Реферат: Химия меди

МинистерствоОбразования Республики Беларусь

БелорусскийНациональный Технический Университет

КафедраХимии

 

Реферат на тему:

Химия меди

Исполнитель: Кузьмич А.Н. гр. 104312

                                  ______________________

         Руководитель: Медведев Д.И.

                                  ______________________

Минск — 2003

 

Содержание.

стр. Введение 2 1. Историческая справка 4 2. Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева 5 3. Распространение в природе 6 4. Получение 8 5. Физические свойства 10 6. Химические свойства 11 7. Применение 16 8. Сплавы меди 18 8.1 Латуни 18 8.2 Оловянные бронзы 19 8.3 Алюминиевые бронзы 19 8.4 Кремнистые бронзы 20 8.5 Бериллиевые бронзы 21 8.6 Сплавы меди с никелем 21 Заключение 22 Литература 24

Введение.

Медь (лат. Cuprum)  — химическийэлемент.  Один из семи металлов, известных с глубокой древности.  По некоторымархеологическим  данным  — медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 летдо н. э.  Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем сжелезом; это объясняется  с одной стороны более частым нахождением меди всвободном состоянии на поверхности земли, а с другой сравнительной легкостьюполучения ее из соединений. Особенно  важна медь для электротехники. Поэлектропроводности медь занимает второе место среди всех  металлов,  после серебра.  Однако в наши дни во всем мире электрические провода,  на которыераньше уходила почти половина выплавляемой  меди, все чаще делают из алюминия.Он хуже проводит ток, но легче и доступнее.  Медь же, как и многие другиецветные металлы, становится все дефицитнее. Если  в  19 в.  медь добывалась изруд,  где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные рудысчитаются очень богатыми, а  промышленность  многих  стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Медь- необходимый для растений и животных микроэлемент. Основная биохимическаяфункция меди – это участие в ферментативных реакциях в качестве активатора илив составе медьсодержащих ферментов. Количество меди в растениях колеблется от0,0001 до 0,05 % (на сухое вещество) и зависит от вида растения и содержаниямеди в почве. В растениях медь входит в состав ферментов-оксидаз и белкапластоцианина. В оптимальных концентрациях медь повышает холодостойкостьрастений, способствует их росту и развитию. Среди животных наиболее богатымедью некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в гемоцианинесодержится 0,15-0,26 % меди). Поступая с пищей, медь всасывается в кишечнике,связывается с белком сыворотки крови — альбумином, затем поглощается печенью,откуда в составе белка церулоплазмина возвращается в кровь и доставляется корганам и тканям.

Содержаниемеди у человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг вкостях, в жидкостях тела — от 100 мкг (на 100 мл) в крови до 10 мкгвспинномозговой жидкости; всего меди в организме взрослого человека около 100 мг.Медь входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы),стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы меди влияют наобмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ(уменьшение в крови количества фосфора) и др. Увеличение содержания меди вкрови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические,стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.

Принедостатке меди злаковые растения поражаются так называемой болезнью обработки,плодовые — экзантемой; у животных уменьшаются всасывание и использованиежелеза, что приводит к анемии, сопровождающейся поносом и истощением.Применяются медные микроудобрения и подкормка животных солями меди. Отравлениемедью приводит к анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона. У человекаотравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведениямеди. Однако в больших дозах медь вызывает рвоту; при всасывании меди можетнаступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности,удушье, коматозное состояние).

1. Историческая справка.

Медь относится к числу металлов,известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медьюспособствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в видесамородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и её сплавысыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря лёгкойвосстановимости окислов и карбонатов, медь была, по-видимому, первым металлом,который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихсяв рудах. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откуда иназвание ее Сuprum.

 В древности для обработки скальнойпороды её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём породарастрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. Вдальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и свдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которыепостепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методывосстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд сполучением промежуточных продуктов — штейна (сплава сульфидов), в которомконцентрируется медь, и шлака (сплава окислов).

2. Положение меди в периодической системе Д.И.Менделеева.

Медь (Cuprum),Сu — химический элемент побочнойподгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева.Порядковый номер 29, атомная масса 63,54. Распределение электронов в атоме меди— Is22s22p63s23p63d104s1.

Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов смассовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%). Сечение захвата тепловых нейтроноватомов меди 3,59-10-28 м-2. Путем бомбардировки никеляпротонами или дейтронами искусственно получают радиоактивные изо­топы меди 61Сu и 64Сu с периодами полураспада 3,3 и 12,8 чсоответст­венно. Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и ис­пользуютсяв качестве меченых атомов.

Вхимическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементамипервой плеяды VIII группы и щелочными эле­ментами I группы периодической системы. Нижеприведены значения потенциалов ионизации атомов меди (в эВ):

1-й 2-й 3-й 4-й 5-й 6-й 7-й 8-й 7,72 20,29 36,83 58,9 82 106 140 169 <p/>

Заполненнаяd-оболочка меди менее эффективноэкранирует s-электрон от ядра, чемоболочка инертного газа, поэтому первый потенциал ионизации меди выше, чем ущелочных металлов. Так как в образовании металлической связи принимают участиеи электроны d-оболочки, теплотаиспарения и температура плавления меди значительно выше, чем у щелочныхметаллов, что обусловливает более «благородный» характер меди по сравнению споследними. Второй и третий потенциалы ионизации меньше, чем у щелочныхметаллов, что в значительной степени объясняет проявление свойств меди какпереходного элемента, который в степени окисления IIи III имеет парамагнитные свойстваокрашенных ионов и комплексов. Медь(I)также образует многочисленные соединения по типу комплексов переходных металлов(табл. 1).

Таблица 1

Состояние окисления истереохимия соединений меди.

Состояние окисления

Координационное

число

Геометрия Примеры соединений

Cu(I) d10

2 Линейная

Cu2O

3 Плоская

K[Cu(CN)2]

4 Тетраэдр Cu(I)

Cu(II) d9

4 Тетраэдр (искажённый)

Cs[CuCl4]

5 Тригональная бипирамида

[Cu(Dipy)2I]+

5 Квадратная пирамида

[Cu(ДМГ)2]2(тв)

4 Квадрат CuO 6 Октаэдр (искажённый)

K2CuF4, CuCl2

Cu(III) d8

4 Квадрат

KCuO2

6 Октаэдр

K3CuF6

П р и м е ч а ни е. Dipy – дипиридил;ДМГ – диметилглиоксим.

3. Распространениев природе.

Среднее содержание меди вземной коре 4,7-10-3 % (по массе), в нижней части земной коры,сложенной основными породами, её больше (1-10-2 %), чем в верхней(2-10-3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженныепороды. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодныхрастворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфидымеди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минераловмеди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны такжесамородная медь, карбонаты и окислы.

Медь — важный элементжизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержаниемеди в живом веществе 2-10-4 %, известны организмы — концентраторымеди. В таёжных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легковыщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди исвязанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках).В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медьмалоподвижна; на участках месторождений меди наблюдается её избыток в почвах ирастениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень маломеди, 1-10-7 %. Приносимая в океан со стоком медь сравнительнобыстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащенымедью (5,7-10-3 %), а морская вода резко недосыщена медью (3-10-7%).

В морях прошлыхгеологических эпох местами происходило значительное накопление меди в илах,приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в Германии). Медьэнергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связанонакопление руд меди в песчаниках.

Медь образует до 240 минералов, однако лишь около 40 имеютпромышленное значение.

Различают сульфидные и окисленные руды меди. Промышленноезначение   имеют сульфидные руды, из которых наиболее широко используетсямедный колчедан (халькопирит) CuFeS2. В природеон встречается главным образом в смеси с железным колчеданом FeS2 и пустой породой, состоящей из оксидов Si, Al, Ca и др. Частосульфидные руды содержат примеси благородных металлов (Аи, Ag), цветных и редких металлов (Zn, Pb, Ni, Co, Mo и др.) и рассеянных элементов (Ge и др.).

Содержание меди в руде обычносоставляет 1—5%, но благодаря легкой флотируемости халькопирита его можнообогащать, получая концентрат, содержащий 20% меди и более [1845]. Наиболеекрупные запасы медных руд сосредоточены главным образом на Урале, в Казахстане,Средней Азии, Африке (Катанта, Замбия), Америке (Чили, США, Канада).

4. Получение.

Медные рудыхарактеризуются невысоким содержанием меди. Поэтому перед плавкойтонкоизмельчённую руду подвергают механическому обогащению; при этом ценныеминералы отделяются от основной массы пустой породы; в результате получают рядтоварных концентратов (например, медный, цинковый, пиритный).

В мировой практике 80 %меди извлекают из концентратов пирометаллургическими методами, основанными нарасплавлении всей массы материала. В процессе плавки, вследствие большегородства меди к сере, а компонентов пустой породы и железа к кислороду, медьконцентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а окислы образуют шлак. Штейнотделяют от шлака отстаиванием.

На большинствесовременных заводов плавку ведут в отражательных или в электрических печах. Вотражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении;площадь подачи 300 м2 и более (30 м; 10 м), необходимое дляплавления тепло получают сжиганием углеродистого топлива (естественный газ,мазут, пылеуголь) в газовом пространстве над поверхностью ванны. Вэлектрических печах тепло получают пропусканием через расплавленный шлакэлектрического тока (ток подводится к шлаку через погруженные в него графитовыеэлектроды).

Однако и отражательная, иэлектрическая плавки, основанные на внешних источниках теплоты, — процессынесовершенные. Сульфиды, составляющие основную массу медных концентратов,обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому всё больше внедряютсяметоды плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель — подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, или технический кислород).Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струейкислорода или воздуха в раскалённую до высокой температуры печь. Частицы горятво взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка). Можно окислять сульфидыи в жидком состоянии; эти процессы усиленно исследуются в СССР и за рубежом(Япония, Австралия, Канада) и становятся главным направлением в развитиипирометаллургии сульфидных медных руд.

Богатые кусковыесульфидные руды (2-3 % Cu) с высоким содержанием серы (35-42 % S) в рядеслучаев непосредственно направляются на плавку в шахтных печах (печи свертикально расположенным рабочим пространством). В одной из разновидностейшахтной плавки (медно-серная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс,восстановляющий в верхних горизонтах печи SO2 до элементарной серы.Медь в этом процессе также концентрируется в штейне.

Получающийся при плавке жидкий штейн(в основном Cu2S, FeS) заливают в конвертер — цилиндрическийрезервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом,снабженный боковым рядом фурм для вдувания воздуха и устройством дляповорачивания вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух.Конвертирование штейнов протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфиджелеза, и для связывания окислов железа в конвертер добавляют кварц; образуетсяконвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлическоймеди и SO2. Эту черновую медь разливают в формы. Слитки (а иногданепосредственно расплавленную черновую медь) с целью извлечения ценныхспутников (Au, Ag, Se, Fe, Bi и других) и удаления вредных примесей направляютна огневое рафинирование. Оно основано на большем, чем у меди, сродствеметаллов-примесей к кислороду: Fe, Zn, Co и частично Ni и другие в виде окисловпереходят в шлак, а сера (в виде SO2) удаляется с газами. Послеудаления шлака медь для восстановления растворённой в ней Cu2O«дразнят», погружая в жидкий металл концы сырых берёзовых илисосновых брёвен, после чего отливают его в плоские формы. Дляэлектролитического рафинирования эти слитки подвешивают в ванне с растворомCuSO4, подкислённым H2SO4. Они служат анодами.При пропускании тока аноды растворяются, а чистая медь отлагается на катодах — тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричныхваннах. Для выделения плотных гладких осадков в электролит вводятповерхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и другие).Полученную катодную медь промывают водой и переплавляют. Благородные металлы,Se, Te и другие ценные спутники меди концентрируются в анодном шламе, изкоторого их извлекают специальной переработкой.

Наряду с пирометаллургическимиприменяют также гидрометаллурги-ческие методы получения меди (преимущественноиз бедных окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательномрастворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах H2SO4или аммиака. Из раствора меди, либо осаждают железом, либо выделяютэлектролизом с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно ксмешанным рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при которыхкислородные соединения меди растворяются в сернокислых растворах, а сульфидывыделяются флотацией. Получают распространение и автоклавныегидрометаллургические процессы, идущие при повышенных температурах и давлении.

5. Физические свойства.

Техническая медь — металл красного, в изломе розового цвета,при просвечивании в тонких слоях — зеленовато-голубой. Имеетгранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 0,36074 нм,плотность 8,96 кг/м3 (20° С). Ионные радиусы меди (в нм) приведеныниже:

По Белову и Бокию По Гольдшмидту По Полингу

Cu+

0,098 0,095 0,096

Cu2+

0,080 0,070 —

Основные физические свойства меди

Температураплавления, °С                                                         1083                        

Температуракипения, °С                                                           2600

Теплотаплавления, кДж/г-ат.                                                     0,7427

Теплотаиспарения, кДж/г-ат.                                                     17,38

Удельнаятеплоемкость, Дж/(г.град) (20°С)                               0,022

Теплопроводность,Дж/(м.град.с) (20°С)                                    2,25-10-3

Электрическоесопротивление, Ом.м (20°С)                              1,68-Ю-4

Удельнаямагнитная восприимчивость,                                      0,086.10-6

абс.эл.-магн. ед./г (18 °С)                                       

Медь — вязкий, мягкий и ковкий металл, уступающийтолько се­ребру высокой теплопроводностью и электропроводностью. Эти ка­чества,а также пластичность и сопротивление коррозии обусловили широкое применениемеди в промышленности.

6. Химические свойства.

Медь — электроположительный металл. Относительную устойчи­востьее ионов можно оценить на основании следующих данных:

Cu2+ + e → Cu+         E0= 0,153 B,

Сu+ + е → Сu0                   E0= 0,52 В,

Сu2+ + 2е → Сu0                               E0= 0,337 В.

Медь вытесняется из своих солей более электроотрицательнымиэле­ментами и не растворяется в кислотах, не являющихся окислителя­ми. Медьрастворяется в азотной кислоте с образованием Cu(NO3)2 и оксидов азота, вгорячей конц. H2SO4 — с образованием CuSO4и SO2. В нагретой разбавленной H2SO4 медь растворяется только при проду­вании через растворвоздуха.

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы ионовмеди в водных растворах по отношению к водородному электроду при 25° Сприведены в табл. 2.

Таблица 2.

Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы ионовмеди.

Уравнение полуреакции

EL В

HCuO2- + ЗН+ + е = Сu+ + 2Н2О

1,73

CuO22-<sup/>+ 4Н+ + е = Сu+ + 2Н2О

2,51

HCuO2- + ЗН+ + 2е = Сu0+ 2Н2О

1,13

СuО22-<sup/>+ 4Н+ + 2е = Сu0+ 2Н2О

1,52

2Сu2+ + Н2О + 2е = Сu2О + 2Н+

0,20

2НСuО2- + 4Н+ + 2е = Сu2О + ЗН2О

1,78

2CuO22- + 6Н+ +2е = Сu2О + ЗН2О

2,56

СuО + 2Н+ + е = Сu+ + Н20

0,62

Сu2+ + Вr —  + е = СuВr

0,64

Сu2+ + Сl- + е = CuCl

0,54

Сu2+ + I- + е = CuI

0,86

Cu(NH3)42+ + е = Cu(NH3)2+ + 2NH3

-0,01

Cu(NH3)2+ + е = Сu0+ 2NH3

-0,12

Cu(NH3)42+ + 2e = Cu0+ 4NH3

-0,07

Химическая активность меди невелика,при температурах ниже 185°С с сухим воздухом и кислородом не реагирует. Вприсутствии влаги и СО2 на поверхности меди образуется зеленаяпленка основного карбоната. При нагревании меди на воздухе идет поверхностноеокисление; ниже 375°С образуется СuО, а в интервале 375—1100°С при неполном окислении меди — двухслойнаяокалина (СuО + Сu2О). Влажный хлор взаимодействует с медью уже при комнатнойтемперату­ре, образуя хлорид меди(II), хорошо растворимый в воде. Медь реаги­рует и с другими галогенами.

Особое сродство проявляет медь к сере: в парах серы онагорит. С водородом, азотом, углеродом медь не реагирует даже при высокихтемпературах. Растворимость водорода в твердой меди не­значительна и при 400°Ссоставляет 0,06 г в 100 г меди. Присутствие водорода в меди резко ухудшает еемеханические свойства (так назы­ваемая «водородная болезнь»). Припропускании аммиака над раска­ленной медью образуется Cu2N. Ужепри температуре каления медь подвергается воздействию оксидов азота: N2O и NOвзаимодействуют с образованием Сu2О, a NO2 — с образованием СuО. Карбиды Сu2С2 и СuС2 могут быть получены действиемацетилена на аммиачные растворы солей меди. Окислительно-восстановительныеравновесия в растворах солей меди в обеих степенях окисления осложняютсялегкостью диспропорционирования меди(I) в медь(0) и медь(II),поэтому комплексы меди(I)обычно образуются только в том случае, если они нерастворимы (например, CuCN и Cul) или если связь металл—лиганд имеет ковалентныйхарактер, а пространственные факторы благоприятны.

Исследование комплексных соединений меди(П) может быть прове­денометодами протонного резонанса и ЭПР. Боль­шое число работ по ЭПР комплексныхсоединений меди(II) обуслов­леноустойчивостью этого состояния окисления меди и относительно узкими линиямиспектра ЭПР меди(П) в широком интервале темпе­ратур.

Спектры ЭПР комплексов меди(II) в растворах часто имеют хорошо разрешенную сверхтонкуюструктуру из четырех линий от ядер 63 Сu и 65Сu, ядерный спин которых 3/2.Так как магнитныемоменты ядер 63Сu и 65Сu несколько различаются, то в случаеузких линий сверхтонкой структуры, например для серосодержащих комплексов, вспектрах ЭПР видны разрешенные линии от ядер 63Сu и 65Сu. Приинтерпретации спектров ЭПР необходимо учитывать сосуществование в растворах,как правило, нескольких комплексов. Ниже кратко рассматриваются химическиесвойства меди в различных степенях окисления.

Медь(I). Комплексы меди(I) обычно имеют (в зависимости от при­роды лиганда) линейноеили тетраэдрическое строение. Ионы меди(I) содержат десять 3d-электронов и обычно образуют четырех координи­рованные тетраэдрическиеструктуры типа [CuCl4]3-. Однако с сильно­основнымивысокополяризованными или легко поляризующимися лигандами медь(I) образует двухкоординированныелинейные комплексы.

В соединениях меди(I) ион имеет конфигурацию 3d'°,поэтому они диамагнитны и бесцветны. Исключение составляют случаи, когда ок­раскаобусловлена анионом или поглощением в связи с переносом заря­да. Относительнаяустойчивость ионов Сu+ и Сu2+ определяется природой анионов или других лигандов. Примерамиустойчивого в воде соединения меди(I) являются малорастворимые CuCl иCuCN, соли Cu2SO4 и других оксоанионов можно получитьв неводной среде. В воде они быстро разлагаются, образуя медь металлическую исоли меди(I). Неустойчивость солей меди(I) в воде обусловлена отчастиповышенными значениями энергии решетки и энергии сольватации для иона меди(П),вследствие чего соединения меди(I)неустойчивы.

Оксид меди(I) Сu2О красного цвета, незначительно растворяется в воде.При взаимодействии сильных щелочей с солями меди(I) выпадает желтый осадок, переходящий при нагревании в осадоккрасного цвета, по-видимому, Cu2O. Гидроксид меди(I) обладает слабыми основны­мисвойствами, он несколько растворим в концентрированных раство­рах щелочей.

Медь(II). Двухзарядный положительный ион меди является еенаиболее распространенным состоянием. Большинство соединений меди(I) очень легко окисляется в соединениядвухвалентной меди, но дальнейшее окисление до меди(Ш) затруднено.

Конфигурация 3d9делает ион меди(II) легко деформирующимся, благодарячему он образует прочные связи с серосодержащими реаген­тами (ДДТК,этилксантогенатом, рубеановодородной кислотой, дитизоном). Основнымкоординационным полиэдром для двухвалентной меди является симметричноудлиненная квадратная бипирамида. Тетраэдрическая координация для меди(П)встречается довольно редко и в соединениях с тиолами, по-видимому, нереализуется.

Большинство комплексов меди(II) имеет октаэдрическую структуру, в которой четырекоординационных места заняты лигандами, распо­ложенными к металлу ближе, чемдва других лиганда, находящихся выше и ниже металла. Устойчивые комплексы меди(II) характери­зуются, как правило,плоскоквадратной или октаэдрической конфи­гурацией. В предельных случаяхдеформации октаэдрическая конфигу­рация превращается в плоскоквадратную.Большое аналитическое при­менение имеют внешнесферные комплексы меди.

СuО встречается вприроде и может быть получен при накали­вании металлической меди на воздухе,хорошо растворяется в кисло­тах, образуя соответствующие соли.

Гидроксид меди(II) Сu(ОН)2 в виде объемистогоосадка голубого цвета может быть получен при действии избытка водного растворащелочи на растворы солей меди(II).ПР(Сu(ОН)-) = 1,31.10-20.В воде этот осадок малорастворим, а при нагревании переходит в СuО, отщепляя молекулу воды. Гидроксидмеди(II) обладает слабо выраженнымиамфотерными свойствами и легко растворяется в водном растворе аммиака собразованием осадка темно-синего цвета. Осажде­ние гидроксида меди происходитпри рН 5,5.

Последовательные значения констант гид­ролиза для ионов меди(II) равны: рК1гидр= 7,5; рК2гидр = 7,0; рК3гидр =12,7; рК4гидр = 13,9. Обращает на себя внимание необычноесоотно­шение pK1гидр > рК2гидр.Значение рК = 7,0 вполне реально, так как рН полного осаждения Сu(ОН)2 равно 8—10. ОднакорН начала осаждения Сu(ОН)2равно 5,5, поэтому величина рК1гндр= 7,5, очевидно,завышена. Гидролиз ионов меди(II) вводных растворах протекает по схеме:

Сu2+ + n Н20 = Cu(OH)n2-n<sup/>+ n Н+;  (n = 1; 2).

1-я  и  2-я  константы гидролизаравны  109 и  1017 соответственно и не зависят отконцентрации меди в пределах 4-1 0"4 — 1 М.

Медь(III). Доказано,что медь(III) с конфигурацией 3d8можетсуществовать в кристаллических соединениях и в комплексах, обра­зуя анионы —купраты. Купраты некоторых щелочных и щелочнозе­мельных металлов можнополучить, например, нагреванием смеси ок­сидов в атмосфере кислорода. КСuО2 — это диамагнитноесоединение голубовато-стального цвета.

При действии фтора на смесь КСl и СuСl2 образуются светло-зе­леные кристаллы парамагнитногосоединения К3СuF6.

При окислении щелочных растворов меди(II), содержащих периодаты илителлураты, гипохлоритом или другими окислителями обра­зуются диамагнитныекомплексные соли состава K7[Cu(IO6)2].7H2O. Эти соли являются сильными окислителями и при подкислениивыде­ляют кислород.

Соединения меди(Ш). При действии спиртового раствора щелочи ипероксида водорода на охлажденный до 50° спиртовой раствор хло­рида меди(II) выпадает коричнево-черный осадокпероксида меди СuО2.Это соединение в гидратированной форме можно получить при действии пероксидаводорода на раствор соли сульфата меди, содер­жащего в небольших количествах Na2CO3. Суспензия Сu(ОН)2в раст­воре КОН взаимодействует с хлором, образуя осадок Сu2О3 красного цвета, частично переходящий враствор.

7. Применение.

 Большая роль меди в технике обусловленарядом её ценных свойств и, прежде всего высокой электропроводностью,пластичностью, теплопроводностью. Благодаря этим свойствам медь — это основнойматериал для проводов; свыше 50 % добываемой меди применяют вэлектротехнической промышленности. Все примеси понижают электропроводностьмеди, а потому в электротехнике используют металл высших сортов, содержащий неменее 99,9 % Cu. Высокие теплопроводность и сопротивление коррозии позволяютизготовлять из меди ответственные детали теплообменников, холодильников,вакуумных аппаратов и т. п. Около 30-40 % меди используют в виде различныхсплавов, среди которых наибольшее значение имеют латуни (от 0 до 50 % Zn) иразличные виды бронз; оловянистые, алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и т.д. (подробнее см. Сплавы меди). Кроме нужд тяжёлой промышленности, связи,транспорта, некоторое количество меди (главным образом в виде солей)потребляется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями иболезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительныхпроцессов, а также в кожевенной и меховой промышленности и при производствеискусственного шёлка.

Медькак художественный материал используется с медного века (украшения, скульптура,утварь, посуда). Кованые и литые изделия из меди и сплавов украшаются чеканкой,гравировкой и тиснением. Лёгкость обработки меди (обусловленная её мягкостью)позволяет мастерам добиваться разнообразия фактур, тщательности проработкидеталей, тонкой моделировки формы. Изделия из меди отличаются красотойзолотистых или красноватых тонов, а также свойством обретать блеск пришлифовке. Медь нередко золотят, патинируют, тонируют, украшают эмалью. С 15века медь применяется также для изготовления печатных форм.

Вмедицине сульфат меди применяют как антисептическое и вяжущее средство в виде глазныхкапель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Растворсульфата меди используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат медиприменяют как рвотное средство. Нитрат меди употребляют в виде глазной мази притрахоме и конъюнктивитах.

8. Сплавы меди.

Для деталеймашин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а нечистую медь) из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм2 у сплавови    25-29 кгс/мм2 у технически чистой меди.

Медныесплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимаюттермической обработки, и их механические свойства и износостойкостьопределяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругостимедных сплавов (900-12000 кгс/мм2 ниже, чем у стали).

Основноепреимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особеннорациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многихсплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в рядеагрессивных сред и хорошей электропроводностью.

Величинакоэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда какмеханические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозиизависят от состава сплавов, а, следовательно, от структуры. Прочность выше удвухфазных сплавов, а пластичность у однофазных.

8.1 Латуни.

Латунями называют сплавы меди ицинка. Медь может растворять цинк в любом количестве. По химическому составуразличают латуни простые и сложные, а по структуре — однофазные и двухфазные.Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.

Однофазныепростые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30-32%цинка (латуни Л70, Л67). Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки иполутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их вэлектро- и теплопроводности. Они поставляются в прокате и поковках.

Двухфазныепростые латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом при нагреве) иповышенные литейные свойства и используются  не только в виде проката, но и вотливках. Пластичность их ниже, чем у однофазных  латуней, а прочность иизносостойкость выше за счет влияния более твердых частиц второй фазы.

Прочностьпростых латуней 30-35 кгс/мм2 при однофазной структуре и 40-45кгс/мм2 при двухфазной. Прочность однофазной латуни может бытьзначительно повышена холодной пластической деформацией. Эти латуни имеютдостаточную стойкость в атмосфере воды и пара  (при условии снятия напряжений,создаваемых холодной деформацией).

8.2 Оловянныебронзы.

Однофазные идвухфазные бронзы превосходят латуни в прочности и сопротивлении коррозии(особенно в морской воде).

Однофазныебронзы в катаном состоянии, особенно после значительной холодной пластическойдеформации, имеют повышенные прочностные и упругие свойства (δ>= 40кгс/мм2).

Длядвухфазных бронз характерна более высокая износостойкость.

Важное преимущество двухфазныхоловянистых бронз — высокие литейные свойства; они получают при литье наиболеенизкий коэффициент усадки по сравнению с другими металлами, в том числечугунами. Оловянные бронзы применяют для литых деталей сложной формы. Однакодля арматуры котлов и подобных деталей они используются лишь в случае небольшихдавлений пара. Недостаток отливок из оловянных бронз — их значительнаямикропористость. Поэтому для работы при повышенных давлениях пара они всебольше заменяются алюминиевыми бронзами. Из-за высокой стоимости олова чащеиспользуют бронзы, в которых часть олова заменена цинком (или свинцом).

8.3 Алюминиевые бронзы.

Этибронзы (однофазные и двухфазные) все более широко заменяют латуни и оловянныебронзы.

Однофазныебронзы в группе медных сплавов имеют наибольшую пластичность (δ до 60%).Их используют для листов (в том числе небольшой толщины) и штамповки созначительной деформацией. После сильной холодной пластической деформациидостигаются повышенные прочность и упругость. Двухфазные бронзы подвергаютгорячей деформации или применяют в виде отливок. У алюминиевых бронз литейныесвойства (жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, ноони не образуют пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок.Литейные свойства улучшаются введением в указанные бронзы небольших количествфосфора. Бронзы в отливках используют, в частности, для котельной арматурысравнительно простой формы, но работающей при повышенных напряжениях.

Крометого, алюминиевые двухфазные бронзы, имеют более высокие прочностные свойства,чем латуни и оловянные бронзы. У сложных алюминиевых бронз, содержащих никель ижелезо, прочность составляет 55-60 кгс/мм2.

Всеалюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против коррозии в морскойводе и во влажной тропической атмосфере.

Алюминиевыебронзы используют в судостроении, авиации, и т.д. В виде лент, листов,проволоки их применяют для упругих элементов, в частности для токоведущихпружин.

8.4 Кремнистыебронзы.

Применениекремнистых бронз ограниченное. Используются однофазные бронзы как болеепластичные. Они превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкостив щелочных (в том числе сточных) средах.

Этибронзы применяют для арматуры и труб, работающих в указанных средах.

Кремнистыебронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате сильной холоднойдеформации приобретают повышенные прочность и упругость и в виде ленты илипроволоки используются для различных упругих элементов.

8.5 Бериллиевыебронзы.

Бериллиевыебронзы сочетают очень высокую прочность (σ до 120 кгс/мм2) икоррозионную стойкость с повышенной электропроводностью.

Однакоэти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь для особоответственных в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин,мембран, сильфонов и контактах в электрических машинах, аппаратах и приборах.Указанные свойства бериллиевые бронзы после закалки и старения, т.к. растворимостьбериллия  в меди уменьшается с понижением температуры.

Выделениепри старении частиц химического соединения CuBe повышает прочность и уменьшаетконцентрацию бериллия в растворе меди.

8.6 Сплавы меди с никелем.

Никель сильно повышает твердость меди. Сплав 50% Сu и 50% Ni обладает наибольшей твердостью. Кроме высокой твердости, этисплавы обладают пониженной электропровод­ностью, вследствие чего употребляютсяв электротехнике.

Хорошие механическиесвойства, высокая стойкость против кор­розии во многих средах, ценныефизические свойства в сочетании спростотой плавки, литья и обработки давлением обусловили широ­кое применениемедных сплавов в многочисленных отраслях техники: в авиа-, авто-, судостроении,химической промышленности, станко­строении, электротехнике, приборостроении, впроизводстве паровой и водяной арматуры, посуды, художественных и другихизделий.

Заключение.

Медь является одним из металлов,известных с древнейших времён, и в настоящее время занимает второе место (послеалюминия) по объёму промышленного производства.

Медь применяется для изготовлениякабелей, токопроводящих частей электрических установок, теплообменников. Онаявляется основным компонентом латуней бронз, медно-никелевых и других сплавов,обладающих высокими антифрикционными свойствами, сочетающимися с хорошейкоррозионной стойкостью на воздухе. Эти сплавы характеризуются, кроме того,хорошей электрической проводимостью.

Медь — металлсравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условияхмедь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами,серой, селеном. А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействуетдаже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительнымисвойствами, на медь не действуют.

Чистая медь — тягучий,вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях напросвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многихсоединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах.

Медь широко используетсяв промышленности из-за:

·  высокойтеплопpоводимости

·  высокойэлектpопpоводимости

·  ковкости

·  хороших литейныхкачеств

·  большогосопротивления на pазpыв

·  химическойстойкости

Физические и химические свойства медизависят от степени ее чистоты. Примеси меди в продуктах различных производствтакже влияют на свойства этих материалов. Поэтому во многих производ­ственныхлабораториях проводится контроль содержания меди. Боль­шое число публикацийпосвящено определению меди в биологиче­ских объектах, особенно в крови, так какмедь играет большую роль в биохимических процессах, протекающих в организме, иявляется индикатором некоторых заболеваний. При аналитическом контролеиспользуют как классические химические методы, так и физические, требующиесовершенной инструментальной техники и позволяющие с высокой чувствительностьюопределять медь в присутствии многих других элементов часто без разрушенияобразца. Переработка медных руд невозможна без предварительного фазовогоанализа.

Медь входит в число жизненно важныхмикроэлементов.  Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениямиазота,  способствует синтезу сахара, белков,  крахмала,  витаминов.  Чаще всегомедь вносят в почву  в виде пятиводного сульфата — медного купороса.  Взначительных количествах он ядовит,  как и многие другие соединения меди, особенно для  низших  организмов.  В  малых же дозах медь совершенно необходимавсему живому.

Литература.

 

1.  Подчайнова В.Н., Медь,(М., Свердловск: Металургиздат, 1991. – 249с.);

2.  Смирнов В.И., Металлургия меди и никеля, (М., Свердловск, 1950. – 234с.);

3.  Газарян Л.М., Пирометаллургия меди, (М., 1960. – 189с.);

4.  Справочникметаллурга по цветным металлам, под редакцией Н. Н. Мурача, (2 изд., т. 1, М., 1953, т. 2,М., 1947. – 211с.);