Cu это металл: Медь — Википедия

| 26.03.2018 | 0 | Разное

Медь — Википедия

Медь (Cu от лат. Cuprum) — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода (побочной подгруппы первой группы) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко используется человеком.

Медь
← Никель | Цинк →
пластичный металл красно-розового цвета
Самородная медь
Название, символ, номер	Медь/Cuprum (Cu), 29
Атомная масса (молярная масса)	63,546(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s1
Радиус атома	128 пм
Ковалентный радиус	117 пм
Радиус иона	(+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм
Электроотрицательность	1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	+0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления	3, 2, 1, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н.  у.)	8,92 г/см³
Температура плавления	1356,55 K (1083,4 °С)
Температура кипения	2567 °С
Уд. теплота плавления	13,01 кДж/моль
Уд. теплота испарения	304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,44[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	7,1 см³/моль
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	3,615 Å
Температура Дебая	315 K
Теплопроводность	(300 K) 401 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-50-8

Медь — один из первых металлов, хорошо освоенных человеком из-за доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Одни из самых древних изделий из меди, а также шлак — свидетельство выплавки её из руд — найдены на территории Турции, при раскопках поселения Чатал-Гююк^[3]. Медный век, когда значительное распространение получили медные предметы, следует во всемирной истории за каменным веком. Экспериментальные исследования С. А. Семёнова с сотрудниками показали, что, несмотря на мягкость меди, медные орудия труда по сравнению с каменными дают значительный выигрыш в скорости рубки, строгания, сверления и распилки древесины, а на обработку кости затрачивается примерно такое же время, как для каменных орудий

[4].

В древности медь применялась также в виде сплава с оловом — бронзы — для изготовления оружия и т. п., бронзовый век пришёл на смену медному. Сплав меди с оловом (бронзу) получили впервые за 3000 лет до н. э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало её пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопках. На смену бронзовому веку относительно орудий труда пришёл железный век.

Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига.

Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

2CO+(CuOH)2CO3→2Cu+3CO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {2CO+(CuOH)_{2}CO_{3}\rightarrow 2Cu+3CO_{2}+H_{2}O}}} 

На Кипре уже в 3 тысячелетии до нашей эры существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н. э. Остатки их находят на Урале (наиболее известное месторождение — Каргалы), в Закавказье, в Сибири, на Алтае, на территории Украины.

В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров. Много меди шло на изготовление колоколов. Из бронзы были отлиты такие произведения литейного искусства, как Царь-пушка (1586 г.), Царь-колокол (1735 г.), Медный всадник (1782 г.), в Японии была отлита статуя Большого Будды (храм Тодай-дзи) (752 г.

).

С открытием электричества в XVIII—XIX вв. большие объёмы меди стали идти на производство проводов и других связанных с ним изделий. И хотя в XX в. провода часто стали делать из алюминия, медь не потеряла значения в электротехнике^[5].

Происхождение названияПравить

Латинское название меди Cuprum (древнелат. aes cuprium, aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где было богатое месторождение.

У Страбона медь именуется χαλκός, от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди aes (санскр. ayas, готск. aiz, нем. erz, англ. ore) означает руда или рудник.

Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках: ст.‑слав. *mědь «медь» не имеет чёткой этимологии, возможно, исконное слово

[6]^[7]. В. И. Абаев предполагал происхождение слова от названия страны Мидия: *Мѣдь из ир. Мādа — через посредство греч. Μηδία^[8]. Согласно этимологии М. Фасмера, слово «медь» родственно др-герм. smid «кузнец», smîdа «металл»^[8].

Медь обозначалась алхимическим символом «♀» — «зеркало Венеры», и иногда сама медь именовалась алхимиками тоже как «венера». Это связано с тем, что богиня красоты Венера (Афродита), являлась богиней Кипра^[9], и из меди делались зеркала. Этот символ Венеры также был изображён на брэнде Полевского медеплавильного завода, им с 1735 по 1759 годы клеймилась полевская медь, и изображён на современном гербе города Полевской^[9][10]. С Гумёшевским рудником Полевского, — крупнейшим в XVIII−XIX веках месторождением медных руд Российской империи на Среднем Урале, — связан известный персонаж сказов П. П. Бажова — Хозяйка медной горы, покровительница добычи малахита и меди. По одной из гипотез, она является преломлённым народным сознанием образом богини Венеры

[9].

Нахождение в природеПравить

  Самородная медь

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7—5,5)·10⁻³% (по массе)^[2]. В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10⁻⁷ % и 10⁻⁷ % (по массе) соответственно^[2].

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂CO₃

(OH)₂. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн^[11]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Забайкальском крае, Жезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси)^[12].

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Физические свойстваПравить

  Кристаллы меди

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4. {28}}  (атом/м³).

Изотопы медиПравить

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов — ⁶³Cu (изотопная распространённость 69,1 %) и ⁶⁵Cu (30,9 %). Известны более двух десятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых ⁶⁷Cu с периодом полураспада 62 часа

[15].

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз.

Пирометаллургический методПравить

• Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS₂. Халькопиритное сырьё содержит 0,5—2,0 % Cu. После флотационного обогащения исходной руды концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 1400 °C :

2CuFeS2+O2⟶Cu2S+2FeS+SO2↑{\displaystyle {\mathsf {2CuFeS_{2}+O_{2}\longrightarrow Cu_{2}S+2FeS+SO_{2}\uparrow }}} 

2FeS+3O2⟶2FeO+2SO2↑{\displaystyle {\mathsf {2FeS+3O_{2}\longrightarrow 2FeO+2SO_{2}\uparrow }}} 

Затем обожжённый концентрат подвергают плавке на штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезём:

FeO+SiO2⟶FeSiO3{\displaystyle {\mathsf {FeO+SiO_{2}\longrightarrow FeSiO_{3}}}} 

Образующийся силикат в виде шлака всплывает, и его отделяют. Оставшийся на дне штейн — сплав сульфидов FeS и Cu₂S — подвергают бессемеровской плавке. Для этого расплавленный штейн переливают в конвертер, в который продувают кислород. При этом оставшийся сульфид железа окисляется до оксида и с помощью кремнезёма выводится из процесса в виде силиката. Сульфид меди частично окисляется до оксида и затем восстанавливается до металлической (черновой) меди:

2Cu2S+3O2⟶2Cu2O+2SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}S+3O_{2}\longrightarrow 2Cu_{2}O+2SO_{2}}}} 

2Cu2O+Cu2S⟶6Cu+SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+Cu_{2}S\longrightarrow 6Cu+SO_{2}}}} 

Получаемая металлическая (черновая) медь содержит 90,95 % металла и подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкислённого раствора медного купороса. {+}}}} 

2CuSO4+2h3O⟶2Cu↓+O2↑+2h3SO4{\displaystyle {\mathsf {2CuSO_{4}+2H_{2}O\longrightarrow 2Cu\downarrow +O_{2}\uparrow +2H_{2}SO_{4}}}} 

Химические свойстваПравить

Возможные степени окисленияПравить

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu₂O, CuCl, CuI и т. п.) или комплексах (например, [Cu(NH₃)₂]⁺). Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях и комплексах можно получить соединения со степенью окисления +3, +4 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B₁₁H₁₁)₂³⁻, полученных в 1994 году.

Простое веществоПравить

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не вступает в реакцию с водой и разбавленной соляной

Медь – это. .. Что такое Медь?

Внешний вид простого вещества
Пластичный металл золотисто-розового цвета
Свойства атома
Имя, символ, номер	Медь/Cuprum (Cu), 29
Атомная масса (молярная масса)	63,546 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s1
Радиус атома	128 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	117 пм
Радиус иона	(+2e) 72 (+1e) 96 пм
Электроотрицательность	1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	+0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления	3, 2, 1, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	8,92 г/см³
Температура плавления	1356,55 (1 083,4 С)
Температура кипения	2840,15 K
Теплота плавления	13,01 кДж/моль
Теплота испарения	304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,44[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём	7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	3,615 Å
Температура Дебая	315 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 401 Вт/(м·К)

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

История и происхождение названия

Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для изготовления оружия и т. п. (см бронзовый век).

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

У Страбона медь именуется халкосом, от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди Aes (санскр, ayas, готское aiz, герм. erz, англ. ore) означает руда или рудник. Сторонники индогерманской теории происхождения европейских языков считают русское слово медь (польск. miedz, чешск. med) родственным древненемецкому smida (металл) и Schmied (кузнец, англ. Smith). От этого слова произошли и родственные названия — медаль, медальон (франц. medaille). Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Алхимики именовали медь «венера» (Venus). В более древние времена встречается название «марс» (Mars).

См. также: История меди и бронзы

Нахождение в природе

Самородная медь

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂CO₃(OH)₂. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн^[2]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Забайкальском крае, Джезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси)^[3].

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Физические свойства

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь – один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвертой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Медь обладает высокой тепло-^[4] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C 55,5-58 МСм/м^[5]. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем, баббиты — со свинцом и другие.

Изотопы меди

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов — ⁶³Cu ⁶⁵Cu с распространённостью 69 и 31 атомных процентов соответственно. Известны более двух деясятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых ⁶⁷Cu с периодом полураспада 62 часа.

Химические свойства

Возможные степени окисления

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu₂O, CuCl, CuI и т. п.) или комплексах (например [Cu(NH₃)₂]⁺. Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B₁₁H₁₁)₂³⁻, полученных в 1994 году.

Простое вещество

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не реагирует с водой, разбавленной соляной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода, цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами.

На влажном воздухе медь окисляется, образуя основный карбонат меди(II):

Реагирует с концентрированной холодной серной кислотой:

С концентрированной горячей серной кислотой:

С безводной серной кислотой при 200 °C:

C разбавленной серной кислотой при нагревании в присутствии кислорода воздуха:

Реагирует с концентрированной азотной кислотой:

С разбавленной азотной кислотой:

С царской водкой:

C разбавленной хлороводородной кислотой в присутствии кислорода:

С газообразным хлороводородом при 500—600 °C:

С бромоводородом:

Также медь реагирует с концентрированной уксусной кислотой в присутствии кислорода:

Медь растворяется в концентрированном гидроксиде аммония, с образованием аммиакатов:

Окисляется до оксида меди(I) при недостатке кислорода и 200 °C и до оксида меди(II), при избытке кислорода и температурах порядка 400—500 °C:

Медный порошок реагирует с хлором, серой (в жидком сероуглероде) и бромом (в эфире), при комнатной температуре:

При 300—400 °C реагирует с серой и селеном:

C оксидами неметаллов:

Медь реагирует с цианидом калия с образованием дицианокупрата(I) калия, щелочи и водорода:

С концентрированной соляной кислотой и хлоратом калия:

Соединения меди(I)

Степени окисления +1 соответствует оксид Cu₂O красно-оранжевого цвета. Соответствующий гидроксид CuOH (жёлтого цвета) быстро разлагается с образованием оксида. Гидроксид CuOH проявляет основные свойства.

Многие соединения меди +1 имеют белую окраску либо бесцветны. Это объясняется тем, что в ионе Сu⁺ все пять Зd-орбиталей заполнены парами электронов.

Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легко диспропорционируют:

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

Свойства соединений меди (I) похожи на свойства соединений серебра (I). В частности, CuCl, CuBr и CuI нерастворимы. Также существует нестабильный сульфат меди(I)

Соединения меди(II)

Степень окисления II — наиболее стабильная степень окисления меди. Ей соответсвует чёрный оксид CuO и голубой гидроксид Cu(OH)₂, который при стоянии легко отщепляет воду и при этом чернеет:

Гидроксид меди (II) носит преимущественно основный характер и только в концентрированной щелочи частично растворяется с образованием синего гидроксокомплекса. Наибольшее значение имеет реакция гидроксида меди (II) с водным раствором аммиака, про которой образуется так называемый реактив Швейцера (растворитель целлюлозы):

Соли меди(II) образуются при растворении меди в кислотах-окислителях (азотной, концентрированной серной). Большинство солей в этой степени окисления имеют синюю или зелёную окраску.

Соединения меди(II) обладают слабыми окислительными свойствами, что используется в анализе (например, использование реактива Фелинга).

Карбонат меди(II) имеет зелёную окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди и медных сплавов при взаимодействии оксидной плёнки с углекислым газом воздуха в присутствии воды. Сульфат меди(II) при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO₄∙5H₂O, используется как фунгицид.

Оксид меди (II) используются для получения оксида иттрия бария меди (YBa₂Cu₃O_7-δ), который является основой для получения сверхпроводников.

Соединения меди(III) и меди(IV)

Степени окисления III и IV являются малоустойчивыми степенями окисления и представлены только соединениями с кислородом, фтором или в виде комплексов.

Аналитическая химия меди

Возбуждённые атомы меди окрашивают пламя в голубовато-зелёный цвет

Медь можно обнаружить в растворе по зелёно-голубой окраске пламени бунзеновской горелки, при внесении в него платиновой проволочки, смоченной исследуемым раствором.

• Традиционно количественное определение меди в слабокислых растворах проводилось с помощью пропускания через него сероводорода, при этой сульфид меди выпадает в далее взвешиваемый осадок .
• В растворах, при отсутствии мешающих ионов медь может быть определена комплексонометрически или потенциометрически, ионометрически.
• Микроколичества меди в растворах определяют кинетическими и спектральными методами.

Применение

В электротехнике

Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру, удельное сопротивление при 20 °C 0,01724-0,0180 мкОм·м^[5]), медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %^[6].

Теплообмен

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

Для производства труб

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

В России производство водогазопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005^[7], а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.

Сплавы

Сплавы на основе меди

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого пушечного металла, который в XVI—XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. Большое количество латуни идёт на изготовление гильз артиллейрийских боеприпасов и оружейных гильз, благодаря технологичности и высокой пластичности.

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30—40 кгс/мм² у сплавов и 25-29 кгс/мм² у технически чистой меди. Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не изменяют механических свойств при термической обработке, и их механические свойства и износостойкость определяются только химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900—12000 кгс/мм², ниже, чем у стали). Основное преимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред (медно-никелевые сплавы и алюминиевые бронзы) и хорошей электропроводностью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных. Медноникелевый сплав (мельхиор) используются для чеканки разменной монеты^[8].

Медноникелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении (трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой) и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за высокой коррозионной устойчивости.

Медь является важным компонентом твёрдых припоев — сплавов с температурой плавления 590—880 градусов Цельсия, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно, из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей

Сплавы, в которых медь значима

Дюраль (дюралюминий) определяют, как сплав алюминия и меди (меди в дюрали 4,4 %).

Ювелирные сплавы

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

Соединения меди

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

Другие сферы применения

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

Широко применяется медь в архитектуре. Кровли и фасады из тонкой листовой меди из-за автозатухания процесса коррозии медного листа служат безаварийно по 100—150 лет. В России использование медного листа для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006^[9].

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

Пары меди используются в качестве рабочего тела в лазерах на парах меди, на длинах волн генерации 511 и 578 нм.

Стоимость

На 2011 год стоимость меди составляет около $8900 за тонну^[10].

Биологическая роль

Продукты, богатые медью.

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина.

Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем молекулярный кислород белке гемоцианине. В крови всех головоногих и большинства брюхоногих моллюсков и членистоногих медь входит в состав гемоцианина в виде имидазольного комплекса иона меди, роль, аналогичная роли порфиринового комплекса железа в молекуле белка гемоглобина в крови позвоночных животных.

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

При недостатке меди в хондро- и остеобластах снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен, в результате замедляется и нарушается рост костных тканей^[11].

Токсичность

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

В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта^[12].

Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла^[12]. Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде.

Бактерицидность

Бактерицидные свойства меди и её сплавов были известны человеку давно. В 2008 году после длительных исследований Федеральное Агентство по Охране Окружающей Среды США (US EPA) официально присвоило меди и нескольким сплавам меди статус веществ с бактерицидной поверхностью^[13] (агентство подчёркивает, что использование меди в качестве бактерицидного вещества может дополнять, но не должно заменять стандартную практику инфекционного контроля). Особенно выражено бактерицидное действие поверхностей из меди (и её сплавов) проявляется в отношении метициллин-устойчивого штамма стафилококка золотистого, известного как «супермикроб» MRSA^[14]. Летом 2009 была установлена роль меди и сплавов меди в инактивировании вируса гриппа A/h2N1 (т. н. «свиной грипп»)^[15].

Органолептические свойства

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

Производство, добыча и запасы меди

Мировая добыча меди в 2000 году составляла около 15 млн т, a в 2004 году — около 14 млн т^[16][17]. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т подтверждённые запасы^[16], на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов^[16]. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет.

Производство рафинированной меди в России в 2006 году составило 881,2 тыс. тонн, потребление — 591,4 тыс. тонн^[18]. Основными производителями меди в России являлись:

К указанным производителям меди в России в 2009 году присоединился Холдинг «Металлоинвест», выкупивший права на разработку нового месторождения меди «Удоканское»^[19]. Мировое производство меди в 2007 году составляло^[20] 15,4 млн т, а в 2008 году — 15,7 млн т Лидерами производства были:

1.  Чили (5,560 млн т в 2007 г. и 5,600 млн т в 2008 г.),
2.  США (1,170/1,310),
3.  Перу (1,190/1,220),
4.  КНР (0,946/1,000),
5.  Австралия (0,870/0,850),
6.  Россия (0,740/0,750),
7.  Индонезия (0,797/0,650),
8.  Канада (0,589/0,590),
9.  Замбия (0,520/0,560),
10.  Казахстан (0,407/0,460),
11.  Польша (0,452/0,430),
12.  Мексика (0,347/0,270).

Смотрим также более полный список стран по производству меди.

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

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

Способы добычи

Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Сплав меди с оловом (бронзу) получили впервые за 3000 лет до н. э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало её пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах.

Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н.  э. Остатки их находят на Урале (наиболее известное месторождение — Каргалы), в Закавказье, на Украине, в Сибири, на Алтае.

В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров.

Сейчас известно более 170 минералов, содержащих медь, но из них только 14—15 имеют промышленное значение. Это — халькопирит (он же медный колчедан), малахит, встречается и самородная медь. В медных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже — золото, серебро. Обычно медные руды обогащаются на фабриках, прежде чем поступают на медеплавильные комбинаты. Богаты медью Казахстан, США, Чили, Канада, африканские страны — Заир, Замбия, Южно-Африканская республика.

Эскондида — самый большой в мире карьер, в котором добывают медную руду. Расположен в Чили.

Современные способы добычи

90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10 % — гидрометаллургическим. Гидрометаллургический способ — это получение меди путём её выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора. Пирометаллургический способ состоит из нескольких этапов: обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.

Для обогащения медных руд используется метод флотации (основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы), который позволяет получать медный концентрат, содержащий от 10 до 35 % меди.

Медные руды и концентраты с большим содержанием серы подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700—800 °C в присутствии кислорода воздуха, сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое от первоначального. Обжигают только бедные (с содержанием меди от 8 до 25 %) концентраты, а богатые (от 25 до 35 % меди) плавят без обжига.

После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа. Штейн содержит от 30 до 50 % меди, 20—40 % железа, 22—25 % серы, кроме того, штейн содержит примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки 1450 °C.

С целью окисления сульфидов и железа, полученный медный штейн подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак. Температура в конвертере составляет 1200—1300 °C. Интересно, что тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций, без подачи топлива. Таким образом, в конвертере получают черновую медь, содержащую 98,4—99,4 % меди, 0,01—0,04 % железа, 0,02—0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота. Эту медь сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине.

Далее, для удаления вредных примесей, черновую медь рафинируют (проводят огневое, а затем электролитическое рафинирование). Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99,0—99,7 %. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой меди (99,95 %). Электролиз проводят в ваннах, где анод — из меди огневого рафинирования, а катод — из тонких листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор. При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, и, очищенная от примесей, осаждается на катодах. Примеси оседают на дно ванны в виде шлака, который идёт на переработку с целью извлечения ценных металлов. Катоды выгружают через 5—12 дней, когда их масса достигнет от 60 до 90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах^[21].

Влияние на экологию

При открытом способе добычи после её прекращения карьер становится источником токсичных веществ. Самое токсичное озеро в мире — Беркли Пит — образовалось в кратере медного рудника.

Интересные факты

• Индейцы культуры Чонос (Эквадор) ещё в XV—XVI веках выплавляли медь с содержанием 99,5 % и употребляли её в качестве монеты в виде топориков 2 мм по сторонам и 0,5 мм толщиной. Данная монета ходила по всему западному побережью Южной Америки, в том числе и в государстве Инков^[22].
• В Японии медным трубопроводам для газа в зданиях присвоен статус «сейсмостойких».
• Инструменты, изготовленные из меди и её сплавов не создают искр, а потому применяются там, где существуют особые требования безопасности (огнеопасные, взрывоопасные производства).
• В организме взрослого человека содержится до 80 мг меди.
• Польские учёные установили, что в тех водоёмах, где присутствует медь, карпы отличаются крупными размерами. В прудах или озёрах, где меди нет, быстро развивается грибок, который поражает карпов^[23].

Примечания

1. ↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т.  — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 7. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8
2. ↑ Медь самородная в БСЭ
3. ↑ Крупнейшие мономинеральные месторождения (рудные районы, бассейны)
4. ↑ при 20 °С 394,279 Вт/(м·К), то есть 0,941 кал/(см·сек·°С)
5. ↑ ^{1 2} Электротехнический справочник. Т. 1. / Составитель И. И. Алиев. — М. : ИП РадиоСофт, 2006. — C. 246. — ISBN 5-93037-157-1
6. ↑ Применение меди
7. ↑ ГОСТ Р 52318-2005 Трубы медные круглого сечения для воды и газа. Технические условия
8. ↑ Смирягин А. П.,Смирягина Н. А., Белова А. В. Промышленные цветные металлы и сплавы. 3-е изд. — Металлургия, 1974. — С. 321. — 488 с.
9. ↑ СП 31-116-2006 Проектирование и устройство кровель из листовой меди
10. ↑ Цена меди
11. ↑ Медь и рост человека // Наука и жизнь. — М.: «Правда», 1990. — № 1. — С. 17.
12. ↑ ^{1 2} CHEMICAL FACT SHEETS  (англ.). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 29 декабря 2009.
13. ↑ US EPA
14. ↑ В США наблюдается вспышка инфекции MRSA за пределами госпиталей
15. ↑ British Scientist Shares Expertise on Swine Flu Control in Beijing
16. ↑ ^{1 2 3} Производство меди
17. ↑ В 2005 г. мировая добыча меди увеличится на 8 % до 15,7 млн т. — Новости металлургии
18. ↑ Стратегия развития металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2020 года. Минпромэнерго РФ (18 марта 2009). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 29 декабря 2009.
19. ↑ Металлонвест оплатил лицензию за Удокан
20. ↑ MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2009
21. ↑ Получение меди
22. ↑ Espinoza Soriano, Waldemar. Etnohistoria ecuatoriana: estudios y documentos. — Quito: Abya-Yala, 1988. — p. 135.
23. ↑ Интересные факты о меди и медных трубах

Литература

Ссылки

Электрохимический ряд активности металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Соединения меди

 

Купрум – это… Что такое Купрум?

Медь / Cuprum (Cu)
Атомный номер	29
Внешний вид простого вещества	пластичный металл золотисто-розового цвета
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	63,546 а.  е. м. (г/моль)
Радиус атома	128 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s1
Химические свойства
Ковалентный радиус	117 пм
Радиус иона	(+2e) 72 (+1e) 96 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,90
Электродный потенциал	+0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления	2, 1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	8,96 г/см³
Удельная теплоёмкость	24,465 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	401 Вт/(м·K)
Температура плавления	1356,6 K
Теплота плавления	13,01 кДж/моль
Температура кипения	2840 K
Теплота испарения	304,6 кДж/моль
Молярный объём	7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Период решётки	3,615 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	315,00 K

Медь — химический элемент с атомным номером 29 в периодической системе, обозначается символом Cu (лат.  Cuprum от названия острова Кипр где добывали медь), красновато-золотистого цвета (розовый при отсутствии оксидной пленки). Простое вещество медь — это пластичный переходный металл, с давних пор широко применяемый человеком.

История и происхождение названия

Схема атома меди

Из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для изготовления оружия и т. п. (см бронзовый век).

Нахождение в природе

Самородная медь

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

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

Физические свойства

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

Плотность — 8,94*10³ кг/м³

Удельная теплоёмкость при 20 °С — 390 Дж/кг*К

Удельное электрическое сопротивление при 20-100 °С — 1,78·10^-8 Ом·м

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

Химические свойства

Хорошо проводит тепло. На воздухе покрывается оксидной плёнкой.

Соединения

Медный купорос

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

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

Соединения меди(I)

Многие соединения меди(I) имеют белую окраску либо бесцветны. Это объясняется тем, что в ионе меди(I) все пять Зd-орбиталей заполнены парами электронов. Однако оксид Cu₂0 имеет красновато-коричневую окраску. Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легко подвергаются диспропорционированию:

2Cu+(водн. ) → Cu²⁺(водн.) + Cu(тв.)

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

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

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

CuCl₂(тв.) → 2CuCl(тв.) + Cl₂(г.)

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

Аналитическая химия меди

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

Применение

В электротехнике

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

Теплообмен

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

Для производства труб

В связи с высокой механической прочностью, но одновременно пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения, в Великобритании и Швеции для отопления. В России производство водопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005 [3], а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.

Наиболее распространённые сплавы — бронза и латунь

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

Ювелирные сплавы

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

Соединения меди

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

Другие сферы применения

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

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

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

Биологическая роль

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

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

Токсичность

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

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

Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла^[1]. Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде. Общее число лиц, поражённых заболеванием, например, в США, составляет ок. 35 000 человек, то есть 0,01 % от общего числа водопользователей.

Бактерицидность

Бактерицидные свойства меди и ее сплавов были известны человеку давно. В 2008 году после длительных исследований Федеральное Агентство по Охране Окружающей Среды США (US EPA) [6] официально присвоило меди и нескольким сплавам меди статус веществ с бактерицидной поверхностью [7]. Особено выраженно бактерицидное действие поверхностей медных (и сплавов меди) проявляется в отношении метициллин-устойчивого штамма стафилококка золотистого, извесного как «супермикроб» MRSA [8]:

Органолептические свойства

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

Производство, добыча и запасы меди

Мировая добыча меди в 2000 году составляла около 15 млн т., a в 2004 году — около 14 млн т. ^[2][3]. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т., из них 687 млн т. подтверждённые запасы ^[2], на долю России приходилось 3.2 % общих и 3.1 % подтверждённых мировых запасов ^[2]. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет.

Производство рафинированной меди в России в 2006 году составило 1,009 тыс. тонн, потребление — 714 тыс. тонн^[4]. Основными производителями меди в России являются:

Как добывают медь Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Нашли однажды самородок, который весил 420 т. Наверняка медь была первым металлом, с которым познакомились древние люди. Первые свои орудия делали они из кремниевой и железной руды, из меди, и уже потом научились изготовлять их из бронзы и железа. Сплав меди с оловом (бронзу) получили впервые за 3000 лет до н.э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало ее пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах. Добычу меди называют прабабушкой металлургии. Ее добыча и выплавка были налажены еще в Древнем Египте, во времена фараона Рамзеса II (1300—1200 гг. до н.э.). Древние египтяне нагнетали воздух в плавильные печи с помощью мехов, а древесный уголь получали из акации и финиковой пальмы. Они выплавили около 100 т чистой меди. На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н.э. Остатки их находят на Урале, в Закавказье, на Украине, в Сибири, на Алтае. В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров. О нем напоминает теперешняя Пушечная улица в Москве. Сейчас известно более 170 минералов, содержащих медь, но из них только 14—15 имеют промышленное значение. Это — халькопирит (он же медный колчедан), малахит, встречается и самородная медь. В медных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже — золото, серебро. Обычно мед-ные руды обогащаются на фабриках, прежде чем поступают на медеплавильные комбинаты. Богаты медью Казахстан, США, Чили, Канада, африканские страны — Заир, Замбия, Южно-Африканская республика. Очень крупное Удоканское месторождение медной руды сравнительно недавно обнаружено на севере Читинской области.

Большая часть добываемой меди используется в электротехнике, потому что медь обладает высокой электропроводностью, уступая в этом только серебру, которое, конечно, намного дороже. Миллионы километров проводов опутали земной шар, и большинство из них медные. Медь нужна для производства двигателей, телевизоров, телефонных аппаратов, различных электроприборов, автомобилей, электровозов, холодильников и даже музыкальных инструментов. Ее используют в химической промышленности для борьбы с вредителями садов и огородов, для подкормки растений и животных. Всюду нужна медь. По объему мирового производства и потребления медь занимает третье место после железа и алюминия.

Ссылки

Примечания

1. ↑ [1]
2. ↑ ^{1 2 3} http://www.ecsocman.edu.ru/db/msg/142462.html
3. ↑ http://www.metalinfo.ru/ru/news/12150
4. ↑ Минпромэнерго РФ, «Стратегия развития металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2015 года» [2]

Wikimedia Foundation. 2010.

Медь. Химия меди и ее соединений

Медь

1. Положение меди в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение меди
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства

Оксид меди (II)

Оксид меди (I)

Гидроксид меди (II)

Соли меди

 

 

Медь

 

 

Положение в периодической системе химических элементов

Медь расположена в 11 группе  (или в  побочной подгруппе II группы в короткопериодной  ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение меди

Электронная конфигурация  меди в основном состоянии:

+29Cu 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹ 1s  2s 2p

3s   3p    4s     3d

У атома меди уже в основном энергетическом состоянии происходит провал (проскок) электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень.

Физические свойства 

Медь – твердый металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Медь относительно легко поддается механической обработке.  В природе встречается в том числе в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства.

Изображение с портала zen.yandex.com/media/id/5d426107ae56cc00ad977411/uralskaia-boginia-liubvi-5d6bcceda660d700b075a12d

 

Температура плавления 1083,4^оС, температура кипения 2567^оС, плотность меди 8,92 г/см³.

 

 

Нахождение в природе

 

Медь встречается в земной коре (0,0047-0,0055 масс.%), в речной и морской воде. В природе медь встречается как в соединениях, так и в самородном виде. В промышленности используют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Также распространены и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂(OH)₂CO₃. Иногда медь встречается в самородном виде, масса которых может достигать 400 тонн.

 

Способы получения меди

 

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — электролиз, пирометаллургический и гидрометаллургический.

• Гидрометаллургический метод: растворение медных минералов в разбавленных растворах серной кислоты, с последующим вытеснением металлическим железом.

Например, вытеснение меди из сульфата железом:

CuSO₄ + Fe = Cu + FeSO₄

Видеоопыт взаимодействия сульфата меди (II) с железом можно посмотреть здесь.

 

• Пирометаллургический метод: получение меди из сульфидных руд. Это сложный процесс, который включает большое количество реакций. Основные стадии процесса:

1) Обжиг сульфидов:

2CuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂

2) восстановление меди из оксида, например, водородом:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

• Электролиз растворов солей меди:

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄

 

Качественные реакции на ионы меди (II)

 

Качественная реакция на ионы меди +2 – взаимодействие солей меди (II) с щелочами. При этом образуется голубой осадок гидроксида меди(II).

Например, сульфат меди (II) взаимодействует с гидроксидом натрия:

CuSO₄   +   2NaOH   →   Cu(OH)₂   +  Na₂SO₄

 

 

Соли меди (II) окрашивают пламя в зеленый цвет.

 

 

Химические свойства меди

 

В соединениях медь может проявлять степени окисления +1 и +2.

1. Медь — химически малоактивный металл. При нагревании медь может реагировать с некоторыми неметаллами: кислородом, серой, галогенами.

1.1. При нагревании медь реагирует с достаточно сильными окислителями, например, с кислородом, образуя CuО, Cu₂О в зависимости от условий:

4Cu  +  О₂ → 2Cu₂О

2Cu  +  О₂ → 2CuО

 

1. 2. Медь реагирует с серой с образованием сульфида меди (II):

Cu  +  S  → CuS

Видеоопыт взаимодействия меди с серой можно посмотреть здесь.

 

1.3. Медь взаимодействует с галогенами. При этом образуются галогениды меди (II):

Cu  +  Cl₂  =  CuCl₂

Сu  +  Br₂  =  CuBr₂

 

Видеоопыт взаимодействия меди с хлором можно посмотреть здесь.

 

1.4. С азотом, углеродом и кремнием медь не реагирует:

Cu   +  N₂    ≠  

Cu   +  C    ≠  

Cu   +  Si    ≠  

1.5. Медь не взаимодействует с водородом.

Cu   +  H₂    ≠  

 

1. 6. Медь взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

2Cu  +  O₂  →  2CuO

 

2. Медь взаимодействует и со сложными веществами:

2.1. Медь в сухом воздухе и при комнатной температуре не окисляется, но во влажном воздухе, в присутствии оксида углерода (IV) покрывается зеленым налетом карбоната гидроксомеди (II):

2Cu   +  H₂O  +  CO₂  + O₂ =  (CuOH)₂CO₃

 

2.2. В ряду напряжений медь находится правее водорода и поэтому не может вытеснить водород из растворов минеральных кислот (разбавленной серной кислоты и др.).

Например, медь не реагирует с разбавленной серной кислотой:

Cu   +  H₂SO₄ (разб.)    ≠  

Видеоопыт взаимодействия меди с соляной кислотой можно посмотреть здесь.

 

2.3. При этом медь реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат меди (II) и вода:

Cu  +  2H₂SO_4(конц.) →  CuSO₄  +  SO₂  +  2H₂O

 

2.4. Медь реагирует даже при обычных условиях с азотной кислотой.

С концентрированной азотной кислотой:

Cu  +  4HNO_3(конц.)  =  Cu(NO₃)₂  +  2NO₂  +  2H₂O

С разбавленной азотной кислотой:

3Cu  +  8HNO_3(разб.)  =  3Cu(NO₃)₂  +  2NO  +  4H₂O

 

Реакция меди с азотной кислотой

 

2. 5. Растворы щелочей на медь практически не действуют.

2.6. Медь вытесняет металлы, стоящие правее в ряду напряжений, из растворов их солей.

Например, медь реагирует с нитратом ртути (II) с образованием нитрата меди (II) и ртути:

Hg(NO₃)₂   +  Cu  =   Cu(NO₃)₂   +  Hg

2.7. Медь окисляется оксидом азота (IV) и солями  железа (III)

2Cu   +   NO₂   =   Cu₂O   +  NO

2FeCl₃   +   Cu  =  2FeCl₂  +  CuCl₂

 

Оксид меди (II)

 

Оксид меди (II) CuO – твердое кристаллическое вещество черного цвета.

 

Способы получения оксида меди (II)

Оксид меди (II) можно получить различными методами:

1. Термическим разложением гидроксида меди (II) при 200°С: 

Cu(OH)₂   →   CuO   +  H₂O

2. В лаборатории оксид меди (II) получают окислением меди при нагревании на воздухе при 400–500°С:

2Cu   +   O₂      2CuO           

 3. В лаборатории оксид меди (II) также получают прокаливанием солей (CuOH)₂CO₃, Cu(NO₃)₂:

(CuOH)₂CO₃     2CuO   +   CO₂   +   H₂O

2Cu(NO₃)₂       2CuO    +   4NO₂   +   O₂

 

Химические свойства оксида меди (II)

Оксид меди (II) – основный оксид (при этом у него есть слабо выраженные амфотерные свойства). При этом он является довольно сильным окислителем.

1. При взаимодействии оксида меди (II) с сильными и растворимыми кислотами образуются соли.

Например, оксид меди (II) взаимодействует с соляной кислотой:

СuO  +  2HBr  =  CuBr₂  +  H₂O

CuO  +  2HCl  =  CuCl₂  +  H₂O

Видеоопыт взаимодействия оксида меди (II) с серной кислотой можно посмотреть здесь.

 

2. Оксид меди (II) вступает в реакцию с кислотными оксидами. 

Например, оксид меди (II) взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата меди (II):

CuO  + SO₃  → CuSO₄

3. Оксид меди (II) не взаимодействует с водой.

4. В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (II) проявляют окислительные свойства:

Например, оксид меди (II) окисляет аммиак:

3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂ + 3H₂O

Оксид меди (II) можно восстановить углеродом, водородом или угарным газом при нагревании:

СuO + C  → Cu + CO

Видеоопыт взаимодействия оксида меди (II) с водородом можно посмотреть здесь.

 

Более активные металлы вытесняют медь из оксида.

Например, алюминий восстанавливает оксид меди (II):

3CuO + 2Al = 3Cu + Al₂O₃

 

Оксид меди (I)

Оксид меди (I) Cu₂O – твердое кристаллическое вещество коричнево-красного цвета.

 

Способы получения оксида меди (I)

В лаборатории оксид меди (I) получают восстановлением свежеосажденного гидроксида меди (II), например, альдегидами или глюкозой:

CH₃CHO   +  2Cu(OH)₂  → CH₃COOH   +   Cu₂O↓   +   2H₂O

CH₂ОН(CHOН)₄СНО   +  2Cu(OH)₂   →  CH₂ОН(CHOН)₄СООН  +   Cu₂O↓   +   2H₂O

Химические свойства оксида меди (I)

1. Оксид меди (I) обладает основными свойствами.

При действии на оксид меди (I) галогеноводородных кислот получают галогениды меди (I) и воду:

Например, соляная кислота с оксидом меди (I) образует хлорид меди (I):

Cu₂O  +  2HCl   =   2CuCl↓   +  H₂O

2. При растворении Cu₂O в концентрированной серной, азотной кислотах образуются только соли меди (II):

Cu₂O  +  3H₂SO_4(конц.)   =  2CuSO₄  +  SO₂  + 3H₂O

Cu₂O  +  6HNO_3(конц.)  =  2Cu(NO₃)₂  +  2NO₂  +  3H₂O

5Cu₂O  +  13H₂SO₄   +  2KMnO₄   =  10CuSO₄  +  2MnSO₄  +   K₂SO₄  + 13H₂O

3. Устойчивыми соединениями меди (I) являются нерастворимые соединения (CuCl, Cu₂S) или комплексные соединения [Cu(NH₃)₂]⁺. Последние получают растворением в концентрированном растворе аммиака оксида меди (I), хлорида меди (I):

Cu₂O  +  4NH₃  +  H₂O  =  2[Cu(NH₃)₂]OH

CuCl   +  2NH₃   =  [Cu(NH₃)₂]Cl

Аммиачные растворы солей меди (I) взаимодействуют с ацетиленом:

СH ≡ CH   +  2[Cu(NH₃)₂]Cl    →   СuC ≡ CCu  +  2NH₄Cl

 

4. В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (I) проявляют окислительно-восстановительную двойственность:

Например, при взаимодействии с угарным газом, более активными металлами или водородом оксид меди (II) проявляет свойства окислителя:

Cu₂O  +  CO  =  2Cu  +  CO₂

Cu₂O  +  H₂  =  2Cu  + H₂O

 3Cu₂O  +  2Al  =  6Cu  +  Al₂O₃

А под действием окислителей, например, кислорода — свойства восстановителя:

2Cu₂O  +  O₂  =  4CuO

 

Гидроксид меди (II)

 

Способы получения гидроксида меди (II)

 

1. Гидроксид меди (II) можно получить действием раствора щелочи на соли меди (II).

Например, хлорид меди (II) реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием гидроксида меди (II) и хлорида натрия:

CuCl₂  +  2NaOH   →   Cu(OH)₂  +  2NaCl

Химические свойства

Гидроксид меди (II) Сu(OН)₂ проявляет слабо выраженные амфотерные свойства (с преобладанием основных).

 

1. Взаимодействует с кислотами.

Например, взаимодействует с бромоводородной кислотой с образованием бромида меди (II) и воды:

 

Сu(OН)₂  +  2HBr  =  CuBr₂  +  2H₂O

Cu(OН)₂  +  2HCl  =  CuCl₂  +  2H₂O

 

2. Гидроксид меди (II) легко взаимодействует с раствором аммиака, образуя сине-фиолетовое комплексное соединение:

 

Сu(OH)₂  +  4(NH₃ · H₂O)   =  [Cu(NH₃)₄](OH)₂   +  4H₂O

Cu(OH)₂  +  4NH₃  =  [Cu(NH₃)₄](OH)₂

 

3. При взаимодействии гидроксида меди (II) с концентрированными (более 40%) растворами щелочей образуется комплексное соединение:

Cu(OH)₂  + 2NaOH_(конц.)  =  Na₂[Cu(OH)₄]

Но этой реакции в ЕГЭ по химии пока нет!

 

4. При нагревании гидроксид меди (II) разлагается:

Сu(OH)₂ → CuO  +  H₂O

Соли меди

 

Соли меди (I)

 

В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (I) проявляют окислительно-восстановительную двойственность. Как восстановители они реагируют с окислителями.

Например, хлорид меди (I) окисляется концентрированной азотной кислотой:

CuCl  +  3HNO_3(конц.)  =  Cu(NO₃)₂  +  HCl  +  NO₂  +  H₂O

Также хлорид меди (I) реагирует с хлором:

2CuCl   +  Cl₂   =  2CuCl₂

 Хлорид меди (I) окисляется кислородом в присутствии соляной кислоты:

4CuCl   +  O₂  +  4HCl   =   4CuCl₂   +  2H₂O

Прочие галогениды меди (I) также легко окисляются другими сильными окислителями:

2CuI  +  4H₂SO₄  +  2MnO₂  =  2CuSO₄  +  2MnSO₄  +  I₂  +  4H₂O

Иодид меди (I)  реагирует с концентрированной серной кислотой:

4CuI   +   5H₂SO_{4(конц. гор.)}  =  4CuSO₄   +  I₂   +   H₂S   +  4H₂O

Сульфид меди (I) реагирует с азотной кислотой. При этом образуются различные продукты окисления серы на холоде и при нагревании:

Cu₂S  +  8HNO_{3(конц.хол.)}   =  2Cu(NO₃)₂  +  S  +  4NO₂  +  4H₂O

 

Cu₂S  +  12HNO_{3(конц.гор.)}   =  Cu(NO₃)₂  +  CuSO₄   +  10NO₂  +  6H₂O

 

Для соединений меди (I) возможна реакция диспропорционирования:

2CuCl  =  Cu   +  CuCl₂

Комплексные соединения типа [Cu(NH₃)₂]⁺ получают растворением в концентрированном растворе аммиака:

CuCl  +  3NH₃  +  H₂O  →   [Cu(NH₃)₂]OH  +  NH₄Cl

 

Соли меди (II)

 

В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (II) проявляют окислительные свойства.

Например, соли меди (II) окисляют иодиды и сульфиты:

2CuCl₂  +  4KI = 2CuI  +  I₂  +  4HCl

 

2CuCl₂  +  Na₂SO₃  +  2NaOH  =  2CuCl  +  Na₂SO₄  +  2NaCl  +  H₂O

 

Бромиды и иодиды меди (II) можно окислить перманганатом калия:

 

5CuBr₂  +  2KMnO₄  +  8H₂SO₄  =  5CuSO₄  +  K₂SO₄  +  2MnSO₄  +  5Br₂  +  8H₂O

 

Соли меди (II) также окисляют сульфиты:

 

2CuSO₄  +  Na₂SO₃   +  2H₂O   =  Cu₂O   +  Na₂SO₄     +  2H₂SO₄

 Более активные металлы вытесняют медь из солей.

Например, сульфат меди (II) реагирует с железом:

CuSO₄  +  Fe  =  FeSO₄  +  Cu

Cu(NO₃)₂   + Fe  =  Fe(NO₃)₂   +  Cu

 

Сульфид меди (II) можно окислить концентрированной азотной кислотой. При нагревании возможно образование сульфата меди (II):

 

CuS  +  8HNO_{3(конц.гор.)}   =   CuSO₄   +   8NO₂   +  4H₂O

 

Еще одна форма этой реакции:

 

CuS  +  10HNO_3(конц.)     =  Cu(NO₃)₂  +  H₂SO₄  +    8NO₂↑ +  4H₂O

 

При горении сульфида меди (II) образуется оксид меди (II)  и диоксид серы:

 

2CuS  +  3O₂    2CuO  +  2SO₂↑

 

Соли меди (II) вступают в обменные реакции, как и все соли.

Например, растворимые соли меди (II) реагируют с сульфидами:

 

CuBr₂  +  Na₂S  =  CuS↓  +  2NaBr

 При взаимодействии солей меди (II) с щелочами образуется голубой осадок гидроксида меди (II):

CuSO₄  +  2NaOH  =  Cu(OH)₂↓  +  Na₂SO₄

 

Электролиз раствора нитрата меди (II):

 

2Cu(NO₃)₂    +   2Н₂О →  2Cu   +   O₂  +  4HNO₃

 

Некоторые соли меди при нагревании разлагаются, например, нитрат меди (II):

 

2Cu(NO₃)₂ → 2CuO  +  4NO₂  +  O₂

 

Основный карбонат меди разлагается на оксид меди (II), углекислый газ и воду:

 

(CuOH)₂CO₃ →  2CuO  +  CO₂  +  H₂O

 

При взаимодействии солей меди (II) с избытком аммиака образуются аммиачные комплексы:

 

CuCl₂  + 4NH₃  =   [Cu(NH₃)₄]Cl₂

 

При смешивании растворов солей меди (II) и карбонатов происходит гидролиз и по катиону слабого основания, и по аниону слабой кислоты:

 

2CuSO₄  +  2Na₂CO₃  +  H₂O  =  (CuOH)₂CO₃↓  +  2Na₂SO₄  +  CO₂

 

 

 

 

 

 

Медь и соединения меди.

 

1) Через раствор хлорида меди (II) с помощью графитовых электродов пропускали постоянный электрический ток. Выделившийся на катоде продукт электролиза растворили в концентрированной  азотной кислоте. Образовавшийся при этом газ собрали  и пропустили через раствор гидроксида натрия. Выделившийся на аноде газообразный продукт электролиза пропустили через горячий раствор гидроксида натрия. Напишите уравнения описанных реакций.

 

2) Вещество, полученное на катоде при электролизе расплава хлорида меди (II), реагирует с серой. Полученный продукт обработали концентрированной азотной кислотой, и выделившийся газ пропустили  через раствор гидроксида бария. Напишите уравнения описанных реакций.

 

3) Неизвестная соль бесцветна и окрашивает пламя в желтый цвет. При легком нагревании этой соли с концентрированной серной кислотой отгоняется жидкость, в которой растворяется медь; последнее превращение сопровождается выделением бурого газа и образованием соли меди. При термическом распаде обеих солей одним из продуктов разложения является кислород. Напишите уравнения описанных реакций.

 

4) При взаимодействии раствора соли А со щелочью было получено студенистое нерастворимое в воде вещество голубого цвета, которое растворили в бесцветной жидкости Б с образованием раствора синего цвета. Твердый продукт, оставшийся после осторожного выпаривания раствора, прокалили; при этом выделились два газа, один из которых бурого цвета, а второй входит в состав атмосферного воздуха, и осталось твердое вещество черного цвета, которое растворяется в жидкости Б с образованием вещества А. Напишите уравнения описанных реакций.

 

5) Медную стружку растворили в разбавленной азотной кислоте, и раствор нейтрализовали едким кали. Выделившееся вещество голубого цвета отделили, прокалили (цвет вещества изменился на черный), смешали с коксом и повторно прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

 

6) В раствор нитрата ртути (II) добавили медную стружку. После окончания реакции раствор профильтровали, и фильтрат по каплям прибавляли к раствору, содержащему едкий натр и гидроксид аммония. При этом наблюдали кратковременное образование осадка, который растворился с образованием раствора ярко-синего цвета. При добавлении в полученный раствор избытка раствора серной кислоты происходило изменение цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

 

7) Оксид меди (I) обработали концентрированной азотной кислотой, раствор осторожно выпарили и твердый остаток прокалили. Газообразные продукты реакции пропустили через большое количество воды и в образовавшийся раствор добавили магниевую стружку, в результате выделился газ, используемый в медицине. Напишите уравнения описанных реакций.

 

8) Твердое вещество, образующееся при нагревании малахита, нагрели в атмосфере водорода. Продукт реакции обработали концентрированной серной кислотой, внесли в раствор хлорида натрия, содержащий медные опилки, в результате образовался осадок. Напишите уравнения описанных реакций.

 

 

9) Соль, полученную при растворении меди в разбавленной азотной кислоте, подвергли электролизу, используя графитовые электроды. Вещество, выделившееся на аноде, ввели во взаимодействие с натрием, а полученный продукт реакции поместили в сосуд с углекислым газом. Напишите уравнения описанных реакций.

 

10) Твердый продукт термического разложения малахита растворили при нагревании в концентрированной азотной кислоте. Раствор осторожно выпарили, и твердый остаток прокалили, получив вещество черного цвета, которое нагрели в избытке аммиака (газ). Напишите уравнения описанных реакций.

 

11) К порошкообразному веществу черного цвета добавили раствор разбавленной серной кислоты и нагрели. В полученный раствор голубого цвета приливали раствор едкого натра до прекращения выделения осадка. Осадок отфильтровали и нагрели. Продукт реакции нагревали в атмосфере водорода, в результате чего получилось вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

 

12) Неизвестное вещество красного цвета нагрели в хлоре, и продукт реакции растворили в воде. В полученный раствор добавили щелочь, выпавший осадок голубого цвета отфильтровали и прокалили. При нагревании продукта прокаливании, который имеет черный цвет, с коксом было получено исходное вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

 

13) Раствор, полученный при взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой, выпарили и осадок прокалили. Газообразные продукты полностью поглощены водой, а над твердым остатком пропустили водород. Напишите уравнения описанных реакций.

 

14) Черный порошок, который образовался при сжигании металла красного цвета в избытке воздуха, растворили в 10%-серной кислоте. В полученный раствор добавили щелочь, и выпавший осадок голубого цвета отделили и растворили в избытке раствора аммиака. Напишите уравнения описанных реакций.

 

15) Вещество черного цвета получили, прокаливая осадок, который образуется при взаимодействии гидроксида натрия и сульфата меди (II). При нагревании этого вещества с углем получают металл красного цвета, который растворяется в концентрированной серной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.

 

16) Металлическую медь обработали при нагревании йодом. Полученный продукт растворили в концентрированной серной кислоте при нагревании. Образовавшийся раствор обработали раствором гидроксидом калия. Выпавший осадок прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

 

17) К раствору хлорида меди (II) добавили избыток раствора соды. Выпавший осадок прокалили, а полученный продукт нагрели в атмосфере водорода. Полученный порошок растворили в разбавленной азотной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.

 

18)  Медь растворили в разбавленной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали серной кислотой до появления характерной голубой окраски солей меди. Напишите уравнения описанных реакций.

 

 

19) Медь растворили в концентрированной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали избытком соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

 

20) Газ, полученный при взаимодействии железных опилок с раствором соляной кислоты, пропустили над нагретым оксидом меди (II) до полного восстановления металла. полученный металл растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшийся раствор подвергли электролизу с инертными электродами. Напишите уравнения описанных реакций.

 

21)  Йод поместили в пробирку с концентрированной горячей азотной кислотой. Выделившийся газ пропустили через воду в присутствии кислорода. В полученный раствор добавили гидроксид меди (II). Образовавшийся раствор выпарили и сухой твердый остаток прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

 

22)  Оранжевый оксид меди поместили в концентрированную серную кислоту и нагрели. К полученному голубому раствору прилили избыток раствора гидроксида калия. выпавший синий осадок отфильтровали, просушили и прокалили. Поученное при этом твердое черное вещество в стеклянную трубку, нагрели и пропустили над ним аммиак. Напишите уравнения описанных реакций.

 

23) Оксид меди (II) обработали раствором серной кислоты. При электролизе образующегося раствора на инертном аноде выделяется газ. Газ смешали с оксидом азота (IV) и поглотили с водой. К разбавленному раствору полученной кислоты добавили магний, в результате чего в растворе образовалось две соли, а выделение газообразного продукта не происходило. Напишите уравнения описанных реакций.

 

24)  Оксид меди (II) нагрели в токе угарного газа. Полученное вещество сожгли в атмосфере хлора. Продукт реакции растворили в в воде. Полученный раствор разделили на две части. К одной части добавили раствор иодида калия, ко второй – раствор нитрата серебра. И в том, и в другом случае наблюдали образование осадка. Напишите уравнения описанных реакций.

 

25) Нитрат меди (II) прокалили, образовавшееся твердое вещество растворили в разбавленной серной кислоте. Раствор полученной соли подвергли электролизу. Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекает с выделением бурого газа. Напишите уравнения описанных реакций.

 

26) Щавелевую кислоту нагрели с небольшим количеством концентрированной серной кислоты. Выделившийся газ пропустили через раствор гидроксида кальция. В котором выпал осадок. Часть газа не поглотилась, его пропустили над твердым веществом черного цвета, полученным при прокаливании нитрата меди (II). В результате образовалось твердое вещество темно-красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

 

27)   Концентрированная серная кислота прореагировала с медью. Выделившийся при газ полностью поглотили избытком раствора гидроксида калия. Продукт окисления меди смешали с расчетным количеством гидроксида натрия до прекращения выпадения осадка. Последний растворили в избытке соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

 

 

Медь. Соединения меди.

 

1. CuCl₂       Cu      +      Сl₂

на катоде    на аноде

Cu   +   4HNO_3(конц.)   =  Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  2H₂O

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

6NaOH_(гор.)  +  3Cl₂  =  NaClO₃  +  5NaCl  +  3H₂O

 

 

2. CuCl₂   Cu         +       Сl₂

на катоде        на аноде

Cu   +   S    CuS

CuS  +  8HNO_{3(конц.гор.)}     =  CuSO₄  +  8NO₂↑  +  4H₂O

или CuS  +  10HNO_3(конц.)     =  Cu(NO₃)₂  +  H₂SO₄  +    8NO₂↑ +  4H₂O

4NO₂  +  2Ba(OH)₂  =  Ba(NO₃)₂  +  Ba(NO₂)₂  +  2H₂O

 

 

3.  NaNO_3(тв.)  +  H₂SO_4(конц.)  =  HNO₃  +  NaHSO₄

Cu   +   4HNO_3(конц.)   =  Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  2H₂O

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑ +  O₂↑

2NaNO₃   2NaNO₂  +  O₂↑

 

 

4. Cu(NO₃)₂ +  2NaOH  =  Cu(OH)₂↓  +  2NaNO₃

Cu(OH)₂  +  2HNO₃  =  Cu(NO₃)₂  +  2H₂O

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

CuO  +  2HNO₃  =  Cu(NO₃)₂  +  H₂O

 

 

5. 3Cu   +   8HNO_3(разб.)   =  3Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  4H₂O

Cu(NO₃)₂  +  2КOH  =  Cu(OH)₂↓  +  2КNO₃

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

CuO  +  C  Cu  +  CO

 

 

6. Hg(NO₃)₂ +  Cu  =   Cu(NO₃)₂   +  Hg

Cu(NO₃)₂   +  2NaOH  =  Cu(OH)₂↓ +  2NaNO₃

Сu(OH)₂  +  4(NH₃ · H₂O)   =  [Cu(NH₃)₄](OH)₂   +  4H₂O

[Cu(NH₃)₄](OH)₂   +  5H₂SO₄   =   CuSO₄   +  4NH₄HSO₄  +  2H₂O

 

 

7. Cu₂O +  6HNO_3(конц.)  =  2Cu(NO₃)₂  +  2NO₂  +  3H₂O

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

4NO₂   +  O₂  +   2H₂O  =  4HNO₃

10HNO₃  +  4Mg  =  4Mg(NO₃)₂  +  N₂O  +  5H₂O

 

 

 

8. (CuOH)₂CO₃    2CuO  +  CO₂  +  H₂O

CuO  +  H₂   Cu  +  H₂O

Cu  +  2H₂SO_4(конц.)  =  CuSO₄  +  SO₂  +  2H₂O

CuSO₄  +  Cu  +  2NaCl  =  2CuCl↓  +  Na₂SO₄

 

 

9. 3Cu   +   8HNO_3(разб.)   =  3Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  4H₂O

 

2Cu(NO₃)₂     +  2H₂O     2Cu           +   O₂          +     4HNO₃

на катоде        на аноде

2Na  +  O₂  =  Na₂O₂

2Na₂O₂  +  CO₂  =  2Na₂CO₃  +  O₂

 

 

10. (CuOH)₂CO₃  2CuO  +  CO₂  +  H₂O

CuO  +  2HNO₃     Cu(NO₃)₂  +  H₂O

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

3CuO  +  2NH₃  3Cu  +  N₂  +  3H₂O

 

 

11. CuO  +  H₂SO₄  CuSO₄  +  H₂O

CuSO₄  +  2NaOH  =  Cu(OH)₂  +  Na₂SO₄

Cu(OH)₂  CuO  +  H₂O

CuO  +  H₂   Cu  +  H₂O

 

 

12. Cu  +  Cl₂  CuCl₂

CuCl₂  +  2NaOH  =  Cu(OH)₂↓  +  2NaCl

Cu(OH)₂  CuO  +  H₂O

CuO  +  C   Cu  +  CO

 

 

13. Cu +   4HNO_3(конц.)   =  Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  2H₂O

4NO₂  +  O₂  +  2H₂O  =  4HNO₃

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

CuO  +  H₂   Cu  +  H₂O

 

 

14. 2Cu   +   O₂   =   2CuO

CuO    +    H₂SO₄   =   CuSO₄  +  H₂O

CuSO₄    +   NaOH    =    Cu(OH)₂↓  +  Na₂SO₄

Сu(OH)₂   +  4(NH₃ · H₂O)   =  [Cu(NH₃)₄](OH)₂   +  4H₂O

 

 

 

 

15. СuSO₄ +  2NaOH  =  Cu(OH)₂  +  Na₂SO₄

Cu(OH)₂  CuO  +  H₂O

CuO  +  C   Cu  +  CO

Cu  +  2H₂SO_4(конц.)  =  CuSO₄  +  SO₂  +  2H₂O

 

 

16)       2Cu  +  I₂   =  2CuI

2CuI   +  4H₂SO₄     2CuSO₄  +  I₂  +  2SO₂  +  4H₂O

СuSO₄  +  2KOH  =  Cu(OH)₂  +  K₂SO₄

Cu(OH)₂  CuO  +  H₂O

 

 

17)       2CuCl₂  +  2Na₂CO₃  +  H₂O  =  (CuOH)₂CO₃  +  CO₂  +  4NaCl

(CuOH)₂CO₃     2CuO   +  CO₂  +  H₂O

CuO  +  H₂   Cu  +  H₂O

3Cu   +   8HNO_3(разб.)   =  3Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  4H₂O

 

 

18)       3Cu   +   8HNO_3(разб.)   =  3Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  4H₂O

Сu(NO₃)₂  +  2NH₃· H₂O   =  Cu(OH)₂↓  +  2NH₄NO₃

Cu(OH)₂   +   4NH₃· H₂O   =  [Cu(NH₃)₄](OH)₂   +  4H₂O

[Cu(NH₃)₄](OH)₂   +   3H₂SO₄    =  CuSO₄   +   2(NH₄)₂SO₄    +  2H₂O

 

 

19)       Cu   +   4HNO_3(конц.)   =  Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  2H₂O

Сu(NO₃)₂  +  2NH₃· H₂O   =  Cu(OH)₂↓  +  2NH₄NO₃

Cu(OH)₂   +   4NH₃· H₂O   =  [Cu(NH₃)₄](OH)₂   +  4H₂O

[Cu(NH₃)₄](OH)₂   +   6HCl    =  CuCl₂   +   4NH₄Cl    +  2H₂O

 

 

20)       Fe   +   2HCl    =    FeCl₂   +   H₂

CuO    +  H₂   =   Cu   +   H₂O

Cu   +   4HNO_3(конц.)   =  Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  2H₂O

2Cu(NO₃)₂     +  2H₂O       2Cu   +   O₂  +  4HNO₃

 

 

21)       I₂   +   10HNO₃    =   2HIO₃   +   10NO₂   +   4H₂O

4NO₂   +   2H₂O  +  O₂    =    4HNO₃

Cu(OH)₂  +  2HNO₃  Cu(NO₃)₂  +  2H₂O

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

 

 

22)       Cu₂O   +  3H₂SO₄   =  2CuSO₄   +   SO₂   +   3H₂O

СuSO₄  +  2KOH  =  Cu(OH)₂  +  K₂SO₄

Cu(OH)₂  CuO  +  H₂O

3CuO  +  2NH₃  3Cu  +  N₂  +  3H₂O

 

 

23)       CuO   +  H₂SO₄  =  CuSO₄  +  H₂O

2CuSO₄    +   2H₂O   2Cu   +   O₂  +  2H₂SO₄

4NO₂   +  O₂   +   2H₂O  =  4HNO₃

10HNO₃   +   4Mg    =    4Mg(NO₃)₂   +   NH₄NO₃  +   3H₂O

 

 

24)       CuO    +   CO   Cu   +   CO₂

Cu   +   Cl₂   =  CuCl₂

2CuCl₂   +   2KI   =   2CuCl↓   +   I₂   +   2KCl

CuCl₂    +   2AgNO₃   =   2AgCl↓    +   Cu(NO₃)₂

 

 

25)       2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

CuO   +  H₂SO₄  =  CuSO₄  +  H₂O

2CuSO₄    +   2H₂O   2Cu   +   O₂  +  2H₂SO₄

Cu   +   4HNO_3(конц.)   =  Cu(NO₃)₂  +  2NO₂↑  +  2H₂O

 

 

26)       H₂C₂O₄       CO↑   +   CO₂↑   +   H₂O

CO₂   +   Ca(OH)₂   =   CaCO₃  +  H₂O

2Cu(NO₃)₂  2CuO   +  4NO₂↑   +  O₂↑

CuO    +   CO   Cu   +   CO₂

 

 

27)       Cu  +  2H₂SO_4(конц.)  =  CuSO₄  +  SO₂  +  2H₂O

SO₂   +   2KOH   =   K₂SO₃   +   H₂O

СuSO₄  +  2NaOH  =  Cu(OH)₂  +  Na₂SO₄

Cu(OH)₂  +  2HCl  CuCl₂  +  2H₂O

Сплав алюминия и меди: состав, характеристики, сферы применения

Сплавы алюминия и меди востребованы в различных производственных сферах, так как обладают относительно небольшим весом, высокой прочностью, пластическими свойствами, однородной плотностью. Хорошо поддаются литью, ковке и другим видам обработки. Отличаются относительно простой технологией получения.

Сплав алюминия и меди

История открытия

История сплавов алюминия с медью начинается с опытов Х. Эрстеда в 1825 году, когда он хотел получить чистый Al методом электролиза. В действительности он получил некий состав, в который входили и другие элементы, участвующие в эксперименте.

Дальнейшие опыты по открытию чистого алюминия провёл Ф. Велер в 1827 году, когда получил 30 грамм порошка Al, а в 1845 году — расплавленные шарики. Однако метод получения был слишком трудоёмким и требовал усовершенствования.

В 1856 году А. Девиль разработал со своей исследовательской группой промышленный метод получения алюминия и открыл первое его массовое производство. В 1886 году П. Эру и Ч. Холл открыли электролитический способ, который оказался дешевле и эффективнее химического.

С 1888 по 1895 в Нейгаузене (Швейцария) открываются предприятия по массовому производству Al.

В 1906 году А. Вильм на собственном предприятии начинает разрабатывать высокопрочные алюминиево-медные сплавы. Путем опытов он получил образец, который обладал свойством самоупрочнения. Его производство было продолжено в 1911 году в Германии.

Массовые исследования сплавов пришлись на период с 1920 по 1940 год в СССР, Германии, США. Стали явно разделяться два направления экспериментов — изучение чистых и легированных составов.

Состав и структура

Фазовая диаграмма состояния алюминиевых сплавов Al-Cu имеет следующие особенности:

1. Максимальная растворимость меди в алюминии в твёрдой фазе составляет 5,65%, которая снижается с понижением температуры. Это делает возможным проведение закалки и старения. Фаза CuAl₂ играет роль упрочняющей по методу растворов, придаёт механическую и термическую прочность.
2. Эвтектическая точка находится на 33% концентрации меди, состоит из хрупкой, но прочной фазы CuAl₂, которая делает материал непригодным для практического применения. Большое количество меди существенно повышает плотность образцов. Для литья используются сплавы с концентрацией от 1 до 1,5% (для получения упрочнения) и от 6 до 8% (чтобы исключить количество хрупкой фазы CuAl₂).
3. Хорошая растворимость Cu в Al и низкая температура плавления эвтектики +548⁰С становятся причиной появления широкого интервала кристаллизации.

Низкая жидкотекучесть, образование пор, трещин, ликвация — характерные признаки необходимости поиска компромисса между литейными и прочностными свойствами.

Основным легирующим элементом является медь, которая приводит к созданию неравновесной эвтектической фазы. Поэтому при термообработке закалкой проводят ступенчатый нагрев расплава до +530⁰С с последующей выдержкой до получения стабильной фазы.

Значительное количество электронов проводимости в сплавах Cu-Al существенно снижают удельное электросопротивление до уровня менее 0,02 мкОм*м. Наличие примесей железа или легирующих элементов на данную величину практически не влияют.

Алюминий

Характеристики и свойства сплава

Применение алюминия в чистом виде не выгодно по причине его малой прочности. Даже в изготовлении электронных компонентов он практически не применяется.

Свойства алюминия при добавлении меди существенно улучшаются: сохраняется пластичность, повышается прочность. В однофазных сплавах отсутствует текучая жидкая фаза, которая способна заполнять пустоты, образуемых в процессе усадки, снимать внутренние напряжения. Трудные составы имеют сложный процесс твердения и необходимо применять особые меры в процессе литья.

Существуют такие виды сплавов:

• деформируемые, получаемые путём термической закалки и последующего старения — используются в средне нагружаемых конструкциях, выпускаются в виде проволоки, прутка, листов, профилей и труб;
• литейные — используются для отливки сложных конструкций, обладают высокой прочностью, плохо поддаются пайке.

Чтобы улучшить литейные свойства смеси, в состав добавляют немного кремния, который увеличивает текучесть, снижает вероятность растрескивания. Негативным фактором является понижение уровня пластичности.

Механические свойства сплавов с содержанием меди от 9 до 11%:

• высокая прочность от 500 МПа;
• износостойкость;
• самоупрочнение;
• жаростойкость.

Для улучшения характеристик используются легирующие элементы:

• марганец и титан формируют интерметаллиды, которые находятся по границам дендритных ячеек Cu-Al образуют твёрдый каркас, применяются для повышения жаропрочности образцов;
• кремний повышает механические свойства, на снижает литейные, может применяться без термической обработки.

Изготовление

Медные сплавы с алюминием производят методом расплавления в электрических печах. Особенностью является возможность многократных циклов плавки и твердения, при которых не теряются основные свойства.

Сначала расплавляют алюминий, затем в него добавляют медь, а после получения однородного состава и легирующие элементы (железо, марганец, магний). Следующим этапом является закалка, которая позволяет избавиться от метастабильных фаз и добиться однородной плотности. Время выдержки выбирается на основе используемых легирующих компонентов и процентного содержания меди.

Где применяют сплав

Применение конструкций из алюминиево-медных сплавов:

• пищевая промышленность;
• автомобиле-, корабле- и самолётостроение;
• отделочные декоративные материалы;
• для защиты металлических изделий от коррозии;
• в электротехнике — радиоэлементы, высоковольтные линии передач, кабеля;
• в качестве отражателей света в лампах;
• для изготовления дорожных знаков, указателей, таблиц.

Изделия из сплава

Достоинства и недостатки

Основные преимущества:

• высокая прочность, пластичность;
• хорошая обрабатываемость —резание, штамповка, ковка, вытяжка, литьё;
• сохранение механических свойств до температуры +175⁰С;
• сверхпроводимость, позволяющая использовать образцы в научных исследованиях или применять в инновационных разработках;
• высокая коррозионная стойкость;
• возможность эксплуатации в деталях конструкций с повышенной взрывоопасностью;
• химическая нейтральность;
• простота сварки.

Основным недостатком является низкая коррозионная стойкость.

После закалки некоторое время сплав имеет отличную пластичность и ему можно придавать необходимую форму. Чтобы избежать чрезмерного образования дислокаций, требуется прогрев до +350⁰С с последующим остыванием в воздушной среде.

Медь

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

История и происхождение названия

Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для изготовления оружия и т. п. (см бронзовый век). Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. У Страбона медь именуется халкосом, от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди Aes (санскр, ayas, готское aiz, герм. erz, англ. ore) означает руда или рудник. Сторонники индогерманской теории происхождения европейских языков производят русское слово медь (польск. miedz, чешск. med) от древненемецкого smida (металл) и Schmied (кузнец, англ. Smith). Конечно, родство корней в данном случае несомненно, однако, оба эти слова произведены от греч. рудник, копь независимо друг от друга. От этого слова произошли и родственные названия — медаль, медальон (франц. medaille). Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Алхимики именовали медь венера (Venus). В более древние времена встречается название марс (Mars).

Физические свойства

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет. Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Имеет два стабильных изотопа — ⁶³Cu и ⁶⁵Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, ⁶⁴Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами. Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем, баббиты — со свинцом и другие.

Химические свойства

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не реагирует с водой, разбавленной соляной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода, цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами.

Современные способы добычи

90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10 % — гидрометаллургическим. Гидрометаллургический способ — это получение меди путём её выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора. Пирометаллургический способ состоит из нескольких этапов: обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования. Для обогащения медных руд используется метод флотации (основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы), который позволяет получать медный концентрат, содержащий от 10 до 35 % меди. Медные руды и концентраты с большим содержанием серы подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700—800 °C в присутствии кислорода воздуха, сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое от первоначального. Обжигают только бедные (с содержанием меди от 8 до 25 %) концентраты, а богатые (от 25 до 35 % меди) плавят без обжига. После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа. Штейн содержит от 30 до 50 % меди, 20-40 % железа, 22-25 % серы, кроме того, штейн содержит примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки 1450 °C. С целью окисления сульфидов и железа, полученный медный штейн подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак. Температура в конвертере составляет 1200—1300 °C. Интересно, что тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций, без подачи топлива. Таким образом, в конвертере получают черновую медь, содержащую 98,4 — 99,4 % меди, 0,01 — 0,04 % железа, 0,02 — 0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота. Эту медь сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине. Далее, для удаления вредных примесей, черновую медь рафинируют (проводят огневое, а затем электролитическое рафинирование). Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99,0 — 99,7 %. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования. Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой меди (99,95 %). Электролиз проводят в ваннах, где анод — из меди огневого рафинирования, а катод — из тонких листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор. При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, и, очищенная от примесей, осаждается на катодах. Примеси оседают на дно ванны в виде шлака, который идёт на переработку с целью извлечения ценных металлов. Катоды выгружают через 5-12 дней, когда их масса достигнет от 60 до 90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах.

---

Источник: Википедия

Другие заметки по химии

Что означает CU?

Copper

m

Оцените:

CU	Кредитный союз Бизнес »Кредитные союзы				Оцените его:
Cu			Оцените:
CU	Куба Региональный »Страны – и многое другое…				Оцените:
CU	До встречи Интернет »Чат – и многое другое …
CU	Cubic Разное »Единицы измерения – и многое другое …				Оцените:

004 CU Clean Clean Up

Правительственный »Экологический

			Оценить:
CU	Catch Up Академические и научные» Университеты			it:
CU	Корнельский университет Академия и наука »Universitie s				Оценить:
CU	Close Up Сообщество »Новости и СМИ			3

0
000000 9000 000 Обычный пользователь Правительственные »Военные

9001 4 00050005 Шампейн-Урбана

Академия и наука »Университеты

000

00000

CU	Control Unit Computing »Аппаратное обеспечение и многое другое…				Оцените:
CU	Carleton University Академический и научный »Университеты
CU	Clemson University Академия и наука »Университеты				Оценить:
CU	Профсоюз потребителей Профсоюз потребителей — и больше…				Оцените:
CU	Позвоните Государственный »Военный					CU	Христианский союз Сообщество »Религия				Оценить:
CU	Денежная единица	7	Оценить:
CU	Корпоративный университет Бизнес »Общий бизнес				Оценить:
	CU			Оцените это:
CU	Cutler-Hammer Государственное предприятие »Поставщики				Оцените это:
			Оцените:
CU	Очищено	517	Оцените:
CU	Учебный курс Академические и естественные науки »Университеты				Оцените это:

004 CU

Канал

Канал »Телеком

9000 Conmer CU0005 Разное »Без категории

			Оцените это:
CU	Cut Up Разное »Несекретный				Оцените это:
			Оцените:

Гальванические элементы и уравнение Нернста

Учебное пособие по электрохимии: гальванические элементы и уравнение Нернста >> Шаг 2: электрохимический элемент

Шаг 2: Электрохимический элемент

В видеоролике на предыдущей странице, когда цинковая полоска помещается в раствор с ионами Cu ²⁺ , происходит следующая спонтанная окислительно-восстановительная реакция:

Zn (s) + Cu 2+ (водн.) -> Zn 2+ (водн.) + Cu (s)

Полная окислительно-восстановительная реакция

В этой окислительно-восстановительной реакции электроны передаются от Zn к Cu ²⁺ .Ранее мы писали полуреакции, иллюстрирующие природу этого электронного потока:

Zn (s) -> Zn 2+ (водн.) + 2 e –	Окисление
Cu 2+ (водн.) – 2 e -> Cu (s)	Редукция

Электрохимическая ячейка заставляет электроны течь через провод, когда они переходят от Zn к ионам Cu ²⁺ .

Электрохимическая ячейка состоит из двух «полуячейков», которые соответствуют каждой из вышеуказанных реакций полуячейки. Для полуячейки, соответствующей В реакции окисления полоску металлического Zn помещают в раствор ионов Zn ²⁺ . Для восстановительной полуячейки полоса металлической Cu помещается в раствор ионов Cu ²⁺ . Затем мы соединяем эти клетки вместе (используя провод и солевой мостик), чтобы создать электрическую цепь. Следующее видео объясняет эту установку и детализирует процесс на молекулярном уровне:

После просмотра видео заполните приведенную ниже схему, чтобы определить ключевые компоненты электрохимической ячейки:

Имейте в виду, что в электрохимической ячейке в растворе перемещаются только ионы.Электроны перемещаются между электродами на проводе и никогда не попадают в раствор. Электрический ток в цепи поддерживается электронами, движущимися по проводам, и ионами, движущимися через раствор.

В нашей лаборатории мы будем использовать ячейку Карроу, которая обеспечивает более удобное средство для проведения экспериментов с электрохимическими ячейками. Ячейка Карроу имеет количество лунок, которые служат указанными выше стаканами. В каждой из внешних ячеек находится по полуячейке. Соляной мост, соединяющий два из этих внешних колодцев, проходит через центр хорошо.Для этого нужно заполнить центральную лунку солевым раствором и с помощью бумаги соединить каждую из внешних лунок с центральной лункой. Бумага смочена солевым раствором, чтобы ионы могли проходить через бумагу. (См. Изображение справа).

На изображениях справа показано, как выглядит клетка кару в лаборатории и как мы изобразим ее схематично. На схеме показана ячейка для спонтанной реакции между металлическим Zn и ионами Pb ²⁺ :

Zn (s) + Pb 2+ (водн.) -> Zn 2+ (водн.) + Pb (s)

Полная окислительно-восстановительная реакция

Мы можем понять направление потока электронов, разбив его на половинные реакции:

Zn (s) -> Zn 2+ (водн.) + 2 e –	Окисление
Pb 2+ (водн. E) + 2 – -> Pb (s)	Редукция

Электроны покидают полуячейку Zn и направляются к полуячейке Pb.Удобное сокращенное обозначение для этого:

Zn (s) | Zn ²⁺ (водн.) || Pb ²⁺ (водн.) | Пб (т)

В этом обозначении анод, или полуэлемент окисления, находится слева, а катод, или полуэлемент восстановления – справа. Двойная вертикальная линия || представляет солевой мостик, а одиночная вертикальная линия представляет фазовую границу между твердым металлом и его солевым раствором.

Вольтметр используется для измерения потенциала или напряжения электрохимической ячейки.Вольтметры имеют положительную и отрицательную клеммы, и, как правило, красный провод подключается к положительной клемме, а черный провод – к отрицательной клемме. Знак показания вольтметра указывает нам самопроизвольное направление потока электронов. В ячейке: Zn (s) | Zn ²⁺ (водн.) || Pb ²⁺ (водн.) | Pb (s) , спонтанная окислительно-восстановительная реакция соответствует потоку электронов от Zn к полуячейке Pb. Если черный провод подключен к Zn-электроду, а красный провод подключен к Pb-электроду, то вольтметр покажет положительное значение.Если мы обратим это, подключив черный провод к Pb-электроду, а красный провод к Zn-электроду, то вольтметр покажет отрицательное значение. Помните: если вольтметр показывает положительное значение, то самопроизвольное направление потока электронов – от черного провода к красному. Обычно в электрохимии используются термины «анод и катод». Электроны текут от анода (источник электронов или источник электронов) к катоду (приемник электронов или приемник электронов). Если вольтметр показывает положительное значение, черный провод находится на аноде, а красный провод – на катоде.

введение переходных металлов

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИМИИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ На этой странице объясняется, что такое переходный металл с точки зрения его электронной структуры, а затем рассматриваются общие особенности химии переходных металлов. К ним относятся переменная степень окисления (степень окисления), образование комплексных ионов, окрашенные ионы и каталитическая активность. Вы найдете некоторые из них довольно кратко освещенными на этой странице со ссылками на другие части сайта, где эти темы освещены более подробно. Электронные структуры переходных металлов Что такое переходный металл? Термины переходный металл (или элемент) и d блочный элемент иногда используются, как если бы они означают одно и то же. Они не … есть тонкая разница между этими двумя терминами. Сначала рассмотрим элементы блока d: d элементы блока Вы помните, что когда вы строите Периодическую таблицу и решаете, куда поместить электроны, используя принцип Ауфбау, после аргона происходит что-то странное. В аргоне уровни 3s и 3p заполнены, но вместо того, чтобы заполнять следующие уровни 3d, вместо этого заполняется уровень 4s, чтобы дать калий, а затем кальций. Только после этого заполняются 3д уровни.
	Примечание: Если вы не уверены в атомных орбиталях и электронных структурах, вам действительно нужно перейти по этой ссылке, прежде чем продолжить. Вы попадете на страницу с описанием атомных орбиталей, а затем на другие страницы об электронных структурах. Если вы перейдете по ссылке, используйте кнопку НАЗАД в браузере (или в файле истории или в меню «Перейти»), чтобы быстро вернуться на эту страницу.
Элементы Периодической таблицы, соответствующие заполнению уровней d, называются элементами блока d . Первый ряд из них показан в сокращенной форме Периодической таблицы ниже. Электронные структуры показаны элементы блока d: Вы заметите, что узор заливки не совсем аккуратный! Он разбит как на хром, так и на медь.
	Примечание: Это то, что вам просто нужно принять. Для этого не существует простого объяснения , которое можно было бы использовать на этом уровне. Любое простое объяснение ошибочно! Люди иногда говорят, что наполовину заполненный d-уровень, как в хроме (с одним электроном на каждой орбитали), является стабильным, и это так – иногда ! Но тогда вы должны посмотреть на , почему стабильный. Очевидное объяснение состоит в том, что хром занимает эту структуру, потому что разделение электронов минимизирует отталкивание между ними – в противном случае он принял бы совершенно иную структуру. Но вам нужно только взглянуть на электронную конфигурацию вольфрама (W), чтобы увидеть, что это, казалось бы, простое объяснение не всегда работает. Вольфрам имеет такое же количество внешних электронов, что и хром, но его внешняя структура другая – 5d 4 6s 2 . Опять же, отталкивание электронов должно быть минимизировано – иначе он не принял бы эту конфигурацию. Но в данном случае не соответствует действительности , что состояние с полупустым заполнением является наиболее стабильным – это не кажется очень разумным, но это факт! Настоящее объяснение будет намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Вы также не можете использовать утверждение, что полный уровень d (например, в случае с медью) является стабильным, если вы не можете придумать правильное объяснение того, почему это так. Вы не можете считать, что красивый и опрятный вид – достаточно веская причина! Если вы не можете объяснить что-либо должным образом, гораздо лучше просто принять это, чем придумывать ошибочные объяснения, которые на первый взгляд кажутся нормальными, но не выдерживают критики!
Переходные металлы Не все элементы d-блока считаются переходными металлами! Между различными учебными планами, основанными на Великобритании, есть расхождения, но большинство используют определение: Переходный металл – это металл, который образует один или несколько стабильных ионов, которые имеют не полностью заполненных d-орбиталей .
	Примечание: Самое последнее определение IUPAC включает возможность того, что сам элемент также имеет неполные d-орбитали. Вряд ли это будет большой проблемой (на самом деле она возникает только со скандием), но вам придется заплатить, если вы выучите ту версию, которую хочет ваша программа. Обе версии определения в настоящее время используются в различных учебных программах Великобритании. Если вы готовитесь к экзамену в Великобритании и у вас нет копии учебной программы, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать, как ее получить.Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.
На основании приведенного выше определения скандий и цинк не считаются переходными металлами, даже если они входят в d-блок. Скандий имеет электронную структуру [Ar] 3d 1 4s 2 . Когда он образует ионы, он всегда теряет 3 внешних электрона и в конечном итоге имеет структуру аргона. Ион Sc 3+ имеет без d-электронов и поэтому не соответствует определению. Цинк имеет электронную структуру [Ar] 3d 10 4s 2 . Когда он образует ионы, он всегда теряет два 4s-электрона, чтобы получить ион 2+ с электронной структурой [Ar] 3d 10 . Ион цинка имеет полных d-уровней и также не соответствует определению. Напротив, медь [Ar] 3d 10 4s 1 образует два иона. В ионе Cu + электронная структура [Ar] 3d 10 . Однако более распространенный ион Cu 2+ имеет структуру [Ar] 3d 9 . Медь определенно является переходным металлом, потому что ион Cu 2+ имеет неполный d-уровень. Ионы переходных металлов Здесь вы столкнулись с одним из самых раздражающих фактов в химии на этом уровне! Когда вы разрабатываете электронные структуры первой серии переходов (от скандия к цинку), используя принцип Ауфбау, вы делаете это на основе того, что 3d-орбитали имеют более высокую энергию, чем 4s-орбитали. Это означает, что вы работаете в предположении, что 3d-электроны добавляются после 4s-электронов. Однако во всей химии переходных элементов 4s-орбиталь ведет себя как внешняя орбиталь с самой высокой энергией. Когда эти металлы образуют ионы, первыми всегда теряются 4s-электроны. Вы должны запомнить это: Когда элементы d-блока образуют ионы, сначала теряются 4s-электроны.
	Примечание: Проблема здесь в том, что принцип Ауфбау может быть действительно использован только как способ разработки электронных структур большинства атомов.Это простой способ сделать это, хотя он терпит неудачу с некоторыми, конечно, с хромом или медью, и вам нужно научиться этому. Однако в его теории есть изъян, который порождает подобные проблемы. Почему при ионизации металла не теряются 3d-электроны с явно более высокой энергией? Я написал подробное объяснение этого на другой странице, названной порядком заполнения 3d и 4s орбиталей. Если вы учитель или очень уверенный в себе ученик, вы можете перейти по этой ссылке. Если вы не так уверены, я предлагаю вам проигнорировать это. Убедитесь, что вы можете определить структуру этих атомов, используя принцип Ауфбау, исходя из предположения, что трехмерные орбитали заполняются после 4s, и узнайте, что, когда атомы ионизируются, 4s-электроны всегда теряются первыми. Просто игнорируйте противоречия между этими двумя идеями!
Чтобы написать электронную структуру для Co 2+ : Co [Ar] 3d 7 4s 2 Co 2+ [Ar] 3d 7 Ион 2+ образуется в результате потери двух 4s-электронов. Чтобы написать электронную структуру для V 3+ : V [Ar] 3d 3 4s 2 V 3+ [Ar] 3d 2 Сначала теряются 4s-электроны, а затем один из 3d-электронов.
	Примечание: По этой ссылке вы найдете больше примеров написания электронных структур для ионов d-блока. Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.
Переменная степень окисления (число) Одной из ключевых особенностей химии переходных металлов является широкий диапазон степеней окисления (степеней окисления), которые могут проявляться металлами.
	Примечание: Если вы не уверены в степени окисления, вам действительно нужно перейти по этой ссылке, прежде чем продолжить. Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.
Однако было бы неправильно создавать впечатление, что только переходных металлов могут иметь переменные степени окисления. Например, такие элементы, как сера, азот или хлор, имеют очень широкий диапазон степеней окисления в своих соединениях – и это, очевидно, не переходные металлы. Однако эта изменчивость менее характерна для металлов, за исключением переходных элементов.Из известных металлов из основных групп Периодической таблицы, только свинец и олово показывают переменную степень окисления в той или иной степени. Примеры различных степеней окисления переходных металлов Утюг Железо имеет две общие степени окисления (+2 и +3), например, в Fe 2+ и Fe 3+ . Он также имеет менее распространенную степень окисления +6 в ионе феррата (VI), FeO 4 2-. Марганец Марганец имеет очень широкий диапазон степеней окисления в своих соединениях. Например: 000542 9006 +2 дюймов Mn 2+ +3 дюймов Mn 2 O 3 +4 дюймов MnO 3 9000 дюймов MnO 4 2- +7 дюймов MnO 4 – Другие примеры Вы найдете вышеупомянутые и другие примеры, рассмотренные подробно, если исследуете химию отдельных металлов из меню переходных металлов.Внизу страницы есть ссылка на это меню. Объяснение различных степеней окисления переходных металлов Мы рассмотрим образование простых ионов, таких как Fe 2+ и Fe 3+ . Когда металл образует ионное соединение, формула производимого соединения зависит от энергетики процесса. В целом образующееся соединение является тем, в котором выделяется больше всего энергии. Чем больше выделяется энергии, тем стабильнее соединение. Есть несколько энергетических терминов, над которыми стоит задуматься, но ключевые из них: Количество энергии, необходимое для ионизации металла (сумма различных энергий ионизации) Количество энергии, выделяемой при образовании соединения. Это будет либо энтальпия решетки, если вы думаете о твердых телах, либо энтальпия гидратации ионов, если вы думаете о растворах. Чем более заряжен ион, тем больше электронов вам нужно удалить и тем больше энергии ионизации вы должны будете обеспечить. Но с учетом этого, чем более заряжен ион, тем больше энергии выделяется в виде энтальпии решетки или энтальпии гидратации иона металла.
	Примечание: В общем, я говорю о циклах Борна-Габера. Вы найдете их в разделе «Энергетика» Chemguide или в моей книге расчетов по химии.
Думая о типичном непереходном металле (кальции) Хлорид кальция – CaCl 2 .Это почему? Если вы попытались получить CaCl (содержащий ион Ca + ), общий процесс будет немного экзотермическим. Создав вместо этого ион Ca 2+ , вы должны предоставить больше энергии ионизации, но вы получите намного больше энергии решетки. Между ионами хлора и ионами Ca 2+ существует гораздо большее притяжение, чем если бы у вас был только ион 1+. Общий процесс очень экзотермический. Поскольку при образовании CaCl 2 выделяется гораздо больше энергии, чем при образовании CaCl, то CaCl 2 более стабилен – и поэтому образуется вместо него. А как насчет CaCl 3 ? На этот раз вам нужно удалить из кальция еще один электрон. Первые два идут с уровня 4s. Третий идет из 3п. Это гораздо ближе к ядру, поэтому удалить его гораздо сложнее. Между вторым и третьим удаленными электронами наблюдается большой скачок энергии ионизации. Хотя энтальпия решетки будет увеличиваться, этого недостаточно для компенсации дополнительной энергии ионизации, и в целом процесс очень эндотермический. Делать CaCl 3 энергетически нецелесообразно! Думая о типичном переходном металле (железе) Вот изменения в электронной структуре железа для образования ионов 2+ или 3+. 000 3 Fe [Ar] 3d 6 4s 2 Fe 2+ [Ar] 3d 6 [Ар] 3d 5 У 4s-орбиталей и 3d-орбиталей очень схожие энергии.Нет большого скачка в количестве энергии, необходимой для удаления третьего электрона, по сравнению с первым и вторым. Цифры для первых трех энергий ионизации (в кДж / моль -1 ) для железа по сравнению с таковыми для кальция: металл 1-й IE 2-й IE 3-й IE Ca 590 1150 4940 Fe 762 0 00 762 05000 Энергия ионизации увеличивается по мере того, как вы отбираете у атома больше электронов, потому что у вас есть то же количество протонов, привлекающих меньше электронов.Однако если взять третий электрон из железа, то прирост будет намного меньше, чем из кальция. В случае с железом дополнительная энергия ионизации более или менее компенсируется дополнительной энтальпией решетки или энтальпией гидратации, выделяющейся при образовании соединения 3+. Чистый эффект всего этого заключается в том, что общее изменение энтальпии не сильно отличается от того, производите ли вы, скажем, FeCl 2 или FeCl 3 . Это означает, что преобразование между двумя соединениями не так уж сложно. Образование комплексных ионов Что такое комплексный ион? Комплексный ион имеет ион металла в центре с рядом других молекул или ионов, окружающих его. Можно считать, что они присоединены к центральному иону координационными (дативными ковалентными) связями. (В некоторых случаях соединение на самом деле более сложное.) Молекулы или ионы, окружающие центральный ион металла, называются лигандами . Простые лиганды включают воду, аммиак и ионы хлора. Все это объединяет активные неподеленные пары электронов на внешнем энергетическом уровне. Они используются для образования координационных связей с ионом металла. Некоторые примеры комплексных ионов, образованных переходными металлами [Fe (H 2 O) 6 ] 2+ [Co (NH 3 ) 6 ] 2+ [Cr (OH) 6 ] 3- [CuCl 4 ] 2- Другие металлы также образуют комплексные ионы – это не то, что делают , только переходные металлы.Однако переходные металлы образуют очень широкий спектр комплексных ионов. Примечание: По этой ссылке вы узнаете гораздо больше о сложных ионах. Вы попадете в раздел сайта, посвященный исключительно комплексным ионам. Если вы все же перейдете по ссылке, используйте кнопку НАЗАД в браузере (или файл истории или меню «Перейти»), если вы хотите снова вернуться на эту страницу. Образование цветных соединений Некоторые общие примеры На диаграммах показаны приблизительные цвета для некоторых распространенных комплексных ионов переходных металлов. Вы найдете эти и другие обсуждаемые, если вы перейдете по ссылкам на отдельные металлы в меню переходных металлов (ссылка внизу страницы). В качестве альтернативы вы можете изучить меню сложных ионов (перейдите по ссылке в окне справки, которое только что исчезло в верхней части экрана). Происхождение цвета в ионах переходных металлов Когда белый свет проходит через раствор одного из этих ионов или отражается от него, некоторые цвета света поглощаются.Цвет, который вы видите, – это то, как ваш глаз воспринимает то, что осталось. Присоединение лигандов к иону металла влияет на энергии d-орбиталей. Свет поглощается, когда электроны перемещаются между одной d-орбиталью и другой. Это подробно объясняется на другой странице. Примечание: По этой ссылке вы найдете подробное объяснение происхождения цвета в сложных ионах и факторов, которые вызывают его изменение. Эта страница относится к части сайта, посвященной комплексным ионам. Используйте кнопку НАЗАД в браузере, если хотите снова вернуться на эту страницу. Каталитическая активность Переходные металлы и их соединения часто являются хорошими катализаторами. Некоторые из наиболее очевидных случаев упомянуты ниже, но вы найдете подробное исследование катализа в другом месте на сайте (перейдите по ссылке после примеров). Переходные металлы и их соединения действуют как катализаторы либо из-за их способности изменять степень окисления, либо, в случае металлов, адсорбировать другие вещества на своей поверхности и активировать их в процессе.Все это исследуется в основном разделе катализа. Переходные металлы как катализаторы Железо в процессе Габера Процесс Габера объединяет водород и азот для получения аммиака с использованием железного катализатора. Никель в гидрировании связей C = C Эта реакция лежит в основе производства маргарина из растительных масел. Однако простейшим примером является реакция между этеном и водородом в присутствии никелевого катализатора. Соединения переходных металлов в качестве катализаторов Оксид ванадия (V) в контактном процессе В основе контактного процесса лежит реакция превращения диоксида серы в триоксид серы. Газообразный диоксид серы пропускают вместе с воздухом (в качестве источника кислорода) над твердым катализатором на основе оксида ванадия (V). Ионы железа в реакции между персульфат-ионами и иодид-ионами Персульфат-ионы (пероксодисульфат-ионы), S 2 O 8 2- , являются очень сильными окислителями.Иодид-ионы очень легко окисляются до йода. И все же реакция между ними в растворе в воде очень медленная. Реакция катализируется присутствием ионов железа (II) или железа (III). Примечание: Вы найдете подробные объяснения этих реакций в разделе катализа на сайте. Вы могли бы начать со страницы типов катализаторов. Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу. Куда бы вы сейчас хотели пойти? В меню переходного металла. . . В меню «Неорганическая химия». . . В главное меню. . . © Джим Кларк 2003 (последнее изменение – июнь 2015 г.) Части Периодической таблицы Когда элементы объединяются в соединения, есть два основных типа соединение, которое может возникнуть. Ионные связи образуются, когда есть перенос электронов от одного вида к другому, производя заряженные ионы, которые очень сильно притягиваются друг к другу электростатическим взаимодействия и ковалентных связей , которые возникают, когда атомы делятся электронами , чтобы произвести нейтральные молекулы. В целом металл и неметаллы объединяются с образованием ионных соединений , а неметаллы соединяются с другими неметаллами с образованием ковалентных соединений (молекулы). Поскольку металлы находятся левее в периодической таблице, они имеют низкую энергию ионизации и низкое сродство к электрону, поэтому они относительно легко теряют электроны и с трудом их получают. Они также имеют относительно мало валентных электронов и могут образовывать ионы (и тем самым удовлетворять правилу октетов) легче, теряя свою валентность электронов с образованием положительно заряженных катионов . Металлы основной группы обычно образуют такие же заряды, как и номер их группы: то есть металлы группы 1А, такие как натрий и калий образуют заряд +1, металлы группы 2А, такие как магний и кальций образуют 2+ зарядов, а металлы группы 3А, такие как в виде алюминия образуют 3+ заряда. Металлы, следующие за переходными металлами (в сторону нижняя часть групп 4A и 5A) могут потерять либо их крайние s и p электронов, образующих заряды, идентичные их номер группы, или они могут потерять только p электронов, пока сохраняя свои два s электрона, образуя заряды, которые являются номер группы минус два. Другими словами, олово и свинец в Группе 4A может образовывать заряды 4+ или 2+, а висмут в группе 5A может формируют заряд 5+ или 3+. Переходные металлы обычно способны образовывать 2+ заряда. теряя валентность с электронов, но также могут терять электроны со своих орбиталей d с образованием других зарядов. Большинство переходных металлов могут образовывать более одного возможного заряда. в ионных соединениях. Неметаллы находятся правее в таблице Менделеева и имеют высокие энергии ионизации и высокое сродство к электрону, поэтому они относительно легко получают электроны и с трудом теряют их. У них также больше валентных электронов, и они уже близко к полному октету из восьми электронов. Неметаллы набирать электроны, пока у них не будет того же количества электронов, что и у ближайший благородный газ (группа 8А), образующий отрицательно заряженные анионы которые имеют заряды, равные номеру группы минус восемь. То есть, неметаллы группы 7A образуют заряды 1, неметаллы группы 6A образуют 2- заряды, а металлы группы 5А образуют 3- заряды.Группа 8А элементы уже имеют восемь электронов в их валентных оболочках и имеют малая тенденция к приобретению или потере электронов, и образуют ионные или молекулярные соединения. Ионные соединения удерживаются вместе в регулярном массиве, называемом кристаллом решетка силами притяжения между противоположно заряженными катионы и анионы. Эти силы притяжения очень сильны, и поэтому большинство ионных соединений имеют очень высокие температуры плавления.(За Например, хлорид натрия, NaCl, плавится при 80 ° C, а оксид алюминия, Al 2 O 3 , плавится при 2054 ° C.) Ионные соединения: обычно твердые, жесткие и хрупкие. Ионные соединения не проводят электричество, потому что ионы не могут двигаться в твердой фазе, но ионные соединения могут проводить электричество, когда они растворяются в вода. Когда неметаллы объединяются с другими неметаллами, они имеют тенденцию делиться электроны в ковалентных связях вместо образования ионов, что приводит к образование нейтральных молекул.(Имейте в виду, что поскольку водород также неметалл, сочетание водорода с другим неметаллом также будет образовывать ковалентную связь.) Молекулярные соединения могут быть газы, жидкости или твердые вещества с низкой температурой плавления и включают широкий спектр веществ. (См. Галерея молекул для примеры.) Когда металлы соединяются друг с другом, обычно описывается соединение. как металлическое соединение (вы уже догадались).В этом модели, каждый атом металла отдает один или несколько своих валентных электронов сделать электронное море , которое окружает все атомы, удерживая вещества вместе за счет притяжения между катионами металлов и отрицательно заряженные электроны. Поскольку электроны в электроне море может свободно перемещаться, металлы очень легко проводят электричество, в отличие от молекулы, где электроны более локализованы. Атомы металлов могут проходят друг мимо друга легче, чем в ионных соединениях (которые удерживаются в фиксированных положениях притяжениями между катионами и анионы), позволяя металлу раскалывать листы или втягивать провод.Из разных металлов можно легко комбинировать . сплавы , физические свойства которых могут сильно отличаться от их составляющие металлы. Сталь представляет собой сплав железа и углерода, которое намного тверже самого железа; хром, ванадий, никель и другие металлы также часто добавляют в железо, чтобы сделать стали различной типы. Латунь – это сплав меди и цинка, который используется в сантехнике, электрических деталях и музыкальных инструментах. Бронза – это сплав меди и олова, который намного тверже, чем медь; когда бронза была открыта древними цивилизациями, она ознаменовала значительный шаг вперед от использования менее прочных каменных орудий. . Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Винторезные станки Вопросы и ответы Карусельные станки Советы мастера Станок 1М63 Токарные станки Фрезерные станки Разное