Физические и химические свойства меди: Свойства меди – все важные характеристики металла + Видео

нахождение в природе, физические и химические свойства. Медь и её сульфид, гидроксид и оксид

Этот химический элемент известен человеку давно и сегодня используется буквально повсеместно. Электрические провода, посуда, монеты, строительные материалы – в наши дни медь и сплавы на её основе применяются в самых разных отраслях промышленности. Начало применения Cu относят к «Бронзовому веку» (3 тыс. лет до н.э.). Уже тогда люди умели добывать этот розово-золотистый металл и даже получать медно-оловяные сплавы. Вместе с тем, нахождение в природе меди совсем невелико: если изучить состав земной коры нашей планеты, то элемента Cu в неё окажется всего около 0,01% (23 место).

Медь: нахождение в природе

В природе медь встречается как в чистом виде (самородки могут достигать общего веса в несколько сотен тонн), так и в составе различных соединений. Обычно приходится иметь дело с сульфидами, сформировавшимися в осадочных горных породах, либо с субстратами. Получить медь из этих соединений легко благодаря низкой температуре плавления, чем и пользовались наши предки при изготовлении самых разных медных изделий.
Что касается названия элемента – Cuprum, то историки соотносят его с наименованием некогда древнегреческого острова Кипр (Cyprus), когда-то являвшегося наиболее крупным в Европе центром выработки материала. Вполне возможно впервые выплавлять медь научились именно на Кипре.

Физические свойства меди

Прежде всего, медь очень пластична, а потому крайне удобна в использовании, в частности, в плавке. Отличает этот металл и такая характеристика, как ярко выраженная окраска, которая делает материал декоративным (+ отжиг меди). Если для большинства известных металлов характерен серебристо-серый цвет, то Cu, наравне с золотом и осмием входит в число трёх с уникальной цветовой окраской.

Еще одно достоинство меди – высокая электропроводность, которая предопределяет использование данного металла в составе самой разной электропроводниковой продукции. Здесь же стоит сказать и о таком свойстве Cu, как отсутствие искры при ударе. Эта уникальная особенность меди делает её отличным материалом для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной пожароопасности.

Химические свойства соединений меди

Особого внимания заслуживает взаимодействие Cu с кислотами. Так, этот элемент никак не реагирует на воду, растворы щелочей, соляную или разбавленную серную кислоты. При этом сильные окислители, такие как концентрированная серная или азотная кислота, очень быстро медь растворяют. Cu также называют коррозийностойким металлом, однако влажная атмосфера и углекислые газы, взаимодействуя с медью, способствуют образованию на её поверхности зеленоватого налета (карбонат меди).

Сегодня широкое применение находят оксид (СuО), гидроксид (Си(ОН)2) и сульфид меди (CuS). Уникальное свойство сульфида меди – высокая электропроводность, позволяющая получать сверхпроводники. Химические свойства гидроксида меди позволяют легко получать оксиды (путем разложения гидроксида меди 2 при нагревании).

Химические свойства меди, температура плавления, плотность, цвет, молярная масса, валентность, удельный вес, формула меди и ее сплавов, степень окисления, физические свойства

Химические свойства меди определяются положением ее в периодической системе Д. И. Менделеева. Обозначение данного металла Cu (купрум, cuprum), он имеет 29-й порядковый номер, находится в первой группе (побочной подгруппе), в 4 большом периоде.

Выделяется отдельный ее вид: черновая медь, которая является при конвертировании продукта кислородом. Атомная (молярная) масса равна 63,5 г/моль, молекулярная масса — 63,5 а. е. м.

В зависимости от соединения, в котором металл находится, он может иметь валентность +1 и +2, но в редких случаях степень окисления может быть +3 и +5, что является исключением. Строение атома Cu и электронная формула показаны на рисунке:

Кристаллическая решетка меди представляет собой каркас в форме куба, который образован прямыми линиями. Решетка довольно прочная, молекулярная, так как в узлах находятся молекулы.

Содержание

Физические свойства и характеристика

Медь в чистом виде – это довольно ковкий, тягучий, вязкий металл, имеющий красновато-коричневый цвет.

Его твердость достигается путем добавления в состав различных примесей. Она имеет высокую электропроводность и теплопроводность, но примеси, которые зачастую добавляют в сплав, ухудшают эти показатели.

Преимуществом данного металла является устойчивость к коррозии. Температура плавления равна 1085 градусов по Цельсию, а температура кипения – 2562 градуса. Плотность равна 8900 кг/м3. Удельный вес равен 8930 кг/м3.

Медь в чистом виде является диамагнетиком, то есть магнитными свойствами не обладает. Магнититься могут только ее сплавы, где концентрация непосредственно самой меди не более 50%.

С чем реагирует

Медь НЕ реагирует с водородом, углеродом, азотом, а так же кремнием.

Реагирует с кислотами и солями, оксидами, галогенами, кислородом и неметаллами, но не может реагировать со щелочами, так как находится в электрохимическом ряду после водорода. Так же не может реагировать с фтором, бромом, хлором.

Отношение к кислороду

По отношению к кислороду металл проявляет слабую активность, но при длительном нахождении на воздухе покрывается очень тонкой, почти незаметной зеленоватой пленкой, которая и является оксидом меди.

В зависимости от температуры, при которой протекает реакция, купрум образует 2 оксида: CuO и Cu2O.

Взаимодействие с водой

По причине того, что медь находится в ряду электрохимического напряжения после водорода, она не вытесняет водород из воды. Но если присутствует кислород, водород может вытеснять молекулы металла, за счет чего и происходит окислительно-восстановительная реакция.

Реакции с кислотами

Из-за своего положения в электрохимическом ряду, не вытесняет водород из кислот, поэтому некоторые из них на нее не действуют. Но при достаточном доступе кислорода, растворяются в них, образуя соответствующие кислотам соли.

Отношение к галогенам и неметаллам

С галогенами медь реагирует довольно хорошо. В обычных условиях изменения не особо заметны, но на поверхности со временем образуется очень тонкий слой галогенидов. А при повышенных температурах реакция происходит очень быстро и бурно.

Cu реагирует с серой, в зависимости от температуры образуются следующие сульфиды: Сu2S, CuS.

Может образовывать йодиды (с йодом).

Реакции с оксидами неметаллов

Медь может реагировать не со всеми оксидами неметаллов, что зависит от неметалла, температуры и других условий протекания химической реакции.

Химические свойства меди

Одновалетной

Ион Cu+ крайне неустойчив, особенно в водных растворах. Примерами одновалентной меди могут служить:

• оксид (I) – Cu2O,
• сульфид (I) – С

Двухвалентной

Это наиболее характерная степень окисления для меди. Так же более устойчивая и распространенная, например:

• оксид (II) – CuO,
• соли.

Трехвалентной

Наиболее редкая и нестабильная степень окисления этого металла, которая является исключением, например:

• оксид (III) – Cu2O3,
• купрат (III).

Заключение

Медь – распространенное вещество, которое незаменимо во многих отраслях, так как является очень гибким и плавким. Имеет высокие показатели, во многом сравнимые с железом, что позволяет изготавливать из нее многие незаменимые детали в производстве и механике.

Никель и медь: химические и физические свойства

Медь происходит от латинского слова cuprum, что означает «с острова Кипр». По данным археологов, медь использовалась не менее 11 000 лет. Древние люди находили медь в «самородках и массах на поверхности Земли, примыкающих к ручьям, в стенках каньонов» (Лугаский, 1997, н.п.). На протяжении многих лет медь использовалась для изготовления таких вещей, как кастрюли, сковородки и даже некоторые короны и головные уборы в древние времена. Использование меди распространилось на Азию, где «культуры и религии, такие как буддизм и индуизм, использовали медь для создания фантастических инкрустации, рельефных фасадов дворцов и храмов и церемониальных сосудов» (Jewellery Supplier, 19). 99, н.п.). В последнее время медь использовалась для изготовления доспехов, оружия, колокольчиков и украшений.

Название никеля происходит от немецкого слова, обозначающего минерал никколит (kupfernickel), что означает «медь старого Ника». Шведскому химику по имени Аксель Фредрик приписывают открытие никеля в 1751 году. В современном мире «никель получают из минерала пентландита» (Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона — Управление научного образования, n.d., n.p.). Онтарио, Канада, является ведущим мировым поставщиком никеля. Его добывают в районе Садбери, куда, как считается, когда-то давно упал метеорит.

Атомный номер меди — 29, а ее химический символ — «Cu». Естественное состояние меди — твердое тело. Теплота плавления 13 кДж моль-1, теплота парообразования 304,6 кДж моль-1, теплота атомизации 338 кДж моль-1. Символ никеля: Ni Атомный номер : 28. Атомная масса: 58,6934 а.е.м. Температура плавления: 1453,0 °C (1726,15 K, 2647,4 °F) Температура кипения: 2732,0 °C

Медь — это минерал, одновременно ковкий и пластичный. Это означает, что его можно сгибать и формировать в горячем или холодном состоянии без образования трещин, и его можно вытягивать в тонкую проволоку. Медь имеет металлический блеск и непрозрачна. Медь не имеет спайности, только ломается. Чистая медь является наиболее эффективным проводником электричества, поскольку она уступает только серебру, который слишком дорог для такого рода использования. Медь также является хорошим проводником тепла, что делает ее полезной для посуды, холодильников и радиаторов. Он устойчив к коррозии; однако, если воздух вокруг него часто влажный, он в конечном итоге покроется «патиной», которая представляет собой зеленую пленку, останавливающую дальнейшую коррозию. Температура плавления меди 1083,4 градуса по Цельсию, а температура кипения 2567 градусов по Цельсию.

Никель имеет металлический, блестящий, серебристый оттенок. Это серебристый металл с хорошим блеском. Никель может быть в различных формах, включая фольгу, порошок, чешуйки, листы, проволоку, сетку и стержни. Никель имеет температуру плавления 1453 градуса по Цельсию и температуру кипения 2732 градуса по Цельсию. Никель — твердый минерал, пластичный, ковкий и в некоторой степени ферромагнитный. Никель, как и медь, также является хорошим проводником тепла и электрического тока. Никель входит в состав переходных элементов, состоящих из металлов железа и кобальта. В некоторых случаях соединения никеля считаются опасно токсичными или канцерогенными.

Каталожные номера

Ford, W.E. (1932). Учебник минералогии Даны (4 ^{-е изд.} ). Лондон: Чепмен и Холл.

Хант, Краус и Рамсделл. (1936). Минералогия (3 ^{-е изд.} ). Йорк: Компания Maple Press.

Поставщик ювелирных изделий. (1999). Получено 9 марта 2004 г. с http://www.jewelrysupplier.com/2_copper/copper_History.htm.

Лугасский, Томь. (1997). Получено 11 марта 2004 г. с http://www.unr.edu/sb204/geology/copper2.html.

Максвелл, Джон А. (1968) Анализ горных пород и минералов. Оттава: Издательство Interscience.

Национальный ускорительный центр имени Томаса Джефферсона – Управление научного образования. (н.д.). Получено 9 марта 2004 г. с http://education.jlab.org/itselemental/ele028.html.

Зима, Марк. (2003). Никель. Получено 11 марта 2004 г. с http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Ni/key.html

3.02: Физические и химические свойства

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Цели обучения

Отделить физические свойства от химических.

Все вещества обладают физическими и химическими свойствами. Физические свойства — это характеристики, которые ученые могут измерить без изменения состава исследуемого образца, такие как масса, цвет и объем (объем пространства, занимаемый образцом). Химические свойства описывают характерную способность вещества реагировать с образованием новых веществ; они включают его воспламеняемость и подверженность коррозии. Все образцы чистого вещества обладают одинаковыми химическими и физическими свойствами. Например, чистая медь всегда представляет собой красновато-коричневое твердое вещество (физическое свойство) и всегда растворяется в разбавленной азотной кислоте с образованием голубого раствора и коричневого газа (химическое свойство).

Физическое свойство

Физическое свойство — это характеристика вещества, которую можно наблюдать или измерять без изменения идентичности вещества. Серебро — это блестящий металл, который очень хорошо проводит электричество. Из него можно формовать тонкие листы, это свойство называется ковкостью. Соль тусклая и ломкая и проводит электричество, когда она растворена в воде, что она делает довольно легко. Физические свойства вещества включают цвет, твердость, ковкость, растворимость, электропроводность, плотность, температуры плавления и температуры кипения.

Для элементов цвет не сильно отличается от одного элемента к другому. Подавляющее большинство элементов бесцветные, серебристые или серые. Некоторые элементы имеют отличительные цвета: сера и хлор — желтые, медь (разумеется) медного цвета, а элементарный бром — красный. Однако плотность может быть очень полезным параметром для идентификации элемента. Из материалов, существующих в твердом состоянии при комнатной температуре, йод имеет очень низкую плотность по сравнению с цинком, хромом и оловом. Золото имеет очень высокую плотность, как и платина. Чистая вода, например, имеет плотность 0,998 г/см ³ при 25°C. Средние плотности некоторых распространенных веществ приведены в таблице \(\PageIndex{1}\). Обратите внимание, что кукурузное масло имеет более низкое отношение массы к объему, чем вода. Это означает, что при добавлении в воду кукурузное масло будет «плавать».

Таблица \(\PageIndex{1}\): Плотности обычных веществ

Вещество	Плотность при 25°C (г/см3)
кровь	1,035
жировые отложения	0,918
цельное молоко	1. 030
масло кукурузное	0,922
майонез	0,910
мед	1.420

• Твердость помогает определить, как можно использовать элемент (особенно металл). Многие элементы довольно мягкие (например, серебро и золото), в то время как другие (например, титан, вольфрам и хром) намного тверже. Углерод — интересный пример твердости. В графите («грифеле» карандашей) углерод очень мягкий, в то время как углерод в алмазе примерно в семь раз твёрже.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): карандаш (слева) и кольцо с бриллиантом (справа). Оба являются формой углерода, но обладают очень разными физическими свойствами.

Точки плавления и кипения являются уникальными идентификаторами, особенно для соединений. Помимо получения некоторого представления об идентичности соединения, можно получить важную информацию о чистоте материала.

Химические свойства

Химические свойства вещества описывает его «потенциал» подвергаться некоторым химическим изменениям или реакциям в силу своего состава. Какие элементы, электроны и связи присутствуют, чтобы дать потенциал для химических изменений. Довольно сложно определить химическое свойство, не используя слово «изменение». В конце концов вы сможете взглянуть на формулу соединения и указать некоторые химические свойства. В настоящее время это очень трудно сделать, и от вас не ожидается, что вы сможете это сделать. Например, водород может воспламениться и взорваться при определенных условиях — это химическое свойство. Металлы вообще имеют химическое свойство реагировать с кислотой. Цинк реагирует с соляной кислотой с образованием газообразного водорода — это химическое свойство.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Сильная ржавчина на звеньях цепи возле моста Золотые Ворота в Сан-Франциско; он постоянно подвергался воздействию влаги и солевых брызг, что приводило к разрушению поверхности, растрескиванию и отслаиванию металла. Изображение использовано с разрешения (CC BY-SA 3.0; Marlith).

Химическое свойство железа заключается в том, что оно способно соединяться с кислородом с образованием оксида железа, химическое название ржавчины (Рисунок \(\PageIndex{2}\)). Более общим термином для ржавчины и других подобных процессов является коррозия. Другими терминами, которые обычно используются при описании химических изменений, являются горение, гниение, взрыв, разложение и брожение. Химические свойства очень полезны при идентификации веществ. Однако, в отличие от физических свойств, химические свойства можно наблюдать только тогда, когда вещество находится в процессе превращения в другое вещество.

Таблица \(\PageIndex{2}\): Контрастные физические и химические свойства

Физическая собственность	Химические свойства
Металлический галлий плавится при 30 o C	Железный металл ржавеет.
Ртуть — очень плотная жидкость.	Зеленый банан при созревании становится желтым.
Золото блестит.	Горит сухой лист бумаги.

Пример \(\PageIndex{1}\)

Какое из следующих химических свойств железа?

1. Железо корродирует во влажном воздухе
2. Плотность = 7,874 г/см ³
3. Железо в чистом виде мягкое.
4. Железо плавится при 1808 К.

РАСТВОР

Железо разъедается на воздухе — единственное химическое свойство железа из списка.

Упражнение \(\PageIndex{1A}\)

Какое из перечисленных ниже физических свойств материи?

1. коррозионная активность
2. рН (кислотность)
3. плотность
4. воспламеняемость

Ответ:

с

Упражнение \(\PageIndex{1B}\)

Какое из следующих свойств является химическим?

1. воспламеняемость
2. температура плавления
3. точка кипения
4. плотность

Ответ:

и

Резюме

Физическое свойство – это характеристика вещества, которую можно наблюдать или измерять без изменения свойств вещества.