24 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характерные химические свойства меди

Физические и химические свойства меди

Свойства меди, которая в природе встречается и в виде достаточно крупных самородков, люди изучили еще в древние времена, когда из этого металла и его сплавов делали посуду, оружие, украшения, различные изделия бытового назначения. Активное использование данного металла на протяжении многих лет обусловлено не только его особыми свойствами, но и простотой обработки. Медь, которая присутствует в руде в виде карбонатов и окислов, достаточно легко восстанавливается, что и научились делать наши древние предки.

Интересное о меди

Изначально процесс восстановления этого металла выглядел очень примитивно: медную руду просто нагревали на кострах, а затем подвергали резкому охлаждению, что приводило к растрескиванию кусков руды, из которых уже можно было извлекать медь. Дальнейшее развитие такой технологии привело к тому, что в костры начали вдувать воздух: это повышало температуру нагревания руды. Затем нагрев руды стали выполнять в специальных конструкциях, которые и стали первыми прототипами шахтных печей.

О том, что медь используется человечеством с древних времен, свидетельствуют археологические находки, в результате которых были найдены изделия из данного металла. Историками установлено, что первые изделия из меди появились уже в 10 тысячелетии до н.э, а наиболее активно она стала добываться, перерабатываться и использоваться спустя 8–10 тысяч лет. Естественно, предпосылками к такому активному использованию данного металла стали не только относительная простота его получения из руды, но и его уникальные свойства: удельный вес, плотность, магнитные свойства, электрическая, а также удельная проводимость и др.

В наше время уже сложно найти медь в природе в виде самородков, обычно ее добывают из руды, которая подразделяется на следующие виды.

  • Борнит — в такой руде медь может содержаться в количестве до 65%.
  • Халькозин, который также называют медным блеском. В такой руде меди может содержаться до 80%.
  • Медный колчедан, также называемый халькопиритом (содержание до 30%).
  • Ковеллин (содержание до 64%).

Медь также можно извлекать из множества других минералов (малахит, куприт и др.). В них она содержится в разных количествах.

Физические свойства

Медь в чистом виде представляет собой металл, цвет которого может варьироваться от розового до красного оттенка.

Радиус ионов меди, имеющих положительный заряд, может принимать следующие значения:

  • если координационный показатель соответствует 6-ти — до 0,091 нм;
  • если данный показатель соответствует 2 — до 0,06 нм.

Радиус атома меди составляет 0,128 нм, также он характеризуется сродством к электрону, равном 1,8 эВ. При ионизации атома данная величина может принимать значение от 7,726 до 82,7 эВ.

Медь — это переходный металл, показатель электроотрицательности которого составляет 1,9 единиц по шкале Полинга. Кроме этого, его степень окисления может принимать различные значения. При температурах, находящихся в интервале 20–100 градусов, его теплопроводность составляет 394 Вт/м*К. Электропроводность меди, которую превосходит лишь серебро, находится в интервале 55,5–58 МСм/м.

Так как медь в потенциальном ряду стоит правее водорода, она не может вытеснять этот элемент из воды и различных кислот. Ее кристаллическая решетка имеет кубический гранецентрированный тип, величина ее составляет 0,36150 нм. Плавится медь при температуре 1083 градусов, а температура ее кипения — 26570. Физические свойства меди определяет и ее плотность, которая составляет 8,92 г/см3.

Из ее механических свойств и физических показателей стоит также отметить следующие:

  • термическое линейное расширение — 0,00000017 единиц;
  • предел прочности, которому медные изделия соответствуют при растяжении, составляет 22 кгс/мм2;
  • твердость меди по шкале Бринелля соответствует значению 35 кгс/мм2;
  • удельный вес 8,94 г/см3;
  • модуль упругости составляет 132000 Мн/м2;
  • значение относительного удлинения равно 60%.

Совершенно уникальными можно считать магнитные свойства данного металла, который является полностью диамагнитным. Именно эти свойства, наряду с физическими параметрами: удельным весом, удельной проводимостью и другими, в полной мере объясняют широкую востребованность данного металла при производстве изделий электротехнического назначения. Похожими свойствами обладает алюминий, который также успешно используется при производстве различной электротехнической продукции: проводов, кабелей и др.

Основную часть характеристик, которыми обладает медь, практически невозможно изменить, за исключением предела прочности. Данное свойство можно улучшить практически в два раза (до 420–450 МН/м2), если осуществить такую технологическую операцию, как наклеп.

Химические свойства

Химические свойства меди определяются тем, какое положение она занимает в таблице Менделеева, где она имеет порядковый номер 29 и располагается в четвертом периоде. Что примечательно, она находится в одной группе с благородными металлами. Это лишний раз подтверждает уникальность ее химических свойств, о которых следует рассказать более подробно.

Оттенки медных сплавов

В условиях невысокой влажности медь практически не проявляет химическую активность. Все меняется, если изделие поместить в условия, характеризующиеся высокой влажностью и повышенным содержанием углекислого газа. В таких условиях начинается активное окисление меди: на ее поверхности формируется зеленоватая пленка, состоящая из CuCO3, Cu(OH)2 и различных сернистых соединений. Такая пленка, которая называется патиной, выполняет важную функцию защиты металла от дальнейшего разрушения.

Окисление начинает активно происходить и тогда, когда изделие подвергается нагреву. Если металл нагреть до температуры 375 градусов, то на его поверхности формируется оксид меди, если выше (375-1100 градусов) — то двухслойная окалина.

Медь достаточно легко реагирует с элементами, которые входят в группу галогенов. Если металл поместить в пары серы, то он воспламенится. Высокую степень родства он проявляет и к селену. Медь не вступает в реакцию с азотом, углеродом и водородом даже в условиях высоких температур.

Внимание заслуживает взаимодействие оксида меди с различными веществами. Так, при его взаимодействии с серной кислотой образуется сульфат и чистая медь, с бромоводородной и иодоводородной кислотой — бромид и иодид меди.

Иначе выглядят реакции оксида меди с щелочами, в результате которых образуется купрат. Получение меди, при котором металл восстанавливается до свободного состояния, осуществляют при помощи оксида углерода, аммиака, метана и других материалов.

Медь при взаимодействии с раствором солей железа переходит в раствор, при этом железо восстанавливается. Такая реакция используется для того, чтобы снять напыленный медный слой с различных изделий.

Одно- и двухвалентная медь способна создавать комплексные соединения, отличающиеся высокой устойчивостью. Такими соединениями являются двойные соли меди и аммиачные смеси. И те и другие нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.

Бухты медной проволоки

Области применения меди

Применение меди, как и наиболее схожего с ней по своим свойствам алюминия, хорошо известно — это производство кабельной продукции. Медные провода и кабели, характеризуются невысоким электрическим сопротивлением и особыми магнитными свойствами. Для производства кабельной продукции применяются виды меди, характеризующиеся высокой чистотой. Если в ее состав добавить даже незначительное количество посторонних металлических примесей, к примеру, всего 0,02% алюминия, то электрическая проводимость исходного металла уменьшится на 8–10%.

Невысокий вес меди и ее высокая прочность, а также способность поддаваться различным видам механической обработки — это те свойства, которые позволяют производить из нее трубы, успешно использующиеся для транспортировки газа, горячей и холодной воды, пара. Совершенно не случайно именно подобные трубы применяются в составе инженерных коммуникаций жилых и административных зданий в большинстве европейских стран.

Медь, кроме исключительно высокой электропроводности, отличается способностью хорошо проводить тепло. Благодаря этому свойству она успешно используется в составе следующих систем:

  • тепловые трубки;
  • кулеры, использующиеся для охлаждения элементов персональных компьютеров;
  • системы отопления и охлаждения воздуха;
  • системы, обеспечивающие перераспределение тепла в различных устройствах (теплообменники).

Металлические конструкции, в которых использованы медные элементы, отличаются не только небольшим весом, но и исключительной декоративностью. Именно это послужило причиной их активного использования в архитектуре, а также для создания различных интерьерных элементов.

Свойства меди

Свойства меди, металла, который встречается и в виде довольно больших самородков, люди изучали еще в древности. Тогда из меди и его сплавов создавали предметы посуды, оружие, украшения, разные предметы бытового назначения. Столь высокая популярность этого металла на протяжении столетий была обусловлена не только его особыми качествами, но и легкостью обработки. Медь, присутствующую в руде в форме карбонатов и окислов, довольно легко восстановить, что и научились делать наши предки в древности. В этой статье поговорим о свойствах меди и методах ее определения.

Физические свойства меди

Чистая медь – это металл, цвет которого варьируется от розового до красного оттенка. Радиус положительно заряженных ионов меди, может принимать такие значения:

  • при координационном показателе равном 6-ти — до 0,091 нм
  • при координационном показателе равном 2 — до 0,06 нм.

Радиус атома меди равняется 0,128 нм. Величина сродства к электрону достигает 1,8 эВ. Процесс ионизации данного атома увеличивает сродство к электрону от 7,726 до 82,7 эВ.
Медь является переходным металлом. Величина показателя его электроотрицательности достигает 1,9 единиц по шкале Полинга. Стоит отметить, что степень окисления способна принимать разные значения. В условиях температуры в пределах от 20 до 100 градусов, показатель теплопроводности равен 394 Вт/м*К. показатель электропроводности меди, уступает по которому она только серебру, колеблется в пределах 55,5–58 МСм/м.
Поскольку медь в потенциальном ряду расположена справа от водорода, то она не способна вытеснять этот элемент из воды и разного типа кислот. Медь имеет кристаллическую решетку кубического гранецентрированного типа, а ее величина достигает 0,36150 нм. Плавление меди начинается при температуре 1083 градусов, а закипает она при 26570 градусах. Плотность меди определяется ее физическими свойствами и составляет 8,92 г/см3.
Кроме вышеперечисленных, стоит выделить еще и такие физические и механические свойства меди:

  • показатель термического линейного расширения составляет 0,00000017 единиц
  • показатель предела прочности на растяжение достигает 22 кгс/мм2
  • уровень твердости меди по шкале Бринелля равен 35 кгс/мм2
  • удельная масса составляет 8,94 г/см3
  • показатель упругости равен 132000 Мн/м2
  • относительное удлинение равняется 60%.
Читать еще:  Как подключить дхо через 5 контактное реле

Абсолютно неповторимыми можно назвать магнитные свойства этого металла, который является полностью диамагнитным. Именно благодаря этим показателям, вместе с физическими свойствами, к примеру, удельным весом и удельной проводимостью, можно объяснить такую широкую популярность этого металла в производстве изделий электротехнической отрасли. Несколько похожие свойства имеет алюминий, который тоже активно применяется в изготовлении различной электротехнической продукции, к примеру, проводов, кабелей и прочего.
Единственная характеристика меди, которую можно изменить — это предел прочности. Этот показатель может быть улучшен почти в два раза (до 420–450 МН/м2), путем специальной технологической операции, называемой наклеп.

Химические свойства меди

Химическая характеристика меди определяется ее расположением в периодической таблице элементов Менделеева, где ей присвоен порядковый номер 29. Находится она в четвертом периоде и в одной группе с благородными металлами. Таким образом, лишний раз подтверждается уникальность ее химических качеств, о которых дальше мы расскажем более детально.
Если уровень влажный не высокий, то медь почти не проявляет химической активности. Однако, все кардинально меняется, когда изделия помещают в условия высокой влажности и повышенного содержания углекислого газа. Именно такие условия являются идеальными для начала активного окисления меди. В процессе окисления на поверхности медного предмета создается зеленоватая пленка, которая состоит из CuCO3, Cu(OH)2, а также разных сернистых соединений. Эту пленку называют патиной и она очень важна, поскольку защищает металл от дальнейшего разрушения.
Кроме влажности, процесс окисления запускает и нагревание. В условиях нагревания до температуры 375 градусов, на поверхности предмета формируется оксид меди, если температуру поднять до 1100 градусов, то формируется двухслойная окалина.
Медь довольно легко вступает в реакции с элементами, находящимися в группе галогенов. Под действием паров серы металл воспламеняется. Высокий уровень родства медь демонстрирует и к селену. Общие свойства меди не позволяют ей вступить в реакцию с азотом, углеродом и водородом даже при нагревании.
Взаимодействие с кислотами:

  • результатом реакции с серной кислотой является сульфат и чистая медь
  • с бромоводородной и иодоводородной кислотой соответственно образуются бромид и иодид меди.

А вот взаимодействие со щелочами позволяет получить купрат. Реакции получения меди, при которых происходит восстановление металла до свободного состояния, невозможны без присутствия оксида углерода, аммиака, метана и некоторых других веществ.
Основные свойства меди позволяют ей вступать во взаимодействие с раствором солей железа. Результатом такой реакции является восстановление железа. Эту реакцию применяют для снятия ранее напыленного медного слоя с разных изделий.

Свойства солей меди

Одно- и двухвалентная медь может формировать комплексные соединения, которые выделяются высоким уровнем устойчивости. К подобным соединениям можно отнести двойные соли меди и аммиачные смеси. Они активно используются в различных отраслях промышленности.
Сульфат меди (II) — CuSO4 в безводном состоянии является белым порошком. При добавлении воды он приобретает синюю окраску. Поэтому его используют для выявления остатков воды в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди отличается сине-голубым оттенком. За этот цвет отвечают гидратированные ионы [Cu(H2O)4]2+, следовательно, такого же цвета и все остальные разбавленные растворы солей меди (II). Исключением являются растворы с содержанием окрашенных анионов.
Из водного раствора сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, путем формирования прозрачных синих кристаллов медного купороса. Полученное соединение используется:

  • в процессе электролитического нанесения меди на металлы
  • для создания минеральных красок
  • как исходный материал для получения прочих соединений меди.

В сельскохозяйственной отрасли разбавленный раствор медного купороса очень популярен для опрыскивания растений и замачивания семян перед посевом, потому что он уничтожает споры вредных грибов.
Хлорид меди (II) — CuCl2. 2H2O. Это легко растворимое в воде соединение темно-зеленого цвета. Высокая концентрация хлорида меди позволяет получить растворы зеленого цвета, а разбавление приводит к окраске в сине-голубой оттенок.
Нитрат меди (II) — Cu(NO3)2.3H2O. Его получают путем растворения меди в азотной кислоте. В процессе нагревания синие кристаллы нитрата меди сначала отдают воду, после чего с легкостью разлагаются, выделяя кислород и бурый диоксид азота, становясь оксидом меди (II).
Гидроксокарбонат меди (II) — (CuOH)2CO3. Данное вещество можно встретить в природе в виде минерала малахита, который отличается красивым изумрудно-зеленым цветом. В лабораторных условиях его можно создать при помощи действия Na2CO3 на растворы солей меди (II).
2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O = (CuOH)2CO3↓ + 2Na2SO4 + CO2↑
Кроме этого, его используют, чтобы получить хлорид меди (II), а также приготовить синие и зеленые минеральные краски.
Ацетат меди (II) — Cu (CH3COO)2.H2O. Это соединение можно получить, если провести обработку металлической меди или оксида меди (II) раствором уксусной кислоты. Чаще всего – это смесь основных солей разного состава и цвета (от зеленого до сине-зеленого).
Помните, что все без исключения соли меди являются ядовитыми. По этой причине, во избежание формирования медных солей, вся медная посуда должна быть изнутри покрыта слоем олова.

Методы определения меди

Определение меди может проводиться такими методами:

  • химическими
  • количественными
  • фотометрическими.

Различные химические составы способны оказывать влияние на расщепление молекул и атомов вещества, следовательно, можно выделить его составные части. Химический метод определения количества заключается в электролитическом методе измерения медной части в сплавах других металлов. Его осуществляют при помощи таких элементов:

  • ацетилен
  • винная кислота
  • водный аммиак
  • азотнокислый аммоний
  • динатриевая соль
  • этиловый спирт
  • купризон.

Прежде всего, происходит взвешивание медного состава (навески). После этого ее отправляют в подготовленный раствор реактивов. В этом растворе навеска должна полностью раствориться. Далее весь раствор нужно нагреть, так как в процессе нагревания удаляются окиси азота. Очищенный раствор необходимо разбавить водой и снова нагреть до 40 оС. Теперь массу можно подвергать процессу электролиза. Электроды, погружаемые в раствор создают из платины. Далее включается ток силой 2,2 В и в условиях постоянного помешивания происходит выделение меди.
Контрольным испытанием является повторный процесс электролиза. Необходимо электроды погрузить в раствор, ниже уровня выделенной меди и подключить ток. При правильном проведении первой реакции, во время контрольной процедуры вы не увидите налета металла. Полученный таким образом медный катод нужно промыть водой, не отключая электроток, а потом обработать этиловым спиртом и высушить. После этого катод необходимо взвесить, и сопоставить массу с первоначальным весом. Итак, вы получите удельный вес меди в соединении.
Разработано большое количество видов химических растворов для очистки медных изделий.
Количественное определение массы меди в общем объеме металла целесообразно использовать для сплавов с никелем, бронзой или цинком. При воздействии на вещество происходит осаждение меди и в таком виде ее можно измерить. Осаждение может быть осуществлено неорганическими и органическими элементами. Из неорганических веществ можно выделить:

  • тетрароданодиаминхромиат аммония, называемый солью Рейнеке
  • тиокарбонат калия способен осадить медь при температуре выше 80 оС
  • уксусной кислотой можно осадить медный оксалат.

Из органических веществ применяются:

  • оксихинолин-8, который способен осадить медь в комплексе с аммиачным и щелочным раствором. Нагревание осадка приводит к образованию оксида меди
  • α-бензоиноксим при участии спирта может осадить металл в форме хлопьев. Реакция невозможна, если в составе есть никель
  • йодид калия применяют в нейтральной и кислой среде. Нет смысла использовать его, когда в сплаве имеется железо, сурьма и мышьяк.

Достоинства фотометрического метода заключаются в высоком показателе точности измерения количества меди, а также простота применения. Для реализации этого метода потребуются такие соединения:

  • купризон
  • диэтилдитиокарбамат свинца.

Смысл фотометрического метода определения меди состоит в фиксации интенсивности цвета материала, прошедшего через концентрированный раствор. Раствор состоит из:

  • аммиака
  • лимоннокислого раствора аммония
  • диэтилдитиокарбамата свинца
  • сернокислого натрия.

Вещество, в котором нужно выявить количество меди пропускают через указанные выше растворы. Отметим, что здесь важно соблюдать пропорции. Далее происходит процесс фотометрии.
Определение меди возможно также и в сточных, канализационных, речных, морских водах, и в составе почве. Существует три способа:

  • атомноабсорбционный прямой
  • атомноабсорбционный при участии хелатообразования
  • атомноабсорбционный, подразумевающий использование графитовой печи.

Чтобы определить количество меди в почве самым надежным методом является метод с использованием графитной печи.
Для этого пробу почвы нужно поместить в графитовую трубу, обезводить при помощи сжигания и распылить. Процедура распыления сопряжена с разделением вещества на атомы, с последующей фильтрацией и выделением из них нужного металла. Чтобы оценить пробу грунта можно воспользоваться любым фотометрическим методом определения меди.

Медь (Cu)

Медь (купрум, свое название получила в честь острова Кипр, где было открытое крупное медное месторождение) является одним из первых металлов, который освоил человек — Медный век (эпоха, когда в обиходе человека преобладали медные орудия) охватывает период IV—III тысячелетия до н. э.

Сплав меди с оловом (бронза) был получен на Ближнем Востоке за 3000 лет до н. э. Бронза была предпочтительней меди, поскольку была более прочна и лучше поддавалась ковке.

Среднее содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5·10 -3 % по массе. Медь присутствует в природе, как в виде самородков, так и в соединений, наибольшее промышленное значение из которых имеют медный колчедан (CuFeS2), халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Разработка медных месторождений ведется открытым способом.


Рис. Строение атома меди.

Электронная конфигурация атома меди — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (см. Электронная структура атомов). У меди один спаренный электрон с внешнего s-уровня «перескакивает» на d-подуровень предвнешней орбитали, что связано с высокой устойчивостью полностью заполненного d-уровня. Завершенный устойчивый d-подуровень меди обусловливает ее относительную химическую инертность (медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом, кремнием). Медь в соединениях может проявлять степени окисления +3, +2, +1 (наиболее устойчивые +1 и +2).


Рис. Электронная конфигурация меди.

Физические свойства меди:

  • металл, красно-розового цвета;
  • обладает высокой ковкостью и пластичностью;
  • хорошей электропроводностью;
  • малым электрическим сопротивлением.
Читать еще:  Какие бывают шлифовальные круги

Химические свойства меди

  • при нагревании реагирует с кислородом:
    O2 + 2Cu = 2CuO;
  • при длительном пребывании на воздухе реагирует с кислородом даже при комнатной температуре:
    O2 + 2Cu + CO2 + H2O = Cu(OH)2·CuCO3;
  • вступает в реакции с азотной и концентрированной серной кислотой:
    Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O;
  • с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой медь не реагирует.

Соединения меди

Оксид меди CuO (II):

  • твердое вещество красно-коричневого цвета, не растворимое в воде, проявляет основные свойства;
  • при нагревании в присутствии восстановителей дает свободную медь:
    CuO + H2 = Cu + H2O;
  • оксид меди получают взаимодействием меди с кислородом или разложением гидроксида меди (II):
    O2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Гидроксид меди Cu(OH2)(II):

  • кристаллическое или аморфное вещество голубого цвета, нерастворимое в воде;
  • разлагается на воду и оксид меди при нагревании;
  • реагирует с кислотами, образуя соответствующие соли:
    Cu(OH2) + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O;
  • реагирует с растворами щелочей, образуя купраты — комплексные сооединения ярко-синего цвета:
    Cu(OH2) + 2KOH = K2[Cu(OH)4].

Более подробно о соединениях меди см. Оксиды меди.

Получение и применение меди

  • пирометаллургическим методом медь получают из сульфидных руд при высоких температурах:
    CuFeS2 + O2 + SiO2 → Cu + FeSiO3 + SO2;
  • оксид меди восстанавливается до металлической меди водородом, угарным газом, активными металлами:
    Cu2O + H2 = 2Cu + H2O;
    Cu2O + CO = 2Cu + CO2;
    Cu2O + Mg = 2Cu + MgO.

Применение меди обусловливается ее высокой электро- и теплопроводностью, а также пластичностью:

  • изготовление электрических проводов и кабелей;
  • в теплообменной аппаратуре;
  • в металлургии для получения сплавов: бронзы, латуни, мельхиора;
  • в радиоэлектронике.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Медь — свойства, характеристики свойства

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.

Химические свойства элементов: медь

Ключевые слова: медь, нахождение меди в природе, получение меди, физические свойства меди, сплавы. меди, химические свойства меди.

Медь (Cuprum), Си — химический элемент побочной подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Латинское название происходит от острова Кипр, где древние греки добывали медную руду. Порядковый номер 29, атомная масса меди 63,54. Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов 63 Cu (69,1%) и 65 Cu (30,9%). Путем бомбардировки никеля протонами или ядрами дейтерия искусственно получают радиоактивные изотопы меди 6l Cu и 64 Си с периодами полураспада 3,3 и 12,8 часов соответственно. Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и используются в качестве меченых атомов. В химическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементами главной подгруппы VIII группы и щелочными элементами I группы периодической системы.

НАХОЖДЕНИЕ МЕДИ В ПРИРОДЕ

Содержание меди в земной коре составляет около 0,01%. Она встречается в свободном состоянии в виде самородков, достигающих значительных размеров (до нескольких тонн). Однако руды самородной меди сравнительно мало распространены, и в настоящее время из них добывается не более 5% меди от общей ее мировой добычи. Медь является халькофильным элементом. До 80% ее присутствует в земной коре в виде соединений с серой. Около 15% меди находится в виде карбонатов, силикатов, оксидов, являющихся продуктами выветривания первичных сульфидных медных руд.Медь образует до 240 минералов, однако лишь около 40 имеют промышленное значение .Различают сульфидные и окисленные руды меди. Промышленное значение имеют сульфидные руды, из которых наиболее широко используется медный колчедан (халькопирит) CuFeS2. В природе он встречается главным образом в смеси с железным колчеданом FeS2 и пустой породой, состоящей из оксидов кремния, алюминия, кальция . Часто сульфидные руды содержат примеси благородных металлов (золота, серебра), цветных и редких металлов ( цинка, свинца, никеля, кобальта, молибдена ) и рассеянных элементов (германий).Содержание меди в руде обычно составляет 1—5%, но благодаря технологии флотации, ее можно обогащать, получая концентрат, содержащий 20% меди и более . Наиболее крупные запасы медных руд в России сосредоточены главным образом на Урале, в Казахстане и Средней Азии, за рубежом — в Африке (Катанта, Замбия), Америке (Чили, США, Канада).

Читать еще:  Какая должна быть мощность паяльника

ПОЛУЧЕНИЕ МЕДИ

Руды и получаемые из них путем механического обогащения концентраты перерабатывают на медь пирометаллургическим и гидрометаллургическим методами . Первый из них применяется преимущественно для переработки сернистых руд. Вторым методом, получившим небольшое распространение, перерабатывают окисленные и смешанные бедные руды, содержащие около 1% меди.Пирометаллургический метод заключается в обжиге концентратов, плавке полученного огарка на штейн (сплав сульфидов меди и железа), продувке штейна в конвертере с получением черновой меди (содержащей около 5% примесей), рафинировании последних огневым процессом или электролизом для получения чистой меди. Гидрометаллургический метод получения меди заключается в извлечении ее из руд различными растворителями с последующим выделением металла из растворов электролизом или посредством вытеснения его железом в виде цементной меди. Иногда медь выделяют в виде оксида.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ

Техническая медь — металл красного, в изломе розового цвета, при просвечивании в тонких слоях — зеленовато-голубой. Имеет гранецентрированную кубическую решетку, плотность 8,96 кг/м3 (20°С). Медь — вязкий, мягкий и ковкий металл, уступающий только серебру высокими теплопроводностью и электропроводностью. Эти качества, а также пластичность и сопротивление коррозии обусловили широкое применение меди в промышленности.

СПЛАВЫ МЕДИ

Небольшие примеси висмута (0,001%*) и свинца (0,01%) делают медь ломкой, а примесь серы вызывает хрупкость на холоду .С металлами медь образует различные сплавы. В двухкомпонентных медных сплавах с Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и др. легирующий элемент входит в твердый раствор замещения на основе Си, а также может образовывать электронные соединения, характеризующиеся определенной электронной концентрацией. В многокомпонентных сплавах часто присутствуют сложные металлические соединения точно неустановленного состава. Легирующие элементы вводят в медь для повышения прочности и твердости, улучшения антифрикционных свойств и стойкости против коррозии и для получения сплавов с заданными физическими свойствами. Медные сплавы делят на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы .

Латунями называют сплавы меди и цинка. Медь может растворять цинк в любом количестве. При добавлении к меди до 45—47% Zn увеличивается предел прочности сплава при растяжении; дальнейшее увеличение содержания цинка вызывает снижение предела прочности. Вязкость (пластичность) сплава возрастает при добавлении к меди до 30—32% Zn, а затем уменьшается, достигая очень малой величины при содержании 47—50% Zn.

Ковкая латунь (мунц-металл) содержит 60% Си и 40% Zn, томпак — 90—80% Си и 10—20% Zn. Состав специальных латуней: алюминиевая (66—68% Си,

30% Zn), марганцовисто-свинцовая (57—60% Си, 1,5—2,5% РЬ; 1,5—2,5% Мп, -38% Zn).

Бронзами называют сплавы меди с оловом. В присутствии олова улучшаются механические свойства меди, бронзы обладают хорошими литейными свойствами. Обычно содержание олова не превышает 10%. Алюминиевая бронза содержит 82—90% Си, 4—10% Al, 1—6% Fe + Si; кремнеоловянная бронза — 99,94% Си, по 0,03% Sn и Si.

Сплавы меди с никелем. Никель сильно повышает твердость меди. Сплав 50% Си и 50% Ni обладает наибольшей твердостью. Кроме высокой твердости, эти сплавы обладают пониженной электропроводностью, вследствие чего употребляются в электротехнике .

Хорошие механические свойства, высокая стойкость против коррозии во многих средах, ценные физические свойства в сочетании с простотой плавки, литья и обработки давлением обусловили широкое применение медных сплавов в многочисленных отраслях техники: в авиа-, авто-, судостроении, химической промышленности, станкостроении, электротехнике, приборостроении, в производстве паровой и водяной арматуры, посуды, художественных и других изделий.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ

Медь — электроположительный металл. Медь вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами и не растворяется в кислотах, не являющихся окислителями. Медь растворяется в азотной кислоте с образованием (Си(NOз)2 и оксидов азота, в горячей конц. H2SO4 — с образованием CuSO4 и SO2. В нагретой разбавленной H2SO4 медь растворяется только при продувании через раствор воздуха.Химическая активность меди невелика, при температурах ниже 185°С с сухим воздухом и кислородом не реагирует. В присутствии влаги и СО2 на поверхности меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании меди на воздухе идет поверхностное окисление; ниже 375°С образуется СиО, а в интервале 375—1100°С при неполном окислении меди — двухслойная окалина (СиО + СuО). Влажный хлор взаимодействует с медью уже при комнатной температуре, образуя хлорид меди(II), хорошо растворимый в воде. Медь реагирует и с другими галогенами. Особое сродство проявляет медь к сере: в парах серы она горит. С водородом, азотом, углеродом медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твердой меди незначительна и при 400°С составляет 0,06 г в 100 г меди. Присутствие водорода в меди резко ухудшает ее механические свойства (так называемая «водородная болезнь»). При пропускании аммиака над раскаленной медью образуется Cu2N. Уже при температуре каления медь подвергается воздействию оксидов азота: N2O и NO взаимодействуют с образованием СuО, a NO2 — с образованием СиО. Карбиды Cu2C2 и СuС2 могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей меди. Оксид меди(I) Си2O красного цвета, незначительно растворяется в воде. При взаимодействии сильных щелочей с солями меди(I) выпадает желтый осадок, переходящий при нагревании в осадок красного цвета, по-видимому Сu2О. Гидроксид меди(I) обладает слабыми основными свойствами, он немного растворим в концентрированных растворах щелочей.

All Metals

Металлы и Металлургия

Алюминий
Ванадий
Вольфрам
Германий
Железо
Золото
Кобальт
Магний
Марганец
Медь
Молибден
Никель
Ниобий
Олово
Палладий
Платина
Плутоний
Свинец
Серебро
Тантал
Титан
Уран
Хром
Цинк
Цирконий
  1. Металлургия России
  2. О металлах
  3. Медь
  4. Химические свойства

Химические свойства

Химическая активность меди невелика. В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)2·CuCO3. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения.

При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu2O, затем — оксид CuO.

В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Но она достаточно легко вступает в реакции: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажным хлором образует хлорид CuCl2, при нагревании с серой образует сульфид Cu2S, с селеном. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют, например, соляная и разбавленная серная кислоты. Но в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:

Кроме того, медь можно перевести в раствор действием водных растворов цианидов или аммиака:

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

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

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

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

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

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

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

Многие из халькогенидов меди – нестехиометрические соединения. Сульфид меди(I) Cu2S образуется при сильном нагревании меди в парах серы или в среде сероводорода. При пропускании сероводорода через водные растворы, содержащие катионы Cu 2+ , выделяется коллоидный осадок состава CuS. Однако, CuS – не простое соединение меди(II). Оно содержит группу S2 и лучше описывается формулой Cu I 2Cu II (S2)S. Селениды и теллуриды меди проявляют металлические свойства, а CuSe2, CuTe2, CuS и CuS2 при низких температурах являются сверхпроводниками.

Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu 2+ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH3)] 2+ . При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С2Н2 в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC2.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector