Медь

Медь это химический элемент, простое вещество, микроэлемент. Медь чрезвычайно пластичный металл, который помещен в 11-ю группу периодической таблицы Менделеева.

Атомный номер меди — 29. Он обладает многими химическими свойствами, например, является хорошим проводником электричества и тепла.

В природе он встречается в рудной форме. Эта самородная медь была впервые использована людьми нового каменного века примерно в 8000 году до нашей эры в качестве заменителя камня.

Он является основным элементом многих соединений и сплавов.

Медь

Что такое медь

Медь (Cuprum) Сu — химический элемент 11-й группы (устаревшая I   группы   периодической   системы элементов) , ат. н. 29, ат. м. 63,546. Металл красного цвета.

В соединениях проявляет степени окисления + 1 и + 2.

Природная медь состоит из стабильных изотопов 63Сu (69,1%) и 65Сu (30,9%).

Получены радиоактивные изотопы 68Cu, 59Cu, 60Cu, 61Сu, 62Cu, 64Cu, 66Cu, 67Сu и 68Сu с периодами полураспада от 0,18 сек до 58,5 ч.

Медь известна с древнейших времен (6000—7000 лет до н. э.). Содержание меди в земной коре 4,7-10 %.

Нахождение в природе

Известно более 250 медьсодержащих минералов. Из них пром. значение имеют халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, халькозин (медный блеск) Cu2S, ковеллин CuS, малахит и азурит.

Медь самородная встречается редко.

Как открыли медь

Самородная медь встречалась в различных местах или местоположениях в качестве основного минерала в базальтовых лавах.

Она также восстанавливается из соединений меди, таких как арсениды, карбонаты, хлориды и сульфиды.

Медь содержится в сочетании со многими минералами, такими как азурит, малахит, халькопирит, борнит, куприт и халькоцит.

Во многих морских кораллах он присутствует в золе морских водорослей, в печени человека, а также во многих моллюсках и членистоногих.

Медь необходима для живых существ, поскольку она играет такую же роль в транспортировке кислорода в гемоцианине моллюсков (голубокровных) и ракообразных, как железо в гемоглобине красно-кровных животных.

Медь присутствует в организме человека в качестве микроэлемента, который помогает катализировать образование гемоглобина.

Самым большим известным месторождением этих минералов является месторождение порфировой меди в Андах Чили. К началу 21 века Чили стала ведущим производителем меди в мире.

Другими крупными производителями меди являются Перу, Китай и Соединенные Штаты.

Физические свойства меди

Кристаллическая решетка меди гранецентрированная кубическая с периодом а — 3,6147 А. Плотность т-ра 20° С) 8,94 г/см3.

Атомный paдиус 1,28 А; ионные радиусы Cu+ и Сu2+ равны соответственно 0,98 и 0,80 А; tпл 1083° С; tкип 2360° С; температурный коэфф. линейного расширения, (в   интервале   т-р   20—100° С)  16,8 · 10-6 град-1.

Коэфф. теплопроводности 0,923 кал/см -сек х град; теплоемкость (т-ра 20° С) 0,092 кал/г · град; электрическое   сопротивление    (т-ра    20° С) 1,68 х 10 ом х см.

Электропроводность меди высока (уступает только серебру).

Незначительные примеси существенно понижают электропроводность. Модуль норм, упругости 13,2-103 кгс/мм2; модуль сдвига 4,24-103 кгс/мм2; предел прочности на растяжение 22—24 кгс/мм2; относительное удлинение 60%; НВ=35.

  1. Медь — это переходный металл с атомным номером меди 29, что означает, что атом меди содержит 29 протонов.
  2. Символом меди является Cu (от латинского cuprum), который в основном встречается в виде руды.
  3. Электронная конфигурация меди [Ar] 3d104s1, полная электронная конфигурация меди 1s22s22p63s23p63d104s1
  4. Его внешний вид красновато-оранжевый, и он представляет собой твердый металл.
  5. Атомная масса / вес Cu составляет 63,546 ед (единая единица атомной массы).
  6. Его температура плавления составляет 1084,62 ℃, а температура кипения — 2562 ℃.
  7. Плотность Cu равна 8,96г/м3.
  8. Он очень легко проводит тепло и электричество. Он также обладает превосходной коррозионной стойкостью.
  9. Природная медь представляет собой смесь или композицию меди из двух стабильных изотопов. Этими изотопами являются медь-63 (69,15%) и медь-65 (30,85%).
  10. Он может быть повторно переработан без потери качества.
Медь электронная конфигурация
Электронная конфигурация меди

Химические свойства

Медь химически малоактивна. В сухом воздухе при обычной т-ре почти не изменяется и очень медленно окисляется при наличии влаги и углекислого газа с образованием зеленого налета основного карбоната (CuOH)2СО3.

При нагревании на воздухе окисляется до черной окиси CaO, а при т-ре 1000° С — до красной закиси Cu2О.

Легко взаимодействует с галогенами, серой и селеном, растворяется в азотной к-те и концентрированной серной к-те, образует комплексные соединения с аммиаком, цианидами и д р.

Получение

Металлическую медь получают главным образом из сульфидных руд, содержащих от 0,5 до 10% Сu.

Дроблением, измельчением и флотацией из руды удаляют значительную часть пустой породы, содержащей кварц, силикаты, алюмосиликаты и пирит.

Полученный мелкий сульфидный медный концентрат содержит Сu, S и Fe, а также некоторое количество пустой породы.

В процессе получения металлической меди примеси удаляют селективным окислением сульфидов железа, используя различие в сродстве к сере и кислороду у железа и меди.

Процесс проводят при высокой т-ре (800—1400° С), что сопровождается расплавлением всей шихты, в к-рую вводят флюсы. Во время нагрева и расплавления железо окисляется, образуя шлак.

После удаления шлака богатый медью штейн подвергается дальнейшему окислению кислородом вплоть до удаления всего железа и серы. Полученный черновой металл содержит от 97,5 до 99% Сu.

Благородные металлы и другие примеси ухудшают электрические свойства меди.

С целью очистки от примесей и извлечения благородных металлов черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию с последующей переплавкой катодов в т. н. вайербарсы (бруски).

Пирометаллургическое получение меди

Пирометаллургическое получение черновой меди сводится к обжигу медных концентратов в многоподовых печах или печах кипящего слоя если содержание меди в концентратах невелико.

А серы — значительно, плавлению огарка или концентрата в отражательных печах (до 75% получаемой меди проходит через эту стадию) или др. аппаратах и конвертированию медных штейнов, осуществляемому продувкой воздуха через расплав в горизонтальных конверторах.

Жидкую черновую медь очищают от основной массы примесей в анодных печах, разливают в аноды и подвергают электролитическому рафинированию, после чего катоды переплавляют в индукционных печах, а расплав разливают в вайербарсы.

Вайербарсовая медь содержит от 99,0 до 99,95% Сu. Наряду с пирометаллургическим развивается гидрометаллургическое получение меди.

Высокая тепло- и электропроводность, ковкость, сравнительно высокая прочность на разрыв и коррозионная стойкость обусловливают широкое применение меди в промышленности.

Применение

Она служит основным материалом для проводов, кабелей, шин, контактов и др. токопроводящих частей электр. установок.

Ее применяют также при изготовлении теплообменников-нагревателей, холодильников, двигателей внутреннего сгорания и др.

Широкое применение находят меди сплавы, латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы и др.

Медь используют для легирования алюминия сплавов, изготовления медного порошка и др. материалов.

Кроме того, медь применяют в виде солей для изготовления минеральных красок, катализаторов и др.

  • Медь добавляют в некоторые металлы, чтобы улучшить их гибкость, твердость, эластичность, цвет и устойчивость к коррозии, поскольку это легко формуемый основной металл.
  • Медные сплавы, используемые в ювелирных изделиях, такие как серебро и золото, являются распространенными металлами, которые легируются медью.
  • Медь используется в большинстве распространенных материалов сантехнической и электротехнической промышленности, таких как трубы, детали двигателей, провода, трубопроводы и т.д.
  • Медь также считается важным элементом для здоровья человека. Взрослому человеку требуется примерно 1,2 мг Cu в день, чтобы помочь ферментам переносить энергию в клетках.
  • Избыточное количество меди в организме токсично. Болезнь Вильсона и болезнь Менкеса — это генетические заболевания, которые могут повлиять на способность организма правильно использовать медь.

Некоторые из важных сплавов меди являются медно-никелевые, латунные, медно-бериллиевые сплавы, бронзы, нейзильберные сплавы, оружейные металлы и т.д.

Природная медь

Медь самородная

Состоит из стабильного изотопа 63Cu ( 69,1% ) , 65Cu ( 30,9% ). Искусственные изотопы  61Cu и 64Cu использовали как радиоактивные как радиоактивные индикаторы.

Медь мало распространена в природе ; содержание её в литосфере 1· 10² масс. % . Чаще встречаются сульфидные руды меди : халькозин Cu2S , ковелин CuS , халькопирит CuFeS2 , борнит Cu5FeS4 .

Менее распространены кислородсодержащие руды : куприт Cu2O , тенорит CuO , азурит 2CuCO3 • Cu (OH)2 , малахит Cu2(OH)2CO3 . Встречается медь и в виде крупных самородков.

Из кислородсодержащих руд медь непосредственно восстанавливают углём ( коксом ) , а сульфидные руды первоначально обжигаются до оксида меди ( II ).

Полученную ( черновую ) медь рафинируют , очищают от примесей при помощи электролиза.

Также её получают гидрометаллургическим способом : руду сначала обрабатывают серной кислотой ( или раствором аммиаком ) , затем выделяют медь путём электролиза.

Чистая медь — мягкий металл розового цвета . Хорошая теплопроводность и электропроводность , устойчивость к коррозии , ковкость — ценные свойства , обусловливающие широкое применение меди в технике.

На основе меди изготовляются сплавы : бронза ( 80% Cu , 15% Sn , 5% Zn ) , латунь ( 60 — 90 % Cu , 10 — 40 % Zn ) , мельхиор ( 80 % Cu, 20 % Ni ) , нейзильбер ( 65 % Cu , 20 % Zn , 15 % Ni ).

Сплавы меди с легирующими металлами применяют в авиа — , авто — и судостроении . Чистую медь применяют в электротехнике.

Медь малоактивна , устойчива к внешним воздействиям , но во влажном воздухе постепенно покрывается зелёным налётом гидроксокарбоната (CuOH)2CO3.

Она непосредственно соединяется с кислородом , галогенами и серой ; со щелочами не реагирует.

Из разбавленных соляной , серной и уксусной кислот медь не вытесняет водород. Азотная кислота окисляет медь и восстанавливается до оксида азота (II) :

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

а концентрированная серная кислота — до двуокиси серы :

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

Оксид меди (I) Cu2O — красный порошок , образующийся при нагревании меди на воздухе .

Соответствующий ей гидроксид меди ( I ) CuOH не стоек и быстро окисляется , с аммиаком даёт комплексный катион [Cu(NH3)2]OH.

Хлорид меди ( I ) с соляной кислотой образует хлоридные комплексные анионы (H[CuCl2] и H2[CuCl3]).

Оксид меди ( II ) CuO чёрного цвета , получается при нагревании меди на воздухе выше 300°C .Этому амфотерному оксиду соответствует гидроксид меди ( II ) Cu(OH)2 , осаждаемый действием щелочей на соли :

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 ↓ + Na2SO4

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

Cu(OH)2 = CuO + H2O

Гидроксид меди ( II )  амфотерен , растворим в кислотах и в избытке щелочей при нагревании ( или в концентрированных щелочах без нагревания ). Получившийся куприты щелочных металлов имеют синюю окраску :

Cu(OH)2  + 2KOH = K2[Cu(OH)4]

Действуя на раствор сульфата меди ( II ) аммиаком , выделяют зелёный осадок гидросульфата меди :

2CuSO4 + 2NH4OH = (CuOH)2SO4↓  + (NH4)2SO4

Под действием избытка аммиака образуется комплексное соединение интенсивно синего цвета :

(CuOH)2SO4 + (NH4)2SO4 + 6NH4OH = 2[Cu(NH3)4]SO4 + 8H2O

В комплексных соединениях для меди характерно координационное число 4 .

Из соединений меди ( III ) известен оксид меди ( III ) Cu2O3 ( красноватого цвета ).

Медь является микроэлементом. В организмах растений она стимулирует фотосинтез и дыхание , а также углеводный обмен.

Недостаток меди в почве вызывает заболевание растений ; особенно бедны медью и нуждаются в микроудобрениях торфяные и болотные почвы.

При этом микроудобрениями служат отходы от переработки медь — содержащих руд , а также их соли.

У животных медь ( входящая в состав некоторых белков и ферментов ) концентрируется в печени , недостаток ведёт к появлению анемий.

Соединения меди оказывают влияние на синтез гемоглобина и фосфолипидов .

В больших дозах соединения меди токсичны и использовались как пестициды (фунгициды , бактерицид) .

Сульфид меди (II)

Сульфид меди ( II ) представляет собой аквакомплекс [Cu(H2O)4]SO4 · H2O , широко применялся как фунгицид.

Смесь раствора сульфата меди с гидроксидом кальция ( под названием бордоской жидкости ) применяют как средство борьбы с возбудителями болезней винограда и плодовых культур.

В ветеринарии сульфат меди известен как прижигающее , рвотное , противоглистное средство.

Гидроксокарбонат  меди (CuOH)2CO3 входит в состав протравителей семян , используется для изготовления зелёных красок.

Соединения меди

Оксиды — Медь образует два окиси, поскольку она имеет две валентности. Эти соединения представляют собой оксид меди (Cu2O) и оксид меди (CuO).

Оксид меди получают печным способом или электролитами. Это красный кристаллический материал.

Оксид меди получают путем воспламенения подходящих солей, таких как гидроксид, нитрат или карбонат меди, или путем нагревания оксида меди. CuO — это порошок черного цвета.

Галогениды- хлорид меди (CuCl), хлорид меди (CuCl2) представляют собой соединения меди с хлором. При прямом соединении меди и йода в результате получается йодистый иодид меди (CuI). Иодид меди (Cul2
) существует только в сложных органических соединениях или в сочетании с солями аммония.

Сульфаты- Сульфат меди (CuSO4) называют синим купоросом, потому что он имеет ярко-синий цвет и является самой важной солью меди.

Сульфат меди обычно кристаллизуется в виде CuSO4.

Карбонаты

При добавлении щелочного карбоната к раствору соли меди образуются основные карбонаты меди.

Соединения, имеющие ярко-зеленый или синий цвет, используются при получении пигментов, которые встречаются в природе, таких как минералы малахит и азурит.

Применение меди

Медь добавляют в некоторые металлы, чтобы улучшить их гибкость, твердость, эластичность, цвет и устойчивость к коррозии, поскольку это легко формуемый основной металл.

Медные сплавы, используемые в ювелирных изделиях, такие как серебро и золото, являются распространенными металлами, которые легируются медью.

Медь используется в большинстве распространенных материалов сантехнической и электротехнической промышленности, таких как трубы, детали двигателей, провода, трубопроводы и т.д.

Медь также считается важным элементом для здоровья человека. Взрослому человеку требуется примерно 1,2 мг Cu в день, чтобы помочь ферментам переносить энергию в клетках.

Избыточное количество меди в организме токсично. Болезнь Вильсона и болезнь Менкеса — это генетические заболевания, которые могут повлиять на способность организма правильно использовать медь.

Он легирован металлами, чтобы сделать его пригодным для различных целей.

Некоторыми из важных сплавов меди являются медно-никелевые, латунные, медно-бериллиевые сплавы, бронзы, нейзильберные сплавы, оружейные металлы и т.д.

Часто задаваемые вопросы ответы по меди

1. Что такое медь?

Медь — это элемент и минерал, который очень важен для нашей повседневной жизни. Его атомный номер равен 29 в Периодической таблице элементов.

Символ меди — “Cu”. Он обладает такими свойствами, как пластичность, пластичность, электрическая и теплопроводность, а также устойчивость к коррозии.

Благодаря этим свойствам он находит широкое промышленное применение.

Медь встречается в природе в различных минералах, включая самородную медь, сульфиды меди, такие как халькоцит, борнит, дигенит, ковеллит и халькопирит, сульфосоли меди, такие как энаргит и тетраэдрит-теннантит, карбонаты меди, такие как малахит и азурит, и в виде оксидов меди (I) или меди (II), таких как куприт и тенорит, соответственно.

Обычная степень окисления меди составляет +1 и +2.

Благодаря своей пластичности, то есть способности втягиваться в провода и нити, высокой термостойкости, а также тому, что медь является хорошим проводником электричества, медь используется в электротехнической промышленности для изготовления проводов и двигателей.

Медь — это металл или неметалл?

Медь — это металл. Он показывает свойства металлов. Он помещен в группу 11 периодической таблицы Менделеева, где металлы имеют один s-орбитальный электрон поверх заполненной d-электронной оболочки.

Металлы 11-й группы характеризуются высокой пластичностью, электрической и теплопроводностью. Заполненные d-орбитальные оболочки атома Cu в меньшей степени способствовали межатомным взаимодействиям.

Ковалентные свойства отсутствуют в металлических связях меди и являются относительно слабыми.

Медь считается очень важным металлом, который обладает такими свойствами, как ковкость, цветность, пластичность, и имеет широкий спектр применений в области строительства зданий, бытовой техники, электроснабжения и электроники, сантехники, промышленности, транспорта и товаров для здоровья.

Каковы области применения меди?

Медь — это металл красноватого цвета, который хорошо известен своей пластичностью, то есть способностью втягиваться в трубы и провода.

Это был первый металл, который люди использовали и модифицировали в различные формы для своих личных нужд.

Даже эпоха была названа в честь ее сплава, то есть бронзы, которую можно получить, смешав медь с оловом. Так же, как серебро и золото, исторически медь использовалась для изготовления монет.

Медь используется в электрических материалах, таких как провода, двигатели и т.д., и предпочтительнее изготавливать провода из-за своей пластичности, а также из меди, которая является хорошим проводником тепла и электричества.

Одно из соединений меди, то есть сульфат меди, используется для уничтожения водорослей в процессе очистки воды, а также для уничтожения вредителей в сельском хозяйстве.

Раствор Фелинга также представляет собой соединение меди, которое используется для определения присутствия сахаров в химии. Биологически медь очень важна для жизни человека.

Минимум 1,09 миллиграмма меди необходим для более быстрой передачи энергии из желудка в различные части тела, но чрезмерное потребление меди вредно для человека.

Млекопитающие используют железо, присутствующее в гемоглобине, для переноса кислорода, но некоторые ракообразные используют медь для переноса кислорода.

Почему в проводах используется медь?

Медь — это металл красноватого цвета, который хорошо известен своей пластичностью, то есть способностью втягиваться в трубы и провода.

Это был первый металл, который люди использовали и модифицировали в различные формы для своих личных нужд. Медь имеет множество применений, и использование ее в проводах — одно из них.

После серебра медь является очень хорошим проводником электричества, что означает, что электричество может легко проходить через медь.

Медь также очень недорога по сравнению с другими металлами, например, золото и серебро также являются отличными проводниками электричества, но они очень дороги для использования в электропроводке.

Компании, производящие провода из золота и серебра, только зря потратили бы кучу денег. Медь также очень пластична, что означает, что из нее можно вытягивать провода и трубы, которые очень гибки в использовании.

Медь может в некоторой степени выдержать повреждения, когда ее сгибают и складывают, это также является причиной, по которой золото смешивают с медью для изготовления украшений.

Лучше использовать медные провода, чем провода из других металлов, так как медь обладает высокой термостойкостью.

По этим причинам медь повсеместно признана лучшим выбором для изготовления проводов.

Лит.: Основы металлургии, т. 1—2. М., ; Ш е й н Я. П., Гудима Н. В. Краткий справочник металлурга по цветным металлам. М., 1964; Смирнов В. И. [и др.].

Статья на тему медь

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment