Характеристика меди по химии: Медь – свойства, применение, характеристики медных сплавов

alexxlab | 12.12.1985 | 0 | Разное

Содержание

Медь – свойства, применение, характеристики медных сплавов

Медь – это пластичный металл с золотисто-розовым оттенком, занимает 29 место в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева и обозначается как Cu (Cuprum). Латинское название меди пошло от острова Кипр, где в древности находились крупнейшие медные рудники.

История меди

Человечество начало добывать медь несколько тысячелетий назад. Самые древние изделия, найденные из этого металла, датируются 7-6 веками до нашей эры. Среди них – украшения, инструменты, посуда и орудия труда.

Большим шагом вперед в развитии металлургии было открытие сплава меди с оловом – бронзы. Этот материал отличался повышенной прочностью и способностью к ковке, благодаря чему все изделия из данного медного сплава получались более качественными.

На территории нашей страны медь издавна добывают на Урале, Алтае и в Сибири. Из нее отлиты известнейшие культурные памятники: Царь-пушка, Царь-колокол, Медный всадник.

Физические характеристики

Характерный цвет медь приобретает в результате взаимодействия с кислородом и образования тонкой оксидной пленки. Более тонкие пластины на просвет выглядят зеленовато-голубыми. Наиболее ярко выраженные физические свойства меди:

высокая электро- и теплопроводность (уступает только серебру),
мягкость,
пластичность,
легко поддается вытягиванию и обработке,
коррозионная стойкость.

Из прочих характеристик меди стоит отметить хорошую невосприимчивость к внешним природным факторам (температура, ультрафиолет, химическое воздействие) и приятный внешний вид (возможность патирования). В случаях, когда необходимо использовать более твердый материал, в ход идут латунь и бронза – сплавы меди с цинком и оловом соответственно. Медная продукция обладают высокой плотностью, может прокатываться в проволоку, пруток или лист любой толщины.

Химические свойства

В условия низкой влажности медь почти не демонстрирует каких-либо особенных химических свойств.

Однако при контакте с водой и углекислым газом она быстро вступает в окислительную реакцию, на ее поверхности образуется пленка, защищающая ее от разрушения. Также окисление происходит при нагреве до 375 градусов.

Металл вступает в активную реакцию с неметаллами галогеновой группы, селеном и серой. В паре с последней, к примеру, он воспламеняется. Медь с валентностью I и II участвует в создании комплексных соединений (двойных солей и аммиачных смесей), обладающих высокой стойкостью и применяемых во многих промышленных сферах.

Методы добычи

Медь добывают открытым и закрытым способом. Первый актуален, если руда находится в толще до 500 метров. Для более глубоких залежей строят специальные подземные шахты. Чистую медь получают в основном пирометаллургическим способом, реже – гидрометаллургическим.

Пирометаллургическая методика условно подразделяется на два этапа, и в качестве исходного сырья использует халькопирит (медный купорос). Первая стадия – флотация или окислительный обжиг.

Целью этой технологии является обогащение медной руды, в которой повышена концентрация серы. В процессе обработки, сера удаляется до 1%, другие содержащиеся в руде металлы переводятся в оксидные соединения.

Химические формулы процесса:

ZnS + 1.5O2 = ZnO + SO2 + Q – реакция протекает при температуре, превышающей +800 градусов;
ZnS + 2O2 = ZnSO2 + Q – оптимальная температура варьируется в пределах +600/+700 градусов.

После этого, обогащённая руда плавится в шахтных печах при температуре + 14 500 градусов, преобразуясь в сплав, состоящий из сульфидов железа и меди (штейн). Чтобы повысить качество, проводится конвертерный обдув без подачи топлива. Содержание меди в таком сплаве составляет примерно 91%. Вторая стадия – рафинирование, после чего медная составляющая увеличивается до 99.9%.

Гидрометаллургический способ основывается на выщелачивании. Для этого руду дробят на небольшие куски, и заливают растворителями:

Nh5OH;
h3SO4;
Fe (SO4).

В результате получается раствор, в котором выделяется медь и другие металлы. Формулы процесса:

CuO+h3SO4>CuSO4+h3O – выщелачивание серной кислотой;
CuSO4+2Fe2SO4>4FeSO4+2CuSO+S – применение сульфата железа;
Cu2S + 2 Fe2 (SО4)3>2 СuSO4 + 4 FeSO4 + S – выщелачивание сернокислым железом.

Полученный раствор проходит последующую обработку для извлечения металла. Например, может использоваться методика цементации: CuSО4 + Fe>FeSО4 + Cu. Здесь в состав добавляются куски железа, заменяющие медную составляющую в сернокислых солях.

Область применения

Медная плита находит широкое применение в строительстве, автомобильной, корабельной и железнодорожной промышленности.

Медный лист применяется при возведении кровель, фасадов, заборов и ограждений. А из-за бактерицидности металлической поверхности изделий из меди делают предметы для использования в больницах: двери, ручки, поручни, перила и даже посуду.

Медная труба предназначена для транспортировки жидких и воздушных сред в системах водо- и газоснабжения, отопления, кондиционирования, а также в теплообменниках и холодильных установках. Помимо бытовых инженерных коммуникаций, такие трубы применяются в судостроении и энергетике.

Медная проволока идет на производство кабельной продукции и проводов с невысоким сопротивлением и особенными магнитными свойствами.

Медная лента используется в приборостроении, электротехнике и радиоэлектронике, при изготовлении проводников, обмотков, силовых трансформаторов.

Медный пруток также нередко применяется в строительной и промышленной отрасли. Из него могут готовить подшипники, стеклоподъемники, водозапорную арматуру, декоративные конструкции в архитектуре и интерьере зданий.

Особенности популярных медных сплавов

Сплав М1 изготавливается в соответствии с ГОСТ 859-2014, является высокопластичным и хорошо обрабатываемым металлом, отличается наибольшим содержанием меди (99,9%). В качестве дополнительных элементов встречаются цинк, никель, фосфор, железо, мышьяк, кислород, олово, висмут (суммарно не более 0,1%). Удельное электрическое сопротивление составляет 0,018 мкОм. Сплав может быть двух типов – твердый (М1т) и мягкий (М1м), они различаются по пределам прочности и текучести. Металлопрокат востребован в автомобиле- и авиастроении, при создании проводников тока, криогенной техники, проволоки и прутков.

Сплав М2 имеет меньший коэффициент меди в составе (99,7%). Остальные 0,3% приходятся на никель, железо, сурьму, кислород, олово, свинец, серу, мышьяк. Данная марка пластична и не поддается ржавлению, превосходно обрабатывается под давлением и применяется для изготовления сплавов на медной основе и деталей холодильной техники.

Сплав М3 – это медь техническая, она включает наименьший процент металла среди представленных (99,5%). В качестве легирующих компонентов используются те же элементы, что и в М2, только в большей пропорции (до 0,5%), что делает этот сплав самым доступным по стоимости. Оптимально подходит для металлических изделий, которые реализуются прокатным способом, а также литейных сплавов.

Биологическая ценность для человека

Медь относится к категории жизненно-необходимых элементов, и в организме взрослого человека, содержится около 100 граммов этого металла.

Переоценка токсичности данного вещества проводилась в 2003 году Всемирной Организацией Здравоохранения. Исследования установили, что медь не является причиной заболеваний пищеварительного тракта, и не провоцирует развитие болезни Вильсона-Коновалова (гепатоцеребральная дистрофия, поражающая печень и головной мозг), как считалось ранее. Учёные пришли к выводу, что для здоровья человека больше вреден недостаток меди, а не её переизбыток.

Бактерицидность меди известна давно, а последние исследования в этой области подтвердили эффективность металла в профилактике свиного гриппа, поражения золотистым стафилококком. В экспериментах было установлено, что на медной поверхности погибает 99% болезнетворных бактерий в течение 2-х часов. Поэтому медь и её сплавы широко применяется для обеззараживания воды. В Европе из этого металла изготавливаются дверные ручки, замки, петли и перила, которые устанавливаются в медучреждениях и местах общего пользования.

Характеристики меди, реакция металла с азотной кислотой

It looks like you are visiting our site from Germany. Please switch to our regional site for more relevant pricing, product details, and special offers.

Choose another country

Устойчивый металл Vs. сильный окислитель

Твитнуть

Отправить

[Deposit Photos]

Медь — старейший металл, используемый людьми с давних времен. Медь имеет латинское название — cuprum. Ее порядковый номер — 29. В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде, в первой группе.

Физические и химические свойства меди

Медь — это тяжелый металл розово-красного цвета с ковкой и мягкой структурой. Температура кипения меди — более 1000 °С. Сuprum — хороший электро- и теплопроводник, плавится при 1084 °С, плотность металла — 8,9 г/см³, в природе встречается в самородном виде.

Атом меди имеет 4 уровня. На валентной 4s-орбитали расположен один электрон. Во время химического взаимодействия с другими веществами от атома отщепляется 1—3 отрицательно заряженные частицы, в результате чего образуются соединения меди со степенью окисления «+3», «+2», «+1». Максимальной устойчивостью обладают двухвалентные производные меди.

[Deposit Photos]

Медь обладает низкой реакционной способностью. Существует две основные степени окисления металла, проявляющиеся в соединениях: «+1» и «+2». Вещества, в которых данные значения заменяются на «+3», встречаются редко. Медь взаимодействует с углекислым газом, воздухом, соляной кислотой и другими соединениями при очень высоких температурах. На поверхности металла образуется защитная оксидная пленка, которая предохраняет медь от дальнейшего окисления и делает металл стабильным и малоактивным.

Медь взаимодействует с простыми веществами: галогенами, селеном, серой. Металл способен формировать двойные соли или комплексные соединения. Почти все сложные соединения этого химического элемента (кроме оксидов) — это ядовитые вещества. Вещества, которые образовала одновалентная медь, легко окисляются до двухвалентных аналогов.

В химических реакциях медь выступает в качестве малоактивного металла. Металл не растворяется в воде в обычных условиях. В сухом воздухе не протекает коррозия металла, но при нагревании медь покрывается черным оксидным налетом. Химическая устойчивость элемента проявляется при действии углерода, безводных газов, нескольких органических соединений, спиртов и фенольных смол. Для меди характерны реакции комплексообразования, в результате которых выделяются окрашенные соединения. Медь имеет сходства с металлами щелочной группы, связанные с формированием производных одновалентного ряда.

Взаимодействие с азотной кислотой

Медь растворяется в азотной кислоте. Эта реакция осуществляется из-за окисления металла сильным реагентом. Азотная кислота (разбавленная и концентрированная), проявляет окислительные свойства с растворением меди.

Молекула азотной кислоты [Deposit Photos]

При реакции металла с разбавленной кислотой образуется нитрат меди и двухвалентный оксид азота в соотношении 75%:25%. Уравнение реакции:

8HNO₃ + 3Cu → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

В реакции участвует 1 моль меди и 3 моля концентрированной азотной кислоты. При растворении меди раствор сильно разогревается, в результате чего происходит термическое разложение окислителя и наблюдается выделение дополнительного объема азотных оксидов. Уравнение реакции:

4HNO₃ + Cu → Cu(NO₃) + 2NO₂ + 2H₂O

Такой способ растворения меди имеет недостаток: во время реакции меди с азотной кислотой происходит выделение большого количества азотных оксидов. Для улавливания (или нейтрализации) азотных оксидов требуется специальное оборудование, потому процесс этот слишком затратный. Растворение меди в азотной кислоте считается завершенным, когда полностью прекращается выработка летучих азотистых оксидов. Температура реакции — 60—70 °С. Следующий этап — спуск раствора из химического реактора. После этого на дне реактора остаются куски меди, не вступившие в реакцию. К полученной жидкости добавляется вода и проводится фильтрация. Нажмите здесь, чтобы изучить свойства меди на примере взаимодействия с другими веществами.

Азотная кислота и медь: реакция на примере опыта

Проследить всю реакцию азотной кислоты и меди можно на примере опыта, положив в концентрированную азотную кислоту пластинку меди. Происходит выделение бурого газа: сначала медленное, затем более сильное. Раствор приобретает зеленую окраску. Если в избытке добавлять медь в процессе реакции, раствор постепенно окрасится в голубой цвет. Реакция меди с азотной кислотой происходит с выделением тепла и токсичного газа, имеющего резкий запах.

Взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой относится к окислительно-восстановительным реакциям. Восстановителем здесь является металл, а окислителем — азотная кислота. Уравнение реакции:

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Реакция экзотермическая, поэтому при самопроизвольном разогреве смеси реакция ускоряется.

Реакция меди с азотной кислотой начинается при комнатной температуре. Металл покрывается пузырьками, они всплывают и наполняют пробирку бурым газом — NO₂ (токсичным ядовитым диоксидом азота с резким запахом). Этот газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Реакция меди с азотной кислотой протекает в два этапа:

на первом этапе кислота окисляет медь до оксида меди, выделяя диоксид азота;
на втором этапе оксид меди реагирует с новыми порциями кислоты, образуя нитрат меди Cu(NO₃)₂. Смесь разогревается, и реакция протекает быстрее.

Нитрат меди (тригидрат) [Wikipedia]

Итог: металл растворился и образовался раствор нитрата меди. Благодаря нитрату меди полученный раствор имеет зеленый или голубой цвет (оттенок будет зависеть от количества использованной воды).

Твитнуть

Отправить

Больше статей о химии:

Опыт «Золотой дождь» Как получить блестящие золотистые кристаллы
Эксперимент «Реакция Дюма» Самый простой способ получить метан

Делайте эксперименты дома!

Трансмутация

Узнать больше

Попробовать

цвет, физические свойства купрум, характеристика, как определить, химический элемент (металл)

В нашей статье мы описали все основные физические и химические свойства меди, ее отличия от множества похожих металлов и сплавов. Вы узнаете, как можно отличить медь в домашних условиях от бронзы, латуни и других металлов.

Содержание

Что представляет собой медь
Основные свойства меди
Физические свойства меди
Химические свойства
Оптические свойства
Кристаллографические свойства
Как идентифицировать медь на глаз
Как определить медь в домашних условиях
Проверить цвет
Тестировать магнитом
Применить нагрев
Как отличить медь от других металлов
Как отличить медь от бронзы
Как отличить медь от латуни
Как отличить медь от алюминия
Медь в природе
Способы получения
Пирометаллургический
Гидрометаллургический
Интересное о меди

Что представляет собой медь

Хотя она не является ни редким, ни драгоценным металлом ее ценность как химического элемента достаточно высока. В первую очередь это связано с тем, что она широко применяется в медицине, полупроводниковых приборах, фотоэлементах, на производствах и даже оборонной промышленности.

Цвет меди является основным признаком, по которому можно выделить ее среди похожих металлов. В природе встречается в чистом виде как мягкий материал светловато оранжевого цвета, при контакте с воздухом покрывающийся зеленоватой оксидной пленкой. К характеристикам меди также относится исключительная пластичность.

Основные свойства меди

Все свойства характеризующее медь как ценный для человека химический элемент подразделяются на четыре основные группы – физические, химические, оптические и кристаллографические. Рассмотрим последовательно каждое свойство.

Физические свойства меди

Обладает ярко выраженным красновато оранжевым цветом и хорошо взаимодействует с различными примесями, улучшающими или дополняющими ее физические свойства.

Хорошо проводит тепло и электрический ток (именно благодаря этому свойству получила широкое распространение в электротехнике). Теплопроводные свойства меди нашли применение в системах охлаждения, радиаторах и теплообменниках.

Подробнее о физических свойствах меди в таблице.

Химические свойства

Химический состав меди слабо взаимодействует с неметаллами и практически не реагирует на внешние окислители. В нормальном состоянии, в помещении с сухим воздухом медь не подвержена быстрому окислению. Также слабо реагирует на кислоты и щелочи. Более подробную информацию о химических свойствах этого металла можно узнать из представленной таблицы.

Читать также: Как заварить глушитель электросваркой самостоятельно

Оптические свойства

Спектральный анализ меди показывает, что зависимость преломления оптического показателя под влиянием увеличения длины волны настолько малозначима, что может не приниматься в расчет на производствах. В спектральном диапазоне от 200 нм до 900 нм не наблюдается серьезных изменений коэффициента поглощения.

Теплоемкость отдельно взятого медного изделия такова, что поглощение энергии светового импульса на единицу площади не приводит к сколько нибудь значимому нагреву при испытаниях в естественных условиях эксплуатации.

Кристаллографические свойства

Основные кристаллографические свойства меди можно узнать из представленной таблицы.

Как идентифицировать медь на глаз

Метод визуальной идентификации самый простой и как ни странно наиболее действенный из доступных. Медные изделия, очищенные от грязи и окислов должны иметь ярко выраженный красноватый или розоватый цвет. При рассмотрении металла в первую очередь стоит вспомнить какие еще химические элементы имеют схожую с медью окраску.

Визуально похожи на медь следующие металлы:

осмий и металлы на его основе;
цезий и сплавы, в которых он составляет большую часть процентного соотношения;
различные сплавы золота.

Очевидно, что если рассматриваемое изделие представляет собой предмет домашнего обихода или деталь электроинструмента, то маловероятно, что для его изготовления использовали большое количество золота или цезия.

Полезная статья: Электрическая дуговая сварка — что это

Как определить медь в домашних условиях

В домашних условиях, где могут попасться медные изделия совершенно различного предназначения, существуют несколько простых, но действенных методов как распознать медь без сложных спектральных анализов и химических лабораторий.

Кроме чистой меди, вполне могут встретиться и сплавы очень похожие по виду, но совершенно отличающиеся по структуре металла и его физико-химическим свойствам. Рассмотренные ниже домашние методы помогут выяснить истинный состав металла даже в таких случаях.

Всего различают три основных способа определения меди.

Визуальный анализ цвета.
Тест на магнитные свойства.
«Тепловой» метод идентификации.

Рассмотрим подробнее каждый из методов.

Проверить цвет

Практически все знают как должна выглядеть медь, но мало кто представляет это цвет визуально. Если есть сомнения в составе представленного металла, то для начала нужно добиться блеска — очистить от следов окислов, пыли, грязи (при наличии).

Если есть возможность и это не повредит самому изделию, то пройтись по видимой части детали мелкозернистой наждачной бумагой.

Полученный результат идентифицируют «на глаз» или же сравнивают с цветом эталонного изделия о котором совершенно точно известно, что это медь. Если такого изделия под рукой не оказалось, то в качестве эталона можно применить токопроводящую жилу от любого силового кабеля.

Как правило, электрические провода изготавливают из чистой меди без примесей.

Тестировать магнитом

Тест на магнитные свойства считается одним из самых надежных методов проверки, но увы не может быть единственным. Чистая медь не магнитится и не намагничивается. Так же не магнитятся и различные медные сплавы. Если смысл только в этом, то на данном этапе тестирование металла можно завершить.

Если же исследуемое металлическое тело пойдет на вторичную переработку, переплавку или как заготовка для самостоятельного изделия, имеет смысл проверить чистоту металла еще и визуальным методом на срезе торца. Делается это для того, чтобы не спутать чистый металл с например – омедненным алюминием или оловом, которые тоже не реагируют на поднесенное магнитное поле.

Применить нагрев

Кроме всего перечисленного есть и еще один способ проверить медь перед вами или что-то другое. Данный метод применяют только в тех случаях, когда сильный нагрев предположительно медного изделия никак не повлияет на его дальнейшую эксплуатацию.

Исследуемый металл накаляют на открытом огне до температуры в 150 — 200 °C и наблюдают за его состоянием. Чистая медь в процессе нагрева начинает тускнеть и постепенно приобретает буроватый цвет похожий на черные следы окисления.

По мере нагрева вещество не должно выделять резких неприятных запахов, дыма или копоти. Чтобы исключить ошибки, деталь перед нагреванием очищают от внешних загрязнений или моют водой.

Полезная статья: Как выбрать электроды по нержавейке

Как отличить медь от других металлов

Существует ряд металлов со схожими свойствами (цветом, химической реакцией на окислители и магнитными свойствами). Все эти металлы настолько похожи друг на друга, что порой даже специалисты не могут с первого взгляда описать характеристики каждого.

На практике, чаще всего происходит путаница со следующими металлами:

бронзой;
латунью;
алюминием или его сплавами.

Каждый из этих металлов визуально похож, но обладает одним или несколькими свойствами по наличию которых можно однозначно судить о его составе.

Разберем подробнее как отличить медь от бронзы, алюминия или латуни.

Как отличить медь от бронзы

Бронза наиболее часто путаемый металл. По сути это и есть медь, но в сплаве с оловом. В связи с тем, что бронзовые изделия обладают почти тем же набором характеристик, что и медные, отличить их с помощью визуального, магнитного или теплового способа не получится.

Для достижения гарантированного результата проверяемую деталь необходимо слегка деформировать (конечно только в тех случаях, где это допустимо). Медь намного более мягкий и пластичный металл и на изделии из чистой меди однозначно останется вмятина или глубокая царапина. Бронза обладает большей твердостью и останется невредимой.

Второй способ основан на химическом взаимодействии меди с солью. Необходимо приготовить концентрированный раствор обычной поваренной соли, нагреть до температуры 50 – 80 °C и погрузить в него исследуемое изделие (или его часть) на некоторое время (обычно 15-20 минут). Бронзовое изделие не изменит своего первоначального цвета, тогда как медь быстро потемнеет.

Третий способ основан на визуальном восприятии временных изменений. Если перед вами лежит изделие про которое точно известно. Видно, что оно изготовлено достаточно давно и при этом на нем нет ни следа зеленоватого налета, вероятнее всего оно изготовлено не из чистой меди.

Полезная статья — Как варить вертикальный шов инвертором

Как отличить медь от латуни

Латунью называется металл, кристаллическая решетка которого состоит из сплава меди с цинком. При высоком содержании в сплаве цинка (от 40% и выше) отличить латунь можно даже визуальным методом – она имеет желтоватый оттенок. В случае, когда примесь цинка не более 10%, на глаз отличия уже не видны. В таких случаях прибегают к «народным» методам.

Проверка на слух. В связи с тем, что медь более мягкий металл при ударе в него металлическим прутом издает глухой звук похожий на стук упавшего яблока. Латунь звучит более звонче и дольше.
Если изделие тонкостенное, то можно попробовать его на изгиб. Медь согнется, а латунь будет упругой.

Существуют и другие методы – растворение в соляной кислоте, снятие стружки высокооборотистым фрезером, определение удельной плотности и подобные. Ввиду сложности применения в быту рассматривать их не имеет смысла.

Как отличить медь от алюминия

При наличии двух изделий из чистых металлов различить их не составит труда даже в условиях плохого освещения. Совсем другое дело, когда имеется сплав в непонятном соотношении.

Чаще всего такие сплавы используют для изготовления электрических проводов. Понять из какого металла состоит провод просто, достаточно измерить его сопротивление.

У чистой меди сопротивление всегда меньше чем у алюминия и на сто метров провода не будет превышать 10 Ом. Алюминиевый провод или провод из сплава выдаст гораздо большие показатели.

Также можно попробовать провод на изгиб – алюминиевый быстро сломается уже после нескольких перегибов, медный выдержит.

Медь в природе

В природе встречается как в соединениях, так и в виде самородков. Большая часть этого металла лежит в поверхностных слоях грунта и добывается открытым способом. Металлургическая руда содержит от 0.25 % до 1.5 % самородной меди на объем грунта.

Полезная статья — Чем заварить нержавейку

Способы получения

Так как даже в «богатой» руде содержание меди не превышает 1.5% плавить такую руду экономически не целесообразно. В целях оптимизации процесса руда предварительно обогащается и далее добывается одним из двух основных методов.

Пирометаллургический

Сложный процесс включающий в себя ряд взаимоувязанных этапов:

обогащение. Суть метода основана на водной флотации, грунт помещается в водяную ванну, где микрочастицы меди увлекаются на поверхность воздушными пузырьками. Данный процесс обогащения позволяет добиться концентрации меди в 35%;
обжиг. Применяется в основном к руде с большим содержанием серы. После сильного температурного воздействия более половины серы «сгорает», чем также достигается повышение доли меди в руде;
плавка. Полученную обогащенную руду помещают в плавильные печи и на выходе получают спекшийся медный штейн;
рафинирование. Штейн обрабатывают открытым огнем и электролитом, газовой продувкой удаляются химические примеси. Концентрация чистой меди на этом этапе может достигать 99.97%.

Полезная статья — Поксипол клей двухкомпонентный

Гидрометаллургический

Процесс применяют для руды с критически малым содержанием меди. Суть процесса заключается в химическом растворении руды в концентрате серной кислоты после которой извлекается только медь без содержания других примесей.

Интересное о меди

Медь является неотъемлемым химическим элементом, участвующим в жизненно важных процессах организма. Способствует образованию кровяных телец и замедляет старение организма.

Недостаток меди в организме проявляется в слабой костной структуре и различных патологиях крови. Восполнить недостаток элемента можно употребляя в пищу следующие виды продуктов – любые из видов орехов (лесной, грецкий, миндаль и т.д.), крупы, мясо, говяжья печень, какао и множество других.

Учитывая полезные свойства меди, она очень востребована в медицине, из нее изготавливаются трубопроводы для питательных жидкостей. К примеру, в Японии трубопровод из меди несет в себе сразу две полезные функции – он химически безопасен для организма и сейсмоустойчив, что для острова является важным фактором.

Да

77.94%

Нет

22.06%

Проголосовало: 68

Задавайте свои вопросы в комментариях под статьей. Расскажите, была ли Вам полезна наша статья.

Химические свойства переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)

Что такое химические свойства переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)

Основные химические свойства и характеристики меди, цинка, хрома и железа — переходных металлов, краткая справка:
Медь

химический элемент. символьное обозначение элемента:
Cu
, латинское название
Cuprum
, элемент относится к периоду, группе:
4, 11
, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Медь составляет
63,546 (3)
(а.е.м.) плотность элемента:
8,92
г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления
1083,5
(°C), температура кипения
2595
(°C). Первооткрывателем зарегистрирован:
неизвестен
, год открытия:
доисторический период
— Cuprum

Цинк

химический элемент. символьное обозначение элемента:
Zn
, латинское название
Zincum
, элемент относится к периоду, группе:
4, 12
, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Цинк составляет
65,409 (4)
(а.е.м.) плотность элемента:
7,14
г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления
419,6
(°C), температура кипения
907
(°C). Первооткрывателем зарегистрирован:
неизвестен
, год открытия:
доисторический период
— Zincum

Хром

химический элемент. символьное обозначение элемента:
Cr
, латинское название
Chromium
, элемент относится к периоду, группе:
4, 6
, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Хром составляет
51,9961 (6)
(а.е.м.) плотность элемента:
7,14
г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления
1857
(°C), температура кипения
2482
(°C). Первооткрывателем зарегистрирован:
Воклен
, год открытия:
1797
— Chromium

Железо

химический элемент. символьное обозначение элемента:
Fe
, латинское название
Ferrum
, элемент относится к периоду, группе:
4, 8
, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Железо составляет
55,845 (2)
(а.е.м.) плотность элемента:
7,87
г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления
1535
(°C), температура кипения
2750
(°C). Первооткрывателем зарегистрирован:
неизвестен
, год открытия:
доисторический период
— Ferrum

Медь (Cu) относится к d-элементам и расположена в IB группе периодической таблицы Электронная конфигурация атома меди в основном состоянии записывается виде 1s22s22p63s23p63d104s1 вместо предполагаемой формулы 1s22s22p63s23p63d94s2. Другими словами, в случае атома меди наблюдается так называемый «проскок электрона» с 4s-подуровня на 3d-подуровень. Для меди, кроме нуля, возможны степени окисления +1 и +2.

Степень окисления +1 склонна к диспропорционированию и стабильна лишь в нерастворимых соединениях типа CuI, CuCl, Cu2O и т. д., а также в комплексных соединениях, например, [Cu(Nh4)2]Cl и [Cu(Nh4)2]OH.

Соединения меди в степени окисления +1 не имеют конкретной окраски. Так, оксид меди (I) в зависимости от размеров кристаллов может быть темно-красный (крупные кристаллы) и желтый (мелкие кристаллы), CuCl и CuI — белыe, а Cu2S — черно-синий. Более химически устойчивой является степень окисления меди, равная +2. Соли, содержащие медь в данной степени окисления, имеют синюю и сине-зеленую окраску.

Медь является очень мягким, ковким и пластичным металлом с высокой электро- и теплопроводностью. Окраска металлической меди красно-розовая. Медь находится в ряду активности металлов правее водорода, т.е. относится к малоактивным металлам.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

В обычных условиях медь с кислородом не взаимодействует. Для протекания реакции между ними требуется нагрев. В зависимости от избытка или недостатка кислорода и температурных условий может образовать оксид меди (II) и оксид меди (I):

***

с серой

Реакция серы с медью в зависимости от условий проведения может приводить к образованию как сульфида меди (I), так и сульфида меди (II). При нагревании смеси порошкообразных Cu и S до температуры 300-400оС образуется сульфид меди (I):

***

При недостатке серы и проведении реакции при температуре более 400оС образуется сульфид меди (II). Однако, более простым способом получения сульфида меди (II) из простых веществ является взаимодействие меди с серой, растворенной в сероуглероде:

***

Данная реакция протекает при комнатной температуре.

с галогенами

С фтором, хлором и бромом медь реагирует, образуя галогениды с общей формулой CuHal2, где Hal – F, Cl или Br:

Cu + Br2 = CuBr2

В случае с йодом — самым слабым окислителем среди галогенов — образуется иодид меди (I):

***

С водородом, азотом, углеродом и кремнием медь не взаимодействует.

Взаимодействие со сложными веществами

с кислотами-неокислителями

Кислотами-неокислителями являются практически все кислоты, кроме концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации. Поскольку кислоты-неокислители в состоянии окислить только металлы, находящиеся в ряду активности до водорода; это означает, что медь с такими кислотами не реагирует.

***

с кислотами-окислителями

— концентрированной серной кислотой

С концентрированной серной кислотой медь реагирует как при нагревании, так и при комнатной температуре. При нагревании реакция протекает в соответствии с уравнением:

***

Поскольку медь не является сильным восстановителем, сера восстанавливается в данной реакции только до степени окисления +4 (в SO2).

— с разбавленной азотной кислотой

Реакция меди с разбавленной HNO3 приводит к образованию нитрата меди (II) и монооксида азота:

3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4h3O

— с концентрированной азотной кислотой

Концентрированная HNO3 легко реагирует с медью при обычных условиях. Отличие реакции меди с концентрированной азотной кислотой от взаимодействия с разбавленной азотной кислотой заключается в продукте восстановления азота. В случае концентрированной HNO3 азот восстанавливается в меньшей степени: вместо оксида азота (II) образуется оксид азота (IV), что связано с большей конкуренцией между молекулами азотной кислоты в концентрированной кислоте за электроны восстановителя (Cu):

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2h3O

с оксидами неметаллов

Медь реагирует с некоторыми оксидами неметаллов. Например, с такими оксидами, как NO2, NO, N2O медь окисляется до оксида меди (II), а азот восстанавливается до степени окисления 0, т.е. образуется простое вещество N2:

***

В случае диоксида серы, вместо простого вещества (серы) образуется сульфид меди(I). Связано это с тем, что медь с серой, в отличие от азота, реагирует:

***

с оксидами металлов

При спекании металлической меди с оксидом меди (II) при температуре 1000-2000 оС может быть получен оксид меди (I):

***

Также металлическая медь может восстановить при прокаливании оксид железа (III) до оксида железа (II):

***

с солями металлов

Медь вытесняет менее активные металлы (правее нее в ряду активности) из растворов их солей:

Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag↓

Также имеет место интересная реакция, в которой медь растворяется в соли более активного металла – железа в степени окисления +3. Однако противоречий нет, т.к. медь не вытесняет железо из его соли, а лишь восстанавливает его со степени окисления +3 до степени окисления +2:

Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4

Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2

Последняя реакция используется при производстве микросхем на стадии травления медных плат.

Коррозия меди

Медь со временем подвергается коррозии при контакте с влагой, углекислым газом и кислородом воздуха:

2Cu + h3O + СО2 + О2 = (CuOН)2СO3

В результате протекания данной реакции медные изделия покрываются рыхлым сине-зеленым налетом гидроксокарбоната меди (II).

Запасы, добыча

Глобальные объемы медной руды оцениваются в миллиард тонн (разведанные). Наличие половины подтверждено. Ученые полагают, что земная кора таит еще три миллиарда тонн меденосной руды.

Самородная медь

Богатыми запасами располагают страны на всех континентах:

Америка – Чили, Канада, США.
Азия – Казахстан, Иран.
Африка – ЮАР, Замбия, Заир.

На Россию приходится 3% мировых запасов. Месторождения сосредоточены на Урале. Основной добытчик – концерн «Норильский никель».

Руду добывают открытым либо закрытым способом, в зависимости от глубины залегания.

Ежегодный мировой объем добычи руды – 15-20 млн. тонн.

Химические свойства цинка

Цинк Zn находится в IIБ группе IV-го периода. Электронная конфигурация валентных орбиталей атомов химического элемента в основном состоянии 3d104s2. Для цинка возможна только одна единственная степень окисления, равная +2. Оксид цинка ZnO и гидроксид цинка Zn(ОН)2 обладают ярко выраженными амфотерными свойствами.

Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа вследствие протекания реакции:

2Zn + h3O + O2 + CO2 → Zn2(OH)2CO3

Пар цинка горит на воздухе, а тонкая полоска цинка после накаливания в пламени горелки сгорает в нем зеленоватым пламенем:

***

При нагревании металлический цинк также взаимодействует с галогенами, серой, фосфором:

***

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует.

Цинк реагирует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:

Zn + h3SO4 (20%) → ZnSO4 + h3↑

Zn + 2HCl → ZnCl2 + h3↑

Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, поскольку содержит в себе примеси других менее активных металлов, в частности, кадмия и меди. Высокочистый цинк по определенным причинам устойчив к воздействию кислот. Для того чтобы ускорить реакцию, образец цинка высокой степени чистоты приводят в соприкосновение с медью или добавляют в раствор кислоты немного соли меди.

При температуре 800-900oC (красное каление) металлический цинк, находясь в расплавленном состоянии, взаимодействует с перегретым водяным паром, выделяя из него водород:

Zn + h3O = ZnO + h3↑

Цинк реагирует также и с кислотами-окислителями: серной концентрированной и азотной.

Цинк как активный металл может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу и даже сероводород.

Zn + 2h3SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2h3O

Состав продуктов восстановления азотной кислоты определяется концентрацией раствора:

Zn + 4HNO3(конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2h3O

3Zn + 8HNO3(40%) = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4h3O

4Zn +10HNO3(20%) = 4Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5h3O

5Zn + 12HNO3(6%) = 5Zn(NO3)2 + N2↑ + 6h3O

4Zn + 10HNO3(0,5%) = 4Zn(NO3)2 + Nh5NO3 + 3h3O

На направление протекания процесса влияют также температура, количество кислоты, чистота металла, время проведения реакции. Цинк реагирует с растворами щелочей, при этом образуются тетрагидроксоцинкаты и водород:

Zn + 2NaOH + 2h3O = Na2[Zn(OH)4] + h3↑

Zn + Ba(OH)2 + 2h3O = Ba[Zn(OH)4] + h3↑

С безводными щелочами цинк при сплавлении образует цинкаты и водород:

***

В сильнощелочной среде цинк является крайне сильным восстановителем, способным восстанавливать азот в нитратах и нитритах до аммиака:

4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6h3O → 4Na2[Zn(OH)4] + Nh4↑

Благодаря комплексообразованию цинк медленно растворяется в растворе аммиака, восстанавливая водород:

Zn + 4Nh4·h3O → [Zn(Nh4)4](OH)2 + h3↑ + 2h3O

Также цинк восстанавливает менее активные металлы (правее него в ряду активности) из водных растворов их солей:

Zn + CuCl2 = Cu + ZnCl2

Zn + FeSO4 = Fe + ZnSO4

Сферы применения

Свойства металла обусловили его применение разными сферами. Главный потребитель – промышленный комплекс.

Промышленность

Металл и сплавы разбирают следующие отрасли:

Электротехника, радиоэлектроника. Кабели (силовые, другие), провода. Обмотка в трансформаторах. Теплообменные устройства (радиаторы отопления, кондиционеры, кулеры компьютеров, тепловые трубки ноутбуков).
Приборо-, машиностроение. Из сплавов меди с цинком, оловом, алюминием делают детали, узлы машин. Без нее невозможно создание гальванических элементов и батарей.
Трубы. Для транспортировки пара, воды, газа. В энергетике, судостроении, для бытовых потребностей.

Система охлаждения из меди на тепловых трубках в ноутбуке
В Японии медные трубопроводы признаны сейсмоустойчивыми, что для этой страны жизненно важно.

Медные трубы

Строительство

Крыши из медного листа экологичны, их можно не красить, поскольку влага, погодные катаклизмы не страшны. Срок службы – до 100 лет.

Медицина

Медициной востребованы характеристики металла как антисептика и вяжущего средства.

Это компонент глазных капель и смесей для лечения ожогов.

Медные ручки дверей, другие поверхности – атрибут лечебных учреждений.

Соединения меди подавляют вирус свиного гриппа.

Ювелирное дело

Ювелиры используют сплавы на основе меди.

Кольцо из меди

Красное или розовое золото – это конгломерат благородного металла с медью.

Ее количество в составе определяет финальный оттенок:

25% – розовый;
50% – красный.

Эти виды золота – самые любимые ювелирами. Медь делает изделия прочнее, попутно удешевляя стоимость.

Второй популярный ювелирный сплав – мельхиор (медь + никель).

Другие отрасли

Оксид меди – основа купрата, используемого в сверхпроводниках.
Латунь идет на изготовление гильз для винтовок и артиллерии.
Из мельхиора чеканят монеты, создают интерьерные украшения, столовые приборы.
Медь задействована при синтезе хлорофилла. Ее всегда добавляют в минеральные удобрения для растений.

Химические свойства хрома

Хром — элемент VIB группы таблицы Менделеева. Электронная конфигурация атома хрома записывается как 1s 22s 22p 63s 23p63d54s1, т.е. в случае хрома, также как и в случае атома меди, наблюдается так называемый «проскок электрона»

Наиболее часто проявляемыми степенями окисления хрома являются значения +2, +3 и +6. Их следует запомнить, и в рамках программы ЕГЭ по химии можно считать, что других степеней окисления хром не имеет.

При обычных условиях хром устойчив к коррозии как на воздухе, так и в воде.

Взаимодействие с неметаллами

с кислородом

Раскаленный до температуры более 600 oС порошкообразный металлический хром сгорает в чистом кислороде образуя окcид хрома (III):

4Cr + 3O2 =ot=> 2Cr2O3

с галогенами

С хлором и фтором хром реагирует при более низких температурах, чем с кислородом (250 и 300 oC соответственно):

2Cr + 3F2 =ot=> 2CrF3

2Cr + 3Cl2 =ot=> 2CrCl3

С бромом же хром реагирует при температуре красного каления (850-900 oC):

2Cr + 3Br2 =ot=> 2CrBr3

с азотом

С азотом металлический хром взаимодействует при температурах более 1000 oС:

2Cr + N2 =ot=> 2CrN

с серой

С серой хром может образовывать как сульфид хрома (II) так и сульфид хрома (III), что зависит от пропорций серы и хрома:

Cr + S =ot=> CrS

2Cr + 3S =ot=> Cr2S3

С водородом хром не реагирует.

Взаимодействие со сложными веществами

Взаимодействие с водой

Хром относится к металлам средней активности (расположен в ряду активности металлов между алюминием и водородом). Это означает, что реакция протекает между раскаленным до красного каления хромом и перегретым водяным паром:

2Cr + 3h3O =ot=> Cr2O3 + 3h3↑

Взаимодействие с кислотами

Хром при обычных условиях пассивируется концентрированными серной и азотной кислотами, однако, растворяется в них при кипячении, при этом окисляясь до степени окисления +3:

Cr + 6HNO3(конц.) =to=> Cr(NO3)3 + 3NO2↑ + 3h3O

2Cr + 6h3SO4(конц) =to=> Cr2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6h3O

В случае разбавленной азотной кислоты основным продуктом восстановления азота является простое вещество N2:

10Cr + 36HNO3(разб) = 10Cr(NO3)3 + 3N2↑ + 18h3O

Хром расположен в ряду активности левее водорода, а это значит, что он способен выделять h3 из растворов кислот-неокислителей. В ходе таких реакций в отсутствие доступа кислорода воздуха образуются соли хрома (II):

Cr + 2HCl = CrCl2 + h3↑

Cr + h3SO4(разб. ) = CrSO4 + h3↑

При проведении же реакции на открытом воздухе, двухвалентный хром мгновенно окисляется содержащимся в воздухе кислородом до степени окисления +3. При этом, например, уравнение с соляной кислотой примет вид:

4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6h3O

При сплавлении металлического хрома с сильными окислителями в присутствии щелочей хром окисляется до степени окисления +6, образуя хроматы: ****

Сплавы

Номенклатура сплавов меди с другими компонентами насчитывает десятки позиций.

Сплавы меди и их применение

Они применяются чаще чистого металла, поскольку уменьшают недостатки, присущие чистому металлу. То есть делают продукт прочнее, устойчивее, дешевле.

Медные соединения подразделяются на две группы:

Бронза – с оловом.
Латунь – с цинком.

Помимо этих главных легирующих компонентов, в составе соединения алюминий, никель, висмут, титан, серебро, золото, неметаллические элементы.

Химические свойства железа

Железо Fe, химический элемент, находящийся в VIIIB группе и имеющий порядковый номер 26 в таблице Менделеева. Распределение электронов в атоме железа следующее 26Fe1s22s22p63s23p63d64s2, то есть железо относится к d-элементам, поскольку заполняемым в его случае является d-подуровень. Для него наиболее характерны две степени окисления +2 и +3. У оксида FeO и гидроксида Fe(OH)2 преобладают основные свойства, у оксида Fe2O3 и гидроксида Fe(OH)3 заметно выражены амфотерные. Так оксид и гидроксид железа (lll) в некоторой степени растворяются при кипячении в концентрированных растворах щелочей, а также реагируют с безводными щелочами при сплавлении. Следует отметить что степень окисления железа +2 весьма неустойчива, и легко переходит в степень окисления +3. Также известны соединения железа в редкой степени окисления +6 – ферраты, соли не существующей «железной кислоты» h3FeO4. Указанные соединения относительно устойчивы лишь в твердом состоянии, либо в сильнощелочных растворах. При недостаточной щелочности среды ферраты довольно быстро окисляют даже воду, выделяя из нее кислород.

Взаимодействие с простыми веществами

С кислородом

При сгорании в чистом кислороде железо образует, так называемую, железную окалину, имеющую формулу Fe3O4 и фактически представляющую собой смешанный оксид, состав которого условно можно представить формулой FeO∙Fe2O3. Реакция горения железа имеет вид:

3Fe + 2O2 =to=> Fe3O4

С серой

При нагревании железо реагирует с серой, образуя сульфид двухвалентого железа:

Fe + S =to=> FeS

Либо же при избытке серы дисульфид железа:

Fe + 2S =to=> FeS2

С галогенами

Всеми галогенами кроме йода металлическое железо окисляется до степени окисления +3, образуя галогениды железа (lll):

2Fe + 3F2 =to=> 2FeF3 – фторид железа (lll)

2Fe + 3Cl2 =to=> 2FeCl3 – хлорид железа (lll)

2Fe + 3Br2 =to=> 2FeBr3 – бромид железа (lll)

Йод же, как наиболее слабый окислитель среди галогенов, окисляет железо лишь до степени окисления +2:

Fe + I2 =to=> FeI2 – йодид железа (ll)

Соединения трехвалентного железа легко окисляют иодид-ионы в водном растворе до свободного йода I2 при этом восстанавливаясь до степени окисления +2. Примеры, подобных реакций из банка ФИПИ:
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl

2Fe(OH)3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 6h3O

Fe2O3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 3h3O

С водородом

Железо с водородом не реагирует (с водородом из металлов реагируют только щелочные металлы и щелочноземельные):

***

Взаимодействие со сложными веществами

Взаимодействие с кислотами

С кислотами-неокислителями

Так как железо расположено в ряду активности левее водорода, это значит, что оно способно вытеснять водород из кислот-неокислителей (почти все кислоты кроме h3SO4 (конц. ) и HNO3 любой концентрации):

Fe + h3SO4 (разб.) = FeSO4 + h3↑

Fe + 2HCl = FeCl2 + h3↑

Нужно обратить внимание на такую уловку в заданиях ЕГЭ, как вопрос на тему того до какой степени окисления окислится железо при действии на него разбавленной и концентрированной соляной кислоты. Правильный ответ – до +2 в обоих случаях.

Ловушка здесь заключается в интуитивном ожидании более глубокого окисления железа (до с.о. +3) в случае его взаимодействия с концентрированной соляной кислотой.

Медь в природе

В природе выявлено два проявления элемента – самородки и компонент соединений с другими элементами.

Самородок меди

Чаще это соединения: оксиды, сульфиды, гидрокарбонаты. Самое распространенное сырье – медный колчедан.

Медь придает глубокие синие, голубые, зеленоватые оттенки малахиту, бирюзе, хризоколле, другим минералам ювелирно-декоративного сегмента.

Общая характеристика d-элементов. Месторождения меди, цинка, железа, хрома и их соединений в Казахстане.

10 класс

Урок 45 10 класс Дата _________

Тема: Общая характеристика d-элементов. Месторождения меди, цинка, железа, хрома и их соединений в Казахстане

Цель: изучить общую характеристику d-элементов.

Задачи:

1. Образовательная: актуализировать знания учащихся о положении d-элементов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, особенностях строении их атомов, систематизировать и углубить знания об особенностях d-элементов; на основе ранее изученного материала познакомить учащихся с основными месторождениями соединений меди, цинка, железа, хрома на территории Республики Казахстан;

2. Развивающая: способствовать совершенствованию у учащихся умений работать с Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, с картой Казахстана, делать выводы;

3. Воспитательная: способствовать развитию навыков сотрудничества с взрослыми и со сверстниками, совершенствовать умения осуществлять планирование и рефлексию своей деятельности.

Оборудование: ПСХЭ Д.И.Менделеева, карта полезные ископаемые Казахстана, презентация.

Ход работы

I. Организационный – 2 мин (психологический настрой)

II. Проверка д/з – 8 мин

1. Фронтальный опрос.

На прошлых занятиях мы говорили с вами о важнейших s-элементов и их соединений. Давайте вспомним общую характеристику этих элементов.

· Где расположены s–элементы в ПСХЭ Д.И.Менделева (в I и II группе главной подгруппе).

· Какие свойства проявляют эти элементы? (они легко отдают свои электроны, проявляя сильные восстановительные свойства)

· Что общего у элементов IA? (на внешнем уровне у них 1 электрон, их называют щелочными металлами)

· Что общего у элементов IIA? (на внешнем уровне у них 2 электрона: последние 4 элемента называют щелочноземельными металлами)

III. Изучение нового материала – 25 мин

Сегодня мы с вами начинаем изучение нового раздела «Важнейшие d-элементы и их соединения».

Тема нашего урока «Общая характеристика d-элементов» (запись в тетрадь).

Цель нашего урока: изучить особенности d-элементов.

Посмотрите, пожалуйста, все в Периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева и вспомните, где располагаются металлы. (Если провести диагональ с верхнего левого угла в правый нижний угол периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, то металлы располагаются в нижнем левом углу)

Но если сказать точнее, то к металлам относятся также d-элементы, или их иначе называют «вставная декада», которые выходят за пределы диагонали. А почему их называют «декадой»? (Потому что в каждом периоде по десять d-элементов)

d-элементы также называют переходными элементами, посмотрите в ПСХЭ, и определите почему? (они расположены между s–элементами и p–элементами).

То есть, d-элементы расположены между типичными металлами и типичными неметаллами.

Запишите в тетради:

d-элементы – переходные элементы в периодах, расположенные между типичными металлами и типичными неметаллами. В каждом периоде расположено по 10 d-элементов. Все они проявляют свойства металлов, причем с ростом атомного номера металлические свойства уменьшаются.

Теперь давайте определим строение внешнего электронного уровня.

Прежде чем приступить, давайте вспомним правило Клечковского: Электроны заполняют орбитали последовательно в порядке увеличения суммы главного и орбитального квантовых чисел. Тогда последовательность заполнения орбиталей электронами выглядит следующим образом: 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p и т.д.

Задание: напишите электронную и графическую формулу скандия, хрома и железа.

Сколько электронов находится на внешнем уровне? (2 электрона). На каком подуровне происходит изменение количества электронов? (на d-подуровне).

Запишите в тетради:

Внешнее строение электронного слоя у d-элементов остается неизменным, у них идет заполнение предпоследнего энергетического уровня, d-подуровня.

Так как все d-элементы металлы, какую степень окисления они будут проявлять в соединениях? (положительную)

Задание: определите степень окисления хрома в следующих соединениях: CrO, Cr₂O₃, CrO₃. (+2; +3; +6). Исходя из данного задания, какой вывод можно сделать? (d-элементы могут проявлять различные степени окисления).

Запишите в тетрадь:

В соединениях d-элементы могут иметь различные положительные степени окисления.

Еще одна особенность d-элементов – их биологическая роль. d-элементы входят в состав микроэлементов необходимых для нормальной жизнедеятельности живого организма. Назовите d-элементы необходимые для человека (цинк, железо, медь, марганец, серебро)

Разминка видеоролик

Работа в группе (Изучить основные месторождения меди, цинка, железа, хрома)

Задания для групп(1группа-медь, 2-цинк, 3-железо, 4-хром)

1 задание: Напишите электронную формулу

———————————————————————————————————————-

2 задание: Назовите природные соединения, содержащие данный металл

———————————————————————————————————————-

3 задание: Назовите основные месторождения

Для групп предлагается технологическая карта

Сообщение учащихся (биологическая роль металлов)

Добытые из недр соединения металлов подвергаются дальнейшей обработке. Предлагаю просмотреть видео (Получение железа алюминотермией). Проанализируйте его и запишите уравнения реакции. Что происходит при этом с металлом? Напишите окислительно-восстановительную реакцию данного процесса:

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

Fe₂³⁺+ 6e→ 2 Fe⁰

Теперь давайте решим задачу.

1.Вычислите массу хрома, который получают алюминотермическим способом на Аксуском заводе ферросплавов из 20 кг руды, содержащей оксид хрома(III) и 12% других примесей.

IV. Закрепление – 5 мин

1. Фронтальный опрос.

Давайте повторим, какова общая характеристика d-элементов, назовите их месторождения в Казахстане.

2. Решение задач

Задание 1: Установите соответствие между формулой частицы и общим числом электронов, содержащейся в ней.

1. Cr⁺³

2. Cu⁰

3. Mn⁺⁷

4. Ag⁰

a) 29

b) 21

c) 47

d) 18

Ответы: 1-b, 2-a, 3-d, 4-c

Задание 2: Определите степень окисления железа в следующих соединениях: Fe, FeO, FeCl₃.

V. Рефлексия – 2 мин

VI. Подведение итогов – 2 мин

VII. Д/з – 1 мин

§ 6.1 стр. 169 № 2, 4

Технологическая карта

Работа в группе (Изучить основные месторождения меди, цинка, железа, хрома)

Задания для групп(1группа-медь, 2-цинк, 3-железо, 4-хром)

1 задание: Напишите электронную формулу

———————————————————————————————————————-

2 задание: Назовите природные соединения, содержащие данный металл

———————————————————————————————————————-

3 задание: Назовите основные месторождения

Задача:

1. Вычислите массу хрома, который получают алюминотермическим способом на Аксуском заводе ферросплавов из 20 кг руды, содержащей оксид хрома(III) и 12% других примесей.

Закрепление

Решение задач

Задание 1: Установите соответствие между формулой частицы и общим числом электронов, содержащейся в ней.

5. Cr⁺³

6. Cu⁰

7. Mn⁺⁷

8. Ag⁰

e) 29

f) 21

g) 47

h) 18

Задание 2: Определите степень окисления железа в следующих соединениях: Fe, FeO, FeCl₃.

Казахстан обладает разнообразными полезными ископаемыми. Из 105 элементов таблицы Менделеева в недрах Казахстана выявлено 99, разведаны запасы по 70, вовлечено в производство более 60 элементов.

В. Казахстан занимает первое место в мире по разведанным запасам цинка, вольфрама и барита, второе — серебра, свинца и хромитов, третье — меди и флюорита, четвёртое — молибдена, шестое — золота.

По объёму запасов полезных ископаемых Казахстан занимает первое место среди стран СНГ по хромовым рудам и свинцу, второе — по запасам нефти, серебра, меди, марганца, цинка, никеля и фосфорного сырья, третье — по газу, углю, золоту и олову. По добыче серебра, хромитов, свинца и цинка республика занимает первое место, второе — по добыче нефти, угля, меди, никеля и фосфатного сырья, третье — по добыче золота. Казахстан располагает значительными запасами нефти и газа, сосредоточенными в западном регионе, позволяющими отнести республику к разряду крупнейших нефтедобывающих государств мира. Открытие нового нефтеносного района в пределах Южно-Тургайской впадины расширяет перспективы дальнейшего развития нефтедобычи республики. По результатам геолого-экономической оценки имеющихся запасов полезных ископаемых Казахстана, наибольший вес по экономической значимости имеют уголь, нефть, медь, железо, свинец, цинк, хромиты, золото, марганец. Руды чёрных и цветных металлов, добываемые в Казахстане, идут на экспорт в Японию, Южную Корею, США, Канаду, Россию, Китай и страны ЕС.
Давайте рассмотрим, какие полезные ископаемые можно найти в разных регионах Казахстана:
Рудные полезные ископаемые.

Железо
Казахстан занимает третье место после России и Украины в СНГ по запасам железной руды (16,6 млрд т). Месторождения находятся в основном в Северном Казахстане. Особое значение играют Качарское и Соколовско-Сарбайское месторождения.

Марганец
К наиболее крупным месторождениям марганца относятся Атасуское и Жездинское, расположенные в Центральном Казахстане. В местных рудах содержание марганца 27%. Месторождения марганца были также обнаружены в Сарыарке.

Хром
99% месторождений хрома встречается в Мугоджарских горах. Большой известностью пользуются Кемпирсайская и Донская группы месторождений, содержащий высококачественные руды. Месторождения хромитов также открыты в Костанайской и Восточно-Казахстанской областях.

Никель
Значительные запасы никеля сосредоточены в Мугоджарах. Более 40 крупных месторождений расположены на северо-востоке Сарыарки (окрестности Астаны) и в Тургайском прогибе (Амангельдинская группа). В них запасы бокситов незначительны. Казахстан занимает одно из первых мест СНГ по производству алюминия.

Медь
Казахстан обладает огромными запасами медной руды. Основные промышленные типы руд – медистые песчаники (71%) и медно-порфировые (24%). Самым крупным месторождением руды медистых песчаников является Жезказган. Казахстан по добыче меди занимает седьмое место в мире. 92% меди экспортируется в зарубежные страны.
Полиметаллы
Эти руды содержат ценные минералы – свинец и цинк, а также медные соединения, золото, серебро и другие металлы. Богатейшие месторождения свинца и цинка – Риддерское, Зыряновское и другие – находятся на Рудном Алтае. В местных рудах много металлов, полиметаллические месторождения имеются в Текели – в Жунгарском Алатау, Ачисае и Мыргалымсае – в горах Каратау.
Золото
В Казахстане имеется 190 месторождений золота. Оно добывается на востоке республики – на Алтае, в районе Калбинского хребта, на северо-западе – в Жетыгаринском районе Костанайской области. Золотоносные месторождения на северной окраине Центрального Казахстана (Степняк, Аксу, Майкаин) представлены кварцевые жилы и россыпи. Небольшие залежи есть в Жунгарском и Заилийском Алатау.

Редкие металлы К этим металлам относятся: вольфрам, молибден, ванадий, висмут, сурьма и прочие. Некоторые редкие метталлы имеются в полиметаллических месторождениях Жунгарии и Алтая.

Сообщение

d-элементы.

Ионы d-элементов (Zn, Mn, Fe, Cu, Co, Mo, Ni) имеют незаполненные d-электронные слои. Это обуславливает различные степени окисления d-элементов, их способность участвовать в различных окислительно-восстановительных превращениях, возможность образовывать комплексные соединения. По сравнению с рассмотренными выше s-элементами, d-элементы содержатся в организме в значительно меньших количествах. Однако их роль в течении физиологических и патологических процессов в организме человека огромна.

Цинк.

Цинк входит в состав большого числа ферментов и гормона инсулина. В последние годы Zn особенно “повезло” в смысле обнаружения его новых физиологических функций. Доказано, что он необходим для поддержания нормальной концентрации витамина А в плазме. Дефицит Zn вызывает замедление роста животных, нарушение кожного и волосяного покрова. Высказано предположение, что постоянный недостаток цинка в рационе очень разнообразно и сказывается главным образом на росте, образовании крови и функции половых желёз. В избыточных против нормы количествах марганцовые соединения действуют как яды, вызывая хроническое отравление. Последнее может быть обусловлено вдыханием содержащей эти соединения пыли.

Железо.

В организме человека железо встречается в виде двух катионов: Fe2+ и Fe3+. Оно в основном входит в состав гемоглобина, содержащегося в эритроцитах (80% от количества). Таким образом, общее содержание железа определяется главным образом объёмом крови. Кроме того, в организме существует депонированное (запасное) железо в виде высокомолекулярного железосодержащего белка (ферритина), находящегося в клетках печени и селезёнки. Клеточный фонд железа представляет железо клеточных ферментов дыхания, а в мышцах железо гемоглобина. Обмен железа между плазмой крови и лимфой происходит при помощи транспортного белка (трансферрина). Одна молекула трансферрина связывает 2 атома железа. Основной путь обмена железа таков: железо плазмы железо эритроцитовгемолиз железо плазмы. Обычно среднее содержание железа в организме не превышает 5 г. В случае потерь крови потребность в железе превышает его поступление в организм с пищей. При внутривенных инъекциях железо вводится в виде аскорбата, цитрата или коллоидных комплексов с углеводами, т.е. в виде слабо ионизированных соединений.

Медь.

Важное биологическое значение имеют катионы Cu+ и Cu2+. В таком виде медь входит в важнейшие комплексные соединения с белками (медь-протеиды). Медь-протеиды, подобно гемоглобину, участвуют в переносе кислорода. Число атомов меди в них различное: 2- в молекуле цереброкуперина, участвующего в хранении запаса кислорода в мозгу, и 8- в молекуле церулоплазмина, способствующего переносу кислорода в плазме. Медь активирует синтез гемоглобина, участвует в процессах клеточного дыхания, в синтезе белка, образовании костной ткани и пигмента кожных покровов. Ионы меди входят в состав медьсодержащих ферментов. Наиболее используемым в медицине соединением меди является сульфат меди CuSO4 • 5h3O, называемый медным купорсом. Сульфат меди (II) обладает вяжущим и прижигающим действаием. Применяется в виде глазных капель при отравлении белым фосфором. Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят, т.е. покрывают слоем олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей.

Биологическая роль хрома

В 1973 г канадский доктор Эдвард Конецко сообщил о том, что хром, принимаемый по 1 мг через день, цинк (50 мг ежедневно) и циствин (5 мг ежедневно) способны предупредить и даже лечить катаракту. Однако хром и цинк должны сочетаться с аминокислотами, так как только таким образом они могут переходить в усвояемую форму. Это означает, что микроэлементы усваиваются только в органических соединениях. Поэтому все эти источники надо искать в натуральных продуктах, а не в лекарственных препаратах.

Хром – один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Хром необходим нашему организму в определенных дозах, но если его слишком много, он опасен.

Шестивалентный хром транспортируется в клетки человеческого организма с помощью сульфатного транспортного механизма благодаря своей близости к сульфатам и хроматам по структуре и заряду. Трёхвалентный хром, более часто встречающийся, не транспортируется в клетки. Усваивается только в составе органических соединений.Хром занимает центральное место в метаболизме сахара.

Лучшим средством для диетологического лечения многих болезней, связанных с обменом сахара является хром. При регулярном приеме этот микроэлемент оказывает значительное лечебное воздействие на целый спектр нарушений здоровья, которые вызывает или отягощает резистентность к инсулину, включая ожирение, гипогликемию (неустойчивый уровень сахара в крови), инсульт, гипертонию, болезнь Крона и колит, язвы, гастрит, рассеянный склероз, болезнь Миньера, мигрени, предменструальный синдром, эпилепсию и множество психических расстройств.

Направления, по которым действует хром в организме человека:

1. Уменьшает тягу к сахару, позволяет легче придерживаться низкоуглеводного режима питания;

2. Даже без соблюдения диеты может увеличивать общую костно-мышечную массу тела; ускоряет обмен веществ и сжигает лишний жир;

3. Помогает предотвратить потерю мышечной ткани при намеренном ограничении калорийности рациона питания;

4. Поддерживает структурную целостность РНК, ДНК, защищает от разрушения, являясь их компонентом;

5. Участвует в жировом обмене, координирует содержание холестерина в крови. Также он вовлечен в процесс регуляции работы сердца, кровеносных сосудов. Способствует поддержанию оптимального давления крови;

6. Содействует выведению токсических веществ, радионуклидов;

Терапевтическая ценность хрома в других областях не так твердо установлена, как в случаях диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и гипертонии, однако она может распространяться и на многие другие заболевания. Например, он может облегчать хронические головные боли и помогать лечению угревой сыпи, которая, по-видимому, отчасти обусловлена нарушением обмена инсулина. Хром укрепляет кости, повышая уровень дегидроэпиандростерона (ДГЭА), и потому он может входить в программу лечения остеопороза. И хотя мы не можем утверждать, что хром предотвращает глаукому, он может (вместе с витамином С) сдерживать рост внутриглазного давления.

Важнейшая биологическая роль микроэлемента хрома состоит в регуляции углеводного обмена и уровня глюкозы крови, поскольку хром является компонентом низкомолекулярного органического комплекса – «фактора толерантности к глюкозе». Он нормализует проницаемость клеточных мембран для глюкозы, процессы использования ее клетками и депонирования, и в этом плане функционирует совместно с инсулином. Предполагают, что они образуют комплекс, регулирующий уровень глюкозы в крови. Хром увеличивает чувствительность клеточных рецепторов тканей к инсулину, облегчая их взаимодействие и уменьшая потребность организма в инсулине. Он способен усиливать действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим гормоном. Поэтому хром необходим больным сахарным диабетом, поскольку уровень его в крови у таких больных понижен. Более того, высокий дефицит этого микроэлемента может стать причиной диабетоподного состояния .

Гидроксид меди (II), характеристика, свойства и получение, химические реакции

Гидроксид меди (II), характеристика, свойства и получение, химические реакции.

Гидроксид меди (II) – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Cu(OH)₂.

Краткая характеристика гидроксида меди (II)

Физические свойства гидроксида меди (II)

Получение гидроксида меди (II)

Химические свойства гидроксида меди (II)

Химические реакции гидроксида меди (II)

Применение и использование гидроксида меди (II)

Краткая характеристика гидроксида меди (II):

Гидроксид меди (II) – неорганическое кристаллическое или аморфное вещество ярко-голубого цвета.

Химическая формула гидроксида меди (II) Cu(OH)₂.

Не растворяется в воде. Растворимость в воде 0,000673 г/100 мл.

Не горит. Термически неустойчивый. При нагревании до 70-90 °C порошка Cu(ОН)₂ или его водных суспензий разлагается на оксид меди (II) и воду.

Гидроксид меди токсичен.

Физические свойства гидроксида меди (II):

Наименование параметра:	Значение:
Химическая формула	Cu(OH)₂
Синонимы и названия иностранном языке	сopper(II) hydroxide (англ.)
Тип вещества	неорганическое
Внешний вид	ярко-голубые кристаллы либо ярко-голубая водная суспензия (аморфное состояние)
Цвет	ярко-голубой
Вкус	—*
Запах	—
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм. )	твердое вещество
Плотность (состояние вещества – твердое вещество – кристаллы, при 20 °C), кг/м³	3370
Плотность (состояние вещества – твердое вещество – кристаллы, при 20 °C), г/см³	3,37
Температура разложения, °C	70
Гигроскопичность	отсутствует
Молярная масса, г/моль	97,561

* Примечание:

— нет данных.

Получение гидроксида меди (II):

В лаборатории гидроксид меди (II) получается действием на холоде растворимых гидроксидов металлов на растворимые соли меди в результате следующих химических реакций:

1. в результате взаимодействия нитрата меди (II) с гидроксидом натрия:

Cu(NO₃)₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + 2NaNO₃.