МЕДЬ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЯ

УРОК В 11-м ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОМ КЛАССЕ

Для повышения познавательной активности и самостоятельности учащихся мы используем уроки коллективного изучения материала. На таких уроках каждый ученик (или пара учеников) получает задание, о выполнении которого он должен отчитаться на этом же уроке, причем его отчет фиксируется остальными учениками класса в тетрадях и является элементом содержания учебного материала урока. Каждый ученик вносит свою лепту в изучение темы классом.
В ходе урока меняется режим работы учеников от интраактивного (режим, при котором информационные потоки замкнуты внутри обучаемых, хаpaктерен для самостоятельной работы) к интеpaктивному (режим, при котором информационные потоки двусторонние, т.е. информация идет и от ученика, и к ученику, происходит обмен информацией). Учитель при этом выступает как организатор процесса, корректирует и дополняет информацию, сообщаемую учениками.
Уроки коллективного изучения материала состоят из следующих этапов:
1-й этап – установочный, на котором учитель объясняет цели и программу работы на уроке (до 7 мин);
2-й этап – самостоятельная работа учащихся по инструкции (до 15 мин);
3-й этап – обмен информацией и подведение итогов урока (занимает все оставшееся время).
Урок «Медь и ее соединения» рассчитан на классы с углубленным изучением химии (4 ч химии в неделю), проводится в течение двух академических часов, на уроке актуализируются знания учащихся по следующим темам: «Общие свойства металлов», «Отношение к металлам концентрированной серной кислоты, азотной кислоты», «Качественные реакции на альдегиды и многоатомные спирты», «Окисление предельных одноатомных спиртов оксидом меди(II)», «Комплексные соединения».
Перед уроком учащиеся получают домашнее задание: повторить перечисленные темы. Предварительная подготовка учителя к уроку заключается в составлении инструктивных карточек для учащихся и подготовке наборов для лабораторных опытов.

ХОД УРОКА

Установочный этап

Учитель ставит перед учащимися цель урока: опираясь на имеющиеся знания о свойствах веществ, спрогнозировать, подтвердить пpaктически, обобщить сведения о меди и ее соединениях.
Учащиеся составляют электронную формулу атома меди, выясняют, какие степени окисления может проявлять медь в соединениях, какими свойствами (окислительно-восстановительными, кислотно-основными) будут обладать соединения меди.
В тетрадях учеников появляется таблица.

Свойства меди и ее соединений

Этап самостоятельной работы

Для подтверждения и дополнения предположений учащиеся выполняют лабораторные опыты по инструкции и записывают уравнения проведенных реакций.

Инструкции для самостоятельной работы парами

1. Прокалите медную проволоку в пламени. Отметьте, как изменился ее цвет. Горячую прокаленную медную проволоку поместите в этиловый спирт. Обратите внимание на изменение ее цвета. Повторите эти манипуляции 2–3 раза. Проверьте, не изменился ли запах этанола.
Запишите два уравнения реакций, соответствующие проведенным превращениям. Какие свойства меди и ее оксида подтверждаются этими реакциями?

2. К оксиду меди(I) прилейте соляную кислоту.
Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций, учитывая, что хлорид меди(I) – нерастворимое соединение. Какие свойства меди(I) подтверждаются этими реакциями?

3. а) В раствор сульфата меди(II) поместите гранулу цинка. Если реакция не идет, нагрейте раствор. б) К оксиду меди(II) прилейте 1 мл серной кислоты и нагрейте.
Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций. Какие свойства соединений меди подтверждаются этими реакциями?

4. В раствор сульфата меди(II) поместите полоску универсального индикатора.
Объясните результат. Запишите ионное уравнение гидролиза по I ступени.
К раствору карбоната натрия прилейте раствор сульфата мед(II).
Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции совместного гидролиза в молекулярном и ионном видах.

5. К сульфату меди(II) прилейте избыток гидроксида натрия.
Что наблюдаете?
К полученному осадку прилейте раствор аммиака.
Какие изменения произошли? Запишите уравнения реакций. Какие свойства соединений меди доказывают проведенные реакции?

6. К сульфату меди(II) прилейте раствор йодида калия.
Что наблюдаете? Составьте уравнение реакции. Какое свойство меди(II) доказывает эта реакция?

7. В пробирку с 1 мл концентрированной азотной кислоты поместите небольшой кусочек медной проволоки. Закройте пробирку пробкой.
Что наблюдаете? (Пробирку отнесите под тягу.) Запишите уравнение реакции.
В другую пробирку налейте соляной кислоты, поместите в нее небольшой кусочек медной проволоки.
Что наблюдаете? Объясните свои наблюдения. Какие свойства меди подтверждаются этими реакциями?

8. К сульфату меди(II) прилейте избыток гидроксида натрия.
Что наблюдаете? Полученный осадок нагрейте. Что произошло? Запишите уравнения реакций. Какие свойства соединений меди подтверждаются этими реакциями?

9. К сульфату меди(II) прилейте избыток гидроксида натрия.
Что наблюдаете?
К полученному осадку прилейте раствор глицерина.
Какие изменения произошли? Запишите уравнения реакций. Какие свойства соединений меди доказывают эти реакции?

10. К сульфату меди(II) прилейте избыток гидроксида натрия.
Что наблюдаете?
К полученному осадку прилейте раствор глюкозы и нагрейте.
Что получилось? Запишите уравнение реакции, используя для обозначения глюкозы общую формулу альдегидов

.

Какое свойство соединения меди доказывает эта реакция?

11. К сульфату меди(II) прилейте: а) раствор аммиака; б) раствор фосфата натрия.
Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций. Какие свойства соединений меди доказывают проведенные реакции?

Этап обмена информацией и подведение итогов

Учитель задает вопрос, касающийся свойств конкретного вещества. Учащиеся, выполнявшие соответствующие опыты, докладывают о проведенном эксперименте и записывают уравнения реакций на доске. Затем учитель и ученики дополняют сведения о химических свойствах вещества, которые невозможно было подтвердить реакциями в условиях школьной лаборатории.

Порядок обсуждения химических свойств соединений меди

1. Как медь реагирует с кислотами, с какими еще веществами может реагировать медь?

Записываются уравнения реакций меди с:

• концентрированной и разбавленной азотной кислотой:

• концентрированной серной кислотой:

• соляной кислотой в присутствии кислорода:

2. Какие свойства проявляют оксид и хлорид меди(I)?

Обращается внимание на осно’вные свойства, способность к комплексообразованию, окислительно-восстановительную двойственность. Записываются уравнения реакций оксида меди(I) с:

• соляной кислотой до образования CuCl:

• реакций восстановления и окисления Cu₂O:

• диспропорционирования при нагревании:

3. Какие свойства проявляет оксид меди(II)?

Обращается внимание на осно’вные и окислительные свойства. Записываются уравнения реакций оксида меди(II) с:

CuO + 2H + = Cu 2+ + H₂O;

4. Какие свойства проявляет гидроксид меди(II)?

Обращается внимание на окислительные, осно’вные свойства, способность к комплексообразованию с органическими и неорганическими соединениями. Записываются уравнения реакций с:

• уравнение реакции разложения:

5. Какие свойства проявляют соли меди(II)?

Обращается внимание на реакции ионного обмена, гидролиза, окислительные свойства, комплексообразование. Записываются уравнения реакций сульфата меди с:

3Cu 2+ + 2= Cu₃(PO₄)₂;

Cu 2+ + Zn = Cu + Zn 2+ ;

и уравнения реакций:

Cu 2+ + HOH = CuOH + + H + ;

• совместного гидролиза с карбонатом натрия с образованием малахита:

2Cu 2+ + 2 + H₂O = (CuOH)₂CO₃ + CO₂.

В дополнение можно рассказать учащимся о взаимодействии оксида и гидроксида меди(II) с щелочами, что доказывает их амфотерность:

Подводится итог: с повышением степени окисления возрастают окислительные свойства соединений меди. Ионы меди способны к комплексообразованию. У соединений меди проявляются осно’вные свойства, хотя оксид и гидроксид меди(II) в жестких условиях могут реагировать с щелочами, проявляя слабую амфотерность.

Оставшееся время урока можно потратить на выполнение упражнений и решение расчетных задач.

Упражнение 1. Осуществите цепочку превращений:

Cu CuCl₂ Cu(OH)₂ CuO CuSO₄ Cu(NO₃)₂ CuO Cu.

Упражнение 2. Предложите не менее восьми способов получения хлорида меди(II).

Упражнение 3. Составьте цепочки превращений, соответствующие следующим схемам, и осуществите их:

Задача 1. Сплав меди с алюминием обработали сначала избытком щелочи, а затем избытком разбавленной азотной кислоты. Вычислите массовые доли металлов в сплаве, если известно, что объемы газов, выделившихся в обеих реакциях (при одинаковых условиях), равны между собой
[1, с. 237, № 1464].

(Ответ. Массовая доля меди – 84%.)

Задача 2. При прокаливании 6,05 г кристаллогидрата нитрата меди(II) получено 2 г остатка. Определите формулу исходной соли [2, с. 204, № 836].

Задача 3. Медную пластинку массой 13,2 г опустили в 300 г раствора нитрата железа(III) с массовой долей соли 0,112. Когда ее вынули, оказалось, что массовая доля нитрата железа(III) стала равной массовой доле образовавшейся соли меди(II). Определите массу пластинки после того, как ее вынули из раствора [2, с. 204, № 841].

(Ответ. 10 г.)

Домашнее задание. Выучить материал, записанный в тетради. Составить цепочку превращений по соединениям меди, содержащую не менее десяти реакций, и осуществить ее.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пузаков С.А., Попков В.А. Пособие по химии для поступающих в вузы. Программы. Вопросы, упражнения, задачи. Образцы экзаменационных билетов. М.: Высшая школа, 1999, 575 с.
2. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. 2000 задач и упражнений по химии. Для школьников и абитуриентов. М.: 1-я Федеративная книготорговая компания, 1998, 512 с.

All Metals

Металлы и Металлургия

Алюминий

Ванадий

Вольфрам

Германий

Железо

Золото

Кобальт

Магний

Марганец

Медь

Молибден

Никель

Ниобий

Олово

Палладий

Платина

Плутоний

Свинец

Серебро

Тантал

Титан

Уран

Хром

Цинк

Цирконий

1. Металлургия России
2. О металлах
3. Медь
4. Химические свойства

Химические свойства

Химическая активность меди невелика. В сухой атмосфере медь пpaктически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина пpeдoxpaняет металл от дальнейшего разрушения.

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.

В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Но она достаточно легко вступает в реакции: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажным хлором образует хлорид CuCl₂, при нагревании с серой образует сульфид Cu₂S, с селеном. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют, например, соляная и разбавленная серная кислоты. Но в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:

Читать еще:  Светодиодная лента как работает без розетки

Кроме того, медь можно перевести в раствор действием водных растворов цианидов или аммиака:

При нагревании металла на воздухе или в кислороде образуются оксиды меди: желтый или красный Cu₂O и черный CuO. Повышение температуры способствует образованию преимущественно оксида меди(I) Cu₂O. В лаборатории этот оксид удобно получать восстановлением щелочного раствора соли меди(II) глюкозой, гидразином или гидроксиламином:

Эта реакция – основа чувствительного теста Фелинга на сахара и другие восстановители. К испытываемому веществу добавляют раствор соли меди(II) в щелочном растворе. Если вещество является восстановителем, появляется хаpaктерный красный осадок.

Поскольку катион Cu+ в водном растворе неустойчив, при действии кислот на Cu₂O происходит либо дисмутация, либо комплексообразование:

Оксид Cu₂O заметно взаимодействует со щелочами. При этом образуется комплекс:

Оксиды меди не растворимы в воде и не реагируют с ней. Единственный гидроксид меди Cu(OH)₂ обычно получают добавлением щелочи к водному раствору соли меди(II). Бледно-гoлyбой осадок гидроксида меди(II), проявляющий амфотерные свойства (способность химических соединений проявлять либо основные, либо кислотные свойства), можно растворить не только в кислотах, но и в концентрированных щелочах. При этом образуются темно-синие растворы, содержащие частицы типа [Cu(OH)₄] 2– . Гидроксид меди(II) растворяется также в растворе аммиака:

Гидроксид меди(II) термически неустойчив и при нагревании разлагается:

Большой интерес к химии оксидов меди в последние два десятилетия связан с получением высокотемпературных сверхпроводников, из которых наиболее известен YBa₂Cu₃O₇. В 1987 было показано, что при температуре жидкого азота это соединение является сверхпроводником. Главные проблемы, препятствующие его широкомасштабному пpaктическому применению, лежат в области обработки материала. Сейчас наиболее перспективным считается изготовление тонких пленок.

Многие из халькогенидов меди – нестехиометрические соединения. Сульфид меди(I) Cu₂S образуется при сильном нагревании меди в парах серы или в среде сероводорода. При пропускании сероводорода через водные растворы, содержащие катионы Cu 2+ , выделяется коллоидный осадок состава CuS. Однако, CuS – не простое соединение меди(II). Оно содержит группу S₂ и лучше описывается формулой Cu I ₂Cu II (S₂)S. Селениды и теллуриды меди проявляют металлические свойства, а CuSe₂, CuTe₂, CuS и CuS₂ при низких температурах являются сверхпроводниками.

Пpaктическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu 2+ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH₃)] 2+ . При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С₂Н₂ в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC₂.

Медь — свойства, хаpaктеристики свойства

Медь – это пластичный золотисто-розовый металл с хаpaктерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.

Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КУПРУМ».

По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.

Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой – бронзы.

Основные свойства меди

1. Физические свойства.

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-гoлyбого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

2. Химические свойства.

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Способы получения меди

В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды — это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.

Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.

Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.

В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.

Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.

2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди хаpaктерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.

Медь (Cu)

Медь (купрум, свое название получила в честь острова Кипр, где было открытое крупное медное месторождение) является одним из первых металлов, который освоил человек — Медный век (эпоха, когда в обиходе человека преобладали медные орудия) охватывает период IV—III тысячелетия до н. э.

Сплав меди с оловом (бронза) был получен на Ближнем Востоке за 3000 лет до н. э. Бронза была предпочтительней меди, поскольку была более прочна и лучше поддавалась ковке.

Среднее содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5·10 -3 % по массе. Медь присутствует в природе, как в виде самородков, так и в соединений, наибольшее промышленное значение из которых имеют медный колчедан (CuFeS2), халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Разработка медных месторождений ведется открытым способом.

Рис. Строение атома меди.

Электронная конфигурация атома меди — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (см. Электронная структура атомов). У меди один спаренный электрон с внешнего s-уровня «перескакивает» на d-подуровень предвнешней орбитали, что связано с высокой устойчивостью полностью заполненного d-уровня. Завершенный устойчивый d-подуровень меди обусловливает ее относительную химическую инертность (медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом, кремнием). Медь в соединениях может проявлять степени окисления +3, +2, +1 (наиболее устойчивые +1 и +2).

Читать еще:  Как починить led лампочку

Рис. Электронная конфигурация меди.

Физические свойства меди:

• металл, красно-розового цвета;
• обладает высокой ковкостью и пластичностью;
• хорошей электропроводностью;
• малым электрическим сопротивлением.

Химические свойства меди

• при нагревании реагирует с кислородом:
  O₂ + 2Cu = 2CuO;
• при длительном пребывании на воздухе реагирует с кислородом даже при комнатной температуре:
  O₂ + 2Cu + CO₂ + H₂O = Cu(OH)₂·CuCO₃;
• вступает в реакции с азотной и концентрированной серной кислотой:
  Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O;
• с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой медь не реагирует.

Соединения меди

Оксид меди CuO (II):

• твердое вещество красно-коричневого цвета, не растворимое в воде, проявляет основные свойства;
• при нагревании в присутствии восстановителей дает свободную медь:
  CuO + H₂ = Cu + H₂O;
• оксид меди получают взаимодействием меди с кислородом или разложением гидроксида меди (II):
  O₂ + 2Cu = 2CuO; Cu(OH)₂ = CuO + H₂O.

Гидроксид меди Cu(OH₂)(II):

• кристаллическое или аморфное вещество гoлyбого цвета, нерастворимое в воде;
• разлагается на воду и оксид меди при нагревании;
• реагирует с кислотами, образуя соответствующие соли:
  Cu(OH₂) + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O;
• реагирует с растворами щелочей, образуя купраты — комплексные сооединения ярко-синего цвета:
  Cu(OH₂) + 2KOH = K₂[Cu(OH)₄].

Более подробно о соединениях меди см. Оксиды меди.

Получение и применение меди

• пирометаллургическим методом медь получают из сульфидных руд при высоких температурах:
  CuFeS₂ + O₂ + SiO₂ → Cu + FeSiO₃ + SO₂;
• оксид меди восстанавливается до металлической меди водородом, угарным газом, активными металлами:
  Cu₂O + H₂ = 2Cu + H₂O;
  Cu₂O + CO = 2Cu + CO₂;
  Cu₂O + Mg = 2Cu + MgO.

Применение меди обусловливается ее высокой электро- и теплопроводностью, а также пластичностью:

• изготовление электрических проводов и кабелей;
• в теплообменной аппаратуре;
• в металлургии для получения сплавов: бронзы, латуни, мельхиора;
• в радиоэлектронике.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

№29 Медь

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 пpaктически 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 хаpaктерны 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 хаpaктер 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 гoлyбой 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.

Cu — Медь

МЕДЬ (лат. Cuprum), Cu (читается «купрум»), химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 29, атомная масса 63,546.

Природная медь состоит из двух стабильных нуклидов 63 Cu (69,09% по массе) и 65 Cu (30,91%). Конфигурация двух внешних электронных слоев нейтрального атома меди 3s 2 p 6 d 10 4s 1 . Образует соединения в степенях окисления +2 (валентность II) и +1 (валентность I), очень редко проявляет степени окисления +3 и +4.

В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде и входит в группу IВ, к которой относятся такие благородные металлы, как серебро (Ag) и золото (Au).

Радиус нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu + от 0,060 нм (координационное число 2) до 0,091 нм (координационное число 6), иона Cu 2+ — от 0,071 нм (координационное число 2) до 0,087 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома меди 7,726; 20,291; 36,8; 58,9 и 82,7 эВ. Сродство к электрону 1,8 эВ. Работа выхода электрона 4,36 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность меди 1,9; медь принадлежит к числу переходных металлов. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu 2+ 0,339 В. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода (H) и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет.

Простое вещество медь — красивый розовато-красный пластичный металл.

Название: латинское название меди происходит от названия острова Кипра (Cuprus), где в древности добывали медную руду; однозначного объяснения происхождения этого слова в русском языке нет.

Физические и химические свойства: кристаллическая решетка металлической меди кубическая гранецентрированная, параметр решетки а = 0,36150 нм. Плотность 8,92 г/см 3 , 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).

В сухой атмосфере медь пpaктически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина пpeдoxpaняет металл от дальнейшего разрушения. Для создания на художественных предметах «налета старины» на них наносят слой меди, который затем специально патинируется.

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.

Читать еще:  Как получить баклажановый цвет

Красновато-коричневый оксид меди (I) Cu₂O при растворении в бромо- и иодоводородной кислотах образует, соответственно, бромид меди (I) CuBr и иодид меди (I) CuI. При взаимодействии Cu₂O с разбавленной серной кислотой возникают медь и сульфат меди:

При нагревании на воздухе или в кислороде Cu₂O окисляется до CuO, при нагревании в токе водорода — восстанавливается до свободного металла.

Черный оксид меди (II) CuO, как и Cu₂O, c водой не реагирует. При взаимодействии CuO с кислотами образуются соли меди (II):

При сплавлении со щелочами CuO образуются купраты, например:

Нагревание Cu₂O в инертной атмосфере приводит к реакции диспропорционирования:

Такие восстановители, как водород, метан, аммиак, оксид углерода (II) и другие восстанавливают CuO до свободной меди, например:

CuO + СО = Cu + СО₂.

Кроме оксидов меди Cu₂O и CuO, получен также темно-красный оксид меди (III) Cu₂O₃, обладающий сильными окислительными свойствами.

Медь реагирует с галогенами, например, при нагревании хлор реагирует с медью с образованием темно-коричневого дихлорида CuCl₂. Существуют также дифторид меди CuF₂ и дибромид меди CuBr₂, но дииодида меди нет. И CuCl₂, и CuBr₂ хорошо растворимы в воде, при этом ионы меди гидратируются и образуют гoлyбые растворы.

При реакции CuCl₂ с порошком металлической меди образуется бесцветный нерастворимый в воде хлорид меди (I) CuCl. Эта соль легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, причем образуются комплексные анионы [CuCl₂] – , [CuCl₃] 2– и [СuCl₄] 3– , например за счет процесса:

При сплавлении меди с серой образуетcя нерастворимый в воде сульфид Cu₂S. Сульфид меди (II) CuS выпадает в осадок, например, при пропускании сероводорода через раствор соли меди (II):

C водородом, азотом, графитом, кремнием медь не реагирует. При контакте с водородом медь становится хрупкой (так называемая «водородная болезнь» меди) из-за растворения водорода в этом металле.

В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:

С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно, при этом образуется нитрат меди (II) и выделяются различные оксиды азота. Например, с 30%-й азотной кислотой реакция меди протекает так:

С концентрированной серной кислотой медь реагирует при сильном нагревании:

Пpaктическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu 2+ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH₃)] 2+ . При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С₂Н₂ в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC₂.

Гидроксид меди Cu(OH)₂ хаpaктеризуется преобладанием основных свойств. Он реагирует с кислотами с образованием соли и воды, например:

Но Сu(OH)₂ реагирует и с концентрированными растворами щелочей, при этом образуются соответствующие купраты, например:

Если в медноаммиачный раствор, полученный растворением Сu(OH)₂ или основного сульфата меди в аммиаке, поместить целлюлозу, то наблюдается растворение целлюлозы и образуется раствор медноаммиачного комплекса целлюлозы. Из этого раствора можно изготовить медноаммиачные волокна, которые находят применение при производстве бельевого трикотажа и различных тканей.

Нахождение в природе: в земной коре содержание меди составляет около 5·10 –3 % по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS₂ (30% меди), ковеллин CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu₂S (79,8% меди), борнит Cu₅FeS₄ (52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu₂O, (81,8% меди), малахит CuCO₃·Cu(OH)₂ (57,4% меди) и другие. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах.

Различных руд меди много, а вот богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо (Fe), цинк (Zn), свинец (Pb), и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (кадмий, селен, теллур, галий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Для промышленных разработок используют руды, в которых содержание меди составляет немногим более 1 % по массе, а то и менее. В морской воде содержится примерно 1·10 –8 % меди.

Получение: промышленное получение меди — сложный многоступенчатый процесс. Добытую руду дробят, а для отделения пустой породы используют, как правило, флотационный метод обогащения. Полученный концентрат (содержит 18-45% меди по массе) подвергают обжигу в печи с воздушным дутьем. В результате обжига образуется огарок — твердое вещество, содержащее, кроме меди, также и примеси других металлов. Огарок плавят в отражательных печах или электропечах. После этой плавки, кроме шлака, образуется так называемый штейн, в котором содержание меди составляет до 40-50%. Далее штейн подвергают конвертированию — через расплавленный штейн продувают сжатый воздух, обогащенный кислородом. В штейн добавляют кварцевый флюс (песок SiO₂). В процессе конвертирования содержащийся в штейне как нежелательная примесь сульфид железа FeS переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа SO₂:

Одновременно сульфид меди (I) Cu₂S окисляется:

Образовавшийся на этой стадии Cu₂О далее реагирует с Cu₂S:

В результате возникает так называемая черновая медь, в которой содержание самой меди составляет уже 98,5-99,3% по массе. Далее черновую медь подвергают рафинированию. Рафинирование на первой стадии — огневое, оно заключается в том, что черновую медь расплавляют и через расплав пропускают кислород. Примеси более активных металлов, содержащихся в черновой меди, активно реагируют с кислородом и переходят в оксидные шлаки. На заключительной стадии медь подвергают электрохимическому рафинированию в сернокислом растворе, при этом черновая медь служит анодом, а очищенная медь выделяется на катоде. При такой очистке примеси менее активных металлов, присутствовавшие в черновой меди, выпадают в осадок в виде шлама, а примеси более активных металлов остаются в электролите. Чистота рафинированной (катодной) меди достигает 99,9% и более.

Применение: медь, как полагают, — первый металл, который человек научился обpaбатывать и использовать для своих нужд. Найденные в верховьях реки Тигр изделия из меди датируются десятым тысячелетием до нашей эры. Позднее широкое применение сплавов меди определило материальную культуру бронзового века (конец 4 — начало 1 тысячелетия до нашей эры) и в дальнейшем сопровождало развитие цивилизации на всех этапах. Медь и ее использовались для изготовления посуды, утвари, украшений, различных художественных изделий. Особенно велика была роль бронзы.

С 20 века главное применение меди обусловлено ее высокой электропроводимостью. Более половины добываемой меди используется в электротехнике для изготовления различных проводов, кабелей, токопроводящих частей электротехнической аппаратуры. Из-за высокой теплопроводности медь — незаменимый материал различных теплообменников и холодильной аппаратуры. Широко применяется медь в гальванотехнике — для нанесения медных покрытий, для получения тонкостенных изделий сложной формы, для изготовления клише в полиграфии и др.

Большое значение имеют медные сплавы — латуни (основная добавка цинк (Zn)), бронзы (сплавы с разными элементами, главным образом металлами — оловом (Sn), алюминием (Al), берилием (Be), свинцом (Pb), кадмием (Cd) и другими, кроме цинка (Zn) и никеля (Ni)) и медно-никелевые сплавы, в том числе мельхиор и нейзильбер. В зависимости от марки (состава) сплавы используются в самых различных областях техники как конструкционные, антидикционные, стойкие к коррозии материалы, а также как материалы с заданной электро- и теплопроводностью Так называемые монетные сплавы (медь с алюминием (Al) и медь с никелем (Ni)) применяют для чеканки монет — «меди» и «серебра»; но медь входит в состав и настоящих монетного серебра и монетного золота.

Биологическая роль: медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития (см. Биогенные элементы). В растениях и животных содержание меди варьируется от 10 –15 до 10 –3 %. Мышечная ткань человека содержит 1·10 –3 % меди, костная ткань — (1-26)·10 –4 %, в крови присутствует 1,01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях растений и животных — участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. Другой медьсодержащий белок, гемоцианин, выполняет роль гемоглобина у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и деставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0,5-6 мг меди.

Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м 3 , для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1,0 мг/л.