Властивості міді
МІДЬ (Cuprum), Cu – хім. елемент I групи періодичної системи елементів, ат. н. 29, ат. м. 63,546. Метал червоного кольору. У з’єднаннях проявляє ступені окислення + 1 і + 2. Природна М. складається з стабільних ізотопів 63Сu (69,1%) і 65Сu (30,9%). Отримані радіоактивні ізотопи 68Cu, 59Cu, 60Cu, 61Сu, 62Cu, 64Cu, 66Cu, 67Сі і 68Сі з періодами напіврозпаду від 0,18 сек до 58,5 ч. М. відома з найдавніших часів (6000-7000 років до н. Е. ). Вміст М. в земній корі 4,7-10%. Відомо більше 250 медьсодержащіх мінералів. З них пром. значення мають халькопірит (мідний колчедан) CuFeS2, халькозин (мідний блиск) Cu2S, ковеллин CuS, малахіт і азурит. Мідь самородна зустрічається рідко. Кристалічна решітка М. гранецентрированная кубічна з періодом а – 3,6147 А. Щільність т-ра 20 ° С) 8,94 г / см3. Атомний paдіус 1,28 А; іонні радіуси Cu + і Сu2 + дорівнюють відповідно 0,98 і 0,80 А; tпл 1083 ° С; tкип 2360 ° С; температурний коеф. лінійного розширення, (в інтервалі т-р 20-100 ° С) 16,8 – 10-6 град-1; коеф. теплопровідності 0,923 кал / см – сек х град; теплоємність (т-ра 20 ° С) 0,092 кал / г – град; електричний опір (т-ра 20 ° С) 1,68 х 10 ом х см. Електропровідність М. висока (поступається тільки сріблу).
Незначні домішки істотно знижують електропровідність. Модуль норм, пружності 13,2-103 кгс / мм2; модуль зсуву 4,24-103 кгс / мм2; межа міцності на розтяг 22-24 кгс / мм2; відносне подовження 60%; НВ = 35. Мідь хімічно малоактивна. У сухому повітрі при звичайній т-рі майже не змінюється і дуже повільно окислюється при наявності вологи і вуглекислого газу з утворенням зеленого нальоту основного карбонату (CuOH) 2G03. При нагріванні на повітрі окислюється до чорної окису CaO, а при т-рі 1000 ° С – до червоної закису Cu20. Легко взаємодіє з галогенами, сіркою і селеном, розчиняється в азотної к-ті і концентрованої сірчаної к-ті, утворює комплексні сполуки з аміаком, ціанідами і д р. Мета л л ическая ую М. підлогу біля ч ают головним чином з сульфідних руд, що містять від 0,5 до 10% Сu.
Дробленням, подрібненням і флотацією з руди видаляють значну частину порожньої породи, що містить кварц, силікати, алюмосилікати і пірит. Отриманий невеликий сульфідний мідний концентрат містить Сu, S і Fe, а також деяку кількість порожньої породи. У процесі отримання металевої М. домішки видаляють селективним окисленням сульфідів заліза, використовуючи розходження в спорідненості до сірки і кисню у заліза і міді. Процес проводять при високій т-рі (800-1400 ° С), що супроводжується розплавленням всієї шихти, в доурую вводять флюси. Під час нагрівання і розплавлення залізо окислюється, утворюючи шлак. Після видалення шлаку багатий міддю штейн піддається подальшому окисленню киснем аж до видалення всього заліза і сірки. Отриманий чорновий метал містить від 97,5 до 99% Сu. Благородні метали та ін. Домішки погіршують електричні св-ва міді. З метою очищення від домішок і вилучення благородних металів чорнову М. піддають вогневому і електролітичного рафінування з подальшою переплавкою катодів в т. Н. вайєрбарсів (бруски).
Пірометалургійного отримання чорнової міді зводиться до випалу мідних концентратів в многоподових печах або печах киплячого шару (якщо вміст міді в концентратах невелика, а сірки – значно), плавлению недогарка або концентрату у відбивних печах (до 75% одержуваної М. проходить через цю стадію) або ін. апаратах і конвертуванню мідних штейн, здійснюваному продувкою повітря через розплав в горизонтальних конверторах. Рідку чорнову мідь очищають від основної маси домішок в анодних печах, розливають у аноди і піддають електролітичному рафінуванню, після чого катоди переплавляють в індукційних печах, а розплав розливають у вайєрбарсів. Вайербарсовая мідь містить від 99,0 до 99,95% Сu. Поряд з пірометаллургічним розвивається гідрометалургійне отримання міді. Висока тепло – і електропровідність, ковкість, порівняно висока міцність на розрив і корозійна стійкість обумовлюють широке застосування М. в промисловості.
Вона служить основним матеріалом для проводів, кабелів, шин, контактів та ін. Струмопровідних частин електр. установок. Її застосовують також при виготовленні теплообмінників-нагрівачів, холодильників, двигунів внутрішнього згоряння та ін. Широке застосування знаходять міді сплави, латуні, бронзи, мідно-нікелеві сплави та ін. М. використовують для легування алюмінію сплавів, виготовлення мідного порошку та ін. Матеріалів. Крім того, М. застосовують у вигляді солей для виготовлення мінеральних фарб, каталізаторів та ін.
Природна мідь складається з стабільного ізотопу 63Cu (69,1%), 65Cu (30,9%). Штучні ізотопи 61Cu і 64Cu використовували як радіоактивні як радіоактивні індикатори.
Мідь мало поширена в природі; зміст її в літосфері 1 – 10-² мас. %. Частіше зустрічаються сульфідні руди міді: халькозин Cu2S, Ковелін CuS, халькопірит CuFeS2, борної Cu5FeS4. Менш поширені кислородсодержащие руди: куприт Cu2O, тенор CuO, азурит 2CuCO3 – Cu (OH) 2, малахіт Cu2 (OH) 2CO3. Зустрічається мідь і у вигляді великих самородків.
З кисневмісних руд мідь безпосередньо відновлюють вугіллям (коксом), а сульфідні руди спочатку обпікаються до оксиду міді (II). Отриману (чорнову) мідь рафінують, очищають від домішок за допомогою електролізу.
Також її отримують гідрометалургійним способом: руду спочатку обробляють сірчаною кислотою (або розчином аміаком), потім виділяють мідь шляхом електролізу.
Чиста мідь – м’який метал рожевого кольору. Хороша теплопровідність і електропровідність, стійкість до корозії, ковкість – цінні властивості, що обумовлюють широке застосування міді в техніці. На основі міді виготовляються сплави: бронза (80% Cu, 15% Sn, 5% Zn), латунь (60 – 90% Cu, 10 – 40% Zn), мельхіор (80% Cu, 20% Ni), нейзильбер (65 % Cu, 20% Zn, 15% Ni). Сплави міді з легуючими металами застосовують в авіа -, авто – і суднобудуванні. Чисту мідь застосовують в електротехніці.
Мідь малоактивна, стійка до зовнішніх впливів, але у вологому повітрі поступово покривається зеленим нальотом гідроксокарбоната (CuOH) 2CO3. Вона безпосередньо з’єднується з киснем, галогенами і сіркою; з лугами не реагує.
З розведених соляний, сірчаної і оцтової кислот мідь не вичавлюємо водень. Азотна кислота окисляє мідь і відновлюється до оксиду азоту (II):
3Cu + 8HNO3 = 3Cu (NO3) 2 + 2NO ↑ + 4H2O
а концентрована сірчана кислота – до двоокису сірки:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 ↑ + 2H2O
Оксид міді (I) Cu2O – червоний порошок, що утворюється при нагріванні міді на повітрі. Відповідний їй гідроксид міді (I) CuOH не стійкий і швидко окислюється, з аміаком дає комплексний катіон [Cu (NH3) 2] OH. Хлорід міді (I) з соляною кислотою утворює хлоридні комплексні аніони (H [CuCl2] і H2 [CuCl3] ).
Оксид міді (II) CuO чорного кольору, виходить при нагріванні міді на повітрі вище 300 ° C. Етому амфотерному оксиду відповідає гідроксид міді (II) Cu (OH) 2, загрожених дією лугів на солі:
CuSO4 + 2NaOH = Cu (OH) 2 ↓ + Na2SO4
Синьо блакитний осад гідроксиду міді (II) розкладається при нагріванні з виділенням чорного оксиду міді (II):
Cu (OH) 2 = CuO + H2O
Гідроксид міді (II) амфотерен, розчинний в кислотах і в надлишку лугів при нагріванні (або в концентрованих лугах без нагрівання). Одержаний купріта лужних металів мають синє забарвлення:
Cu (OH) 2 + 2KOH = K2 [Cu (OH) 4]
Діючи на розчин сульфату міді (II) аміаком, виділяють зелений осад гідросульфату міді:
2CuSO4 + 2NH4OH = (CuOH) 2 SO4 ↓ + (NH4) 2SO4
Під дією надлишку аміаку утворюється комплексне з’єднання інтенсивно синього кольору:
(CuOH) 2SO4 + (NH4) 2SO4 + 6NH4OH = 2 [Cu (NH3) 4] SO4 + 8H2O
У комплексних з’єднаннях для міді характерно координаційне число 4.
З З’єднань міді (III) відомий оксид міді (III) Cu2O3 (червонуватого кольору).
Мідь є мікроелементом. В організмах рослин вона стимулює фотосинтез і дихання, а також вуглеводний обмін. Недолік міді в грунті викликає захворювання рослин; особливо бідні на мідь і потребують мікродобрив торф’яні та болотні грунти. При цьому мікродобривами служать відходи від переробки мідь – містять руд, а також їх солі.
У тварин мідь (входить до складу деяких білків і ферментів) концентрується в печінці, недолік веде до появи анемій. Сполуки міді впливають на синтез гемоглобіну і фосфоліпідів.
У великих дозах сполуки міді токсичні і використовувалися як пестициди (фунгіциди, бактерицид).
Сульфід міді (II) являє собою аквакомплекс [Cu (H2O) 4] SO4 – H2O, широко застосовувався як фунгіцид. Суміш розчину сульфату міді з гідроксидом кальцію (під назвою бордоською рідини) застосовують як засіб боротьби зі збудниками хвороб винограду і плодових культур. У ветеринарії сульфат міді відомий як припікаючу, блювотний, протиглисний засіб.
Гідроксокарбонат міді (CuOH) 2CO3 входить до складу протруйників насіння, використовується для виготовлення зелених фарб.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)