоната (СuОН)2СО3. Она непосредственно соединяется с кислородом, галогенами и серой; со щелочами не реагирует:

2Cu + O2 (изб.)  2CuO

Cu + Cl2 (влажный)  → CuCl2

Cu(порошок) + S(пары) → CuS

Из разбавленных соляной, серной и уксусной кислот медь не вытесняет водород. Азотная кислота окисляет медь и восстанавливается до NO и NO2: 

3Cu + 8HNO3 (разб.) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4Н2О

Cu + 4HNO3 (конц.) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2Н2О,

а горячая концентрированная серная кислота – до оксида серы (IV):

Cu + 2h3SO4 → CuSO4 + SO2 + 2h3O

Соединения меди

Оксид меди (I) Cu 2 O – красный порошок, образующийся при нагревании меди на воздухе. Соответствующий ему гидроксид меди ( I ) CuOH не стоек и быстро окисляется, с аммиаком дает комплексный катион [Cu(Nh4)2]OH.

Оксид меди (II) С u О черного цвета, получают при нагревании меди на воздухе выше 300°С.

СuО – амфотерен с преобладанием основных свойств: реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами, оксидами щелочных металлов при высокой Т:

CuО + 2НCl (разб.)  → CuCl2 + h3O

CuО + 2NaOH + h3O → Na2[Cu(OH)4]

CuО + Na2O → Na2CuO2

Восстанавливается водородом, углеродом, активными металлами:

CuО + С  Cu + СО

CuО + Н2  Cu + h3O

3CuО + 2Al  3Cu + Al2O3

СuО соответствует гидроксид меди (II) С u (ОН)2, осаждаемый действием щелочей на соли:

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4

Сине-голубой осадок гидроксида меди (II) разлагается при нагревании с выделением черного оксида меди (II):

Cu(OH)2  CuO+h3O

Гидроксид меди (II) амфотерен, реагирует с разбавленными кислотами и концентрированными щелочами. Получающиеся куприты щелочных металлов имеют синюю окраску, например:

Cu(OH)2 + 2KOH → K2[Cu(OH)4]

Cu(OH)2  + 2НCl (разб.)  → CuCl2 + 2h3O

Действуя на раствор сульфата меди (II) гидроксидом аммония, получают зеленый осадокгидроксосульфата меди:

2CuSO4 + 2Nh5OH → (CuOH)2SO4¯ + (Nh5)2SO4

Под действием избытка гидроксида аммония образуется  комплексное соединение сульфат тетраамминмеди ( II ) интенсивно синего цвета:

(CuOH)2SO4 + (Nh5)2SO4 + 6Nh5OH → 2[Cu(Nh4)4]SO4 + 8h3O

В комплексных соединениях для меди характерно координационное число 4.

Из соединений меди (III) известен оксид меди (III) Cu 2 O 3 (красного цвета).

Сульфат меди (II), представляющий собой аквакомплекс  [Сu(Н2О)4]SO4· h3O, широко применяют как фунгицид. В химической промышленности из него получают другие медьсодержащие пестициды (хлороксид меди (II), парижскую зелень и пр.). Смесь раствора сульфата меди с гидроксидом кальция (бордосская жидкость ) применяют как средство борьбы с возбудителями болезней винограда и плодовых культур. В ветеринарии сульфат меди известен как прижигающее, рвотное, противоглистное средство.

Гидроксокарбонат меди (СuОН)2СО3 входит в состав протравителей семян, используется для изготовления зеленых красок.

Медь в природе

Медь относится  к ряду микроэлементов, которые имеют важное биологическое значение для роста растений, развития живых организмов.

Медь участвует в фиксации молекулярного азота (в процессе фотосинтеза), в восстановлении нитратов и других важных реакциях азотистого обмена у растений. Она оказывает большое влияние на структуру и функции нуклеиновых кислот, что связано с тем, что медь – сильный комплексообразователь. Известно, что в условиях медной недостаточности, например на торфяно-болотистых почвах, наблюдается нарушение в развитии и формировании репродуктивных органов, нарушение в питании растений железом.

При недостатке усваиваемых форм меди в почвах сельскохозяйственные культуры дают низкий и неполноценный по качеству урожай. Резко выраженный её недостаток ведёт к заболеванию растений. Такие болезни растений, как «болезнь обработки», пустозёрность злаков и некоторые другие вызываются острым дефицитом меди. Поэтому применение медных удобрений особенно эффективно устраняет заболевания и увеличивает продуктивность. Чаще всего в этом качестве применяют медный купорос. Его используют для некорневых подкормок и обработки семян. Для внесения в почву его добавляют в небольших количествах к хлориду калия (медно-калийные удобрения ), аммофосу (медный аммофос) и двойному суперфосфату (медный двойной суперфосфат ). Вблизи от предприятий по производству серной кислоты и бумаги используют также содержащие медь отходы – пиритные огарки.

Медь для человека является незаменимым микроэлементов. Человек постоянно подвергается действию болезнетворных факторов внешней среды (проникающая радиация, электромагнитное поле, ультразвуковые волны, вредные химические соединения и микроорганизмы). Этим факторам противостоит иммунная система. Первый «рубеж обороны» иммунной системы  –  кожа. Она, кроме чисто механической преграды, играет роль «жалюзи» для различных опасных излучений. Такими качествами кожа обладает благодаря пигменту – меланину. Меланин образуется под воздействием медьсодержащего фермента – тирозиназы. Так медь участвует в формированиипротиворадиационной защиты организма.

При недостатке меланина, под действием ионизирующей радиации, может образоваться рак кожи – меланома. Одновременно увеличивается вероятность появления злокачественных опухолей и в других органах. В отсутствии дефицита меди образование меланина проходит полноценно, что усиливает антираковую защиту. Один из признаков недостатка меланина, а значит и возможного медедефицита – седина волос; особенно – раннее поседение.

Так же, как и кожа, функцию барьерной защиты выполняют слизистые покровы ротовой полости, носовых ходов, глаз, др. При появлении на слизистом эпителии микротравм, трещин, царапин их заживлению способствуют медьсодержащие белки – альбуминаты. Отсюда следует важная роль меди по обеспечению барьерной защиты.

Если патогенный микроб, например бактерия, все же проник в организм он, вероятнее всего, попадет в русло крови и здесь ему придется «иметь дело» с медьсодержащими соединениями. Отщепившийся от металлокомплекса ион меди внедрится в бактерию и присоединится к её собственным ферментам. Лишний ион внесет беспорядок в обменные процессы микроорганизма, что приведет к его гибели. В этом заключается антимикробное значение меди.

Перенос кислорода осуществляют красные кровяные тельца  –  эритроциты, с помощью железосодержащего пигмента – гемоглобина. От того, сколько в крови гемоглобина зависит, сколько кислорода смогут перенести эритроциты. Считается, что чем выше в крови процент содержания гемоглобина, тем сильнее иммунный ответ. Образование гемоглобина совершенно невозможно без ионов меди. Поэтому одна из ее основных функций  –  кроветворение.

Установлено, что дефицит меди снижает антимикробную активность фагоцитов. Ослабленный фагоцит, «проглотив» микроб, вместо того чтобы переварить его, сам может стать жертвой, послужить источником питания и тем способствовать размножению бактерий. Но, если бактерии уничтожены, иммуноциты начинают очистку от токсинов и «останков» своих и чужих клеток. Воспалительные процессы стихают, наступает выздоровление. В этом случае говорят опротивовоспалительном значении меди.



biofile.ru

Химия меди

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический УниверситетКафедра ХимииРеферат на тему:

Химия медиИсполнитель: Кузьмич А.Н. гр. 104312

                                  ______________________

         Руководитель: Медведев Д.И.

                                  ______________________Минск - 2003Содержание.

стр.
Введение 2
1. Историческая справка 4
2. Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева 5
3. Распространение в природе 6
4. Получение 8
5. Физические свойства 10
6. Химические свойства 11
7. Применение 16
8. Сплавы меди 18
8.1 Латуни 18
8.2 Оловянные бронзы 19
8.3 Алюминиевые бронзы 19
8.4 Кремнистые бронзы 20
8.5 Бериллиевые бронзы 21
8.6 Сплавы меди с никелем 21
Заключение 22
Литература 24

Введение.

Медь (лат. Cuprum)  - химический элемент.  Один из семи металлов, известных с глубокой древности.  По некоторым археологическим  данным  - медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до н. э.  Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; это объясняется  с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состоянии на поверхности земли, а с другой сравнительной легкостью получения ее из соединений. Особенно  важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает второе место среди всех  металлов,  после  серебра.  Однако в наши дни во всем мире электрические провода,  на которые раньше уходила почти половина выплавляемой  меди, все чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее.  Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если  в  19 в.  медь добывалась из руд,  где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а  промышленность  многих  стран перерабатывает руды,  в которых всего 0,5% меди.

Медь - необходимый для растений и животных микроэлемент. Основная биохимическая функция меди – это участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих ферментов. Количество меди в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05 % (на сухое вещество) и зависит от вида растения и содержания меди в почве. В растениях медь входит в состав ферментов-оксидаз и белка пластоцианина. В оптимальных концентрациях медь повышает холодостойкость растений, способствует их росту и развитию. Среди животных наиболее богаты медью некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15-0,26 % меди). Поступая с пищей, медь всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина возвращается 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 меди в организме взрослого человека около 100 мг. Медь входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы меди влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и др. Увеличение содержания меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.

При недостатке меди злаковые растения поражаются так называемой болезнью обработки, плодовые - экзантемой; у животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к анемии, сопровождающейся поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения и подкормка животных солями меди. Отравление медью приводит к анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения меди. Однако в больших дозах медь вызывает рвоту; при всасывании меди может наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние).

1. Историческая справка.

Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря лёгкой восстановимости окислов и карбонатов, медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откуда и название ее Сuprum.

 В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов).

2. Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева.

Медь (Cuprum), Сu — химический элемент побочной подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер 29, атомная масса 63,54. Распределение электронов в атоме меди — Is22s22p63s23p63d104s1.

Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%). Сечение захвата тепловых нейтронов атомов меди 3,59-10-28 м-2. Путем бомбардировки никеля протонами или дейтронами искусственно получают радиоактивные изо­топы меди 61Сu и 64Сu с периодами полураспада 3,3 и 12,8 ч соответст­венно. Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и ис­пользуются в качестве меченых атомов.

В химическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементами первой плеяды VIII группы и щелочными эле­ментами I группы периодической системы. Ниже приведены значения потенциалов ионизации атомов меди (в эВ):

1-й 2-й 3-й 4-й 5-й 6-й 7-й 8-й
7,72 20,29 36,83 58,9 82 106 140 169
Заполненная d-оболочка меди менее эффективно экранирует s-электрон от ядра, чем оболочка инертного газа, поэтому первый потенциал ионизации меди выше, чем у щелочных металлов. Так как в образовании металлической связи принимают участие и электроны d-оболочки, теплота испарения и температура плавления меди значительно выше, чем у щелочных металлов, что обусловливает более «благородный» характер меди по сравнению с последними. Второй и третий потенциалы ионизации меньше, чем у щелочных металлов, что в значительной степени объясняет проявление свойств меди как переходного элемента, который в степени окисления II и III имеет парамагнитные свойства окрашенных ионов и комплексов. Медь(I) также образует многочисленные соединения по типу комплексов переходных металлов (табл. 1).

Таблица 1

Состояние окисления и стереохимия соединений меди.

Состояние окисления Координационное

число

Геометрия Примеры соединений
Cu(I) d10 2 Линейная Cu2O
3 Плоская K[Cu(CN)2]
4 Тетраэдр Cu(I)
Cu(II) d9 4 Тетраэдр (искажённый) Cs[CuCl4]
5 Тригональная бипирамида [Cu(Dipy)2I]+
5 Квадратная пирамида [Cu(ДМГ)2]2(тв)
4 Квадрат CuO
6 Октаэдр (искажённый) K2CuF4, CuCl2
Cu(III) d8 4 Квадрат KCuO2
6 Октаэдр K3CuF6
П р и м е ч а н и е. Dipy – дипиридил; ДМГ – диметилглиоксим.

3. Распространение в природе.

Среднее содержание меди в земной коре 4,7-10-3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, её больше (1-10-2 %), чем в верхней (2-10-3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды меди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная медь, карбонаты и окислы.

Медь - важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание меди в живом веществе 2-10-4 %, известны организмы - концентраторы меди. В таёжных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений меди наблюдается её избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало меди, 1-10-7 %. Приносимая в океан со стоком медь сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены медью (5,7-10-3 %), а морская вода резко недосыщена медью (3-10-7 %).

В морях прошлых геологических эпох местами происходило значительное накопление меди в илах, приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в Германии). Медь энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление руд меди в песчаниках.

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

Различают сульфидные и окисленные руды меди. Промышленное значение   имеют сульфидные руды, из которых наиболее широко используется медный колчедан (халькопирит) CuFeS2. В природе он встречается главным образом в смеси с железным колчеданом FeS2 и пустой породой, состоящей из оксидов Si, Al, Ca и др. Часто сульфидные руды содержат примеси благородных металлов (Аи, Ag), цветных и редких металлов (Zn, Pb, Ni, Co, Mo и др.) и рассеянных элементов (Ge и др.).

Содержание меди в руде обычно составляет 1—5%, но благодаря легкой флотируемости халькопирита его можно обогащать, получая концентрат, содержащий 20% меди и более [1845]. Наиболее крупные запасы медных руд сосредоточены главным образом на Урале, в Казахстане, Средней Азии, Африке (Катанта, Замбия), Америке (Чили, США, Канада).

4. Получение.

Медные руды характеризуются невысоким содержанием меди. Поэтому перед плавкой тонкоизмельчённую руду подвергают механическому обогащению; при этом ценные минералы отделяются от основной массы пустой породы; в результате получают ряд товарных концентратов (например, медный, цинковый, пиритный).

В мировой практике 80 % меди извлекают из концентратов пирометаллургическими методами, основанными на расплавлении всей массы материала. В процессе плавки, вследствие большего родства меди к сере, а компонентов пустой породы и железа к кислороду, медь концентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а окислы образуют шлак. Штейн отделяют от шлака отстаиванием.

На большинстве современных заводов плавку ведут в отражательных или в электрических печах. В отражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь подачи 300 м2 и более (30 м; 10 м), необходимое для плавления тепло получают сжиганием углеродистого топлива (естественный газ, мазут, пылеуголь) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах тепло получают пропусканием через расплавленный шлак электрического тока (ток подводится к шлаку через погруженные в него графитовые электроды).

Однако и отражательная, и электрическая плавки, основанные на внешних источниках теплоты, - процессы несовершенные. Сульфиды, составляющие основную массу медных концентратов, обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому всё больше внедряются методы плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, или технический кислород). Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струей кислорода или воздуха в раскалённую до высокой температуры печь. Частицы горят во взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка). Можно окислять сульфиды и в жидком состоянии; эти процессы усиленно исследуются в СССР и за рубежом (Япония, Австралия, Канада) и становятся главным направлением в развитии пирометаллургии сульфидных медных руд.

Богатые кусковые сульфидные руды (2-3 % Cu) с высоким содержанием серы (35-42 % S) в ряде случаев непосредственно направляются на плавку в шахтных печах (печи с вертикально расположенным рабочим пространством). В одной из разновидностей шахтной плавки (медно-серная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних горизонтах печи SO2 до элементарной серы. Медь в этом процессе также концентрируется в штейне.

Получающийся при плавке жидкий штейн (в основном Cu2S, FeS) заливают в конвертер - цилиндрический резервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом, снабженный боковым рядом фурм для вдувания воздуха и устройством для поворачивания вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование штейнов протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для связывания окислов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлической меди и SO2. Эту черновую медь разливают в формы. Слитки (а иногда непосредственно расплавленную черновую медь) с целью извлечения ценных спутников (Au, Ag, Se, Fe, Bi и других) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование. Оно основано на большем, чем у меди, сродстве металлов-примесей к кислороду: Fe, Zn, Co и частично Ni и другие в виде окислов переходят в шлак, а сера (в виде SO2) удаляется с газами. После удаления шлака медь для восстановления растворённой в ней Cu2O "дразнят", погружая в жидкий металл концы сырых берёзовых или сосновых брёвен, после чего отливают его в плоские формы. Для электролитического рафинирования эти слитки подвешивают в ванне с раствором CuSO4, подкислённым h3SO4. Они служат анодами. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая медь отлагается на катодах - тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричных ваннах. Для выделения плотных гладких осадков в электролит вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и другие). Полученную катодную медь промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, Se, Te и другие ценные спутники меди концентрируются в анодном шламе, из которого их извлекают специальной переработкой.

Наряду с пирометаллургическими применяют также гидрометаллурги-ческие методы получения меди (преимущественно из бедных окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах h3SO4 или аммиака. Из раствора меди, либо осаждают железом, либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно к смешанным рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при которых кислородные соединения меди растворяются в сернокислых растворах, а сульфиды выделяются флотацией. Получают распространение и автоклавные гидрометаллургические процессы, идущие при повышенных температурах и давлении.

www.coolreferat.com

Статья - 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

Химия меди

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра Химии

Реферат на тему :

Химия меди

Исполнитель: Кузьмич А.Н. гр. 104312

______________________

Руководитель: Медведев Д.И.

______________________

Минск - 2003

Содержание.

Введение.

Медь (лат. Cuprum) - химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным - медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до н. э. Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состоянии на поверхности земли, а с другой сравнительной легкостью получения ее из соединений. Особенно важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если в 19 в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Медь - необходимый для растений и животных микроэлемент. Основная биохимическая функция меди – это участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих ферментов. Количество меди в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05 % (на сухое вещество) и зависит от вида растения и содержания меди в почве. В растениях медь входит в состав ферментов-оксидаз и белка пластоцианина. В оптимальных концентрациях медь повышает холодостойкость растений, способствует их росту и развитию. Среди животных наиболее богаты медью некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15-0,26 % меди). Поступая с пищей, медь всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина возвращается 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 мкгв спинномозговой жидкости; всего меди в организме взрослого человека около 100 мг. Медь входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы меди влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и др. Увеличение содержания меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.

При недостатке меди злаковые растения поражаются так называемой болезнью обработки, плодовые - экзантемой; у животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к анемии, сопровождающейся поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения и подкормка животных солями меди. Отравление медью приводит к анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения меди. Однако в больших дозах медь вызывает рвоту; при всасывании меди может наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние).

1. Историческая справка.

Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря лёгкой восстановимости окислов и карбонатов, медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откуда и название ее Сuprum.

В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов).

2. Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева.

Медь (Cuprum), Сu — химический элемент побочной подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер 29, атомная масса 63,54. Распределение электронов в атоме меди — Is 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 10 4 s 1 .

Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%). Сечение захвата тепловых нейтронов атомов меди 3,59-10-28 м-2 . Путем бомбардировки никеля протонами или дейтронами искусственно получают радиоактивные изо­топы меди 61 Сu и 64 Сu с периодами полураспада 3,3 и 12,8 ч соответст­венно. Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и ис­пользуются в качестве меченых атомов.

В химическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементами первой плеяды VIII группы и щелочными эле­ментами I группы периодической системы. Ниже приведены значения потенциалов ионизации атомов меди (в эВ):

Заполненная d-оболочка меди менее эффективно экранирует s-электрон от ядра, чем оболочка инертного газа, поэтому первый потенциал ионизации меди выше, чем у щелочных металлов. Так как в образовании металлической связи принимают участие и электроны d-оболочки, теплота испарения и температура плавления меди значительно выше, чем у щелочных металлов, что обусловливает более «благородный» характер меди по сравнению с последними. Второй и третий потенциалы ионизации меньше, чем у щелочных металлов, что в значительной степени объясняет проявление свойств меди как переходного элемента, который в степени окисления II и III имеет парамагнитные свойства окрашенных ионов и комплексов. Медь(I) также образует многочисленные соединения по типу комплексов переходных металлов (табл. 1).

Таблица 1

Состояние окисления и стереохимия соединений меди.

П р и м е ч а н и е. Dipy – дипиридил; ДМГ – диметилглиоксим.

3. Распространение в природе.

Среднее содержание меди в земной коре 4,7-10-3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, её больше (1-10-2 %), чем в верхней (2-10-3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды меди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная медь, карбонаты и окислы.

Медь - важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание меди в живом веществе 2-10-4 %, известны организмы - концентраторы меди. В таёжных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений меди наблюдается её избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало меди, 1-10-7 %. Приносимая в океан со стоком медь сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены медью (5,7-10-3 %), а морская вода резко недосыщена медью (3-10-7 %).

mirznanii.com

Химия меди

Дисциплина: Химия и физика Тип работы: Реферат Тема: Химия меди

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра Химии

Реферат на тему:

Химия меди

Исполнитель: Кузьмич А.Н. гр. 104312

______________________

Руководитель: Медведев Д.И.

______________________

Минск - 2003

Содержание.

стр.

Введение

Историческая справка

Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева

Распространение в природе

Получение

Физические свойства

Химические свойства

Применение

Сплавы меди

Латуни

Оловянные бронзы

Алюминиевые бронзы

Кремнистые бронзы

Бериллиевые бронзы

Сплавы меди с никелем

Заключение

Литература

Введение.

Медь (лат. Cuprum)

- химический элемент.

Один из семи металлов, известных с глубокой древности.

По некоторым археологическим

данным

- медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до н. э.

это объясняется

с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состоянии на поверхности земли, а с другой сравнительной легкостью получения ее из соединений. Особенно

важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает второе место среди всех

металлов,

после

серебра.

Однако в наши дни во всем мире электрические провода,

на которые раньше уходила почти половина выплавляемой

меди, все чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее.

Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если

19 в.

медь добывалась из руд,

где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а

промышленность

многих

стран перерабатывает руды,

в которых всего 0,5% меди.

Медь - необходимый для растений и животных

микроэлемент

. Основная биохимическая функция меди – это участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих ферментов. Количество меди в растениях колеблется

от 0,0001 до 0,05 % (на сухое вещество) и зависит от вида растения и содержания меди в почве. В растениях медь входит в состав ферментов-оксидаз и белка пластоцианина. В оптимальных

концентрациях медь повышает холодостойкость растений, способствует их росту и развитию. Среди животных наиболее богаты медью некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в

гемоцианине

содержится 0,15-0,26 % меди). Поступая с пищей, медь всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка

церулоплазмина возвращается 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 меди в организме взрослого человека около 100

мг. Медь входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы меди влияют на обмен

углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и др. Увеличение содержания меди в крови приводит к превращению минеральных

соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе

гемоглобина

При недостатке меди злаковые растения поражаются так называемой болезнью обработки, плодовые - экзантемой; у животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит

анемии

, сопровождающейся поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения и подкормка животных солями меди. Отравление медью приводит к анемии, заболеванию печени, болезни

Вильсона. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения меди. Однако в больших дозах медь вызывает рвоту; при всасывании меди может

наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние).

1. Историческая справка.

Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном

состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря лёгкой восстановимости

окислов и карбонатов, медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Древняя Греция и Рим получали

медь с острова Кипра (Cyprum), откуда и название ее Сuprum.

В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы

восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно

повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна

(сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов).

2. Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева.

Медь (

Cuprum

), С

— химический элемент побочной подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер 29, атомная масса 63,54. Распределение электронов в атоме

меди —

Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%). Сечение захвата тепловых нейтронов атомов меди 3,59-10

-28 м

-2. Путем бомбардировки никеля протонами или дейтронами искусственно получают радиоактивные изо­топы меди

61С

64С

с периодами полураспада 3,3 и 12,8 ч соответст­венно. Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и ис­пользуются в качестве меченых атомов.

В химическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементами первой плеяды

VIII

группы и щелочными эле­ментами

группы периодической системы. Ниже приведены значения потенциалов ионизации атомов меди (в эВ):

1-й

2-й

3-й

4-й

5-й

6-й

7-й

8-й

7,72

20,29

36,83

58,9

Заполненная

-оболочка меди менее эффективно экранирует

-электрон от ядра, чем оболочка инертного газа, поэтому первый потенциал ионизации меди выше, чем у щелочных металлов. Так как в образовании металлической связи

принимают участие и электроны

-оболочки, теплота испарения и температура плавления меди значительно выше, чем у щелочных металлов, что обусловливает более «благородный» характер меди по

сравнению с последними. Второй и третий потенциалы ионизации меньше, чем у щелочных металлов, что в значительной степени объясняет проявление свойств меди как переходного элемента,

который в степени окисления

имеет парамагнитные свойства окрашенных ионов и комплексов. Медь(

) также образует многочисленные соединения по типу комплексов переходных металлов (табл. 1).

Таблица 1

Состояние окисления и стереохимия соединений меди.

Состояние окисления

Координационное

число

Геометрия

Примеры соединений

Cu(I) d

Линейная

Плоская

K[Cu(CN)

Тетраэдр...

Забрать файл

Похожие материалы:

www.refland.ru