Нахождение меди в природе

История открытия:

Латинское название меди Cuprum произошло от названия острова Кипр, где уже в III в. до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Русское слово "медь" производят от греческого слова, означающего рудник, копь.

Нахождение в природе, получение:

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂CO₃(OH)₂. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн.
Получение меди из сульфидных руд ведут сначала обжигая их на воздухе, а потом подвергая окислительной плавке с добавлением флюса SiO₂ и продуванием воздуха. При этом сера окисляется до SO₂, железо уходит в шлак в виде силиката, а медь остается в виде простого вещества. Суммарно эти несколько процессов можно выразить уравнением: 2CuFeS₂ + 5 O₂ + 2SiO₂ = 2Cu + 2FeSiO₃ + 4SO₂
Такую черновую медь окончательно очищают электролизом, где изготовленные из нее аноды растворяются, на катоде оседает чистая медь, а примеси оседают на дне в виде осадка, шлама. В состав шлама могут входить такие ценные элементы, как Au, Ag, Se, Te, поэтому его подвергают дальнейшей переработке.

Физические свойства:

Чистая медь — тягучий вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемый в тонкие листы. Плотность 8,92 г/см3, температура плавления 1083,4°C, температура кипения 2567°C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких теплопроводностей и одним из самых низких электрических сопротивлений (при 20°C удельное сопротивление 1,68·10 -3 Ом·м).

Химические свойства:

В химическом отношении медь является малоактивным металлом. Однако с галогенами она реагирует уже при комнатной температуре, например, с влажным хлором образует хлорид CuCl₂. При нагревании медь взаимодействует и с серой, образуя сульфид Cu₂S. В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется "патина" — зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃, содержащая также сернистые соединения меди.
При нагревании на воздухе медь тускнеет и, в конце концов, чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu₂O, затем — оксид CuO.
Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислоты на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:
2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.
Для меди характерны соединения со степенью окисления: +1 (менее стабильная) и +2 (более стабильная). В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5.

Важнейшие соединения:

Оксид меди(I) — Cu₂O, имеет красновато-коричневую окраску. Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легко подвергаются диспропорционированию: 2Cu + (водн.) Cu 2+ (водн.) + Cu(тв.)
Хлорид меди(I) — белое нерастворимое твердое вещество. Как и другие галогениды меди(I), он имеет ковалентный характер и более устойчив, чем галогенид меди (II). Может быть получен при сильном нагревании хлорида меди(II): CuCl₂(тв.) = 2CuCl(тв.) + Cl₂(г.)
Также существует нестабильный сульфат меди(I).
Оксид меди(II) — — черное вещество, встречающееся в природе. Проявляет окислительные свойства. Нагревание с органическими веществами используется при элементном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.
Гидроксид меди(II) — осаждается из растворов солей меди(II) в виде голубой студенистой массы при действии щелочей. Очень слабое амфотерное основание.
Соли меди(II) — образуют кристаллогидраты синего и сине-зелёного цвета, растворы солей меди(II) в большинстве случаев имеют кислую реакцию в следствие гидролиза.
Сульфат меди(II) , CuSO₄ — белый порошок, при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO₄*5H₂O, используется как фунгицид.

Применение:

— В электротехнике
— Для производства труб
— катализатор полимеризации ацетилена
— Для производства медно-окисных гальванических элементов и батарей.
— Широко используются сплавы с использованием меди: латунь — сплав меди с цинком, бронза — сплав меди с оловом, мельхиор — сплав меди и никеля, и другие. Они применяются для чеканки разменной монеты, в судостроении, в ювелирном деле.
— Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa₂Cu₃O_7-x, который является основой для получения высокотемпературных сверхпроводников.

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных, входя в состав многих ферментов. В крови головоногих и некоторых брюхоногих моллюсков медь выполняет ту же роль, что и железо в крови человека. В организме взрослого человека содержится до 80 мг меди и для восполнения потерь необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день. При недостатке меди в организме снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен и нарушается рост костных тканей. Однако содержание меди в питьевой воде не должно превышать 1 мг/л, многие соединения меди обладают токсичными свойствами.

Жерновникова А., Третьякова М.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.

Рубрикатор

Города

Области

Документы

Статьи

О сайте

Почтовые индексы

Контакты

Медь — элемент побочной подгруппы первой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum).

Атомный номер — 29

Атомная масса — 63,546

Плотность, кг/м³ — 8960

Температура плавления, °С — 1083

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) — 0,385

Ковалентный радиус, Å — 1,17

1-й ионизац. потенциал, эв — 7,73

Нахождение меди в природе

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂CO₃(OH)₂. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Читинской области, Джезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии.

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,4 до 1,0 %.

Физические свойства меди

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Имеет два стабильных изотопа — 63 Cu и 65 Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64 Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.

Цвет Меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 3,6074 Å; плотность 8,96 г/см 3 (20 °С). Атомный радиус 1,28 Å; ионные радиусы Cu + 0,98 Å; Сu 2 + 0,80 Å; t_пл1083 °С; t_кип 2600 °С; удельная теплоемкость (при 20 °С) 385,48 дж/(кг·К), т.е. 0,092 кал/(г·°С). Наиболее важные и широко используемые свойства Меди: высокая теплопроводность — при 20 °С 394,279 вт/(м·К.), то есть 0,941 кал/(см·сек·°С); малое электрическое сопротивление — при 20 °С 1,68·10 -8 ом·м. Термический коэффициент линейного расширения 17,0·10 -6 . Давление паров над Медью ничтожно, давление 133,322 н/м 2 (т.е. 1 мм рт.ст.) достигается лишь при 1628 °С. Медь диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27·10 -6 . Твердость Меди по Бринеллю 350 Мн/м 2 (т. е. 35 кгс/мм 2 ); предел прочности при растяжении 220 Мн/м 2 (т. е. 22 кгс/мм 2 ); относительное удлинение 60%, модуль упругости 132·10 3 Мн/м 2 (т.е. 13,2·10 3 кгс/мм 2 ). Путем наклепа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м 2 , при этом удлинение уменьшается до 2% , а электропроводность уменьшается на 1-3.

Химические свойства меди

По химическим свойствам Медь занимает промежуточное положение между элементами первой триады VIII группы и щелочными элементами I группы системы Менделеева. Медь, как и Fe, Co, Ni, склонна к комплексообразованию, дает окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и т. д. Сходство с щелочными металлами незначительно. Так, Медь образует ряд одновалентных соединений, однако для нее более характерно 2-валентное состояние. Соли одновалентной Медь в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2-валентной Меди; соли 2-валентной Меди, напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Гидратированные ионы Cu 2+ окрашены в голубой цвет. Известны также соединения, в которых Медь 3-валентна. Так, действием пероксида натрия на раствор куприта натрия Na₂CuO₂ получен оксид Сu₂О₃ — красный порошок, начинающий отдавать кислород уже при 100 °С. Сu₂О₃ — сильный окислитель (например, выделяет хлор из соляной кислоты).

Химическая активность Меди невелика. Компактный металл при температурах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и СО₂ на поверхности Меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании Меди на воздухе идет поверхностное окисление; ниже 375 °С образуется СuО, а в интервале 375-1100 °С при неполном окислении Медь — двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится СuО, а во внутреннем — Сu₂О. Влажный хлор взаимодействует с Медью уже при обычной температуре, образуя хлорид СuCl₂, хорошо растворимый в воде. Медь легко соединяется и с других галогенами. Особое сродство проявляет Медь к сере и селену; так, она горит в парах серы. С водородом, азотом и углеродом Медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твердой Медь незначительна и при 400 °С составляет 0,06 мг в 100 г Меди. Водород и других горючие газы (СО, СН₄), действуя при высокой температуре на слитки Меди, содержащие Сu₂О, восстановляют ее до металла с образованием СО₂ и водяного пара. Эти продукты, будучи нерастворимыми в Меди, выделяются из нее, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механические свойства Меди.

При пропускании NН₃ над раскаленной Медью образуется Cu₃N. Уже при температуре каления Медь подвергается воздействию оксидов азота, а именно NO, N₂O (с образованием Сu₂О) и NO₂ (с образованием СuО). Карбиды Сu₂С₂ и СuС₂ могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей Меди. Нормальный электродный потенциал Меди для реакции Сu 2+ + 2е -> Сu равен +0,337 в, а для реакции Сu + + е ->Сu равен +0,52 в. Поэтому Медь вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами (в промышленности используется железо) и не растворяется в кислотах-неокислителях. В азотной кислоте Медь растворяется с образованием Cu(NO₃)₂ и оксидов азота, в горячей концентрированной H₂SO₄ -с образованием CuSO₄ и SO₂, в нагретой разбавленной H₂SO₄ — при продувании через раствор воздуха. Все соли Меди ядовиты.

Медь в двух- и одновалентном состоянии образует многочисленные весьма устойчивые комплексные соединения. Примеры комплексных соединений одновалентной Меди: (NH₄)₂CuBr₃; K₃Cu(CN)₄— комплексы типа двойных солей; [Cu₂)>₂]Cl и другие. Примеры комплексных соединений 2-валентной Меди: CsCuCl₃, K₂CuCl₄ — тип двойных солей. Важное промышленное значение имеют аммиачные комплексные соединения Меди: [Сu (NH₃)₄] SO₄, [Сu (NH₃)₂] SO₄.

Производство, добыча и запасы меди

Мировая добыча меди в 2000 году составляла около 15 млн т., a в 2004 году — около 14 млн т. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т., из них 687 млн т. подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет.

Производство рафинированной меди в России в 2006 году составило 881,2 тыс. тонн, потребление — 591,4 тыс. тонн. Основными производителями меди в России являлись:

Компания — тыс. тонн %

Норильский никель — 425 (45 %)

Уралэлектромедь — 351 (37 %)

Русская медная компания — 166 (18 %)

К указанным производителям меди в России в скором будущем присоединится Холдинг «Металлоинвест», выкупивший права на разработку нового месторождения меди «Удоканское». Мировое производство меди в 2007 году составляло 15,4 млн т, а в 2008 году — 15,7 млн т. Лидерами производства были:

1. Чили Чили (5,560 млн т в 2007 г. и 5,600 млн т в 2008 г.),

2. Соединённые Штаты Америки США (1,170/1,310),

3. Перу Перу (1,190/1,220),

4. Китайская Народная Республика КНР (0,946/1,000),

5. Австралия Австралия (0,870/0,850),

6. Россия Россия (0,740/0,750),

7. Индонезия Индонезия (0,797/0,650),

8. Канада Канада (0,589/0,590),

9. Замбия Замбия (0,520/0,560),

10. Казахстан Казахстан (0,407/0,460),

11. Польша Польша (0,452/0,430),

12. Мексика Мексика (0,347/0,270).

Разведанные мировые запасы меди на конец 2008 года составляют 1 млрд т, из них подтверждённые — 550 млн т. Причем, оценочно, считается что глобальные мировые запасы на суше составляют 3 млрд т, а глубоководные ресурсы оцениваются в 700 млн т.

Влияние меди на организм человека

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. В крови большинства моллюсков и членистоногих медь используется вместо железа для транспорта кислорода.

Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день.

Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) сформулировала в 1998 году это правило так: «Риски для здоровья человека от недостатка меди в организме многократно выше, чем риски от ее избытка».

В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта.

Медная проволока

Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла. Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде. Общее число лиц, поражённых заболеванием, например, в США, составляет около 35 000 человек, то есть 0,01 % от общего числа водопользователей.

Бактерицидные свойства металла и его сплавов были известны человеку давно. В 2008 году после длительных исследований Федеральное Агентство по Охране Окружающей Среды США (US EPA) официально присвоило меди и нескольким сплавам меди статус веществ с бактерицидной поверхностью (агентство подчеркивает, что использование меди в качестве бактерицидного вещества может дополнять, но не должно заменять стандартную практику инфекционного контроля). Особенно выражено бактерицидное действие поверхностей из меди (и ее сплавов) проявляется в отношении метициллин-устойчивого штамма стафилококка золотистого, известного как «супермикроб» MRSA.

Органолептические свойства меди

Ионы металла придают его излишку в воде отчётливый «металлический вкус». У разных людей порог органолептического определения меди в воде составляет приблизительно 2-10 мг/л. Естественная способность к такому определению повышенного содержания меди в воде является природным механизмом защиты от приема внутрь воды с излишним содержанием меди.

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS,куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂CO₃(OH)₂. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн [2] . Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан вЧитинской области, Джезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси) [3] .

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Медь обладает высокой тепло- [4] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра, удельная проводимость при 20 °C 55,5-58 МСм/м [5] ). Имеет два стабильных изотопа — 63 Cu и 65 Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64 Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем, баббиты — со свинцом и другие.