Медь и ее соединения

Размещено на http://www.allbest.ru

Муниципальное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 98

Реферат

«Медь и ее соединения»

Выполнила:

Родионова Галина

ученица 8 класса

учитель:

Домрачева Е.В.

г. Нижний Новгород

2011 г



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Историческая справка

Положение меди в ПСХЭ Д.И. Менделеева. Свойства

Природные соединения меди

Важнейшие соединения меди

Сплавы меди

Биологические функции меди

Практическая часть

Заключение

Литература



ВВЕДЕНИЕ

«Все-таки в употребление вошла прежде медь, чем железо.

Так как она была мягче, притом изобильней гораздо.

Медным орудием почва пахалась и медь приводила

Битву в смятение, тяжкие раны везде рассевая».

Тит Лукреций Кар «Природа вещей»

Вероятно, первый металл, с которым познакомился человек еще во времена нового каменного века (около 6 тыс.лет назад на Древнем Востоке и около 4 тыс. лет назад в Европе), была медь.

Вместе с золотом, серебром, железом, оловом, свинцом и ртутью медь входит в "великолепную семерку" металлов, известных людям с незапамятных времен. Из этих семи древнейших металлов лишь три - золото, серебро и медь - встречаются на Земле в самородном состоянии. Но золото и серебро попадались нашим предкам довольно редко, а медь значительно чаще, причем иногда в виде весьма солидных самородков. Так, в середине прошлого века в районе Великих озер (Северная Америка) был найден сросток крупных медных глыб массой примерно 420 тонн. На поверхности металла сохранились следы каменных топоров, с помощью которых еще во времена неолита человек отбивал от глыб куски меди, чтобы использовать ее для своих нужд.

А нужда в этом металле была - и немалая. Преимущества меди перед камнем в качестве материала для орудий труда, оружия, предметов быта оказались столь очевидны, что древний земледелец, скотовод или охотник не мог их не заметить. Еще бы: металл сравнительно легко менял форму, его можно было сплющить, заострить края, проделать в нем отверстие. Медь начала теснить позиции камня и вскоре прочно вошла в жизнь первобытных людей: каменный век сдал полномочия эпохе меди.

Цель работы:

систематизировать и расширить знания о меди как о химическом элементе, имеющем большое промышленное и биологическое значение.

Задачи:

Познакомиться с физическими и химическими свойствами меди;

Рассмотреть свойства и значение соединений меди в промышленности и жизни человека;

Экспериментально подтвердить химические свойства меди и ее соединений.

Медь и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря лёгкой восстановимости оксидов и карбонатов, медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откуда и название ее Сuprum.

По мнению некоторых ученых, русское слово «медь» произошло от слова «смида», которое у некоторых древних племен, живших на европейской части современной территории России, обозначало вообще металл. На рубеже XVII-XVIII вв.начало промышленной переработки меди в России было положено Никитой Демидовым. В музее Нижнего Тагила имеется огромный раскладной медный стол, на котором сделана надпись : «Сия первая в России медь отыскана в Сибири…Никитою Демидовичем Демидовым по грамотам великого Государя Императора Петра Первого в 1702 и 1706 и 1709 годах, а из сей первовыплавленной меди сделан оный стол в 1715 году».



ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов).

Медь же достаточно распространена в природе, и, кроме того, она обладает хорошей ковкостью, сравнительно легко обрабатывается. Именно поэтому человек и взял в руки медное орудие. И хотя оно было не таким твердым, как камень, срок его службы оказывался значительно большим, поскольку затупившееся острие можно было опять заточить и использовать орудие снова и снова.

В третьем тысячелетии до н. э. в Египте было сооружено одно из семи чудес света-- пирамида Хеопса. Эта величественная гробница фараона сложена из 2 миллионов 300 тысяч каменных глыб весом по 2,5 тонны, и каждая из них была добыта и обработана медным инструментом.

Постепенно человек научился добывать медь из руд. Особой известностью пользовались медные рудники острова Кипр, которому, какполагают, медь и обязана своим латинским названием «купрум». Русское же слово «медь», по мнению некоторых исследователей, происходит от слова «смида»--так древние племена, населявшие европейскую часть территории нашей страны, называли вообще металл.

Еще позднее был получен замечательный сплав меди с оловом. Бронзовый век, пришедший на смену медному, -- это целая эпоха в развитии мировой культуры на нашей планете. Однако долгое время из бронзы изготовляли лишь предметы роскоши, украшения. И если в Древнем Египте была развита реклама, то, должно быть, на людных перекрестках торговцы драгоценностями устанавливали папирусные щиты, утверждавшие, что бронзовое зеркало -- лучший подарок женщине.

Слово «бронза» произошло от названия небольшого итальянского городка Бриндизи, стоявшего на берегу Адриатического моря. Этот торговый порт славился своими бронзовыми изделиями. Латинское «Эс Брунду-си» («медь из Бриндизи») и легло в основу названия сплава.

Египетские жрецы были, пожалуй, первыми в истории науки алхимиками: в рукописях, найденных при раскопках одной из гробниц в Фивах, содержались секреты «получения» золота из меди. Оказывается, стоило лишь добавить к меди цинк, как она превращалась в «золото» (сплав этих элементов--латунь действительно напоминает золото). Правда, у такого «золота» был недостаток: на его поверхности появлялись зеленоватые «язвы» и «сыпь» (в отличие от золота латунь окислялась). Чтобы устранить это «заболевание», по мнению жрецов, требовались усердные молитвы и надежные заклинания.

Медь и бронза были известны не только египтянам, но и индусам, ассирийцам, римлянам, грекам. Гомер описывает в «Илиаде», как античный бог кузнец Гефест выковывает из меди победный щит герою Троянской войны Ахиллу: «Сам он в огонь распыхавшийся медь некрушимую ввергнул...».

С давних пор медь и бронза пришлись по душе ваятелям и чеканщикам. Уже в V веке до н. э. люди научились отливать бронзовые статуи. Некоторые из них отличались гигантскими размерами. В начале III века до н. э. был создан, например, Колосс Родосский -- достопримечательность древнего порта Родоса на побережье Эгейского моря. Колосс Родосский -- 32-метровая статуя бога Солнца Гелиоса, -- считавшийся, как и пирамида Хеопса, одним из семи чудес света, возвышался над входом во внуТр^н-нюю гавань порта. Даже самые крупные суда свободно проходили под ним с развернутыми парусами. К сожалению, грандиозное творение древнего скульптора Хареса просуществовало лишь немногим более полувека: во время землетрясения статуя разрушилась и была затем продана сирийцам как металлолом. Поговаривают, будто бы власти острова Родос, чтобы привлечь туристов, намерены восстановить в своей гавани это чудо света. Правда, воскресший Колосс Родосский будет уже выполнен из алюминия. По проекту внутри его головы разместится... пивной бар.

Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Гигантская фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VIII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую статую, требовалось поистине выдающееся мастерство.

До наших дней дошли уникальные скульптуры из бронзы, выполненные много веков назад, -- Марк Аврелий, Дискобол, Спящий сатир и другие. Все это свидетельствует о том, что бронза играла важную роль в искусстве древнего мира. Да и в дальнейшем этот сплав служил одним из основных материалов ваятелей. Вспомните хотя бы знаменитого «Медного всадника» -- бессмертное творение французского скульптора Фальконе.

С давних времен были известны не только сама медь или ее сплавы, но и другие соединения этого элемента. Английский химик Г. Дэви, производя химические анализы древних фресок, обнаружил в них уксуснокислую медь в виде ярко-зеленой краски, носившей в старину название «яр-медянки». Рецепт приготовления ее в Древней Руси, например, был несложен: «Возьми сыр козий, да меду пресного, да положи в медный сосуд и наклади туда меди и покрой медью. Запечатай крышку тестом и поставь на печь на две недели». И все дела! Яр-медянка была найдена и в живописи терм (бань) римского императора Тита, в стенных фресках Помпеи.

Среди товаров, которыми торговали в далекие времена александрийские купцы, большой популярностью пользовалась «медная зелень». С помощью этой краски модницы подводили зеленые круги под глазами-- тогда это считалось проявлением хорошего вкуса. Впрочем, история повторяется, и уже сегодня такой «грим» снова вошел в моду.

На территории нашей страны медные рудники появились приблизительно за два тысячелетия до н. э. При раскопках в Закавказье, Сибири, на Алтае были найдены медные ножи, наконечники стрел, бронзовые щиты, шлемы и другие предметы, относящиеся к VIII--VI векам до н. э. Первые же попытки организовать промышленную выплавку меди относятся лишь к началу XIII века, когда на севере страны (примерно в районе теперешней Архангельской области) было открыто Цильменское месторождение «медяной руды».

В начале XVI века в Москве уже давали продукцию такие «оборонные предприятия», как «Пушечная изба», и «Пушечный двор», где отливались бронзовые орудия разных калибров. В отливке орудий русские мастера достигли совершенства. Шедевром литейного искусства по сей день считается 40-тонная Царь-пушка, отлитая из бронзы в 1586 году Андреем, Чеховым. Другой замечательный памятник техники -- бронзовый Царь-колокол весом более 200 тонн--был отлит в 1735 году мастерами отцом и сыном Материными и предназначался для колокольни Ивана Великого. Кстати, купол этого великолепного памятника архитектуры XVI века покрыт позолоченными листами из чистой меди. Медными листами покрыта и южная дверь Успенского собора--главного храма Древней Руси.

Во время реконструкции храма Василия Блаженного в Москве намечено заменить железные купола медными, точно сохранив их первоначальную форму и размеры. Эта замена вызвана тем, что за время существования храма в столице заметно изменился микроклимат и железные купола постепенно ржавеют.

Испытывая недостаток в меди, Россия вынуждена была постоянно вести поиски новых месторождений. В середине XVII века «для сыску медныя руды» в Олонецкий уезд был направлен купец Семен Гаврилов. Поездка оказалась удачной: руды действительно нашлись. Сохранился датированный 1673 годом документ, согласно которому олонецкий воевода должен был очистить дорогу от рудника до завода длиной в полторы версты. Несколько раньше, в 1652 году, казанский воевода сообщил царю, что медной руды «сыскано много и заводы... к медному делу заводим».

И все же меди не хватало. Особенно остро дефицит меди сказался во время войны со шведами (любопытно, что на протяжении всей войны Россия покупала медь и железо в... Швеции).

В бою под Нарвой в 1700 году шведы нанесли русским войскам тяжелое поражение. Петр I, понимая необходимость создания мощной артиллерии, наряду с увеличением выплавки меди, принимает решение о реквизиции у церкви бронзовых колоколов и других изделий. Несмотря на возражения церковников, Петр пускает всю бронзу на военные цели.

Полтавский бой подтвердил мудрость Петра: шведские войска, располагавшие лишь четырьмя орудиями, были сокрушены огнем 72 русских бронзовых пушек. Разгром шведов имел важнейшее значение для последующего развития русской экономики.

После победы под Полтавой Петр I проводит еще одну реформу. Развивавшаяся внутренняя торговля требовала дешевого денежного материала, способного вытеснить серебро, которое в качестве валютного металла было необходимо для внешней торговли. И снова в ход идут колокола: теперь их переливают уже не на пушки, а в медную монету.

Позднее, в 1763 году, на Алтае был открыт новый монетный двор-- Колыванский, чеканивший медные монеты достоинством в 1, 5 и 10 копеек. По ободку их шла надпись: «Сибирская монета». Уже к 1781 году было выпущено монет почти на 4 миллиона рублей.

В последующие годы производство меди в стране продолжает развиваться. Десятки медеплавильных заводов возникают на Урале, на Алтае. К концу XIX века медь выплавляли уже на Кавказе и в Казахстане.

К этому же времени относится и возникновение металлургии меди на Крайнем Севере (в бывшей Енисейской губернии). В 1919 году геолог Н. Н. Урванцев обнаружил в Норильске остатки медеплавильной печи. Выяснилось, что печь была сооружена в 1872 году, причем ее постройке предшествовали довольно интересные события.

О том, что на Таймыре есть медные руды, было тогда уже известно, но медеплавильная промышленность не могла развиваться из-за дороговизны строительных материалов, особенно кирпича. И вот в 1863 году купец Киприян Сотников решается на остроумный «ход конем». Он просит у губернатора позволения построить в селе Дудинка на собственные средства деревянную церковь. Разумеется, губернатор не мог отказать «рабу божьему» в этой священной просьбе--купцу было выдано соответствующее разрешение. Фокус же заключался в следующем. Губернаторской канцелярии не было известно, что в Дудинке уже существует церковь, притом каменная. Поэтому, быстро построив деревянную церковь, предприимчивый купец разбирает каменную и из «святых» кирпичей сооружает шахтную печь для выплавки меди-- «прабабушку» современного гиганта цветной металлургии Норильского комбината, пущенного незадолго до Великой Отечественной войны.

К началу XX века почти 3/4 всей медной промышленности России находилось в руках иностранных капиталистов. В 1913 году было произведено лишь 17 тысяч тонн рафинированной меди. Это ни в коей мере не соответствовало потребностям страны.

Гражданская война и интервенция Антанты свели производство меди фактически к нулю. Многие медные рудники были разрушены или затоплены, заводы замерли: не было ни рабочей силы, ни материалов, ни топлива.

В эти тяжелые годы напомнил о себе один из бывших концессионеров крупный английский промышленник Лесли Уркварт. Он вызвался «помочь» нам в восстановлении богатейшего по тем временам Карабашского медного рудника, поставив при этом кабальные для нас условия. В. И. Ленин ответил ему категорическим отказом. Но желание Уркварта погреть руки на русской меди было велико. Зная, как богаты недра нашей земли, он обратился к Советскому правительству с новым «деловым» предложением: «Не дадите ли вы мне... возможность поковыряться в киргизской степи, около Балхаша и дальше? -- писал он. -- Раньше чем через 50, а может быть и 100 лет вы этими местами все равно не займетесь.»

Но руководители советской промышленности понимали, что такое «ковыряние» было бы прямым подкопом под экономику молодого государства, и Уркварту пришлось расстаться со своими заманчивыми идеями. Народ сам взялся за восстановление промышленности.

Для осуществления Ленинского плана ГОЭЛРО нужна была медь, много меди. 5 мая 1922 года дал первую продукцию восстановленный Калатинский (ныне Кировоградский) медеплавильный завод. Дату пуска этого предприятия можно с полным правом считать днем рождения советской цветной металлургии.

Вскоре дошла очередь и до Балхаша. Уже осенью 1928 года (а не через 50 и не 100 лет!) в этот район был направлен поисковый отряд. И вот у подножья горы Бентау-Ата, там, где так хотел «поковыряться» Уркварт, геологам удалось найти медь. Спустя некоторое время Председатель ВСНХ В. В. Куйбышев докладывал делегатам XVI съезда партии: «Открыты совершенно новые меднорудные месторождения, в частности Коунрадское».

В 1932 году здесь было начато строительство «Медной Магнитки»-- Балхашского горно-металлургического комбината. Стройка велась в исключительно тяжелых условиях. Нередко единственным видом транспорта служили караваны верблюдов, доставлявшие грузы за 400 километров. Но энтузиазм людей преодолевал все трудности и лишения. В 1938 году была получена первая медь Балхаша.

В годы первых пятилеток и в послевоенное время были сооружены многие другие медеплавильные предприятия. Сейчас медная промышленность -- одна из ведущих отраслей советской цветной металлургии.

ПОЛОЖЕНИЕ МЕДИ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

СТРОЕНИЕ АТОМА, СВОЙСТВА

Медь (Cuprum), Сu -- химический элемент побочной подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева, расположен в IV большом периоде. Порядковый номер 29, относительная атомная масса 63,54.

Строение атома:

Сu +29 ) ) ) )

2 8 18 1 медь соединение химический

Распределение электронов в атоме меди -Is22s22p63s23p63d104s1.

Степени окисления меди в соединениях +1, +2.

Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%). Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и используются в качестве меченых атомов.
В химическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементами первой плеяды VIII группы и щелочными элементами I группы периодической системы.

Техническая медь -- металл красного, в изломе розового цвета, при просвечивании в тонких слоях -- зеленовато-голубой. Медь, как и ее аналоги, серебро и золото, относительно малоактивна. Однако, в отличие от серебра и золота, она непосредственно реагирует с кислородом. Заметным образом этот процесс идет при нагревании. При температуре 100-150 0 С в основном образуется оксид меди (I) Cu2O, который по цвету почти не отличается от меди. При дальнейшем нагревании до температуры 200 0С получается смесь оксида меди (I) и оксида меди (II) CuO. При еще более высокой температуре медь воспламеняется, она горит зеленым пламенем, и в результате образуется оксид меди (II) черного цвета. Если температуру увеличить до 10000 С, то CuO разлагается на оксид меди (I) и кислород O2.

Основные физические свойства меди:

Температура плавления, °С - 1083

Температура кипения, °С - 2600

Медь -- вязкий, мягкий и ковкий металл, уступающий только серебру высокой теплопроводностью и электропроводностью, электрическая проводимость меди в 1,7 раза выше, чем алюминия, и в 6 раз выше железа Эти качества, а также пластичность и сопротивление коррозии обусловили широкое применение меди в промышленности.

При комнатной температуре на воздухе медь покрывается защитной пленкой, состав которой зависит от примесей, содержащихся в воздухе. Так во влажном воздухе образуется смесь оксида меди (I) с гидроксидом меди (II):

2Cu+O2+2H2O > 2Cu(OH)2

Cu(OH)2 + Cu > Cu2O + H2O

Медь также реагирует с серой, селеном и теллуром, образуя соответственно СuS, CuSe, CuTe.

C водородом и азотом медь не реагирует даже при нагревании. Легче всего медь взаимодействует с галогенами, влажный хлор взаимодействует при комнатной температуре:



Cu + Cl2 > CuCl2

Водный раствор йода реагирует с медью на холоде, бром при температуре 3000С, фтор при 5000С. Присутствие влаги и действие света ускоряют эти реакции.

Медь и ее аналоги в ряду напряжения располагаются после водорода, поэтому остальные металлы вытесняют ее из растворов солей:

Fe + CuSO4 > Cu + FeSO4

В свою очередь медь вытесняет из растворов солей менее активные металлы:

Cu + Hg(NO3)2 > Cu(NO3)2 + Hg

Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют. С концентрированной серной кислотой медь реагирует при нагревании:

Cu + 2H2SO4(k.) > CuSO4 + SO2 + 2H2O

В азотной кислоте в зависимости от ее концентрации медь растворяется с образованием оксидов азота и нитрата меди (II)^

3Cu + 8HNO3(р.) > 3Cu(NO3)2 + 2NO+ 4H2O

Cu + 4HNO3(k.)> Cu(NO3)2 +2NO2 + 2H2O



ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ МЕДИ

Медные руды - это природные минеральные образования соединений меди, содержащие ее в таких количествах, при которых промышленная добыча технически возможна и рентабельна. В первичных рудах большинства промышленных месторождений медь присутствует в сульфидной форме - CuS (сульфид меди(II). Приблизительно 90% известных мировых запасов меди приходится именно на сернистые руды, примерно 9% - в виде оксидных руд и менее 1% - в виде самородной меди.

Обычно медь в минералах находится в виде соответствующих соединений: оксиды - куприт, карбонаты - малахит, азурит, сульфаты - халькантит, брошантит, сульфиды - ковеллин, халькозин, халькопирит, борнит.

Известно около 250 минералов меди, но только 20 из них имеют промышленное значение. Главные рудные минералы меди - это халькозин

или «медный блеск» Cu2S(79,8% меди), халькопирит или медный колчедан CuFeS2 (30% меди), который, по оценкам, составляет около 50% всех месторождений этого элемента, борнит Cu5FeS4 (52-65% меди), ковелин CuS (64,4% меди), малахит (CuOH)2CO3 (57,4% меди), куприт Cu2O (81,8% меди).

Медь встречается в земной коре главным образом в виде комплексных соединений, содержащих, кроме меди, свинец, цинк, сурьму, мышьяк, золото и серебро.

Месторождения медных руд распространены гораздо шире, чем месторождения крупных медных самородков, и были известны человеку с глубокой древности. Месторождения меди не сконцентрированы в определенных географических областях, а обнаружены во многих странах, на всех континентах. В разных регионах медь извлекают из различных минералов. В США в штатах Аризона и Невада, а также в британском Корнуолле это халькозин, или медный блеск. Во Франции и Австралии это азурит, или медная лазурь. Оксид меди - куприт добывают на Кубе. В Перу добывают хлорид меди - атакамит

Самые крупные месторождения в современной России находятся в Таймырском АО: Октябрьское, Талахнинское и Норильск - I, они дают две трети добычи на сегодняшний день. На одном только Октябрьском месторождении получают почти 57% российской рудничном меди.

Почти треть добываемой рудничной меди дает Уральский меднорудный район (Приволжский и Уральский федеральные округа); месторождения: Гайское, Учалинское, Сибайское, Сафьяновское, Узельгинское. Только два крупных месторождения не разрабатываются: Юбилейное и Подольское. Юбилейное готовится к разработке, а Подольское находится в госрезерве.

Крупнейшее месторождение медистых песчаников в Читинской области Удокан (14 млн. т) пока не разрабатывается. Среднее содержание меди в рудах 1,56%. Сдерживают его освоение отсутствие транспортной инфраструктуры и удаленность Забайкалья от перерабатывающих предприятий медной промышленности (Урал).

По балансовым запасам меди на долю России приходится около 9% мировых, и по этому показателю мы находимся на третьем месте в мире после Чили и США. Россия в целом обеспечена разведанными запасами меди при существующем уровне добычи на 90 лет (но обеспеченность эксплуатируемых месторождений меньше, 25-30 лет).

Основные страны с богатыми месторождениями меди это : Чили-22%, США-12%, Китай -6%, Казахстан-5%, Польша-5%, Индонезия-4%, Россия-3%, Замбия-3%. Лидируют по добыче медной руды: Чили-34%, США-10%, Индонезия-8%, Перу-7%, Австралия-6%, Канада-5%, Россия-4%, Польша-3%.

Самые крупные в мире запасы медных руд сосредоточены в вулканических породах (порфирах) Чилийских Анд. Мировые запасы экономически рентабельных месторождений по разным оценкам составляют 340-470 миллионов тонн. При отсутствии прироста запасов и улучшения технологии добычи и производства меди современных извлекаемых запасов хватит лишь до 2050 г.

ВАЖНЕЙШИЕ СОЕДИНЕНИЯ МЕДИ

Наряду с медью широкое применение в самых различных отраслях современной промышленности и сельского хозяйства находят ее соединения. Наиболее распространены соединения, в которых медь имеет степень окисления +2, реже встречаются соединения со степенью окисления меди +1. Рассмотрим некоторые соединения меди, которые наиболее часто встречаются в практической деятельности человека.

Соединения меди (II):

Оксид меди (II) CuO.

Встречается в природе и называется черной медью, мелаконитом или теноритом. Парамагнитный черный порошок (или черные кубические кристаллы). tпл=1335°С, tпл=1026°С , плотность равна 6,45 г/см3. Мало растворим в воде. Растворяется в концентрированных кислотах, при нагревании или в иодиде аммония. Растворяется в стекле, эмалях, придавая им зеленовато-синюю окраску. Восстанавливается до меди водородом, металлами. Получают нагреванием меди выше 80°С, водной суспензии гидроксида меди (II), прокаливанием нитрата или основного карбоната меди. Применяется в производстве стекла и эмалей в качестве пигмента, в микроанализе для определения углерода, водорода и азота в органических соединениях.

Гидроксид меди (II) Cu(OH)2.

Студнеобразный синий осадок, образующийся при обработке на холоду растворов солей меди (II) щелочами. Мало растворим в воде. Проявляет слабо основные свойства. Растворяется в кислотах, аммиаке. Применяется в качестве пигмента под названием "бремовой сини".

Хлорид меди (II) CuCl2.

Темно-коричневые моноклинные кристаллы. tпл=537°С, tкип=954-1032°С, плотность равна 3,054 г/см3 . Растворяется в воде, аммиаке, пиридине, эфире, спирте. Получают действием хлора на медь, взаимодействием сульфата меди (II) с серной кислотой.

Сульфат меди (II) CuSO4.

В безводном состоянии представляет собой белый порошок, который при поглощении воды синеет. Поэтому он применяется для обнаружения следов влаги в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди имеет характерный сине-голубой цвет. Из водных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, образуя прозрачные синие кристаллы медного купороса. Медный купорос применяется для электролитического покрытия металлов медью, для приготовления минеральных красок, а также в качестве исходного вещества при получении других соединений меди. В сельском хозяйстве разбавленный раствор медного купороса применяется для опрыскивания растений и протравливания зерна перед посевом, чтобы уничтожить споры вредных грибков. Плотность равна 3,6 г/см3. Растворяется в воде, глицерине, серной кислоте. Мало растворим в аммиаке. Восстанавливается при нагревании водородом, углем и монооксидом углерода. Известны кристаллогидраты CuSO4.nН2О (n=1, 3, 5, 6, 7).

Соединения меди (I):

Оксид меди (I) Cu2O.

Встречается в природе в виде минерала куприта. Диамагнитные кубические кристаллы, цвет которых меняется от коричневого до карминово-красного. tпл=1238°С. Мало растворим в воде. Растворяется в аммиаке или галогеноводородах. При 10250 С превращается в CuO. Можно получить обработкой солей меди (II) щелочами или карбонатами щелочных металлов в присутствии восстановителя. Применяют в керамической промышленности в качестве пигмента.

Гидроксид меди (I) CuOH.

Желтое соединение. Плотность равна 3,368 г/см3. Неустойчив, легко окисляется, мало растворим в воде и растворяется в аммиаке. Получают обработкой солей меди (I) щелочью при низкой температуре.

СПЛАВЫ МЕДИ

После того как человек научился получать и обрабатывать медь, несколько тысячелетий наряду с камнем она являлась основным твердым материалом древности. Уже первобытные металлурги пытались повысить твердость этого в чистом виде довольно мягкого металла. Первоначально, по-видимому, случайное образование сплава меди с оловом, которое могло произойти при обработке некоторых руд, содержащих вместе олово и медь, определило направление поисков улучшения механических свойств меди. Удачное соединение меди с оловом воспроизводилось человеком уже сознательно. Естественно, что испытывались композиции меди с другими металлами (цинк, мышьяк, никель и другие). Медно-мышьяково-никелевая приколка, найденная в Азербайджане, имеет возраст более 5 тыс.лет. Предметы, изготовленные из медно-никелевых сплавов, найдены в Германии, Испании, Португалии и относятся примерно к тому же периоду.

Особое место в практической деятельности человека занимает бронза - сплав меди с оловом. Бронза превосходит медь по твердости, хорошо поддается обработке, очень устойчива к окислению. Изделия из бронзы отливались у египтян, индусов, ассирийцев. Широко использовалась бронза для изготовления украшений, статуй и других предметов художественного творчества.

Статуя высотой 32 м, созданная в 290 г. до н.э. в честь бога солнца Гелиоса - Колосс Родосский, была отлита из бронзы и поставлена на самом восточном острове Эгейского моря - Родосе, у входа в порт. В Японии в 749 г. была отлита и помещена в храм Тодайдзи четырехсоттонная статуя Будды.

О большом распространении бронзы в искусстве древнего мира можно судить по дошедшим до нас статуям (Дискобол, Спящий сатир, Марк Аврелий и др.)

Бронзой раньше называли только сплав меди с оловом. Теперь, помимо оловянных, широко используются алюминиевые, свинцовые, кремниевые, бериллиевые и другие бронзы.

Алюминиевые бронзы все более широко заменяют оловянные бронзы. У алюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, но они не образуют пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок. Литейные свойства улучшаются введением в указанные бронзы небольших количеств фосфора. Бронзы в отливках используют, в частности, для котельной арматуры сравнительно простой формы, но работающей при повышенных напряжениях.

Кроме того, алюминиевые бронзы, имеют более высокие прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере. Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации, и т.д. В виде лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, в частности для токоведущих пружин.

Применение кремниевых бронз ограниченное. Используются однофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных) средах. Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих в указанных средах. Кремниевые бронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате сильной холодной деформации приобретают повышенные прочность и упругость и в виде ленты или проволоки используются для различных упругих элементов.

Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность, коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью. Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь для особо ответственных в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрических машинах, аппаратах и приборах. Указанные свойства бериллиевые бронзы увеличиваются после закалки и старения, т.к. растворимость бериллия в меди уменьшается с понижением температуры.

Сплавы меди с цинком называют латунями (от 5 до 45%). Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), с содержанием 20-36% Zn - желтой. На практике редко используют латуни, в которых концентрация цинка превышает 45%.

Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических свойств, приводит к снижению стоимости - латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди.

Коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и меди.

Латунь, содержащая более 20% цинка, склонна к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере (особенно, если присутствуют следы аммиака).

Этот эффект часто называют «сезонное растрескивание». Наиболее заметен он в деформированных изделиях, поскольку коррозия распространяется по границам зерен. Для устранения этого явления после деформации латунь подвергают отжигу при 240 - 260 (°C).

Латуни обладают высокими технологическими свойствами и применяются в производстве различных мелких деталей, особенно там, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Из них получают хорошие отливки, так как латунь обладают хорошей текучестью и малой склонностью к ликвации. Латуни легко поддаются пластической деформации - основное их количество идет на изготовление катанных полуфабрикатов - листов, полос, лент, проволоки и разных профилей.

Латуни нашли широкое распространение и успешно используется во многих промышленных отраслях, таких, как машиностроение, приборостроение, теплотехника, производство часов, транспортных средств и санитарно-технических изделий. Кроме того, латунь используют в качестве имитатора драгоценных металлов в художественных изделиях и бижутерии, для производства духовых музыкальных инструментов, тарелок для ударных музыкальных инструментов и в производстве различных мелких деталей.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ МЕДИ

Представляет интерес еще одна сторона деятельности меди, но уже не как металла. Медь принадлежит к числу так называемых биоэлементов, необходимых для нормального развития растений и животных. В ее «обязанности» входит ускорение химических процессов, протекающих внутри клеток.

При отсутствии или недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла, листья желтеют, растение перестает плодоносить и может погибнуть. Не случайно, медный купорос широко применяют в сельском хозяйстве.

Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержат осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови ракообразных и головоногих медь, входящая в состав их дыхательного пигмента--гемоцианина (0,33--0,38%),--играет ту же роль, что железо в крови других животных. Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (потому-то у улиток и «голубая кровь»), а отдавая кислород тканям, -- обесцвечивается. У животных, стоящих на более высокой ступени развития, и у человека медь содержится главным образом в печени. Ежедневная потребность человеческого организма - примерно 0,005 грамма этого элемента. При недостаточном поступлении меди с пищей у человека развивается малокровие, появляется слабость. Однако ее избыток также вреден и может повлечь за собой тяжелые заболевания печени. Ядовитое действие (в больших концентрациях) меди на низшие растительные организмы используют для борьбы с грибками, паразитирующими на культурных растениях. С этой целью зараженные растения опрыскивают растворами солей меди.

Многие народы приписывают меди целебные свойства. Непальцы, например, считают медь священным металлом, который способствует сосредоточению мыслей, улучшает пищеварение и лечит желудочно-кишечные заболевания (больным дают пить воду из стакана, в котором лежат несколько медных монет). Один из самых больших и красивых непальских храмов носит название «Медный».

Польские ученые установили, что в тех водоемах, где присутствует медь, карпы отличаются крупными габаритами. В прудах или озерах, где меди нет, быстро развивается грибок, который поражает карпов.

Если карпы неравнодушны к меди, то более солидные обитатели подводного мира - акулы - терпеть не могут этот элемент, точнее его серное соединение - сульфат меди. Широкие эксперименты по проверке этого антиакульего препарата были проведены в США в начале второй мировой войны, когда от торпед и бомб тонуло немало кораблей и нужда в надежном средстве защиты от акул была велика.

В решении этой проблемы приняли участие многие ученые и охотники на акул. Кстати, не остался в стороне и Эрнест Хемингуэй -- он показал места, где сам не раз охотился на морских хищниц.

Успех экспериментов превзошел все ожидания: акулы с жадностью хватали приманки без сульфата меди и «за версту» обходили контрольные приманки с препаратом.

В действенности «антиакулина» поначалу усомнились австралийские специалисты. «Для наших акул (а австралийские хищницы считаются самыми кровожадными), -- иронизировали они, -- это вроде порошка от головной боли. Он послужит лишь острой приправой к жаркому». Однако когда в знаменитом Акульем заливе, у западного побережья Австралии, препарат был испробован, его эффективность превысила 95%.

С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди. Еще в начале нашего века в Америке были закрыты медные рудники в штате Юта: решив, что запасы руды уже исчерпаны, хозяева рудников затопили их водой. Когда спустя два года воду откачали, в ней оказалось 12 тысяч тонн меди. Подобный случай произошел и в Мексике, где из заброшенных рудников, на которые все махнули рукой, только за один год было «вычерпано» 10 тысяч тонн меди.

Откуда же берется эта медь? Ученым удалось найти ответ. Среди многочисленных видов бактерий есть такие, для которых любимым лакомством служат сернистые соединения некоторых металлов. Поскольку медь в природе обычно связана с серой, эти бактерии неравнодушны к медным рудам. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды меди, микробы превращают их в легко растворимые соединения, причем процесс протекает очень быстро. Так, если при обычном химическом окислении за 24 дня из халькопирита (одного из медных минералов) выщелачивается лишь 5% меди, то в опытах с участием бактерий за 4 дня удалось извлечь 80% этого элемента. Как видите, сравнение технико-экономических показателей явно в пользу микротружеников. Оговоримся, что в описанном случае им были созданы практически идеальные условия для работы: температура среды колебалась от 30 до 35°С, минерал был измельчен и постоянно перемешивался с раствором. Но есть немало экспериментальных данных, свидетельствующих о неприхотливости бактерий: они охотно занимались любимым делом даже в суровых условиях Севера, например, на Кольском полуострове.

Особенно полезно участие бактерий на завершающей стадии эксплуатации рудников: ведь в выработанных месторождениях, как правило, еще остается от 5 до 20% руды. Но добыча этих остатков не оправдывается экономически, а подчас и вовсе невозможна. А вот бактериям ничего не стоит добраться до медных кладбищ и подобрать все крохи «с барского стола».

Микроорганизмы можно использовать и для переработки отвалов. На мексиканском месторождении Кананеа возле шахт скопились огромные отвалы породы-- около 40 миллионов тонн. И хотя содержание меди в них было ничтожным (0,2%), их попробовали орошать шахтной водой, которая затем стекала в подземные резервуары. Из каждого литра этой воды удалось извлечь по 3 грамма меди. Всего же только за месяц «из ничего» было добыто 650 тонн металла.

Бактерии «зачислены в штат» некоторых горнорудных предприятий и в нашей стране. Первая опытная установка по бактериальному выщела-чиванию меди начала действовать еще в 1964 году на одном из крупнейших рудников Урала--Дегтярском. Здесь около отработанных карьеров и в отвалах обогатительной фабрики за много лет образовалось новое «месторождение» бедной медной руды. Ее-то и отдали во власть микроорганизмов. На их трудолюбие жаловаться не приходилось: дополнительно была добыта не одна тонна ценного металла. Сейчас в Дегтярске сооружена уже промышленная установка. Массовое «оформление» бактерий на работу происходит и на других предприятиях Урала и Казахстана.

Исследования, проведенные в Институте микробиологии, показали, что вкусы промышленных бактерий довольно разнообразны: помимо меди, с их помощью можно извлекать из земных недр железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий и многие другие элементы, в том числе такие ценные, как уран, золото, германий, рений. Несколько лет назад ученые института доказали возможность получения путем бактериального выщелачивания редких металлов галлия, индия и таллия.

Биометаллургические процессы весьма перспективны. Уже сейчас подземное выщелачивание - самый дешевый способ получения меди: не нужно держать под землей шахтеров, отпадает необходимость в заводах по обжигу и обогащению медной руды. Всю эту сложную работу охотно выполняют миллиарды крохотных «металлургов», которые, словно сказочные гномы, днем и ночью без устали «трудятся», помогая людям получать нужный металл. «Каких-нибудь двадцать лет тому назад это казалось фантастическим, а сегодня люди научились направлять и интенсифицировать деятельность этих «металлургов»... Нет сомнения, что использование микробов в гидрометаллургии сделает ее одной из ведущих отраслей промышленности конца нашего столетия». Имшенецкий А.А. Микробиологические процессы при высоких температурах. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1944.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Цель: получить металлическую медь, познакомиться с некоторыми химическими свойствами меди, оксида меди (II), гидроксида меди (II); вырастить кристаллы медного купороса.

Реактивы: медная стружка Cu, железная пластинка (железный гвоздь) Fe, насыщенный раствор сульфата меди (II) CuSO4, раствор азотной кислоты HNO3 (концентрированный), раствор гидроксида натрия NaOH, капроновая нить, стакан, термометр, фильтровальная воронка, фильтр

Посуда и оборудование: спиртовка, держатель для пробирок, штатив для пробирок, пинцет, наждачная бумага, пробирки, стеклянная палочка.

Опыт 1. Получение меди

В насыщенный раствор сульфата меди (II) поместили предварительно очищенный наждачной бумагой железный гвоздь. Через несколько минут гвоздь покрылся рыхлым слоем металлической меди красно-кирпичного (медного) цвета. В растворе протекает взаимодействие:

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

Вывод: металлическая медь может быть получена из растворов солей меди в результате реакции ее замещения более активным металлом.

Опыт 2. Получение и свойства гидроксида меди (II)

Поместим в пробирку несколько капель раствора сульфата меди (II), добавим по каплям раствор гидроксида натрия до выпадения осадка голубого цвета.

СuSO4 + 2NaOH > Na2SO4 + Cu(OH)2v

Полученный осадок разделим на две части. К первой приливаем по каплям раствор соляной кислоты, осадок растворяется:

Сu(OH)2 v + 2HCl > CuCl2 + 2H2O

Пробирку с оставшейся частью нагреваем на спиртовке, цвет изменяется, становится черным (образовался оксид меди (), на стенках пробирки появляются капельки воды.

Cu(OH)2v > CuO + H2O

Опыт 3. Взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой

Поместим медь в концентрированную азотную кислоту. Даже при обычных условиях жидкость изменяет окраску - становится бирюзовой, через несколько секунд пробирка заполняется бурым газом с резким неприятным запахом - это оксид азота (IV):

4HNO3 + Cu > Cu(NO3)2 + 2NO2^ + 2H2O

Опыт 4. «Серебряный лес»

Взаимодействие меди с растворами солей

В пробирку помещаем обезжиренный кусочек меди и приливаем немного раствора нитрата серебра AgNO3 (1:10). Через несколько часов на поверхности меди появляется лес иглообразных ярко блестящих кристаллов серебра:

Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag.

Опыт 5. Выращивание кристаллов медного купороса

Кристаллы медного купороса можно получить из насыщенного раствора CuSO4. Для этого в стакан наливаем 100 мл воды и нагреваем ее на водяной бане до 50-60 °С. В нагретую воду при постоянном перемешивании добавляем медный купорос до тех пор, пока новая порция не перестанет растворяться. Профильтруем насыщенный раствор через марлю в новый стакан.

Чтобы не произошла преждевременная кристаллизация, стакан для фильтрата должен быть горячим, поэтому перед фильтрованием его необходимо ополоснуть горячей водой.

Профильтрованный раствор накроем бумажной салфеткой или фильтровальной бумагой и оставим на несколько суток. Вскоре на дне стакана появятся синие кристаллики. Для высыхания разложим полученные кристаллы на салфетке или фильтровальной бумаге.

Для получения крупных кристаллов медного купороса проделаем следующее. Возьмем наиболее крупный из полученных кристаллов и обвяжем его капроновой ниткой.

Приготовим горячий (50-60 °С) насыщенный раствор сульфата меди(II) и профильтруем его в новый стакан, который предварительно ополоснем горячей водой. В профильтрованный раствор поместим кристаллик медного купороса на ниточке. Нитку можно завязать на карандаше или раскрученной канцелярской скрепке и закрепить ее с помощью скотча. Стакан накроем бумажной салфеткой или фильтровальной бумагой. Через 1-2 суток кристалл подрастет.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Медь известна с незапамятных времён. Бронзовый век предшествовал железному. Бронзой называется сплав меди с оловом.

Медь как золото встречается в самородном виде, а также в виде минералов: халькопирита CuFeS2, медного блеска Cu2S, малахита (CuOH)2CO3и др.

Все минералы меди ярко и красиво окрашены в зелёные, синие, жёлтые цвета.

Медь - довольно мягкий, ковкий, пластичный металл. Только серебро и золото превосходят медь по теплопроводности и электропроводимости.

Из сплава на основе этого металла изготавливали статуи и колокола. Из бронзы отлиты Царь - колокол и Царь - пушка, находящиеся в Московском Кремле, статуя Колосса Радосского - одного из семи чудес света. Давно известен сплав меди с цинком - латунь. Из нее изготавливают посуду оправу для приборов, самовары, детали, имеющие сложную форму и тонкие стенки.

Соли этого металла ядовиты и их растворами в сельском хозяйстве протравливают семена перед посевом, обрабатывают растения для уничтожения спор вызывающих заболевания.

Произведения скульптуры, изготовленные из меди и бронзы, со временем покрываются зеленоватым налётом - «патиной», которая состоит из основного карбоната меди (малахита). Патина придает изделиям «древний вид» а сплошной налёт патины предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Патину можно нанести искусственно.

Медь взаимодействует с различными неметаллами: кислородом, галогенами, серой, селеном, теллуром. Она способна вытеснять менее активные металлы из растворов солей. В свою очередь для получения меди используется реакция замещения: наиболее активные металлы вытесняют медь из растворов солей.

Присутствие меди в сплавах и минералах можно определить с помощью азотной кислоты. При взаимодействии с азотной кислотой образуется нитрат меди, имеющий зеленоватый цвет и выделяется диоксид азота - газ бурого цвета.

Еще в древности заметили, что от прикосновения с медными предметами унималась боль и спадала опухоль. Современные исследования подтвердили лечебные свойства меди. Медь устраняет отёчность, уменьшает боль и останавливает восстановительные процессы



ЛИТЕРАТУРА

Бенеш П., Пумпр.В. и др. 111 вопросов по химии…для всех. М.: Просвещение, 1994.

Евнякова Т.М. Внеклассная работа по химии. М.: Дрофа,2005.

Имшенецкий А.А. Микробиологические процессы при высоких температурах. М.: Изд-во АН СССР, 1944.

Николаев А.Л. Первые в рядах элементов. М.: Просвещение, 1983

Смирягин А. П., Новиков И.И. Промышленные цветные металлы и сплавы, 2 изд., М., 1956.

Подчайнова И.Г., Симонова Э.Н. . Аналитическая химия меди. М.,”Наука”, 1990.

Размещено на Allbest.ru

...