МЕДЬ
Cu (cuprum),
химический элемент IB подгруппы (семейства монетных металлов - Cu, Ag, Au) периодической системы элементов. Известна и широко используется с древних времен (медный век, бронзовый век). Медь наряду с серебром и золотом используется для чеканки монет, применяется в произведениях искусства и в электротехнике. Медь получают из ее руд: куприта, содержащего оксид меди, малахита, содержащей основной карбонат меди, халькозина (медный блеск) и халькопирита (медный колчедан), содержащих сульфид меди. Мировым лидером по производству меди считается Чили, затем идут США, Россия, Казахстан, Канада, Замбия, Заир, Польша и Перу.
Свойства. Медь - мягкий, тяжелый, ковкий, тягучий, вязкий и достаточно прочный металл красновато-желтого цвета в отраженном свете и зеленый в проходящем (в очень тонком слое). Чистая медь очень хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом только серебру, но ее электрическая проводимость резко падает в присутствии примесей мышьяка, сурьмы, кремния и др. Расплавленная медь поглощает воздух и после затвердевания в отливке остаются пузырьки воздуха, затрудняющие обработку. В ряду напряжений медь стоит после водорода и при реакции с кислотами не вытесняет из них водород, поэтому медь широко используется в гальванических элементах. Медь устойчива к коррозии при обычной температуре в сухом воздухе, но при нагревании окисляется, образуя оксиды меди(I) и меди(II): Cu2O и CuO. При долговременной атмосферной коррозии постепенно образует основной карбонат, по составу аналогичный малахиту: 2Cu + O2 + CO2 + H2O = Cu2(OH)2CO3. С галогенами медь соединяется уже при комнатной температуре, легко взаимодействует с серой и селеном; с водородом, азотом и углеродом не реагирует даже при высокой температуре. В отсутствие кислорода медь не реагирует ни с хлороводородной (соляной) кислотой, ни с разбавленной серной, но растворяется в горячей концентрированной серной кислоте (Cu + 2H2SO4 (r) CuSO4 + SO2 + 2H2O) и хорошо в азотной, образуя нитрат меди и оксиды азота. СВОЙСТВА МЕДИ
Атомный номер 29 Атомная масса 63,54 Изотопы
стабильные 63, 65
нестабильные 58-62, 64, 66-68
Температура плавления, ° С 1083 Температура кипения, ° С 2567 Плотность, г/см3 8,92 Твердость (по Моосу) 2,5 Содержание в земной коре, % (масс.) 0,007 Степени окисления +1, +2
Применение. Большая часть мирового производства меди используется в электротехнической промышленности для изготовления проводов. Листовая медь широко применяется для изготовления кровли, желобов, водостоков. Из-за коррозионной стойкости в морской воде, и в частности к действию морских организмов и растений, она является прекрасным материалом для кораблей. Медь часто используют в химической, пищевой промышленности и промышленности ферментов, для изготовления чайников, перегонных аппаратов, емкостей, теплообменников и другой утвари. Благодаря своему блеску и красивому цвету медь широко используется в декоративных изделиях и произведениях искусства, а также в гальванопластике и гравировании. Медь входит в состав многочисленных сплавов, которых известно более 1000. Самые распространенные из них - латуни (сплавы с цинком), бронзы (сплавы с оловом), медно-никелевые сплавы (мельхиор, нейзильбер, манганин, копель и т.д.); одним из наиболее распространенных применений меди является ее использование в сплавах для чеканки монет. Медь принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для нормальной жизнедеятельности растений. Ее вносят в почву с микроудобрениями. Она способствует росту растений, повышению устойчивости против засухи, холода и некоторых заболеваний.
Соединения. Электронное строение атома меди 1s22s22p63s23p63d104s1. Атом меди легко отдает внешний электрон, образуя соединения Cu(I). Не все электроны на 3d-оболочке прочно удерживаются ядром, поэтому многие элементы способны оттягивать два электрона от атома меди, образуя устойчивый ион Cu2+. Соединения Cu(II) наиболее распространены и более стабильны, а относительно малый радиус иона и высокий заряд ядра позволяют меди проявлять акцепторные свойства с образованием комплексных ионов, например [[CuCl4]]2-, имеющего координационную связь. Ионы меди координируют молекулы воды в растворе, образуя стабильный комплексный ион [[Cu(H2O)4]]2+, который и вызывает голубую окраску разбавленных водных растворов соединений меди. Медь образует много соединений в степени окисления +1 и +2, но известны и некоторые нестабильные соединения меди в степени окисления +3. Соединения в степени окисления +1 обычно плохо растворяются в воде, являются восстановителями, легко окисляются на воздухе и, как правило, менее практически ценны и реже используются по сравнению с соединениями, в которых медь находится в степени окисления +2.
Соединения меди(I). Cu2O - темнокрасный кристаллический порошок, применяемый для изготовления рубинового стекла, окрашивания фарфора, гальванопластики металлических поверхностей. Хлорид меди(I) CuCl - серовато-белый кристаллический порошок, используемый как инсектицид, для очистки ацетилена и денитрации искусственного шелка. Кислота HCuCl2 (с комплексным анионом) используется в газовом анализе для поглощения CO.
Соединения меди(II). Оксид CuO - черный порошок, активный окислитель, используемый при сжигании органических соединений в элементном анализе. CuO используется также для производства солей, окраски в зеленый или голубой цвет стекла, фарфора, глиняных изделий, для очистки нефти от серы и в медицине. Гидроксид Cu(OH)2 - голубовато-зеленый порошок - в горячих растворах превращается в черный оксид меди(II). Гидроксид меди(II) растворяется в растворе тартрата щелочного металла с образованием тартрата меди CuC4H4O6 (реактив Фелинга), применяемого для обнаружения и определения восстанавливающих сахаров. Гидроксид меди(II) используется также как фунгицид в составе бордоской жидкости для уничтожения или предотвращения развития патогенных грибов и бактерий на семенах и сельскохозяйственных растениях на полях и на фабриках производства кормов. Гидроксид тетрамминмеди(II) (комплексное соединение) темноголубого цвета используется в качественном анализе на медь, как растворитель для хлопка, шелка, полотна и в производстве искусственного шелка. Хлорид меди CuCl2.2H2O в виде голубовато-зеленых кристаллов поглощает влагу из влажного воздуха, может увлажнять сухой воздух и используется в производстве краски, стойких чернил и в текстильной промышленности. Сульфат меди CuSO4 - наиболее распространенное соединение меди - получают растворением оксида (гидроксида или карбоната) меди в серной кислоте или металла в конц. серной кислоте. В промышленности его получают обжигом сульфида с дальнейшим растворением оксида в серной кислоте. Безводный сульфат бесцветен, но, хорошо поглощая воду, образует голубой пентагидрат CuSO4.5H2O (медный купорос). Сульфат меди(II) используется в изготовлении электролитических покрытий, гальванопластике, для изготовления пигментов, инсектицидов, для консервирования и дубления кожи, пропитки шпал, в крашении хлопка и шелка и как вяжущее средство. Он ядовит для низших организмов, особенно для морских водорослей, и поэтому используется на станциях водоподготовки. Ацетат меди(II) Cu(CH3COO)3*H2O (ярь-медянка) применяется для приготовления зеленой масляной краски. Смешанный ацетат-арсенит меди(II) Cu(CH3COO)2*Cu3(AsO3)2 (парижская зелень) применяется для уничтожения вредителей растений. Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят, т.е. покрывают внутри слоем олова, чтобы предотвратить возможность образования солей.
См. также
ЛИТЕРАТУРА
Смирнягин А.П. и др. Промышленные цветные металлы и сплавы. М., 1974 Подчайнова В.Н., Симонова Л.Н. Медь. М., 1990