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 (или ) и халькозина . 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: .
При температуре ниже 10000
C происходило образование окиси меди, которая в небольших количествах встречается в природе: .
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: .
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: .
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): .
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) Cu2
S, ковеллин CuS, борнит (пестрая медная руда) Cu5
FeS4
. 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: .
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
|
Ρ | Rудельное
|
| 10830
C |
28770
C |
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, Cu2
O– красный, CuCl+ H2
O– 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).
Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди.
5. Химические свойства меди.
Строение атома
.
Рисунок 2. Схема строения атома меди.
29
Cu 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:
В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди образуется тончайший слой оксида меди:
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 0
C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие.
Qобразования
(Cu2
O) = 84935 кДж.
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: . Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов:
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.
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:
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: .
Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам
.
Qобразования
(CuCl) = 134300 кДж
Qобразования
(CuCl2
) = 111700 кДж
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: . 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 . Его также легко можно получить прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)2
CO3
или нитрата меди (II) Cu(NO3
)2
. При нагревании с различными органическими веществами CuOокисляет 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 Cu2
O. Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: .
Закись меди используют при устройстве выпрямителей переменного тока, называемых купроксными. Для их приготовления пластинки меди нагревают до 1020-1050 0
C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина, состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая пластинки некоторое время в азотной кислоте: .
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: . Это ионная реакция и протекает она потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в осадок:
Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета, дает еще гидроксид меди (I) белого цвета: . Это нестойкое соединение, которое легко окисляется до гидроксида меди (II): .
О
Таким образом, гидроксид меди (II) может диссоциировать и как основание: и как кислота. Этот тип диссоциации связан с присоединением меди гидроксильных групп воды:
Сульфаты
.
Наибольшее практическое значение имеет CuSO4
*5H2
O, 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: .
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+
:
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+
|
NH4
CNS |
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, H2
SO4 , добавление |
Раствор 3 возможно содержит Sb, Sn | Осадок не выпал | Pb возможно нет | |
| Раствор 3 | H2
O2 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
, NH4 Cl, H2 O2 |
Осадок не выпал | |||
| Раствор 4 | NH4
Cl |
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: 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: . 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
.
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: . 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 .
Пустая порода, часть сульфидов и окислов железа переходит в шлак, а на дне печи скапливается штейн – расплав сульфида меди Cu2
S 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: .
Сульфид меди и закись меди дают металлическую черновую медь:
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 (Cu2
O, CuO, CuCO3
*Cu(OH)2
). Эти руды обогащения прокаливают с коксом при высокой температуре: . [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:
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:
[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
*5H2
O. 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 XXвека 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)2
CO3
– 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(CH3
COO)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.