Министерство высшего образования Российской Федерации
Башкирский государственный университет
Кафедра неорганической химии
Курсовая работа
Медь
Выполнил студент I курса В группы
Панкратьев Е.Ю.
Проверил доцент кафедры Н.Х.
Гайфутдинова Р.К.
Уфа 2002.
Содержание:
1. Распространение меди в природе. - 3
2. История открытия меди. - 3
3. Месторождений меди. - 4
4. Физические свойства меди. - 5
5. Химические свойства меди. - 6
6. Получение меди. - 10
7. Добыча и получение солей из природных месторождений. - 11
8. Медь и живые организмы. - 12
9. Применение меди. - 12
10. Использованная литература. - 13
1. Распространение меди в природе.
Металлы подгруппы меди обладают небольшой химической активностью,
поэтому они находятся частично в виде химических соединений, а частично в
свободном виде, особенно золото.
Медь в далекие геологические эпохи, очевидно, находилась только в виде
сернистых соединений – халькопирита [pic] (или [pic]) и халькозина [pic].
Объясняется это тем, что медь обладает довольно большим химическим
сродством к сере, в настоящее время сульфиды – наиболее распространенные
минералы меди. При высоких температурах, например в районах вулканической
деятельности, под действием избытка кислорода происходило превращение
сульфидов меди в окислы, например: [pic].
При температуре ниже 10000C происходило образование окиси меди, которая
в небольших количествах встречается в природе: [pic].
Самородная (металлическая) медь, очевидно, возникла в природе при
сильном нагревании частично окисленных сернистых руд. Можно представить,
что после землетрясений, грандиозных извержений окисленные минералы меди
были погребены под толстым слоем горных пород и нагревались за счет земного
тепла. При этом происходило взаимодействие окислов с сульфидами: [pic].
Подобные процессы протекают при выплавке меди на металлургических
заводах. Такие природные “металлургические заводы” выплавляют громадные
количества меди: самый крупный из найденных самородков весил 420 т. По-
видимому, в меньших масштабах взаимодействие окислов некоторых металлов с
сульфидами идет и в настоящее время, например в районе некоторых Курильских
островов.
Некоторые другие минералы меди получились из окисных руд. Например, под
действием влаги и двуокиси углерода происходила гидратация окиси меди и
образование основных карбонатов: [pic].
В лаборатории мы эти процессы не наблюдаем, так как они идут медленно.
В “лаборатории” природы сроки в несколько тысяч лет совершенно
незначительны. В дальнейшем под влиянием давления вышележащих горных пород
и некоторого нагревания происходило уплотнение основного карбоната меди, и
он превратился в изумительный по красоте минерал – малахит. Особенно красив
полированный малахит. Он бывает окрашен от светло-зеленого до темно-
зеленого цвета. Переходы оттенков причудливы и создают фантастический
рисунок на поверхности камня.
Переход нерастворимых сульфидных соединений меди в раствор мог
осуществляться за счет взаимодействия растворов сульфата железа (III):
[pic].
Растворы сульфата железа, как указано выше, получаются в природе при
действии воды, насыщенной кислородом, на пирит. Эти процессы медленно идут
в природе и в настоящее время. [1, с.8-10]
Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленности
важны лишь 17. Для производства меди наибольшее значение имеют халькопирит
(он же – медный колчедан) CuFeS2, халькозин (медный блеск) Cu2S, ковеллин
CuS, борнит (пестрая медная руда) Cu5FeS4. Иногда встречается и самородная
медь. Распространение меди в земной коре – 4,7*10-3 % по массе (1015 -
1016 тонн). [3]
2. История открытия меди.
Медь стала известна человеку в каменном веке – некоторые самородки
меди, относящиеся к этому времени, носят следы воздействия каменных орудий,
в частности у них обрублены выступающие части. Очевидно, эти кусочки меди
были использованы доисторическим человеком в качестве украшений, а затем и
как орудия. Распространению медных изделий способствовало свойство меди
подвергаться ковке в нагретом состоянии. Так обрабатывали медные самородки
индейцы еще со времен Колумба.
Где и когда был открыт метод выплавки меди из руд неизвестно. Скорее он
был открыт случайно. Самородная медь всегда встречалась совместно с рудой.
И вот во время нагрева самородка в раскаленных углях костра кусочки медной
руды, прилипшие к самородку, тоже превратились в медь – восстановились
углеродом: [pic].
Возможно, первоначально медь выплавлялась в небольших ивовых корзинах,
обмазанных толстым слоем глины. В такую своеобразную печь загружали руду
вместе с углем и под ней разжигали большой костер.
Руды меди часто встречаются совместно с рудами цинка, олова. Такие руды
восстанавливаются легче и дают сплавы меди более твердые, чем сама медь.
Эти сплавы называются бронзами, а время, в течение которого человек широко
использовал бронзу, - бронзовым веком. Название “бронза” произошло от
названия небольшого итальянского города Бриндизи, через который среди
прочих товаров шла торговля изделиями из сплава меди с оловом. Этот сплав
назвали медью из Бриндизи, а затем - бронзой.
Изготовление изделий из меди и ее сплавов производилось еще при первых
фараонах Египта (4 – 5 тыс. лет до н.э.). Известны древнейшие медные руды
на острове Кипр. По-видимому, современное латинское название “купрум”
произошло от латинского названия этого острова. [6]
Когда же и где была впервые выплавлена медь?
Считалось, что люди 9 – 8 тыс. лет назад не умели, как следует, делать
керамическую посуду, но в 1950 г. археологами было сделано интересное
открытие. В районе реки Конья на юго-западе Малой Азии в 1950 г.
производились раскопки. Наряду с каменными орудиями были найдены медные
проколки, украшения, колечки. По определениям физиков, использующих
радиоуглеродный метод; культурный слой с остатками жизнедеятельности
человека возник в VII-VI тысячелетиях до н.э. Этому открытию трудно
поверить, но в 1963 г. при раскопках в верховьях реки Тигр были найдены
простейшие медные изделия, относящиеся к тому же периоду. Там же нашли и
медную руду. [1, с.27-28]
3. Месторождения меди.
Соединения элементов подгруппы меди распределены в земной коре
неравномерно, что объясняется различием в геологических условиях,
сложившихся в различных местах земного шара. Богатейшие месторождения меди
имеются в Конго (Катангский пояс). Материалы, собранные археологами о
древнейших месторождениях датируются тысячелетиями до новой эры. Древнейшие
выработки меди на территории нашей страны найдены в Закавказье, на
побережье Балхаша, в многочисленных пунктах Сибири.
Планомерные поиски месторождений меди начинаются при Иване III, Иване
Грозном и особенно при Петре I. При Иване Грозном в Олонецкий уезд был
послан новгородский гость (купец) Семен Гаврилов “для сыску медные руды”,
где она и была найдена. В 1652 г. Казанский воевода сообщил царю: “Медные
руды… сыскано много и заводы к медному делу заводим”. [2, с.26] Из
документов следует, что с 1562 по 1664 г. было послано из “Казани к Москве
чистыя меди 4641 пуд. 6 гривенков”. В 1702 г. стала выходить первая русская
газета “Ведомости”, которую, очевидно, редактировал Петр I. 2 января 1703
г. в ней писали: “Из Казани пишут. На реке Соку нашли много нефти и медной
руды, из той руды меди выплавили изрядно, отчего чают не малую прибыль
Московскому государству”. [2, с.27]
В начале этого столетия главнейшими месторождениями, которые
разрабатывались, были: в районе Северного Урала – Богословский завод, в
районе Нижнего Тагила – Выйский завод, а на Кавказе – Калакентский и
Кедабекский заводы.
В наше время известны месторождения меди на восточном склоне Урала,
Средней Азии, Закавказье и т.д.
Большое количество меди и других ископаемых находится на дне океанов,
которое покрыто так называемыми конкрециями – скоплениями в виде камней
округлой неправильной формы. Они содержат в среднем 0,5% меди. По подсчетам
ученых запасы этой ценной и своеобразной руды составляют 5 млрд. тонн. [1,
с.16-18]
4. Физические свойства меди.
|Tплавления |Tкипения |ra |? |Rудельное |
|1083 0C |2877 0C |98 нм |8,96 г/cм3 |1,63*10-8 |
| | | | |ом*м |
Таблица 1. Физические свойства меди.
Металлы подгруппы меди, как и щелочные металлы, имеют по одному
свободному электрону на один ион-атом металла. Казалось бы, эти металлы не
должны особенно сильно отличатся от щелочных. Но они, в отличие от щелочных
металлов, обладают довольно высокими температурами плавления. Большое
различие в температурах плавления между металлами этих подгрупп объясняется
тем, что между ион-атомами металлов подгруппы меди почти нет “зазоров” и
они расположены более близко. Вследствие этого количество свободных
электронов в единице объема, электронная плотность, у них больше.
Следовательно, и прочность химической связи у них больше. Поэтому металлы
подгруппы меди плавятся и кипят при более высоких температурах.
Металлы подгруппы меди обладают, по сравнению с щелочными металлами,
обладают большей твердостью. Объясняется это увеличением электронной
плотностью и отсутствием “зазоров” между ион-атомами.
Необходимо отметить, что твердость и прочность металлов зависят от
правильности расположения ион-атомов в кристаллической решетке. В металлах,
с которыми мы практически сталкиваемся, имеются различного рода нарушения
правильного расположения ион-атомов, например пустоты в узлах
кристаллической решетки. К тому же металл состоит из мелких кристалликов
(кристаллитов), между которыми связь ослаблена. В Академии Наук СССР была
получена медь без нарушения в кристаллической решетке. Для этого очень
чистую медь возгоняли при высокой температуре в глубоком вакууме на
глубокую подложку. Медь получалась в виде небольших ниточек – “усов”. Как
оказалось такая медь в сто раз прочнее, чем обычная.
Цвет меди и её соединений.
Чистая медь обладает и другой интересной особенностью. Красный цвет
обусловлен следами растворенного в ней кислорода. Оказалось, что медь,
многократно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет
желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным блеском.
При повышении валентности понижается окраска меди, например CuCl –
белый, Cu2O – красный, CuCl + H2O – голубой, CuO – черный. Карбонаты
характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем
обусловлен интересный практический признак для поисков.
Электропроводимость.
Медь обладает наибольшей (после серебра) электропроводимостью, чем и
обусловлено её применение в электронике.
Кристаллическая решетка.
Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис 1).
[pic]
Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди.
5. Химические свойства меди.
Строение атома.
[pic]
Рисунок 2. Схема строения атома меди.
29Cu 1s1 2s2 sp6 3s2 3p6 3d10 4s1
Eионизации 1 = 7.72 эВ
Eионизации 2 = 20.29 эВ
Eионизации 3 = 36.83 эВ
Отношение к кислороду.
Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном
воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета,
состоящей из основных карбонатов меди: [pic]
В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди
образуется тончайший слой оксида меди: [pic]
Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (I) как и сама
медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает
свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например
при 600-800 0C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая
с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется
двухслойное окисное покрытие.
Qобразования (Cu2O) = 84935 кДж.
[pic]
Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди.
Взаимодействие с водой.
Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда
напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут
вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут
вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например: [pic].
Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход
электронов:
[pic]
[pic]
Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом.
Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее
разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами
водорода.
[pic]
Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В
присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается
зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната:
[pic]
[pic]
Взаимодействие с кислотами.
Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из
кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют.
Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с
образованием соответствующих солей: [pic].
Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам.
Qобразования (CuCl) = 134300 кДж
Qобразования (CuCl2) = 111700 кДж
[pic]
Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и
CuX2.. При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений
не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных
молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с
медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и
опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые
пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl2 с примесью хлорида меди (I)
CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты.
Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической
меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например: [pic]. Монохлорид
выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.
Оксид меди.
При прокаливании меди на воздухе она покрывается черным налетом,
состоящим из оксида меди [pic]. Его также легко можно получить
прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)2CO3 или нитрата меди (II)
Cu(NO3)2. При нагревании с различными органическими веществами CuO окисляет
их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород – в воду
восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются
при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в
них углерода и водорода.
Под слоем меди расположен окисел розового цвета – закись меди Cu2O.
Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных
количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: [pic].
Закись меди используют при устройстве выпрямителей переменного тока,
называемых купроксными. Для их приготовления пластинки меди нагревают до
1020-1050 0C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина,
состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая
пластинки некоторое время в азотной кислоте: [pic].
Пластинку промывают, высушивают и прокаливают при невысокой температуре
– и выпрямитель готов. Электроны могут проходить только от меди через
закись меди. В обратном направлении электроны проходить не могут. Это
объясняется тем, что закись меди обладает различной проводимостью. В слое
закиси меди, который примыкает непосредственно к меди, имеется избыток
электронов, и электрический ток проходит за счет электронов, т.е.
существует электронная проводимость. В наружном слое закиси меди
наблюдается нехватка электронов, что равноценно появлению положительных
зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс источника тока,
а к закиси меди – отрицательный, то электроны через систему не проходят.
Электроны при таком положении полюсов движутся к положительному электроду,
а положительные заряды – к отрицательному. Внутри слоя закиси возникает
тончайший слой, лишенный носителей электрического тока, - запирающий слой.
Когда же медь подключена к отрицательному полюсу, а закись меди к
положительному, то движение электронов и положительных зарядов изменяется
на обратное, и через систему проходит электрический ток. Так работает
купроксный выпрямитель. [6, с.63]
Гидроксиды меди.
Гидроксид меди малорастворимое и нестойкое соединение. Получают его при
действии щелочи на раствор соли: [pic]. Это ионная реакция и протекает она
потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в
осадок: [pic]
Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета, дает еще гидроксид
меди (I) белого цвета: [pic]. Это нестойкое соединение, которое легко
окисляется до гидроксида меди (II): [pic].
Оба гидроксида меди обладают амфотерными свойствами. Например,
гидроксид меди (II) хорошо растворим не только в кислотах, но и в
концентрированных растворах щелочей: [pic], [pic].
Таким образом, гидроксид меди (II) может диссоциировать и как
основание: [pic] и как кислота. Этот тип диссоциации связан с
присоединением меди гидроксильных групп воды: [pic]
Сульфаты.
Наибольшее практическое значение имеет CuSO4*5H2O, называемый медным
купоросом. Его готовят растворением меди в концентрированной серной
кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам и расположена в
ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется: [pic].
Медный купорос применяют при электролитическом получении меди, в
сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, для
получения других соединений меди.
Карбонаты.
Карбонаты для металлов подгруппы меди не характерны и в практике почти
не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной
карбонат меди, который встречается в природе.
Комплексообразование.
Характерное свойство двухзарядных ионов меди – их способность
соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.
Качественные реакции на ионы меди.
Ион меди можно открыть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака.
Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с образованием
комплексного иона меди [Cu(NH3)4]2+: [pic]
Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.
Пример качественного анализа сплава меди.
Исследуемый объект |Реагент, действие |Осадок |Раствор |Наблюдение |Выводы
| |Часть сплава |Нагревание с конц. HNO3 | | |Раствор 1 сразу приобрёл
зелёную окраску, которая перешла в голубую после охлаждения | | |Раствор 1
|25% NH3, Добавление 1-2 капли | | |Раствор стал синим |Это медный сплав |
|Часть сплава |HNO3, Сначала растворяют часть стружек в 10 каплях 6М HNO3,
а затем добавляют 20-25 капель конц. HNO3, нагревают до полного растворения
сплава | |Раствор 2 может содержать Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, Sb
|Осадок не выпал | | |Раствор 2, Ni2+ |Диметил-глиоксим | | |Раствор
позеленел |Ni нет | |Fe3+ |NH4CNS | | |Кристаллы окрасились в красный цвет,
потом раствор позеленел и выпал чёрный осадок |Есть Fe3+ | |Cd2+ |Дифенил-
карбазид | | |Раствор стал красным |Есть Cd | |Zn2+ |Дитизон | | |Фаза
дитизона окрасилась в малиновый цвет |Есть Zn | |Mn |NaBiO3 | | |Ничего не
произошло |Mn нет | |Al3+ |Ализарин | | |Раствор стал жёлто-коричневым |Al
нет | | |Окси-хинолин | | |Выпал зелёно-жёлтый осадок |Al нет | |Раствор 2
|HCl, H2SO4, добавление | |Раствор 3 возможно содержит Sb, Sn |Осадок не
выпал |Pb возможно нет | |Раствор 3 |H2O2 и NaOH |Осадок 1 может содержать
Sb |Раствор 4 может содержать Sn |Выпал зелёно-серый осадок
(образовался ос.2 и р-р 2) | | |Осадок 1 |HNO3 | |Раствор 5 |Осадок
растворился |Sb нет | |Раствор 5 |NH3, NH4Cl, H2O2 | | |Осадок не выпал | |
|Раствор 4 |NH4Cl | | |Осадок не выпал |Sn нет | |Раствор 2 |I- | | |Выпал жёлтый осадок, который приобрёл красный оттенок |Есть Pb2+ | |Выводы:
Проведённый качественный анализ даёт основания считать, что в сплаве
содержится медь, цинк, кадмий, железо, свинец. Таким образом этот сплав
является латунью. [8]
6. Получение меди.
История получения меди.
Интересна история получения меди. Уже 5-6 тысяч лет до н.э. медная руда
добывалась египетскими рабами в Нубии, на Синайском полуострове. Рудники,
как пишет греческий историк Диодор Сицилийский (I век до н.э.), являлись
собственностью фараонов. На каторжный труд в рудниках отправляли рабов и
осужденных, зачастую вместе с семьями. В наиболее узкие штольни на обивку
руды и ее вынос направляли детей. На поверхность руду доставляли в плетеных
корзинках или кожаных мешках. Древнейшая медеплавильная печь найдена на
Синайском полуострове. Она представляла яму, обнесенную круглой стеной
толщиной в 1 метр. Печь имела внизу два поддувала. По составу шлака
установили, что в этой печи выплавлялась медь. Изображение более
совершенной печи было обнаружено на греческой вазе, которая датируется VI
веком до н.э. Для улучшения литейных свойств меди греки добавляли в руду
оловянный камень (двуокись олова) и получали оловянную бронзу.
Искусство получения меди и ее сплавов затем перешло к римлянам.
Оловянную руду римляне доставали из Англии, которая в то время называлась
Касситеридскими островами. Интересно отметить, что минерал – двуокись олова
и по настоящее время называется касситеритом.
О методах получения меди в России дает представление небольшой, но
обстоятельный труд М.В.Ломоносова “Основание металлургии” (1763 год),
который сыграл исключительную роль в развитии металлургического
производства. В этой же книги дано описание “сульфатизирующего обжига”. Он
заключался в медленном окислении медной сульфидной руды до сульфата меди
кислородом воздуха: [pic] с последующим выщелачиванием соли водой с целью
получения медного купороса.
В книге даются указания, как использовать теплоту отходящих газов, как
контролировать процесс плавки и даже как вентилировать шахты от пыли и
газов, которые “для человеческого здоровья вредительны”. [1, с.76-77]
Получение меди методом электролиза.
Электролиз широко применяют для очистки (рафинирования) меди. Для
очистки меди из черновой меди отливают аноды – толстые пластины. Их
подвешивают в ванну, содержащую раствор медного купороса. В качестве
катодов используют тонкие листы чистой меди, на которые во время
электролиза осаждается чистая медь. На аноде происходит растворение меди.
Ионы меди передвигаются к катоду, принимают от катода электроны и переходят
в атомы: [pic]. Чистая медь оседает на катоде.
Примеси, входящие в состав черновой меди ведут себя по-разному. Более
электроотрицательные элементы – цинк, железо, кадмий и другие растворяются
на аноде. Но на катоде эти металлы не выделяются, так как электрохимическом
ряду напряжений они находятся левее меди и имеют более отрицательные
потенциалы. [1, с.70]
Металлотермический метод получения.
[pic]
[pic]
Пирометаллургический способ получения меди.
Поскольку содержание меди не превышает 1.5-2%, их подвергают
обогащению, т.е. отделяют соединения меди от пустой породы, применяя
флотационный метод. Для этого руду размалывают до тончайшего порошка и
смешивают его с водой, добавив в неё предварительно флоторагенты – сложные
органические вещества. Они покрывают мельчайшие крупинки соединений меди и
сообщают им несмачиваемость. В воду добавляют ещё вещества, создающие пену.
Затем через взвесь пропускают сильный поток воздуха. Поскольку частички
(крупинки соединений меди) водой не смачиваются, они прилипают к пузырькам
воздуха и всплывают наверх. Всё это происходит во флотационных аппаратах.
Пену, которая содержит крупинки соединений меди, собирают, отфильтровывают,
отжимают от воды и высушивают. Так получают концентрат, из которого
выделяется медь. В зависимости от состава руды существует несколько методов
её переработки.
Сульфидную руду сначала обжигают при свободном токе воздуха для
удаления части серы: [pic]. Этот обжиг проводят в механических печах,
похожих на устройства для обжига серного колчедана. В последнее время
начали применять обжиг в кипящем слое. Продукты обжига затем переплавляют
совместно с флюсами в отражательной печи. При этом протекает множество
химических процессов, например [pic].
Пустая порода, часть сульфидов и окислов железа переходит в шлак, а на
дне печи скапливается штейн – расплав сульфида меди Cu2S и сульфида железа
FeS. Штейн сливают из печи и перерабатывают в конвекторе, который по
устройству похож на конвектор для переработки стали. Частичное удаление
серы происходит за счет продувки воздуха через расплавленный штейн: [pic].
Сульфид меди и закись меди дают металлическую черновую медь: [pic]
Она содержит около 95-98% меди. При последующей переплавке на поду
отражательной печи содержание меди может быть повышено до 99,7%. Дальнейшая
очистка меди проводится электролизом.
Более просто перерабатывают окисные руды меди, состоящие из закиси
меди, окиси меди и карбонатов меди (Cu2O, CuO, CuCO3*Cu(OH)2). Эти руды
обогащения прокаливают с коксом при высокой температуре: [pic]. [1, с.74-
75]
7. Добыча и получение солей меди из природных месторождений.
Около 15% всех руд меди перерабатывается гидрометаллургическим методом
– на измельченную руду действуют растворителем, который переводит медь в
раствор. На руды, содержащие оксид меди, действуют разбавленной серной
кислотой: [pic]
По сравнению со многими другими оксидами, встречающимися в руде, оксид
меди растворяется сравнительно хорошо. Выделение металлической меди из
раствора проводят электролизом.
Если медь находится в руде в виде сульфида, то ее в раствор можно
перевести, обрабатывая ее руду раствором сульфата железа:
[pic] [1, с.64]
8. Медь и живые организмы.
Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в
процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу
сахара, белков, крахмала, витаминов и ферментов. При отсутствии или
недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла,
листья желтеют, растение перестает плодоносить и может погибнуть. Чаще
всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купороса
CuSO4*5H2O. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие
соединения меди, особенно для низших организмов. Польские ученые
установили, что в тех водоемах, где присутствует медь, карпы отличаются
крупными габаритами. В прудах и озерах, где нет меди, быстро развивается
грибок, который поражает карпов. В малых же дозах медь совершенно
необходима всему живому.
Из представителей живого мира небольшие количества меди содержат
осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови
ракообразных и головоногих, медь входящая в состав их дыхательного пигмента
– гемоциана (0,33-0,38%), – играет ту же роль, что железо в крови других
животных. Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (поэтому у
улиток кровь голубая), а отдавая кислород тканям, – обесцвечивается. У
животных, стоящих на более высокой ступени развития, и у человека медь
содержится главным образом в печени. Ежедневная потребность человеческого
организма – примерно 0,005 грамма этого элемента. При недостаточном
поступлении меди с пищей у человека развивается малокровие, появляется
слабость.
С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди. Еще
в начале XX века в Америке были зарыты медные рудники в штате Юта: решив,
что запасы руды уже исчерпаны, хозяева рудников затопили их водой. Когда
спустя два года воду откачали, в ней оказалось 12 тысяч тонн меди. Подобный
случай произошел и в Мексике, где из заброшенных рудников, на который
махнули рукой, только за один год было “вычерпано” 10 тысяч тонн меди.
Оказалось, что среди многочисленных видов бактерий есть и такие, для
которых любимым лакомством служат сернистые соединения некоторых металлов.
Поскольку медь в природе связана именно с серой, эти микробы неравнодушны к
медным рудам. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды, микробы превращают их
в легко растворимые соединения, причем процесс этот протекает очень быстро.
Так при обычном окислении за 24 дня из халькопирита выщелачивается 5% меди,
то в опытах с участием бактерий за 4 дня удалось извлечь 80% этого
элемента.
9. Применение меди.
История применения меди.
Археологические находки указывают, что медь довольно широко
использовалась людьми для изготовления украшений и предметов быта около 7-8
тысяч лет назад.
До недавнего времени считалось, что история эры электричества началась
с 1786 года после опытов Луиджи Гальвани. В то же время археологические
раскопки говорят, что с электричеством люди ознакомились много веков назад.
Археологи неподалеку от Багдада, а затем на берегах Тигра нашли глиняные
сосуды высотой около 10 см и покрытые глазурью. Внутри сосуда обнаружили
медные цилиндры, в которые были вставлены железные стержни. В сосудах
имелось небольшое количество битума. Медные цилиндры были сильно разъедены.
Это был первый гальванический элемент. Подозревают, что эти элементы
использовались для электрохимического способа позолочения серебряных
изделий.
Медь наряду с железом и золотом издавна применялась в качестве
платежного средства.
Большого совершенства в изготовлении различных изделий из меди и бронзы
достигли русские мастера. Уже к концу XV века в России в широких масштабах
изготовлялись бронзовые пушки. [4, с.115-118]
Применение меди в настоящее время.
Примерно половина производимой меди в настоящее время используется в
радиотехнике и электротехнической промышленности. Это связано с ее хорошей
проводимостью и относительно высокой коррозионной стойкостью. К меди,
идущей на изготовление электрических проводов, часто добавляют в небольшом
количестве кадмий, который не снижает электропроводимость меди, но повышает
ее прочность на разрыв.
Древнейший сплав меди с цинком – латунь и в настоящее время
производится в больших количествах. Содержание цинка в латуни составляет 30-
45%. Она применяется для изготовления различной арматуры, соприкасающейся с
водой (краны, вентили и т.д.), а также для производства различных труб. Из
латуни прокатывают полосы и листы, идущие для выработки самых разнообразных
изделий (проволока, произведения искусств, предметы быта и т.д.).
Латунь хорошо прокатывается, штампуется и несколько дешевле меди, так
как цинк более дешевый металл по сравнению с медью.
Другие сплавы меди называются бронзами. Наиболее распространенная
бронза – оловянная. Она содержит от 5 до 80% олова. В зависимости от
содержания олова свойства и назначение меняется. При содержании олова 10-
13% ее цвет красновато-желтый, а более 27-30% - белый. Подшипниковая бронза
содержит 81-87% меди. Для изготовления подшипников, различных тормозных
устройств, где происходит скольжение металла, применяют бронзы, содержащие
до 45% свинца. В часовых и других точных механизмах, где нужна высокая
механическая прочность и коррозионная стойкость, применяется бериллиевая
бронза, содержащая 1-2% бериллия. Ее прочность равна прочности стали.
В быту и особенно в химической промышленности применяют сплавы меди с
никелем, например монель-металл, в котором отношение меди к никелю равно
2:1, и мельхиор, в котором это соотношение равно 4:1. Мельхиор по внешнему
виду похож на серебро, из него приготовляют предметы домашнего обихода:
ложки, вилки, подносы и т.д. Монель-металл применяют для изготовления
монет, различных реакторов для химической промышленности, так как это сплав
коррозионно-стоек.
Гидроксокарбонат меди (II) – (CuOH)2CO3 – применяют для получения
хлорида меди (II), для приготовления синих и зеленых минеральных красок, а
также в пиротехнике.
Сульфат меди (II) – CuSO4 – в безводном состоянии представляет собой
белый порошок, который при поглощении воды синеет. Поэтому он применяется
для обнаружения следов влаги в органических жидкостях.
Смешанный ацетат-арсенит меди (II) – Cu(CH3COO)2*Cu3(AsO3)2 – применяют
под названием “парижская зелень” для уничтожения вредителей растений.
Из солее меди вырабатывают большое количество минеральных красок,
разнообразных по цвету: зеленых, синих, коричневых, фиолетовых и черных.
Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят – покрывают внутри слоем
олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей. [4, с.123-
124]
10. Использованная литература. 1. Л.Ф.Попова. От лития до цезия. М., “Просвещение”, 1972. 2. В.Е.Лунев. Познакомьтесь с медью. М.,”Металлургия”, 1965. 3. Отв. за ред. Л.К.Иугалин. Химия минералов меди. Новосибирск, “Наука”,
1975. 4. Л.Ф.Попова. Медь. М., “Просвещение”, 1989. 5. Н.А.Фигуровский, "Открытие элементов и происхождение их названий". М.,
“Наука”, 1970. 6. В.С.Котлярова, Н.В.Касимова. Получение плёнок меди и опыты с ними //
Химия в школе, №3, 1972. 7. http://www.chem.msu.su/rus/history/element/cu.html 8. И.Г.Подчайнова, Э. Н.Симонова. Аналитическая химия меди. М.,”Наука”,
1990.
-----------------------
2 8 18 1
+29
Cu
Cu2O
Cu
CuO