Медь – химические свойства
Место меди в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеев
Медь обнаружена в 11 группе Д.И. Менделеев. В четвертом периоде предпоследним элементом d является медь, ее валентные электроны — 3 d 9 4 s 2 , однако из-за стабильности состояния d 10 переход a d электрона на 4s подуровень оказывается энергетически более выгодным, поэтому валентные электроны меди имеют следующую конфигурацию: 3 d 10 4 s 1 . В соединениях для меди характерна степень окисления +2, возможны степени окисления +1 и +3.
Физические свойства меди
Медь представляет собой пластичный металл розово-красного цвета с металлическим блеском. Обладает высокой тепло- и электропроводностью, уступая по электропроводности только серебру. Температура плавления 1083°С, температура кипения 2567°С, плотность 8,92 г/см3.
На воздухе медь покрывается толстой серо-зеленой пленкой щелочного карбоната, предохраняющей ее от дальнейшего окисления.
Химические свойства меди
В зависимости от температуры взаимодействия медь образует с кислородом два оксида:
2Cu + O 2 = 2CuO (черный цвет)
При температуре около 150 °С металл покрывается темно-красной пленкой оксида меди (I):
4Cu + O 2 = 2Cu 2 O
При нагревании со фтором, хлором, с бромом образуются галогениды меди (II):
Cu + Br 2 = CuBr 2 ;<9
с иодом — образуется иодид меди:
2Cu + I 2 = 2CuI.
Cu + S = CuS
4Cu + SO 2 = Cu 2 S + 2CuO
4Cu + 2NO 2 = 4CuO + N 2
Реакция с кислотами
В электрохимическом напряжении среди многих металлов медь встречается после водорода, поэтому не реагирует с растворами разбавленных соляной и серной кислот и оснований.
растворяется в разбавленных кислотах азота с образованием нитрата меди и оксида азота:
Реагирует с концентрированными растворами серной и азотной кислоты с образованием солей меди и продуктов восстановления кислоты:
Медь реагирует с концентрированной соляной кислотой с образованием водорода(II )трихлормедь:
Источник
Медь, свойства, соединения, сплавы, производство, применение
Медь
Медь (лат. Cuprum) — химический элемент I группы таблицы Менделеева (атомный номер 29, атомный вес 63,546). В соединениях медь обычно проявляет степени окисления +1 и +2, известны также некоторые соединения трехвалентной меди. Важнейшие соединения меди: оксиды Cu 2 О, CuO, Cu 2 0 3 ; гидроксид Cu(OH) 13 2 14, нитрат Cu(NO 13 3 14 ) 13 2 14. 3H 13 2 14 O, сульфид CuS, сульфат (сульфат меди) CuSO 13 4 14 . 5H132214O, карбонат CuCO133314Cu(OH)132214, хлорид CuCl13214. 2H 2 O.
Медь — один из семи металлов, известных с древних времен. Период перехода от каменного века к бронзовому (4-3 тыс. до н.э.) был назван медным веком. или хальколит (от греч. chalkos — медь и lithos — камень) или энеолит (от лат. aeneus — медь и греч. lithos — камень). В этот период появляются медные инструменты. Известно, что при строительстве пирамиды Хеопса использовались орудия из меди.
Чистая медь — мягкий, ковкий металл красноватого цвета, в каменоломне розоватый, с коричневым и пестрым оттенком в мест, тяжелый (плотность 8,93 г/см 3 ), отличный проводник тепла и электричества, в этом отношении уступает только серебру (температура плавления 1083 °С). Медь легко вытягивается в проволоку и сматывается в тонкие листы, но относительно неактивна. В обычных условиях медь не окисляется в сухом воздухе и кислороде. Но реагирует довольно легко: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажным хлором, образует хлорид CuCl 2 , при нагревании с серой образует сульфид Cu 2 S, с селеном. Но медь не взаимодействует с водородом, углеродом и азотом даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, не действуют на медь, например разбавленные соляная и серная кислоты. Но в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей: 2Cu + 4HCl + O 2 = 2CuCl 2 + 2H 2 O .
В атмосфере, содержащей пары СО 2 , Н 2 О и др., покрывается налетом, зеленоватой пленкой карбонатно-основного ( Cu 2 (OH) 2 CO 3 )), ядовитое вещество.
Медь содержится более чем в 170 минералах, из них промышленное значение имеют только 17, в том числе: борнит (пестрая медная руда — Cu 5 FeS 4 ), халькопирит (медный пирит — CuFeS 2 ), халькоцит ( медный блеск — Cu 2 S), ковеллин (CuS), малахит (Cu 2 (OH) 2 CO 3 ). Существует также природная медь.
Плотность меди, удельный вес меди и другие характеристики меди
Плотность — 8,93*103 кг/ м3;
Удельный вес — 8,93 г/см3;
Удельная теплоемкость при 20°С — 0,094 кал/град;
Температура плавления — 1083 °С;
Удельная теплота плавления — 42 кал/г;
Температура испарения — 2600 °С;
Коэффициент линейного расширения (при температуре около 20°С) — 16,7 х 106 (1/градус);
Коэффициент теплопроводности — 335 ккал/м*ч*град;
Сопротивление при 20 °С — 0,0167 Ом*мм2/м;
Модуль упругости меди и коэффициент Пуассона
| Наименование материала | Модуль Юнга, кг/мм2 | Модуль сдвига, кг/мм2 | Коэффициент Пуассона |
| Литая медь | 8400 | — | — |
| Медный прокат | 11000 | 4000 | 0,31-0,34 |
| Медь тянутая холодная | 13000 | 4900 | — |
Видео-гайд: Вещества которые реагируют с медью при обычных условиях
МЕДНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ
Оксид меди (I) Cu 2 O 3 и оксид меди Cu 2 O18, как и другие соединения меди(I), менее стабильны, чем соединения меди(II). Оксид меди (I) или оксид меди Cu132214O встречается в природе в виде минерала куприта. Кроме того, его можно получить в виде красного осадка оксида меди при нагревании раствора соли меди и щелочи в присутствии сильного восстановителя.
Эл
оксид меди (II) или оксид меди, CuO представляет собой черное вещество, встречающееся в природе (например, в виде минерала тенерита). Его получают прокаливанием гидроксокарбоната меди (CuOH) 2 CO 3 или нитрата меди Cu(NO 2 ) 2 .
Оксид меди (II) является хорошим окислителем. Гидроксид меди (II) Cu(OH) 2 осаждают из растворов солей меди (II) действием щелочей в виде синей студенистой массы. Уже при низкой температуре, даже под водой, он разлагается и превращается в черную окись меди (II).
Гидроксид меди (II) является очень слабым основанием. Поэтому растворы солей меди в большинстве случаев кислые, а со слабыми кислотами медь образует основные соли.
El
сульфат меди CuSO 4 в безводном состоянии белый порошок, который становится синим после поглощения воды. Поэтому он используется для обнаружения следов влаги в органических жидкостях. Водный раствор медного купороса имеет характерный сине-голубой цвет. Такая окраска характерна для гидратированных ионов [Cu(H 2 O) 4 ] 2+ , поэтому все разбавленные растворы солей меди(II) имеют одинаковую окраску, если они не содержат каких-либо или окрашенные анионы. Из водных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды с образованием прозрачных голубых кристаллов сульфата меди. Медный купорос применяют для электролитического меднения металлов, для приготовления минеральных красок, а также как сырье для получения других соединений меди. В сельском хозяйстве разбавленный раствор медного купороса применяют для опрыскивания растений и подготовки зерна перед посадкой для уничтожения вредоносных спор грибов.
Хлорид меди CuCl 2 . 2Х13214018. Образует темно-зеленые кристаллы, легко растворимые в воде. Высококонцентрированные растворы хлорида меди окрашены в зеленый цвет, разбавленные — в сине-голубой.
Нитрат меди (II) Cu(NO 3 ) 2 . 3H13214018. Его получают растворением меди в азотной кислоте. При нагревании голубые кристаллы нитрата меди сначала теряют воду, а затем легко разлагаются с выделением кислорода и коричневого диоксида азота, превращаясь в оксид меди(II).
Гидроксокарбонат меди (CuOH) 2 CO 3 . Встречается в природе в виде минерала малахита красивого изумрудно-зеленого цвета. Искусственно получают действием Na 2 CO 3 на растворы солей меди(II).
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 ↓ + 2Na 2 SO 4 + CO 2 ↑
Применяется для производства хлорида меди, для получения синей и зеленых минеральных красок, а также в пиротехнике.
Ацетат меди Cu (СН 3 СОО) 2 . Н13 214 О18. Его получают обработкой металлической меди или оксида меди (II) уксусной кислотой. Обычно это смесь щелочных солей разного состава и цвета (зеленых и сине-зеленых). Из него делают масляную краску под названием медь.
Комплексные соединения меди образуются в результате соединения двухзарядных ионов меди с молекулами аммиака.
Из солей меди получают различные минеральные красители.
Все соли меди ядовиты. Поэтому для предотвращения образования солей меди медные пластины изнутри покрывают слоем олова (лужение).
ПРОИЗВОДСТВО МЕДИ
Добыча меди из окисленных и сульфидных руд. 80% всей добываемой меди выплавляется из сульфидных руд. Как правило, медные руды содержат большое количество пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают выплавкой из сульфидных минералов. Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конверсии, обжига и электролитического рафинирования. В процессе обжига большинство сульфидов примесей превращаются в оксиды. Так основная примесь большинства медных руд пирит FeS 2 превращается в Fe 2 0 3 . Обжиговые газы содержат CO 2 , который используется для производства серной кислоты. Оксиды железа, цинка и другие примеси, полученные в процессе обжига, отделяются в виде шлака при плавке. Жидкая медная порода (Cu 2 S в смеси с FeS) поступает в конвертер, где продувается воздух. При конверсии выделяется двуокись серы и получается черновая или сырая медь. Для извлечения ценных веществ (Au, Ag, Te и др.) и удаления вредных примесей медь из блистеров сначала обжигают, а затем подвергают электролитической очистке. При огневом рафинировании жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка и кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. И медь заливают в формы. Полученные плавильные печи служат анодами при электролитическом рафинировании.
Основным компонентом электролитического рафинирующего раствора является сульфат меди, наиболее распространенная и дешевая соль меди. Для повышения низкой электропроводности медного купороса в электролит добавляют серную кислоту. А чтобы получить компактный осадок меди, в раствор вводят небольшое количество добавок. Металлические примеси, содержащиеся в нерафинированной («блистерной») меди, можно разделить на две группы.
1) Fe, Zn, Ni, Co. Эти металлы имеют гораздо больший потенциал отрицательного электрода, чем медь. Поэтому они растворяют анод вместе с медью, но не осаждаются на катоде, а накапливаются в электролите в виде сульфатов. Поэтому необходимо регулярно заменять электролит.
2) Au, Ag, Pb, Sn. Благородные металлы (Au, Ag) анодному растворению не подлежат, но в процессе оседают на аноде и образуют вместе с другими примесями анодный шлам, который удаляются периодически. Олово и свинец растворяются вместе с медью, но в электролите образуют малорастворимые соединения, которые выпадают в осадок и также удаляются.
МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
сплавы, повышающие сопротивление и другие свойства меди, получают путем введения в медь добавок, таких как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. Для сплавов используется более 30 % меди.
Латунь — сплавы меди и цинка (60-90 % меди и 40-10 % цинка) — прочнее меди и менее склонны к окисление . Добавление кремния и свинца в латунь повышает ее антифрикционные свойства, а добавление олова, алюминия, марганца и никеля повышает коррозионную стойкость. Листовой металл, прессованные изделия применяют в машиностроении, особенно в химии, оптике и приборостроении, при производстве сеток для целлюлозно-бумажной промышленности.
Бронза . Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время выпускаются безоловянные бронзы, названные по имени основного компонента в честь меди.
Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами, связанными с коррозионной стойкостью.
Свинцовые бронзы , содержащие от 25 до 33% свинца, в основном используются для производства подшипников, работающих при высоких давлениях и высоких скоростях скольжения.
Кремниевые бронзы с содержанием 4-5% кремния используются как дешевая замена оловянным бронзам.
Бериллиевые бронзы с содержанием 1,8-2,3% бериллия тверды после закалки и обладают высокой эластичностью. Из них изготавливают пружины и пружинные изделия.
Кадмиевые бронзы , сплавы меди с небольшим содержанием кадмия (до 1%), используют для изготовления арматуры для воды и газа трубопроводов и в машиностроении
Припои : сплавы цветных металлов, применяемые для сварки для получения монолитного сварного соединения. Среди твердых припоев известен медно-серебряный сплав (44,5-45,5 % Ag; 29-31 % Cu; остальное цинк).
ПРИМЕНЕНИЕ МЕДИ
Медь, ее соединения и сплавы широко применяются в различных отраслях промышленности.
В электротехнике медь применяется в чистом виде: в производстве кабельной продукции, шин неизолированного и контактного провода, электростанций, телефонных и телеграфное оборудование и радиоаппаратура. Теплообменники, вакуумные устройства и трубы изготовлены из меди. Более 30% меди переходит в сплавы.
Сплавы меди с другими металлами используются в машиностроении, в автомобильной и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для производства химического оборудования.
Высокая вязкость и ковкость металла позволяет использовать медь для производства различных изделий с очень сложным рисунком. Красная медная проволока в отожженном состоянии становится настолько мягкой и податливой, что из нее легко скручивать всевозможные струны и гнуть самые сложные элементы декора. Кроме того, медная проволока легко паяется сканированным серебряным припоем, хорошо гальванизируется и покрывается золотом. Эти свойства делают медь незаменимым материалом при производстве филигранных изделий.
Коэффициент линейное и объемное расширение меди при нагревании примерно такое же, как у горячих эмалей, и поэтому при охлаждении эмаль хорошо сцепляется с медным изделием, не трескается, не отскакивает. По этой причине мастера по производству эмалевых изделий предпочитают медь всем другим металлам.
Как и другие металлы, медь также является одним из жизненно необходимых микроэлементов . Он участвует в процессах фотосинтеза и усвоения азота растениями, поддерживает синтез сахара, белков, крахмала и витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пентагидрата сульфата: медный купорос CuSO 4 . 5H 13 2 14 O. В больших количествах ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В небольших количествах медь необходима для всех живых существ.
Источник