Характеристика меди по химии: Характеристика меди | Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева с историческими сведениями

Характеристика меди | Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева с историческими сведениями

Общая характеристика меди как элемента

Химический знак – Cu.

Относительная атомная масса – 63,546.

В соединениях медь двухвалентна, степень окисления в соединениях с неметаллами равна +2.

Медь как вещество

Способы получения меди:

• Восстановлением из оксида меди(II) при нагревании:

CuO + H₂→ Cu + H₂O

• Вытеснением из раствора соли более активным металлом:

CuCl₂ + 2Al → 3Cu↓ + 2AlCl₃

• Электролизным методом: 

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu↓ + O₂↑ + 2H₂SO₄

• Гидрометаллургическим методом (растворение минералов меди в разбавленной кислоте, например в серной кислоте, и последующее вытеснение металлическим железом):

CuSO₄ + Fe → Cu↓ + FeSO₄

Физические свойства меди:

• В чистом виде это вязкий, мягкий и ковкий металл красно-розового цвета.
• Не изменяется на воздухе при отсутствии влаги и углекислого газа. Если же в воздухе медь вступает в реакцию с кислородом, водой и углекислым газом, то образуется непрочная патина зелёного цвета – продукт окисления.
• При нагревании тускнеет (образование оксидной пленки).
• Обладает исключительно хорошей тепло- и электропроводностью.
• Температура плавления равна 1084,5°С, температура кипения равна 2540°С.

Химические свойства меди:

Медь – слабый восстановитель (благородный металл). Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода, цианидом калия.

Реагирует с концентрированной серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. При нагревании вступает во взаимодействие с галогеноводородами.

Не реагирует с водой, разбавленной хлороводородной кислотой.

1. Реагирует с концентрированной серной и азотной кислотами:

Cu + H₂SO_{4(хол. )} → CuO + SO₂↑ + H₂O

Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

2. Окисляется «царской водкой»:

Cu + 2HNO₃ + 6HCl → 3CuCl₂ + 2NO↑ + 4H₂O

3. Окисляется кислородом при нагревании:

4Cu + O_{2(недост.)}→ 2Cu₂O

2Cu + O_2(изб.)→ 2CuO

4. При комнатной температуре реагирует с галогенами (хлором и бромом) и серой:

Cu + Cl₂ → CuCl₂

Cu + S → CuS

5. При нагревании вступает во взаимодействие с оксидами неметаллов:

4Cu + SO₂→ Cu₂S + 2CuO

Cu + 2N₂O₄→ Cu(NO₃)₂ + 2NO↑

         Применение меди:

Металлообрабатывающая, машиностроительная, химическая, стекольная, военная промышленности, сельское хозяйство и ряд других отраслей – основные потребители меди.

Медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых и других кабелей, проводов или проводников. Применяют и в различных теплоотводных и теплообменных устройствах: радиаторах охлаждения, кондиционирования и отопления, компьютерных кулерах. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию. Медь широко применяется как катализатор, как бактерицидное средство и в архитектурном деле.

Источники

1. https://ru.wikipedia.org/wiki.

2. Лидин, Р. А. Химические свойства неорганических веществ / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева. – М.: Химия, 2000.

3. Таубе П. Р. От водорода до … / П. Р. Таубе, Е. И. Руденко. – М.: Высшая школа, 1968.

Медь — свойства и характеристики, обзорная статья, реферат, доклад

Медь — это металл 11 группы 4 периода под номером 29 в актуальной периодической таблице. В прошлом этот же элемент находился в подгруппе 1 группы в устаревших таблицах. Плотность меди составляет 8,92 г/см³.

Основными ценными качествами Cu является высокая электропроводность и теплопроводность для изготовления проводников. Основным продуктом из этого металла является проволока, также медь выпускают в виде прутков различного сечения и лент для нужд промышленности.

Однако, Cu ценится весьма высоко, поэтому в тех случаях, когда в производстве не требуется высокой тепло и электропроводности от материала, производители предпочитают применять более недорогие сплавы бронзы или латуни. Там где в производстве счёт идёт на десятки тонн металла, легирование Cu недорогими элементами такими как алюминий, железо, свинец позволяет сократить расходы. Поэтому сплавы Cu применяются достаточно широко, а в некоторых областях превосходят чистый Cu по популярности, поскольку они обладают улучшенными характеристиками прочности, ковкости, коррозионной стойкости (особенно сплавы с Al) и более высокой твёрдостью.

Слово медь восходит к слову «мида» которое, на языке племён, населявших Восточную Европу в глубокой древности, обозначало металл вообще. Обозначение Cu (cuprum) восходит к древней латыни, на которой остров Кипр, на котором римляне добывали медь, назывался Cyprus, а металл aes cyproum.

В Северной Америке из самородной меди изготавливали оружие, ещё до заселения континента европейцами. В третьем тысячелетии до н.э. получать Cu стали из смешанных соединений. В Древнем Египте медь уже использовали при строительстве пирамиды Хеопса, для изготовления инструментов, которыми обрабатывали глыбы камня. Примерно в это же время в медь стали добавлять олово, что послужило началом бронзового века. Сегодня купить медь в России можно в интернет-магазине NFmetall.ru

Добыча и сырьё

Содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5*10^-3 % от общей массы. В морской воде содержится около 3*10^-7 %. Большинство месторождений меди имеют геотермальное происхождение. Богатые запасы меди содержатся на дне морей и океанов в виде отложений 5,7*10^-3 % от общей доли.

В природе Cu присутствует в виде смеси двух активных изотопов (атомов с одинаковым химическим номером, но разными массовыми числами). Cu встречается в виде самородков, но чаще – в смешанном виде. Cu производят, в основном, из соединений, которые имеют в составе S (Серу) (их называют сульфидами), либо оксидов (соединений с кислородом), либо из карбонатов (CO₃ в основе).

22% меди добывается в Чили, 20% в США, 9% в странах бывшего СНГ, 7,5% в Канаде, и около 5 % в Замбии. Большинство крупных месторождений самородной меди выработано в настоящий момент. Её производят из смешанных руд, содержание меди в которых равняется 0,5-1,2%. 1/3 медной продукции производят из вторсырья.

Основной интерес для добытчиков представляет халькопирит CuFeS₂ (более 50% запасов меди). Медь добывают также из сулфидных соединений: халькозина Cu_xS, ковеллина CuS, Cu₅FeS₄ бронита, или кислородосодержащих соединений: CuCO₃Cu(OH)₂ малахита, Cu₂O куприта, CuSiO₃H₂O хризоколла.

Породы содержащие медь добываются в карьерах. Карьеры могут разрабатываться сколом с помощью экскаваторов, а также с применением взрывотехники. Основную массу работы в карьерах выполняют карьерные экскаваторы с ковшами вместительностью до 25м³ и грузовики, способные перевозить до 250 т ценной породы.

Получение меди из смешанных соединений

Для получения чистой руды из смешанных соединений используется пирометаллургический метод, в основе которого лежит воздействие огнём. Перемолотая до частиц размером 0,1-0,2 мм порода проходит ряд процедур очистки:

• пенную флотацию,




• обжиг,




• плавку,




• конвертирование,




• рафинирование.

А теперь обо всём подробнее и по порядку.

Флотационное обогащение

Флотация переводится как плавание на поверхности. Пенная флотация — метод обогащения в металлургии, в процессе которого полезная порода поднимается на поверхность пульпы (смеси молотых минералов и реагентов) пузырьками воздуха подаваемого извне. Поднятая смесь образует на поверхности пену, которая снимается с помощью лопатного механизма и отправляется на сушку, а осадок — на переработку для последующего изготовления кирпичей, черепицы и других изделий. В результате данной процедуры содержание меди в концентрате возрастает до 15-20 %.

Флотационные реагенты создают особые условия на границе раздела пузырьков воздуха и соединений меди. Реагенты-собиратели поднимают на поверхность частицы с Cu. Побочные продукты же набирают массу под действием влаги и не всплывают. Вспениватели создают условия для оптимального пенообразования. Реагенты-модификаторы создают наилучшие условия для отделения схожих элементов от ценных, или осуществляют ряд других функций.

Обжиг Меди

Обжиг производят ниже температуры плавления сырья с целью изменения состава, удаления ненужных соединений и объедения мелких фракций концентрата в более крупные. В зависимости от применяемого концентрата, обжиг бывает стабилизирующим или окислительным. Стабилизирующий обжиг применяется для получения низших оксидов и металлов. Окислительный обжиг производится с целью получения сульфатов или оксидов.

Плавка Меди

Плавка — способ концентрирования, при котором основная часть или весь концентрат доводится до температуры плавления. При этом образуется несколько несмешиваемых слоёв:

• сплавы оксидов, которые всплывают на поверхность (шлак)




• и верхний слой сульфидов железа и цветных металлов (штейн).

Штейн — это слой основной массы цветных металлов (Cu, Ni, S), солей и других. Иногда в результате плавки, наоборот ценным является шлак. Концентрация меди после плавки составляет более 50%.

Конвертирование

Конвертирование меди проходит в 2 стадии в конвертере (цилиндрической установке, в которую подаётся воздух снизу или на поверхность металла).

На первой стадии удаляются остатки железа с помощью добавления в расплав флюса кремнезёма (SiO2) и подачи кислорода. Шлак кремнезёма составляет 21-30%, остальное — железо. После этой процедуры расплав меди получает название белый матт. На второй стадии белый матт окисляется кислородом и снова происходит разделение. Конечным продуктом конвертации меди является черновая медь.

Рафинирование

Рафинирование — окончательная очистка металла от примесей проводится в два этапа: огневым и электролитическим способом.

Огневое рафинирование производится в анодных печах с горизонтальным конвертером. В печь загружается черновая медь, далее следует расплавление, окислительная и восстановительная обработка, разливка. Окислительный процесс подразумевает подачу воздуха в расплав на глубину от 600 до 800 мм. Окисляются примеси с большим сродством кислороду Fe, Al, Ni, Sn, Sb, Zn, Bi, As, а также часть меди до состояния Cu₂O. На восстановительном этапе расплав обрабатывают природным газом или парамазутными смесями. В результате химической реакции расплав перемешивается, и из него удаляются газы, а часть окисленного Cu₂O восстанавливается. Сплав с содержанием S.

На втором этапе аноды погружаются в коробчатые ванны. Между ними подвешиваются катоды из чистой меди, через которые подаётся электричество. Вся медь переходит из анодов в катоды за 30 дней. Катоды выгружаются партиями через 6-12 дней. Из осадков в электролите же выделяют множество полезных элементов, таких как Золото и Серебро.

Розлив меди и дальнейшая обработка

Полученные катоды из чистой меди уже являются готовой продукцией, но большую часть из них переплавляют в печах и разливают с помощью установки непрерывной разливки сырья в слитки, после чего прокатывают через валки до получения: медной проволоки, листов медных, а так же прутков из меди.

Либо же из печей сплав попадает в карусельные разливочные машины, которые разливают медь в ваербасы для последующего изготовления проволоки.

Химический состав

Медь

Медь

Факты о меди, символ, открытие, свойства, использование

• Что такое медь
• Where Is It Found
• History
• Copper Identification
• Properties and Characteristics of Copper
• Atomic Data of Copper (Element 29)
• Uses of Copper
• Is It Dangerous
• Interesting Facts
• Cost of Copper ( Элемент Cu)

Что такое Медь

Медь (произношение КОП-ер ^[2] ), представленная химическим символом или формулой Cu ^[1] , представляет собой мягкий, ковкий и пластичный элемент, принадлежащий к семейству переходных металлов ^{[3, 4, 7]} . Встречающаяся в природе Cu представляет собой смесь двух стабильных изотопов с массовыми числами 63 и 65 ^{[1, 3]} . Кроме того, он содержит 24 синтетических радиоактивных изотопа с известным периодом полураспада ^[3] . В нормальных условиях он стабилен на воздухе, но в раскаленном состоянии реагирует с кислородом с образованием его оксида. Он также реагирует с галогенами и кислотами ^[21] .

Символ меди

Где встречается

Этот металл редко встречается в природе в свободном виде. Его основными рудами являются такие минералы, как борнит и халькопирит. Cu выделяют из этих руд плавлением, выщелачиванием и электролизом ^{[1, 3]} .

Медный пенни

История

Происхождение названия: Название происходит от старого английского названия «coper», которое, в свою очередь, происходит от латинских слов «Cyprium aes», что означает металл с Кипра ^{[1 ]} .

Кто открыл медь: Неизвестно   ^[1] .

Когда было обнаружено: В доисторические времена ^[1] .

Как это было обнаружено

Исторически медь была первым металлом, обработанным людьми. Открытие того, что он может быть закален добавлением олова для образования сплава бронзы, привело к названию бронзового века, когда он использовался для изготовления монет, столовых приборов и инструментов. Было обнаружено, что медные бусы, раскопанные в северном Ираке, имеют возраст более десяти тысяч лет ^[1] .

Медь

Где находится медь в периодической таблице

Свойства и характеристики меди

Общие свойства
Атомная масса		63,546 атомных единиц массы [1]
Атомный вес		63. 546 [1]
Массовый номер		63 [3]
Молярная масса/молекулярная масса		63,546 г/моль [20]
Физические свойства
Цвет/внешний вид		Оранжево-красный [3]
Блеск		Яркий металлик [3]
Точка плавления/замерзания		1084,62°C, 1984,32°F [1]
Температура кипения		2560°C, 4640°F [1]
Плотность		8,96 г см -3 [1]
Состояние вещества при комнатной температуре (нормальная фаза)		сплошной [1]
Теплопроводность		385 Вт/(м·К) [8]
Электропроводность		5,96X10 7 Ш/м [9]
Удельная теплоемкость		0,385 Дж/г o С [10]
Удельный вес		8,89 [11]
Удельное сопротивление		1,72X10 -8 Ом-м [12]
Твердость (шкала Мооса)		3 [13]
Предел текучести		40-80 МПа [14]
Прочность на растяжение		200 МПа [14]
Температурный коэффициент		+0,393%/ o С [15]
Коэффициент линейного расширения		17X10 -6 / или C [16]
Химические свойства
Степень окисления/степень окисления		+1, +2 , +3, +4 [1]
Воспламеняемость		№ [17]
Магнитные свойства
Магнитное упорядочение	Диамагнетик [18]

Атомные данные меди (элемент 29)

Валентные электроны	1 или 2 [5]
Валентность	+1, +2 [6]
Квантовые числа
– №	3 [7]
– ℓ	2 [7]
– м л	2 [7]
– м с	-½ [7]
Электронная конфигурация (конфигурация благородных газов)	[Ar] 3d 10 4s 1 [1]
Кристаллическая структура	Гранецентрированный куб [4]
Постоянная решетки	361. 49, 361.49, 361.49 пм [19]
Атомная структура
— Количество электронов	29 [3]
– Количество нейтронов	34 [3]
— Количество протонов	29 [3]
Уровни энергии [3]
— Первый уровень энергии	2
— Второй энергетический уровень	8
— Третий энергетический уровень	18
— Четвертый энергетический уровень	1
Радиус атома
– Атомный радиус	1,96 Å [1]
– Ковалентный радиус	1,22 Å [1]
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,90 [1]
Энергия ионизации (кДжмоль -1 ) [1]	1-й	2-й	3-й	4-й	5-й	6-й	7-й	8-й
	745. 482	1957.919	3554.616	5536.33	7699,5	9938	13411	16017

Электронная конфигурация меди (модель Бора)

Использование меди

1. Обычно используется для изготовления монет ^[1] .
2. Для электрического оборудования, такого как двигатели и электропроводка, из-за его высокой электро- и теплопроводности ^[1] .
3. Для строительных целей (таких как водопровод и кровля) и промышленного оборудования (таких как теплообменники) ^[1] .
4. Сульфат меди находит широкое применение в качестве сельскохозяйственного яда и альгицида при очистке воды ^[1] .
5. Соединения меди, например, раствор Фелинга, применяют в химических тестах, выявляющих сахар ^[1] .

Медная посуда

Опасно ли это

Хотя этот элемент необходим для всех растений и животных, избыточное количество токсично. Приготовление кислой пищи в медной посуде может вызвать отравление. Вот почему медная посуда должна быть облицована, чтобы предотвратить проглатывание опасной зелени (соединений, образующихся при коррозии меди). Взрослому человеку ежедневно требуется около 1,2 миллиграмма меди9.0143 [1, 3] . Вы можете предотвратить дефицит меди, употребляя в пищу продукты с высоким содержанием меди, такие как цельнозерновые продукты, орехи, бобы, картофель, устрицы и другие моллюски ^[22] .

Медная проволока

Интересные факты

• В отличие от людей, которые используют железо, содержащееся в гемоглобине крови, для переноса кислорода в организме, некоторые ракообразные используют комплексы меди ^[1] .
• Поверхность меди на воздухе постепенно тускнеет, приобретая тусклый коричневатый цвет ^[3] .

Металлическая медь

Стоимость меди (элемент Cu)

Чистый металл стоит 9,76 доллара за каждые 100 грамм, а навалом такое же количество стоит 0,66 доллара ^[3] .

Ссылки

1. http://www.rsc.org/periodic-table/element/29/copper
2. https://education.jlab.org/itselemental/ele029.html
3. https://www.chemicool.com/elements/copper.html
4. https://www.lenntech.com/periodic/elements/cu.htm
5. https://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Cu.html
6. https://www.enotes.com/homework-help/valency-copper-585843
7. http://chemistry-reference.com/q_elements.asp?Symbol=Cu
8. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/thrcn.html
9. https://www.thoughtco.com/table-of-electrical-resistivity-conductivity-608499
10. http://www.iun.edu/~cpanhd/C101webnotes/matter-and-energy/specificheat.html
11. https://www.engineeringtoolbox.com/specific-gravity-solids-metals-d_293.html
12. https://www.electronics-tutorials.ws/resistor/resistivity.html
13. http://periodictable.com/Properties/A/MohsHardness.v.html
14. https://www.