бесплатно рефераты
 

Курсовая работа по химии. Медь

Курсовая работа по химии. Медь

Министерство высшего образования Российской Федерации

Башкирский государственный университет

Кафедра неорганической химии

Курсовая работа

Медь

Выполнил

студент I курса В группы

Панкратьев Е.Ю.

Проверил

доцент кафедры Н.Х.

Гайфутдинова Р.К.

Уфа 2002.

Содержание:

1. Распространение меди в природе. - 3

2. История открытия меди. - 3

3. Месторождений меди. - 4

4. Физические свойства меди. - 5

5. Химические свойства меди. - 6

6. Получение меди. - 10

7. Добыча и получение солей из природных месторождений. - 11

8. Медь и живые организмы. - 12

9. Применение меди. - 12

10. Использованная литература. - 13

1. Распространение меди в природе.

Металлы подгруппы меди обладают небольшой химической активностью,

поэтому они находятся частично в виде химических соединений, а частично в

свободном виде, особенно золото.

Медь в далекие геологические эпохи, очевидно, находилась только в виде

сернистых соединений – халькопирита [pic] (или [pic]) и халькозина [pic].

Объясняется это тем, что медь обладает довольно большим химическим

сродством к сере, в настоящее время сульфиды – наиболее распространенные

минералы меди. При высоких температурах, например в районах вулканической

деятельности, под действием избытка кислорода происходило превращение

сульфидов меди в окислы, например: [pic].

При температуре ниже 10000C происходило образование окиси меди, которая

в небольших количествах встречается в природе: [pic].

Самородная (металлическая) медь, очевидно, возникла в природе при

сильном нагревании частично окисленных сернистых руд. Можно представить,

что после землетрясений, грандиозных извержений окисленные минералы меди

были погребены под толстым слоем горных пород и нагревались за счет земного

тепла. При этом происходило взаимодействие окислов с сульфидами: [pic].

Подобные процессы протекают при выплавке меди на металлургических

заводах. Такие природные “металлургические заводы” выплавляют громадные

количества меди: самый крупный из найденных самородков весил 420 т. По-

видимому, в меньших масштабах взаимодействие окислов некоторых металлов с

сульфидами идет и в настоящее время, например в районе некоторых Курильских

островов.

Некоторые другие минералы меди получились из окисных руд. Например, под

действием влаги и двуокиси углерода происходила гидратация окиси меди и

образование основных карбонатов: [pic].

В лаборатории мы эти процессы не наблюдаем, так как они идут медленно.

В “лаборатории” природы сроки в несколько тысяч лет совершенно

незначительны. В дальнейшем под влиянием давления вышележащих горных пород

и некоторого нагревания происходило уплотнение основного карбоната меди, и

он превратился в изумительный по красоте минерал – малахит. Особенно красив

полированный малахит. Он бывает окрашен от светло-зеленого до темно-

зеленого цвета. Переходы оттенков причудливы и создают фантастический

рисунок на поверхности камня.

Переход нерастворимых сульфидных соединений меди в раствор мог

осуществляться за счет взаимодействия растворов сульфата железа (III):

[pic].

Растворы сульфата железа, как указано выше, получаются в природе при

действии воды, насыщенной кислородом, на пирит. Эти процессы медленно идут

в природе и в настоящее время. [1, с.8-10]

Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленности

важны лишь 17. Для производства меди наибольшее значение имеют халькопирит

(он же – медный колчедан) CuFeS2, халькозин (медный блеск) Cu2S, ковеллин

CuS, борнит (пестрая медная руда) Cu5FeS4. Иногда встречается и самородная

медь. Распространение меди в земной коре – 4,7*10-3 % по массе (1015 -

1016 тонн). [3]

2. История открытия меди.

Медь стала известна человеку в каменном веке – некоторые самородки

меди, относящиеся к этому времени, носят следы воздействия каменных орудий,

в частности у них обрублены выступающие части. Очевидно, эти кусочки меди

были использованы доисторическим человеком в качестве украшений, а затем и

как орудия. Распространению медных изделий способствовало свойство меди

подвергаться ковке в нагретом состоянии. Так обрабатывали медные самородки

индейцы еще со времен Колумба.

Где и когда был открыт метод выплавки меди из руд неизвестно. Скорее он

был открыт случайно. Самородная медь всегда встречалась совместно с рудой.

И вот во время нагрева самородка в раскаленных углях костра кусочки медной

руды, прилипшие к самородку, тоже превратились в медь – восстановились

углеродом: [pic].

Возможно, первоначально медь выплавлялась в небольших ивовых корзинах,

обмазанных толстым слоем глины. В такую своеобразную печь загружали руду

вместе с углем и под ней разжигали большой костер.

Руды меди часто встречаются совместно с рудами цинка, олова. Такие руды

восстанавливаются легче и дают сплавы меди более твердые, чем сама медь.

Эти сплавы называются бронзами, а время, в течение которого человек широко

использовал бронзу, - бронзовым веком. Название “бронза” произошло от

названия небольшого итальянского города Бриндизи, через который среди

прочих товаров шла торговля изделиями из сплава меди с оловом. Этот сплав

назвали медью из Бриндизи, а затем - бронзой.

Изготовление изделий из меди и ее сплавов производилось еще при первых

фараонах Египта (4 – 5 тыс. лет до н.э.). Известны древнейшие медные руды

на острове Кипр. По-видимому, современное латинское название “купрум”

произошло от латинского названия этого острова. [6]

Когда же и где была впервые выплавлена медь?

Считалось, что люди 9 – 8 тыс. лет назад не умели, как следует, делать

керамическую посуду, но в 1950 г. археологами было сделано интересное

открытие. В районе реки Конья на юго-западе Малой Азии в 1950 г.

производились раскопки. Наряду с каменными орудиями были найдены медные

проколки, украшения, колечки. По определениям физиков, использующих

радиоуглеродный метод; культурный слой с остатками жизнедеятельности

человека возник в VII-VI тысячелетиях до н.э. Этому открытию трудно

поверить, но в 1963 г. при раскопках в верховьях реки Тигр были найдены

простейшие медные изделия, относящиеся к тому же периоду. Там же нашли и

медную руду. [1, с.27-28]

3. Месторождения меди.

Соединения элементов подгруппы меди распределены в земной коре

неравномерно, что объясняется различием в геологических условиях,

сложившихся в различных местах земного шара. Богатейшие месторождения меди

имеются в Конго (Катангский пояс). Материалы, собранные археологами о

древнейших месторождениях датируются тысячелетиями до новой эры. Древнейшие

выработки меди на территории нашей страны найдены в Закавказье, на

побережье Балхаша, в многочисленных пунктах Сибири.

Планомерные поиски месторождений меди начинаются при Иване III, Иване

Грозном и особенно при Петре I. При Иване Грозном в Олонецкий уезд был

послан новгородский гость (купец) Семен Гаврилов “для сыску медные руды”,

где она и была найдена. В 1652 г. Казанский воевода сообщил царю: “Медные

руды… сыскано много и заводы к медному делу заводим”. [2, с.26] Из

документов следует, что с 1562 по 1664 г. было послано из “Казани к Москве

чистыя меди 4641 пуд. 6 гривенков”. В 1702 г. стала выходить первая русская

газета “Ведомости”, которую, очевидно, редактировал Петр I. 2 января 1703

г. в ней писали: “Из Казани пишут. На реке Соку нашли много нефти и медной

руды, из той руды меди выплавили изрядно, отчего чают не малую прибыль

Московскому государству”. [2, с.27]

В начале этого столетия главнейшими месторождениями, которые

разрабатывались, были: в районе Северного Урала – Богословский завод, в

районе Нижнего Тагила – Выйский завод, а на Кавказе – Калакентский и

Кедабекский заводы.

В наше время известны месторождения меди на восточном склоне Урала,

Средней Азии, Закавказье и т.д.

Большое количество меди и других ископаемых находится на дне океанов,

которое покрыто так называемыми конкрециями – скоплениями в виде камней

округлой неправильной формы. Они содержат в среднем 0,5% меди. По подсчетам

ученых запасы этой ценной и своеобразной руды составляют 5 млрд. тонн. [1,

с.16-18]

4. Физические свойства меди.

|Tплавления |Tкипения |ra |? |Rудельное |

|1083 0C |2877 0C |98 нм |8,96 г/cм3 |1,63*10-8 |

| | | | |ом*м |

Таблица 1. Физические свойства меди.

Металлы подгруппы меди, как и щелочные металлы, имеют по одному

свободному электрону на один ион-атом металла. Казалось бы, эти металлы не

должны особенно сильно отличатся от щелочных. Но они, в отличие от щелочных

металлов, обладают довольно высокими температурами плавления. Большое

различие в температурах плавления между металлами этих подгрупп объясняется

тем, что между ион-атомами металлов подгруппы меди почти нет “зазоров” и

они расположены более близко. Вследствие этого количество свободных

электронов в единице объема, электронная плотность, у них больше.

Следовательно, и прочность химической связи у них больше. Поэтому металлы

подгруппы меди плавятся и кипят при более высоких температурах.

Металлы подгруппы меди обладают, по сравнению с щелочными металлами,

обладают большей твердостью. Объясняется это увеличением электронной

плотностью и отсутствием “зазоров” между ион-атомами.

Необходимо отметить, что твердость и прочность металлов зависят от

правильности расположения ион-атомов в кристаллической решетке. В металлах,

с которыми мы практически сталкиваемся, имеются различного рода нарушения

правильного расположения ион-атомов, например пустоты в узлах

кристаллической решетки. К тому же металл состоит из мелких кристалликов

(кристаллитов), между которыми связь ослаблена. В Академии Наук СССР была

получена медь без нарушения в кристаллической решетке. Для этого очень

чистую медь возгоняли при высокой температуре в глубоком вакууме на

глубокую подложку. Медь получалась в виде небольших ниточек – “усов”. Как

оказалось такая медь в сто раз прочнее, чем обычная.

Цвет меди и её соединений.

Чистая медь обладает и другой интересной особенностью. Красный цвет

обусловлен следами растворенного в ней кислорода. Оказалось, что медь,

многократно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет

желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным блеском.

При повышении валентности понижается окраска меди, например CuCl –

белый, Cu2O – красный, CuCl + H2O – голубой, CuO – черный. Карбонаты

характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем

обусловлен интересный практический признак для поисков.

Электропроводимость.

Медь обладает наибольшей (после серебра) электропроводимостью, чем и

обусловлено её применение в электронике.

Кристаллическая решетка.

Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис 1).

[pic]

Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди.

5. Химические свойства меди.

Строение атома.

[pic]

Рисунок 2. Схема строения атома меди.

29Cu 1s1 2s2 sp6 3s2 3p6 3d10 4s1

Eионизации 1 = 7.72 эВ

Eионизации 2 = 20.29 эВ

Eионизации 3 = 36.83 эВ

Отношение к кислороду.

Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном

воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета,

состоящей из основных карбонатов меди: [pic]

В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди

образуется тончайший слой оксида меди: [pic]

Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (I) как и сама

медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает

свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например

при 600-800 0C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая

с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется

двухслойное окисное покрытие.

Qобразования (Cu2O) = 84935 кДж.

[pic]

Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди.

Взаимодействие с водой.

Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда

напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут

вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут

вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например: [pic].

Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход

электронов:

[pic]

[pic]

Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом.

Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее

разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами

водорода.

[pic]

Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В

присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается

зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната:

[pic]

[pic]

Взаимодействие с кислотами.

Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из

кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют.

Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с

образованием соответствующих солей: [pic].

Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам.

Qобразования (CuCl) = 134300 кДж

Qобразования (CuCl2) = 111700 кДж

[pic]

Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и

CuX2.. При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений

не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных

молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с

медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и

опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые

пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl2 с примесью хлорида меди (I)

CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты.

Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической

меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например: [pic]. Монохлорид

выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.

Оксид меди.

При прокаливании меди на воздухе она покрывается черным налетом,

состоящим из оксида меди [pic]. Его также легко можно получить

прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)2CO3 или нитрата меди (II)

Cu(NO3)2. При нагревании с различными органическими веществами CuO окисляет

их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород – в воду

восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются

при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в

них углерода и водорода.

Под слоем меди расположен окисел розового цвета – закись меди Cu2O.

Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных

количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: [pic].

Закись меди используют при устройстве выпрямителей переменного тока,

называемых купроксными. Для их приготовления пластинки меди нагревают до

1020-1050 0C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина,

состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая

пластинки некоторое время в азотной кислоте: [pic].

Пластинку промывают, высушивают и прокаливают при невысокой температуре

– и выпрямитель готов. Электроны могут проходить только от меди через

закись меди. В обратном направлении электроны проходить не могут. Это

объясняется тем, что закись меди обладает различной проводимостью. В слое

закиси меди, который примыкает непосредственно к меди, имеется избыток

электронов, и электрический ток проходит за счет электронов, т.е.

существует электронная проводимость. В наружном слое закиси меди

наблюдается нехватка электронов, что равноценно появлению положительных

зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс источника тока,

а к закиси меди – отрицательный, то электроны через систему не проходят.

Электроны при таком положении полюсов движутся к положительному электроду,

а положительные заряды – к отрицательному. Внутри слоя закиси возникает

тончайший слой, лишенный носителей электрического тока, - запирающий слой.

Когда же медь подключена к отрицательному полюсу, а закись меди к

положительному, то движение электронов и положительных зарядов изменяется

на обратное, и через систему проходит электрический ток. Так работает

купроксный выпрямитель. [6, с.63]

Гидроксиды меди.

Гидроксид меди малорастворимое и нестойкое соединение. Получают его при

действии щелочи на раствор соли: [pic]. Это ионная реакция и протекает она

потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в

осадок: [pic]

Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета, дает еще гидроксид

меди (I) белого цвета: [pic]. Это нестойкое соединение, которое легко

окисляется до гидроксида меди (II): [pic].

Оба гидроксида меди обладают амфотерными свойствами. Например,

гидроксид меди (II) хорошо растворим не только в кислотах, но и в

концентрированных растворах щелочей: [pic], [pic].

Таким образом, гидроксид меди (II) может диссоциировать и как

основание: [pic] и как кислота. Этот тип диссоциации связан с

присоединением меди гидроксильных групп воды: [pic]

Сульфаты.

Наибольшее практическое значение имеет CuSO4*5H2O, называемый медным

купоросом. Его готовят растворением меди в концентрированной серной

кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам и расположена в

ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется: [pic].

Медный купорос применяют при электролитическом получении меди, в

сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, для

получения других соединений меди.

Карбонаты.

Карбонаты для металлов подгруппы меди не характерны и в практике почти

не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной

карбонат меди, который встречается в природе.

Комплексообразование.

Характерное свойство двухзарядных ионов меди – их способность

соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.

Качественные реакции на ионы меди.

Ион меди можно открыть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака.

Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с образованием

комплексного иона меди [Cu(NH3)4]2+: [pic]

Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.

Пример качественного анализа сплава меди.

Исследуемый объект |Реагент, действие |Осадок |Раствор |Наблюдение |Выводы

| |Часть сплава |Нагревание с конц. HNO3 | | |Раствор 1 сразу приобрёл

зелёную окраску, которая перешла в голубую после охлаждения | | |Раствор 1

|25% NH3, Добавление 1-2 капли | | |Раствор стал синим |Это медный сплав |

|Часть сплава |HNO3, Сначала растворяют часть стружек в 10 каплях 6М HNO3,

а затем добавляют 20-25 капель конц. HNO3, нагревают до полного растворения

сплава | |Раствор 2 может содержать Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, Sb

|Осадок не выпал | | |Раствор 2, Ni2+ |Диметил-глиоксим | | |Раствор

позеленел |Ni нет | |Fe3+ |NH4CNS | | |Кристаллы окрасились в красный цвет,

потом раствор позеленел и выпал чёрный осадок |Есть Fe3+ | |Cd2+ |Дифенил-

карбазид | | |Раствор стал красным |Есть Cd | |Zn2+ |Дитизон | | |Фаза

дитизона окрасилась в малиновый цвет |Есть Zn | |Mn |NaBiO3 | | |Ничего не

произошло |Mn нет | |Al3+ |Ализарин | | |Раствор стал жёлто-коричневым |Al

нет | | |Окси-хинолин | | |Выпал зелёно-жёлтый осадок |Al нет | |Раствор 2

|HCl, H2SO4, добавление | |Раствор 3 возможно содержит Sb, Sn |Осадок не

выпал |Pb возможно нет | |Раствор 3 |H2O2 и NaOH |Осадок 1 может содержать

Sb |Раствор 4 может содержать Sn |Выпал зелёно-серый осадок

(образовался ос.2 и р-р 2) | | |Осадок 1 |HNO3 | |Раствор 5 |Осадок

растворился |Sb нет | |Раствор 5 |NH3, NH4Cl, H2O2 | | |Осадок не выпал | |

|Раствор 4 |NH4Cl | | |Осадок не выпал |Sn нет | |Раствор 2 |I- | | |Выпал

жёлтый осадок, который приобрёл красный оттенок |Есть Pb2+ | |Выводы:

Проведённый качественный анализ даёт основания считать, что в сплаве

содержится медь, цинк, кадмий, железо, свинец. Таким образом этот сплав

является латунью. [8]

6. Получение меди.

История получения меди.

Интересна история получения меди. Уже 5-6 тысяч лет до н.э. медная руда

добывалась египетскими рабами в Нубии, на Синайском полуострове. Рудники,

как пишет греческий историк Диодор Сицилийский (I век до н.э.), являлись

собственностью фараонов. На каторжный труд в рудниках отправляли рабов и

осужденных, зачастую вместе с семьями. В наиболее узкие штольни на обивку

руды и ее вынос направляли детей. На поверхность руду доставляли в плетеных

корзинках или кожаных мешках. Древнейшая медеплавильная печь найдена на

Синайском полуострове. Она представляла яму, обнесенную круглой стеной

толщиной в 1 метр. Печь имела внизу два поддувала. По составу шлака

установили, что в этой печи выплавлялась медь. Изображение более

совершенной печи было обнаружено на греческой вазе, которая датируется VI

веком до н.э. Для улучшения литейных свойств меди греки добавляли в руду

оловянный камень (двуокись олова) и получали оловянную бронзу.

Искусство получения меди и ее сплавов затем перешло к римлянам.

Оловянную руду римляне доставали из Англии, которая в то время называлась

Касситеридскими островами. Интересно отметить, что минерал – двуокись олова

и по настоящее время называется касситеритом.

О методах получения меди в России дает представление небольшой, но

обстоятельный труд М.В.Ломоносова “Основание металлургии” (1763 год),

который сыграл исключительную роль в развитии металлургического

производства. В этой же книги дано описание “сульфатизирующего обжига”. Он

заключался в медленном окислении медной сульфидной руды до сульфата меди

кислородом воздуха: [pic] с последующим выщелачиванием соли водой с целью

получения медного купороса.

В книге даются указания, как использовать теплоту отходящих газов, как

контролировать процесс плавки и даже как вентилировать шахты от пыли и

газов, которые “для человеческого здоровья вредительны”. [1, с.76-77]

Получение меди методом электролиза.

Электролиз широко применяют для очистки (рафинирования) меди. Для

очистки меди из черновой меди отливают аноды – толстые пластины. Их

подвешивают в ванну, содержащую раствор медного купороса. В качестве

катодов используют тонкие листы чистой меди, на которые во время

электролиза осаждается чистая медь. На аноде происходит растворение меди.

Ионы меди передвигаются к катоду, принимают от катода электроны и переходят

в атомы: [pic]. Чистая медь оседает на катоде.

Примеси, входящие в состав черновой меди ведут себя по-разному. Более

электроотрицательные элементы – цинк, железо, кадмий и другие растворяются

на аноде. Но на катоде эти металлы не выделяются, так как электрохимическом

ряду напряжений они находятся левее меди и имеют более отрицательные

потенциалы. [1, с.70]

Металлотермический метод получения.

[pic]

[pic]

Пирометаллургический способ получения меди.

Поскольку содержание меди не превышает 1.5-2%, их подвергают

обогащению, т.е. отделяют соединения меди от пустой породы, применяя

флотационный метод. Для этого руду размалывают до тончайшего порошка и

смешивают его с водой, добавив в неё предварительно флоторагенты – сложные

органические вещества. Они покрывают мельчайшие крупинки соединений меди и

сообщают им несмачиваемость. В воду добавляют ещё вещества, создающие пену.

Затем через взвесь пропускают сильный поток воздуха. Поскольку частички

(крупинки соединений меди) водой не смачиваются, они прилипают к пузырькам

воздуха и всплывают наверх. Всё это происходит во флотационных аппаратах.

Пену, которая содержит крупинки соединений меди, собирают, отфильтровывают,

отжимают от воды и высушивают. Так получают концентрат, из которого

выделяется медь. В зависимости от состава руды существует несколько методов

её переработки.

Сульфидную руду сначала обжигают при свободном токе воздуха для

удаления части серы: [pic]. Этот обжиг проводят в механических печах,

похожих на устройства для обжига серного колчедана. В последнее время

начали применять обжиг в кипящем слое. Продукты обжига затем переплавляют

совместно с флюсами в отражательной печи. При этом протекает множество

химических процессов, например [pic].

Пустая порода, часть сульфидов и окислов железа переходит в шлак, а на

дне печи скапливается штейн – расплав сульфида меди Cu2S и сульфида железа

FeS. Штейн сливают из печи и перерабатывают в конвекторе, который по

устройству похож на конвектор для переработки стали. Частичное удаление

серы происходит за счет продувки воздуха через расплавленный штейн: [pic].

Сульфид меди и закись меди дают металлическую черновую медь: [pic]

Она содержит около 95-98% меди. При последующей переплавке на поду

отражательной печи содержание меди может быть повышено до 99,7%. Дальнейшая

очистка меди проводится электролизом.

Более просто перерабатывают окисные руды меди, состоящие из закиси

меди, окиси меди и карбонатов меди (Cu2O, CuO, CuCO3*Cu(OH)2). Эти руды

обогащения прокаливают с коксом при высокой температуре: [pic]. [1, с.74-

75]

7. Добыча и получение солей меди из природных месторождений.

Около 15% всех руд меди перерабатывается гидрометаллургическим методом

– на измельченную руду действуют растворителем, который переводит медь в

раствор. На руды, содержащие оксид меди, действуют разбавленной серной

кислотой: [pic]

По сравнению со многими другими оксидами, встречающимися в руде, оксид

меди растворяется сравнительно хорошо. Выделение металлической меди из

раствора проводят электролизом.

Если медь находится в руде в виде сульфида, то ее в раствор можно

перевести, обрабатывая ее руду раствором сульфата железа:

[pic] [1, с.64]

8. Медь и живые организмы.

Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в

процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу

сахара, белков, крахмала, витаминов и ферментов. При отсутствии или

недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла,

листья желтеют, растение перестает плодоносить и может погибнуть. Чаще

всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купороса

CuSO4*5H2O. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие

соединения меди, особенно для низших организмов. Польские ученые

установили, что в тех водоемах, где присутствует медь, карпы отличаются

крупными габаритами. В прудах и озерах, где нет меди, быстро развивается

грибок, который поражает карпов. В малых же дозах медь совершенно

необходима всему живому.

Из представителей живого мира небольшие количества меди содержат

осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови

ракообразных и головоногих, медь входящая в состав их дыхательного пигмента

– гемоциана (0,33-0,38%), – играет ту же роль, что железо в крови других

животных. Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (поэтому у

улиток кровь голубая), 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.

С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди. Еще

в начале XX века в Америке были зарыты 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 который

махнули рукой, только за один год было “вычерпано” 10 тысяч тонн меди.

Оказалось, что среди многочисленных видов бактерий есть и такие, для

которых любимым лакомством служат сернистые соединения некоторых металлов.

Поскольку медь в природе связана именно с серой, эти микробы неравнодушны к

медным рудам. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды, микробы превращают их

в легко растворимые соединения, причем процесс этот протекает очень быстро.

Так при обычном окислении за 24 дня из халькопирита выщелачивается 5% меди,

то в опытах с участием бактерий за 4 дня удалось извлечь 80% этого

элемента.

9. Применение меди.

История применения меди.

Археологические находки указывают, что медь довольно широко

использовалась людьми для изготовления украшений и предметов быта около 7-8

тысяч лет назад.

До недавнего времени считалось, что история эры электричества началась

с 1786 года после опытов Луиджи Гальвани. В то же время археологические

раскопки говорят, что с электричеством люди ознакомились много веков назад.

Археологи неподалеку от Багдада, а затем на берегах Тигра нашли глиняные

сосуды высотой около 10 см и покрытые глазурью. Внутри сосуда обнаружили

медные цилиндры, в которые были вставлены железные стержни. В сосудах

имелось небольшое количество битума. Медные цилиндры были сильно разъедены.

Это был первый гальванический элемент. Подозревают, что эти элементы

использовались для электрохимического способа позолочения серебряных

изделий.

Медь наряду с железом и золотом издавна применялась в качестве

платежного средства.

Большого совершенства в изготовлении различных изделий из меди и бронзы

достигли русские мастера. Уже к концу XV века в России в широких масштабах

изготовлялись бронзовые пушки. [4, с.115-118]

Применение меди в настоящее время.

Примерно половина производимой меди в настоящее время используется в

радиотехнике и электротехнической промышленности. Это связано с ее хорошей

проводимостью и относительно высокой коррозионной стойкостью. К меди,

идущей на изготовление электрических проводов, часто добавляют в небольшом

количестве кадмий, который не снижает электропроводимость меди, но повышает

ее прочность на разрыв.

Древнейший сплав меди с цинком – латунь и в настоящее время

производится в больших количествах. Содержание цинка в латуни составляет 30-

45%. Она применяется для изготовления различной арматуры, соприкасающейся с

водой (краны, вентили и т.д.), а также для производства различных труб. Из

латуни прокатывают полосы и листы, идущие для выработки самых разнообразных

изделий (проволока, произведения искусств, предметы быта и т.д.).

Латунь хорошо прокатывается, штампуется и несколько дешевле меди, так

как цинк более дешевый металл по сравнению с медью.

Другие сплавы меди называются бронзами. Наиболее распространенная

бронза – оловянная. Она содержит от 5 до 80% олова. В зависимости от

содержания олова свойства и назначение меняется. При содержании олова 10-

13% ее цвет красновато-желтый, а более 27-30% - белый. Подшипниковая бронза

содержит 81-87% меди. Для изготовления подшипников, различных тормозных

устройств, где происходит скольжение металла, применяют бронзы, содержащие

до 45% свинца. В часовых и других точных механизмах, где нужна высокая

механическая прочность и коррозионная стойкость, применяется бериллиевая

бронза, содержащая 1-2% бериллия. Ее прочность равна прочности стали.

В быту и особенно в химической промышленности применяют сплавы меди с

никелем, например монель-металл, в котором отношение меди к никелю равно

2:1, и мельхиор, в котором это соотношение равно 4:1. Мельхиор по внешнему

виду похож на серебро, из него приготовляют предметы домашнего обихода:

ложки, вилки, подносы и т.д. Монель-металл применяют для изготовления

монет, различных реакторов для химической промышленности, так как это сплав

коррозионно-стоек.

Гидроксокарбонат меди (II) – (CuOH)2CO3 – применяют для получения

хлорида меди (II), для приготовления синих и зеленых минеральных красок, а

также в пиротехнике.

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.

Смешанный ацетат-арсенит меди (II) – Cu(CH3COO)2*Cu3(AsO3)2 – применяют

под названием “парижская зелень” для уничтожения вредителей растений.

Из солее меди вырабатывают большое количество минеральных красок,

разнообразных по цвету: зеленых, синих, коричневых, фиолетовых и черных.

Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят – покрывают внутри слоем

олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей. [4, с.123-

124]

10. Использованная литература.

1. Л.Ф.Попова. От лития до цезия. М., “Просвещение”, 1972.

2. В.Е.Лунев. Познакомьтесь с медью. М.,”Металлургия”, 1965.

3. Отв. за ред. Л.К.Иугалин. Химия минералов меди. Новосибирск, “Наука”,

1975.

4. Л.Ф.Попова. Медь. М., “Просвещение”, 1989.

5. Н.А.Фигуровский, "Открытие элементов и происхождение их названий". М.,

“Наука”, 1970.

6. В.С.Котлярова, Н.В.Касимова. Получение плёнок меди и опыты с ними //

Химия в школе, №3, 1972.

7. http://www.chem.msu.su/rus/history/element/cu.html

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

1990.

-----------------------

2 8 18 1

+29

Cu

Cu2O

Cu

CuO


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.