Медь

Медь —элемент побочной подгруппы первой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь (CAS-номер: 7440-50-8) — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной пленки). C давних пор широко применяется человеком. История и происхождение названия

Схема атома меди

Из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для изготовления оружия и т. п. (см бронзовый век). Латинское название элемента происходит от названия острова Кипр (лат. Cuprum), на котором добывали медь.

Нахождение в природе

Самородная медь

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2. Иногда медь встречается в самородном виде. Самый большой самородок был найден в Северной Америке, а его вес составлял 420 тонн [2]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Читинской области, Джезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии.

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,4 до 1,0 %.

Физические свойства

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Имеет два стабильных изотопа — ⁶³Cu и ⁶⁵Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, ⁶⁴Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.

Существует ряд сплавов меди: латунь — сплав меди с цинком, бронза — сплав меди с оловом, мельхиор — сплав меди и никеля, и некоторые другие.

Химические свойства

На воздухе покрывается оксидной плёнкой.

Соединения

Медный купорос

В соединениях медь бывает двух степеней окисления: менее стабильную степень Cu⁺ и намного более стабильную Cu²⁺, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B₁₁H₁₁)₂^3-, полученных в 1994 году.

Карбонат меди(II) имеет зелёную окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди. Сульфат меди(II) при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO₄∙5H₂O, используется как фунгицид. Также существует нестабильный сульфат меди(I) Существует два стабильных оксида меди — оксид меди(I) Cu₂O и оксид меди(II) CuO. Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди (YBa₂Cu₃O_7-δ), который является основой для получения сверхпроводников. Хлорид меди(I) — бесцветные кристаллы (в массе белый порошок) плотностью 4,11 г/см³. В сухом состоянии устойчив. В присутствии влаги легко окисляется кислородом воздуха, приобретая сине-зелёную окраску. Может быть синтезирован восстановлением хлорида меди(II) сульфитом натрия в водном растворе.

Соединения меди(I)

Многие соединения меди(I) имеют белую окраску либо бесцветны. Это объясняется тем, что в ионе меди(I) все пять Зd-орбиталей заполнены парами электронов. Однако оксид Cu₂O имеет красновато-коричневую окраску. Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легко подвергаются диспропорционированию:

2Cu+(водн. ) → Cu²⁺(водн.) + Cu(тв.)

В то же время медь(I) встречается в форме соединений, которые не растворяются в воде, либо в составе комплексов. Например, дихлорокупрат(I)-ион [CuCl₂]^— устойчив. Его можно получить, добавляя концентрированную соляную кислоту к хлориду меди(I):

CuCl(тв.) + Cl^—(водн.) → [CuCl]^— (водн.)

Хлорид меди(I) — белое нерастворимое твердое вещество. Как и другие галогениды меди(I), он имеет ковалентный характер и более устойчив, чем галогенид меди (II). Хлорид меди(I) можно получить при сильном нагревании хлорида меди(II):

CuCl₂(тв.) → 2CuCl(тв.) + Cl₂(г.)

Образует неустойчивый комплекс с CO

CuCl+CO → Cu(CO)Cl разлагающийся при нагревании

Другой способ его получения заключается в кипячении смеси хлорида меди(II) с медью в концентрированной соляной кислоте. В этом случае сначала образуется промежуточное соединение — комплексный дихлорокупрат(I)-ион [CuCl₂]^—. При выливании раствора, содержащего этот ион, в воду происходит осаждение хлорида меди(I). Хлорид меди(I) реагирует с концентрированным раствором аммиака, образуя комплекс диамминмеди(I) [Cu(NH₃)₂]⁺. Этот комплекс не имеет окраски в отсутствие кислорода, но в результате реакции с кислородом превращается в синее соединение.

Аналитическая химия меди

• 
  Традиционно количественное выделение меди из слабокислых растворов проводилось с помощью сероводорода.
• 
  В растворах, при отсутствии мешающих ионов медь может быть определена комплексонометрически или потенциометрически, ионометрически.
• 
  Микроколичества меди в растворах определяют кинетическими методами.

Применение

В электротехнике

Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру), медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов.

Теплообмен

Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления.

Для производства труб

В связи с высокой механической прочностью, но одновременно пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения, в Великобритании и Швеции для отопления.

В России производство водопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005 ^[3], а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.

Наиболее распространённые сплавы — бронза и латунь

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, куда помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого пушечного металла, который в XVI—XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. В наше время находит применение в военном деле в кумулятивных боеприпасах благодаря высокой пластичности, большое количество латуни идёт на изготовление оружейных гильз. Медноникелевые сплавы используются для чеканки разменной монеты. Медноникелиевые сплавы, в том числе т. н. «адмиралтейский» сплав широко используются в судостроении и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за образцовой коррозионной устойчивости.

Ювелирные сплавы

В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.

Соединения меди

Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa₂Cu₃O_7-δ, который является основой для получения высокотемпературных сверхпроводников. Медь применяется для производства медно-окисных гальванических элементов, и батарей.

Другие сферы применения

Медь — самый широко употребляемый катализатор полимеризации ацетилена. Из-за этого трубопроводы из меди для транспортировки ацетилена можно применять только при содержании меди в сплаве материала труб не более 64 %.

Широко применяется медь в архитектуре. Кровли и фасады из тонкой листовой меди из-за автозатухания процесса коррозии медного листа служат безаварийно по 100—150 лет. В России использование медного листа для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006 ^[4].

Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает стать ее применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц — всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.

Биологическая роль

Метаболизм меди у человека. Поступление в энтероцит с помощью транспортера CMT1, перенос с помощью ATOX1 в сеть транс-Гольджи, при росте концентрации — высвобождение с помощью АТФ-азыATP7A в воротную вену. Поступление в гепатоцит, где ATP7B нагружает ионами меди белок церулоплазмин, а избыток выводит в желчь.

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем кислород белке гемоцианине. В крови большинства моллюсков и членистоногих медь используется вместо железа для транспорта кислорода.

Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день.

Токсичность

Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) сформулировала в 1998 году это правило так: «Риски для здоровья человека от недостатка меди в организме многократно выше, чем риски от ее избытка».

В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта ^[5].

Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла^[5]. Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде. Общее число лиц, поражённых заболеванием, например, в США, составляет ок. 35 000 человек, то есть 0,01 % от общего числа водопользователей. ^{[источник не указан 226 дней]}

Бактерицидность

Бактерицидные свойства меди и ее сплавов были известны человеку давно. В 2008 году после длительных исследований Федеральное Агентство по Охране Окружающей Среды США (US EPA) официально присвоило меди и нескольким сплавам меди статус веществ с бактерицидной поверхностью^[6] (агентство подчеркивает, что использование меди в качестве бактерицидного вещества может дополнять, но не должно заменять стандартную практику инфекционного контроля). Особенно выражено бактерицидное действие поверхностей из меди (и ее сплавов) проявляется в отношении метициллин-устойчивого штамма стафилококка золотистого, известного как «супермикроб» MRSA. Летом 2009 была установлена роль меди и сплавов меди в инактивировании вируса гриппа A/h2N1 (т. н. «свиной грипп»)

Органолептические свойства

Ионы меди придают излишку меди в воде отчётливый «металлический вкус». У разных людей порог органолептического определения меди в воде составляет приблизительно 2-10 мг/л. Естественная способность к такому определению повышенного содержания меди в воде является природным механизмом защиты от приема внутрь воды с излишним содержанием меди.

Производство, добыча и запасы меди

Мировая добыча меди в 2000 году составляла около 15 млн т., a в 2004 году — около 14 млн т.. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т., из них 687 млн т. подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет.

Производство рафинированной меди в России в 2006 году составило 881,2 тыс. тонн, потребление — 591,4 тыс. тонн. Основными производителями меди в России являлись:

Мировое производство меди в 2007 году составляло15,4 млн т, а в 2008 году — 15,7 млн т. Лидерами производства были: Чили (5,560 млн т в 2007 г. и 5,600 млн т в 2008 г.), США (1,170/1,310), Перу (1,190/1,220), Китай (0,946/1,000), Австралия (0,870/0,850), Россия (0,740/0,750), Индонезия (0,797/0,650), Канада (0,589/0,590), Замбия (0,520/0,560), Казахстан (0,407/0,460), Польша (0,452/0,430), Мексика (0,347/0,270).

Разведанные мировые запасы меди на конец 2008 года составляют 1 млрд т, из них подтверждённые — 550 млн т. Причем, оценочно, считается что глобальные мировые запасы на суше составляют 3 млрд т, а глубоководные ресурсы оцениваются в 700 млн т.

Способы добычи

Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Однажды нашли самородок, который весил 420 т. Наверняка медь была первым металлом, с которым познакомились древние люди. Первые свои орудия делали они из кремниевой и железной руды, из меди, и уже потом научились изготовлять их из бронзы и железа. Сплав меди с оловом (бронзу) получили впервые за 3000 лет до н.  э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало ее пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах. Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

2CO + (CuOH)₂CO₂ (t°) → 3CO₂ + 2Cu + H₂O.

Добычу меди называют прабабушкой металлургии. Ее добыча и выплавка были налажены еще в Древнем Египте, во времена фараона Рамзеса II (1300—1200 гг. до н. э.). Древние египтяне нагнетали воздух в плавильные печи с помощью мехов, а древесный уголь получали из акации и финиковой пальмы. Они выплавили около 100 т чистой меди. На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н.  э. Остатки их находят на Урале, в Закавказье, на Украине, в Сибири, на Алтае. В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров. О нем напоминает теперешняя Пушечная улица в Москве. Сейчас известно более 170 минералов, содержащих медь, но из них только 14—15 имеют промышленное значение. Это — халькопирит (он же медный колчедан), малахит, встречается и самородная медь. В медных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже — золото, серебро. Обычно медные руды обогащаются на фабриках, прежде чем поступают на медеплавильные комбинаты. Богаты медью Казахстан, США, Чили, Канада, африканские страны — Заир, Замбия, Южно-Африканская республика. Очень крупное Удоканское месторождение медной руды сравнительно недавно обнаружено на севере Читинской области.

По объему мирового производства и потребления медь занимает третье место после железа и алюминия.

Медь — свойства, характеристики | Cu-prum.

ru

Медь – это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.

Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КУПРУМ».

По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.

Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой – бронзы.

Основные свойства меди

1. Физические свойства.

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

2. Химические свойства.

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Способы получения меди

В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды — это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.

Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.

Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.

В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.

Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.

2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.

меди | Использование, свойства и факты

медь

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Джеймс Дуглас
Маркус Дейли
Уильям Э. Додж
Сэр Честер Битти
Йохан Готлиб Ган

Похожие темы:

обработка меди
солнечная батарея CIGS
нейзильбер
медная работа
медно-порфировое месторождение

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

Следуйте за медью из сырой породы в карьерах для плавки, преобразования и рафинирования в анодные пластины

Просмотреть все видео для этой статьи

медь (Cu) , химический элемент, красноватый, чрезвычайно пластичный металл группы 11 ( Ib) таблицы Менделеева, который является необычно хорошим проводником электричества и тепла. Медь встречается в природе в свободном металлическом состоянии. Эта самородная медь была впервые использована (ок. 8000 г. до н.э.) в качестве заменителя камня людьми эпохи неолита (новый каменный век). Металлургия зародилась в Месопотамии, когда медь отливали в формах (ок. 4000 г. до н. э.), превращали в металл из руд с помощью огня и древесного угля и преднамеренно сплавляли с оловом в виде бронзы (ок. 3500 г. до н. э.). Римские поставки меди почти полностью происходили с Кипра. Он был известен как aes Cyprium , «кипрский металл», сокращенный до cyprium , а затем преобразованный в cuprum . См. также бронзу .

Element Properties

atomic number	29
atomic weight	63.546
melting point	1,083 °C (1,981 °F)
boiling point	2,567 ° C (4653 °F)
плотность	8. 96 at 20 °C (68 °F)
valence	1, 2
electron configuration	2-8-18-1 or (Ar)3 d 10 4 s 1

Самородная медь встречается во многих местах как первичный минерал в базальтовых лавах, а также в виде восстановленных соединений меди, таких как сульфиды, арсениды, хлориды и карбонаты. (О минералогических свойствах меди см. таблица самородных элементов.) Медь встречается в сочетании со многими минералами, такими как халькозин, халькопирит, борнит, куприт, малахит и азурит. Он присутствует в золе водорослей, во многих морских кораллах, в печени человека, во многих моллюсках и членистоногих. Медь играет такую ​​же роль транспорта кислорода в гемоцианине голубокровных моллюсков и ракообразных, как железо в гемоглобине краснокровных животных. Медь, присутствующая в организме человека в качестве микроэлемента, помогает катализировать образование гемоглобина. Медно-порфировое месторождение в Андах Чили является крупнейшим известным месторождением этого минерала. К началу 21 века Чили стала ведущим мировым производителем меди. Другими крупными производителями являются Перу, Китай и США.

Медь в промышленных масштабах производится в основном путем плавки или выщелачивания, обычно с последующим электроосаждением из сульфатных растворов. Подробное описание производства меди см. в разделе обработка меди. Большая часть производимой в мире меди используется электротехнической промышленностью; большая часть остатка соединяется с другими металлами, образуя сплавы. (Это также технологически важно в качестве гальванического покрытия.) Важными сериями сплавов, в которых медь является основным компонентом, являются латуни (медь и цинк), бронзы (медь и олово) и мельхиоры (медь, цинк и никель, нет). Серебряный). Есть много полезных сплавов меди и никеля, в том числе монель; два металла полностью смешиваются. Медь также образует важную серию сплавов с алюминием, называемых алюминиевыми бронзами. Бериллиевая медь (2 процента бериллия) — необычный медный сплав, который можно упрочнить термической обработкой. Медь входит в состав многих монетных металлов. Долгое время после того, как бронзовый век перешел в железный век, медь оставалась вторым металлом по использованию и важности после железа. К 19Однако к 60-м годам более дешевый и доступный алюминий отодвинулся на второе место в мировом производстве.

Производство и запасы меди

страна	добыча на руднике в 2016 г. (метрические тонны)*	% мировой добычи полезных ископаемых	доказанные запасы 2016 г. (метрические тонны)*	% мировых доказанных запасов
*Оцененный.
** Из-за округления данные не складываются в общую сумму.
Источник: Министерство внутренних дел США, Сводные данные о минеральном сырье, 2017 г.
Чили	5 500 000	28,4	210 000 000	29,2
Перу	2 300 000	11,9	81 000 000	11.3
Китай	1 740 000	9,0	28 000 000	3,9
Соединенные Штаты	1 410 000	7.3	35 000 000	4. 9
Австралия	970 000	5,0	89 000 000	12,4
Конго (Киншаса)	910 000	4.7	20 000 000	2,8
Замбия	740 000	3,8	20 000 000	7.4
Канада	720 000	3,7	11 000 000	1,5
Россия	710 000	3,7	30 000 000	4. 2
Мексика	620 000	3.2	46 000 000	6.4
другие страны	3 800 000	19,6	150 000 000	20,8
мировой итог	19 400 000**	100**	720 000 000	100**

Медь — один из самых пластичных металлов, не особо прочный и твердый. Прочность и твердость заметно увеличиваются при холодной обработке из-за образования удлиненных кристаллов той же гранецентрированной кубической структуры, которая присутствует в более мягкой отожженной меди. Обычные газы, такие как кислород, азот, двуокись углерода и двуокись серы, растворяются в расплавленной меди и сильно влияют на механические и электрические свойства затвердевшего металла. Чистый металл уступает только серебру по тепло- и электропроводности. Природная медь представляет собой смесь двух стабильных изотопов: меди-63 (690,15%) и меди-65 (30,85%).

Britannica Викторина

118 Названия и символы периодической таблицы Викторина

Элементарная викторина по фундаментальным вопросам.

Поскольку медь находится ниже водорода в электродвижущем ряду, она не растворяется в кислотах с выделением водорода, хотя будет реагировать с окисляющими кислотами, такими как азотная и горячая концентрированная серная кислота. Медь противостоит действию атмосферы и морской воды. Однако длительное воздействие воздуха приводит к образованию тонкого зеленого защитного покрытия (патины), которое представляет собой смесь гидроксокарбоната, гидроксосульфата и небольшого количества других соединений. Медь является умеренно благородным металлом, не подверженным влиянию неокисляющих или не образующих комплексов разбавленных кислот в отсутствие воздуха. Однако он легко растворяется в азотной и серной кислотах в присутствии кислорода. Он также растворим в водном аммиаке или цианиде калия в присутствии кислорода из-за образования при растворении очень устойчивых цианокомплексов. Металл будет реагировать при красном калении с кислородом с образованием оксида меди CuO, а при более высоких температурах — оксида меди Cu9.0293 2 O. Реагирует при нагревании с серой с образованием сульфида меди Cu ₂ S.

Происхождение цвета в комплексных ионах

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Джим Кларк
• Школа Труро в Корнуолле

На этой странице будет просто рассмотрено происхождение цвета сложных ионов, в частности, почему так много ионов переходных металлов окрашены.

Белый свет и цвета

Если пропустить белый свет через призму, он разделится на все цвета радуги. Видимый свет — это просто небольшая часть электромагнитного спектра, большую часть которого мы не видим: гамма-лучи, рентгеновские лучи, инфракрасное излучение, радиоволны и так далее. Каждый из них имеет определенную длину волны в диапазоне от 10 ^-16 метров для гамма-излучения до нескольких сотен метров для радиоволн. Видимый свет имеет длину волны примерно от 400 до 750 нм. (1 нанометр = 10-9 метров.)

Рисунок: На диаграмме показано приближение к спектру видимого света.

Пример 1: Синий цвет сульфата меди (II) в растворе

Если белый свет (например, обычный солнечный свет) проходит через раствор сульфата меди (II), некоторые длины волн света поглощаются раствором. Ионы меди(II) в растворе поглощают свет в красной области спектра. Свет, который проходит через раствор и выходит с другой стороны, будет иметь в себе все цвета, кроме красного. Мы видим эту смесь длин волн как бледно-голубой (голубой). Диаграмма дает представление о том, что произойдет, если пропустить белый свет через раствор сульфата меди (II).

Определить, какой цвет вы увидите, непросто, если вы попытаетесь сделать это, воображая, что «перепутываете» оставшиеся цвета. Вы бы никогда не подумали, что все остальные цвета, кроме красного, будут выглядеть, например, голубыми. Иногда то, что вы видите на самом деле, бывает совершенно неожиданным. Смешивание различных длин волн света не дает такого же результата, как смешивание красок или других пигментов. Однако иногда вы можете получить некоторую оценку цвета, который вы увидите, используя идею дополнительных цветов.

Если расположить несколько цветов по кругу, получится «цветовой круг». На схеме показан один из возможных вариантов этого.

цвета, расположенные напротив друг друга на цветовом круге, называются дополнительными цветами. Синий и желтый — дополнительные цвета; красный и голубой дополняют друг друга; а также зеленый и пурпурный. Смешивание двух дополнительных цветов света даст вам белый свет. Все это означает, что если определенный цвет поглощается из белого света, то, что ваш глаз обнаруживает, смешивая все другие длины волн света, является его дополнительным цветом. Раствор сульфата меди (II) имеет бледно-голубой (голубой) цвет, потому что он поглощает свет в красной области спектра. Голубой — дополнительный цвет красного.

Мы часто небрежно говорим о переходных металлах как о тех, которые находятся в середине Периодической таблицы, где заполнены d-орбитали, но на самом деле их следует называть d-блочными элементами, а не переходными элементами (или металлами). Эта сокращенная версия Периодической таблицы показывает первую строку блока d, где заполняются 3d-орбитали.

Обычно переходный металл определяется как металл, который образует один или несколько стабильных ионов с неполностью заполненными d-орбиталями. Цинк с электронной структурой [Ar] 3d ¹⁰ 4s ² не считается переходным металлом, какое бы определение вы ни использовали. В металле имеет полноценный 3д уровень. Когда он образует ион, 4s-электроны теряются — снова остается полностью полный 3d-уровень. На другом конце ряда скандий ([Ar] 3d ¹ 4s ² ) также не считается переходным металлом. Хотя в металле есть частично заполненный d-уровень, когда он образует свой ион, он теряет все три внешних электрона. Технически Sc ^{3 +} ион не считается ионом переходного металла, поскольку его уровень 3d пуст.

Пример 2: Ионы металлов Hexaaqua

На диаграммах показаны приблизительные цвета некоторых типичных ионов металлов Hexaaqua с формулой [ M(H ₂ O) ₆ ] ⁿ⁺ . Заряд этих ионов обычно равен 2+ или 3+.

Ионы непереходных металлов

Все эти ионы бесцветны.

Ионы переходных металлов

Соответствующие ионы переходных металлов окрашены. Некоторые из них, такие как ион гексааквамарганца (II) (не показан) и ион гексаакваэрона (II), довольно слабо окрашены, но они окрашены.

Итак, что заставляет ионы переходных металлов поглощать длины волн видимого света (вызывая цвет), тогда как ионы непереходных металлов этого не делают? И почему цвет так сильно варьируется от иона к иону?

Происхождение цвета в комплексных ионах, содержащих переходные металлы

Комплексные ионы, содержащие переходные металлы, обычно окрашены, в то время как аналогичные ионы непереходных металлов не окрашены. Это говорит о том, что частично заполненные d-орбитали должны каким-то образом участвовать в формировании цвета. Помните, что переходные металлы определяются как имеющие частично заполненные d-орбитали.

Октаэдрические комплексы

Для простоты мы рассмотрим октаэдрические комплексы, которые имеют шесть простых лигандов, расположенных вокруг центрального иона металла. Аргумент на самом деле ничем не отличается, если у вас есть мультидентатные лиганды. Когда лиганды связываются с ионом переходного металла, возникает отталкивание между электронами в лигандах и электронами на d-орбиталях иона металла. Это повышает энергию d-орбиталей. Однако из-за того, как d-орбитали расположены в пространстве, это не увеличивает все их энергии на одинаковую величину. Вместо этого он разделяет их на две группы. На диаграмме показано расположение d-электронов в Cu ^{2 +} ион до и после связывания с ним шести молекул воды.

Всякий раз, когда 6 лигандов расположены вокруг иона переходного металла, d-орбитали всегда разделяются таким образом на 2 группы — 2 с более высокой энергией, чем остальные 3. Размер энергетической щели между ними (показан синие стрелки на диаграмме) зависит от природы иона переходного металла, его степени окисления (например, 3+ или 2+) и природы лигандов. Когда белый свет проходит через раствор этого иона, часть энергии света используется для продвижения электрона с нижнего набора орбиталей в пространство верхнего набора.

Каждой длине волны света соответствует определенная энергия. Красный свет имеет наименьшую энергию в видимой области. Фиолетовый свет обладает наибольшей энергией. Предположим, что энергетическая щель на d-орбиталях комплексного иона соответствует энергии желтого света.

Желтый свет будет поглощаться, потому что его энергия будет использована для продвижения электрона. Остаются другие цвета. Ваш глаз увидит проходящий свет как темно-синий, потому что синий является дополнительным цветом к желтому.

Тетраэдрические комплексы

Простые тетраэдрические комплексы имеют четыре лиганда, расположенных вокруг центрального иона металла. Опять же лиганды влияют на энергию d-электронов в ионе металла. На этот раз, конечно, лиганды расположены в пространстве по-другому относительно формы d-орбиталей. Чистый эффект заключается в том, что когда d-орбитали разделяются на две группы, три из них имеют большую энергию, а две другие — меньшую энергию (противоположное расположению в октаэдрическом комплексе). Помимо этого различия в деталях, объяснение происхождения цвета с точки зрения поглощения света определенной длины волны точно такое же, как и для октаэдрических комплексов.

Как насчет комплексных ионов непереходных металлов?

Непереходные металлы не имеют частично заполненных d-орбиталей. Видимый свет поглощается только в том случае, если некоторая энергия света используется для продвижения электрона точно через правильную энергетическую щель. Непереходные металлы не имеют электронных переходов, которые могут поглощать длины волн видимого света. Например, хотя скандий является членом d-блока, его ион (Sc ^{3 +} ) не имеет d-электронов для движения. Это ничем не отличается от иона на основе Mg ^{2 +} или алюминий ^{3 +} . Комплексы скандия (III) бесцветны, поскольку не поглощают видимый свет. В случае цинка 3d-уровень полностью заполнен — нет ни одной щели, куда мог бы продвинуться электрон. Комплексы цинка также бесцветны.

Факторы, влияющие на цвет комплексов переходных металлов

В каждом случае мы собираемся выбрать конкретный ион металла для центра комплекса и изменить другие факторы. цвет меняется довольно случайным образом от металла к металлу в переходной серии.

Природа лиганда

Различные лиганды по-разному влияют на энергию d-орбиталей центрального иона. Некоторые лиганды обладают сильными электрическими полями, которые вызывают большую энергетическую щель, когда d-орбитали разделяются на две группы. Другие имеют гораздо более слабые поля, создающие гораздо меньшие промежутки. Помните, что размер зазора определяет, какая длина волны света будет поглощаться. В списке показаны некоторые распространенные лиганды. Те, что наверху, производят наименьшее расщепление; те внизу самое большое расщепление.

Чем больше расщепление, тем больше энергии необходимо для продвижения электрона с низшей группы орбиталей на высшие. Что касается цвета поглощаемого света, большая энергия соответствует более коротким длинам волн. Это означает, что по мере увеличения расщепления поглощенный свет будет иметь тенденцию смещаться от красного конца спектра к оранжевому, желтому и так далее.

В химии меди(II) есть довольно четкий случай. Если к ионам гексааквамеди(II) в растворе добавить избыток раствора аммиака, бледно-голубой (голубой) цвет сменится на темно-чернило-синий, поскольку некоторые молекулы воды в комплексном ионе заменяются аммиаком.

Первый комплекс должен поглощать красный свет, чтобы дать дополнительный голубой цвет. Второй должен поглощать в желтой области, чтобы дать дополнительный цвет темно-синий. Желтый свет имеет более высокую энергию, чем красный свет. Вам нужна эта более высокая энергия, потому что аммиак вызывает большее расщепление d-орбиталей, чем вода.

Однако увидеть это не всегда так просто! Попытка разобраться, что поглощается, когда у вас есть мутные цвета не на простом цветовом круге дальше по странице, гораздо большая проблема. На диаграммах приведены приблизительные цвета некоторых ионов на основе хрома (III).

Очевидно, что смена лиганда меняет цвет, но пытаться объяснить цвета с точки зрения нашей простой теории непросто.

Степень окисления металла

По мере увеличения степени окисления металла увеличивается и степень расщепления d-орбиталей. Следовательно, изменения степени окисления изменяют цвет поглощаемого света и, следовательно, цвет света, который вы видите. Возьмем другой пример из химии хрома, включающий только изменение степени окисления (от +2 до +3):

Ион 2+ почти такого же цвета, как ион гексааквамеди(II), а ион 3+ имеет трудно поддающийся описанию фиолетово-сине-серый цвет.

Координация иона

Расщепление больше, если ион октаэдрический, чем если он тетраэдрический, и поэтому цвет будет меняться при изменении координации. Проблема в том, что ион обычно меняет координацию только в том случае, если вы меняете лиганд, а изменение лиганда также меняет цвет. Следовательно, вы не можете изолировать эффект изменения координации. Например, часто цитируемый случай происходит из химии кобальта (II) с ионами [Co (H ₂ O) ₆ ] ²⁺ и [CoCl ₄ ] ^2- .