Реферат: по химии. Медь

--PAGE_BREAK--
Таблица 1. Физические свойства меди.
Металлы подгруппы меди, как и щелочные металлы, имеют по одному свободному электрону на один ион-атом металла. Казалось бы, эти металлы не должны особенно сильно отличатся от щелочных. Но они, в отличие от щелочных металлов, обладают довольно высокими температурами плавления. Большое различие в температурах плавления между металлами этих подгрупп объясняется тем, что между ион-атомами металлов подгруппы меди почти нет “зазоров” и они расположены более близко. Вследствие этого количество свободных электронов в единице объема, электронная плотность, у них больше. Следовательно, и прочность химической связи у них больше. Поэтому металлы подгруппы меди плавятся и кипят при более высоких температурах.

Металлы подгруппы меди обладают, по сравнению с щелочными металлами, обладают большей твердостью. Объясняется это увеличением электронной плотностью и отсутствием “зазоров” между ион-атомами.

Необходимо отметить, что твердость и прочность металлов зависят от правильности расположения ион-атомов в кристаллической решетке. В металлах, с которыми мы практически сталкиваемся, имеются различного рода нарушения правильного расположения ион-атомов, например пустоты в узлах кристаллической решетки. К тому же металл состоит из мелких кристалликов (кристаллитов), между которыми связь ослаблена. В Академии Наук СССР была получена медь без нарушения в кристаллической решетке. Для этого очень чистую медь возгоняли при высокой температуре в глубоком вакууме на глубокую подложку. Медь получалась в виде небольших ниточек – “усов”. Как оказалось такая медь в сто раз прочнее, чем обычная.

Цвет меди и её соединений.

Чистая медь обладает и другой интересной особенностью. Красный цвет обусловлен следами растворенного в ней кислорода. Оказалось, что медь, многократно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным блеском.

При повышении валентности понижается окраска меди, например CuCl– белый, Cu2O– красный, CuCl+ H2O– голубой, CuO– черный. Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем обусловлен интересный практический признак для поисков.

Электропроводимость.

Медь обладает наибольшей (после серебра) электропроводимостью, чем и обусловлено её применение в электронике.

Кристаллическая решетка.

Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис 1).

<img width=«216» height=«204» src=«ref-2_13218972-2144.coolpic» v:shapes="_x0000_s1032 _x0000_s1031 _x0000_s1033 _x0000_s1034 _x0000_s1035 _x0000_s1037 _x0000_s1038 _x0000_s1039 _x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1042 _x0000_s1043 _x0000_s1044 _x0000_s1045 _x0000_s1046 _x0000_s1047 _x0000_s1048 _x0000_s1049 _x0000_s1050 _x0000_s1052 _x0000_s1053 _x0000_s1054 _x0000_s1055 _x0000_s1056 _x0000_s1057 _x0000_s1058 _x0000_s1059 _x0000_s1060 _x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1063 _x0000_s1064 _x0000_s1065 _x0000_s1066 _x0000_s1067 _x0000_s1068 _x0000_s1103"><img width=«216» height=«204» src=«ref-2_13221116-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">

Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди.
5. Химические свойства меди.

Строение атома.

<img width=«180» height=«96» src=«ref-2_13221189-711.coolpic» v:shapes="_x0000_s1070 _x0000_s1069 _x0000_s1072 _x0000_s1073 _x0000_s1074 _x0000_s1075 _x0000_s1076 _x0000_s1083 _x0000_s1089 _x0000_s1090"><img width=«180» height=«96» src=«ref-2_13221900-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">

Рисунок 2. Схема строения атома меди.
29Cu 1s1 2s2 sp6 3s2 3p6 3d10 4s1

Eионизации 1 = 7.72 эВ

Eионизации 2 = 20.29 эВ

Eионизации 3 = 36.83 эВ

Отношение к кислороду.

Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном  воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди: <img width=«276» height=«24» src=«ref-2_13221973-565.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">

В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди образуется тончайший слой оксида меди: <img width=«135» height=«23» src=«ref-2_13222538-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">

Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (I) как и сама медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например при 600-800 0C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие.

Qобразования (Cu2O) = 84935 кДж.

<img width=«412» height=«122» src=«ref-2_13222796-1326.coolpic» v:shapes="_x0000_s1092 _x0000_s1091 _x0000_s1093 _x0000_s1094 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1098 _x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1101 _x0000_s1102"><img width=«408» height=«120» src=«ref-2_13224122-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">

Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди.
Взаимодействие с водой.

Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например: <img width=«171» height=«23» src=«ref-2_13224195-304.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">. Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов:

<img width=«115» height=«21» src=«ref-2_13224499-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">

<img width=«125» height=«21» src=«ref-2_13224706-230.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">

Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом. Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами водорода.

<img width=«239» height=«24» src=«ref-2_13224936-423.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">

Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната:

<img width=«212» height=«24» src=«ref-2_13225359-481.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">

<img width=«276» height=«24» src=«ref-2_13221973-565.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">

Взаимодействие с кислотами.

Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей: <img width=«240» height=«23» src=«ref-2_13226405-410.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">.

Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам.

Qобразования (CuCl) = 134300 кДж

Qобразования (CuCl2) = 111700 кДж

<img width=«192» height=«23» src=«ref-2_13226815-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">

Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и CuX2… При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl2 с примесью хлорида меди (I) CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты.

Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например: <img width=«147» height=«23» src=«ref-2_13227159-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">. Монохлорид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.

Оксид меди.

При прокаливании меди на воздухе она покрывается черным налетом, состоящим из оксида меди <img width=«128» height=«23» src=«ref-2_13227434-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">. Его также легко можно получить прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)2CO3 или нитрата меди (II) Cu(NO3)2. При нагревании с различными органическими веществами CuOокисляет их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород – в воду  восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

Под слоем меди расположен окисел розового цвета – закись меди Cu2O. Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: <img width=«129» height=«23» src=«ref-2_13227679-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">.

Закись меди используют при устройстве выпрямителей переменного тока, называемых купроксными. Для их приготовления пластинки меди нагревают до  1020-1050 0C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина, состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая пластинки некоторое время в азотной кислоте: <img width=«236» height=«24» src=«ref-2_13227931-532.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">.

Пластинку промывают, высушивают и прокаливают при невысокой температуре – и выпрямитель готов. Электроны могут проходить только от меди через закись меди. В обратном направлении электроны проходить не могут. Это объясняется тем, что закись меди обладает различной проводимостью. В слое закиси меди, который примыкает непосредственно к меди, имеется избыток электронов, и электрический ток проходит за счет электронов, т.е. существует электронная проводимость. В наружном слое закиси меди наблюдается нехватка электронов, что равноценно появлению положительных зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс источника тока, а к закиси меди – отрицательный, то электроны через систему не проходят. Электроны при таком положении полюсов движутся к положительному электроду, а положительные заряды – к отрицательному. Внутри слоя закиси возникает тончайший слой, лишенный носителей электрического тока, — запирающий слой. Когда же медь подключена к отрицательному полюсу, а закись меди к положительному, то движение электронов и положительных зарядов изменяется на обратное, и через систему проходит электрический ток. Так работает купроксный выпрямитель.[6,с.63]

Гидроксиды меди.

Гидроксид меди малорастворимое и нестойкое соединение. Получают его при действии щелочи на раствор соли: <img width=«252» height=«23» src=«ref-2_13228463-564.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">. Это ионная реакция и протекает она потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в осадок: <img width=«193» height=«25» src=«ref-2_13229027-448.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">

Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета, дает еще гидроксид меди (I) белого цвета: <img width=«217» height=«19» src=«ref-2_13229475-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">. Это нестойкое соединение, которое легко окисляется до гидроксида меди (II): <img width=«236» height=«24» src=«ref-2_13229826-519.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">.

Оба гидроксида меди обладают амфотерными свойствами. Например, гидроксид меди (II) хорошо растворим не только в кислотах, но и в концентрированных растворах щелочей: <img width=«237» height=«24» src=«ref-2_13230345-523.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">,   <img width=«239» height=«24» src=«ref-2_13230868-592.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">.

Таким образом, гидроксид меди (II) может диссоциировать и как основание: <img width=«180» height=«25» src=«ref-2_13231460-431.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> и как кислота. Этот тип диссоциации связан с присоединением меди гидроксильных групп воды: <img width=«241» height=«24» src=«ref-2_13231891-589.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">

Сульфаты.

Наибольшее практическое значение имеет CuSO4*5H2O, называемый медным купоросом. Его готовят растворением меди в концентрированной серной кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам и расположена в ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется: <img width=«260» height=«23» src=«ref-2_13232480-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">.

Медный купорос применяют при электролитическом получении меди, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, для получения других соединений меди.

Карбонаты.

Карбонаты для металлов подгруппы меди не характерны и в практике почти не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной карбонат меди, который встречается в природе.

Комплексообразование.

Характерное свойство двухзарядных ионов меди – их способность соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.

Качественные реакции на ионы меди.

Ион меди можно открыть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака. Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с образованием комплексного иона меди [Cu(NH3)4]2+: <img width=«311» height=«24» src=«ref-2_13232914-680.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">

Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.

Пример качественного анализа сплава меди.

Выводы:

Проведённый качественный анализ даёт основания считать, что в сплаве содержится медь, цинк, кадмий, железо, свинец. Таким образом этот сплав является латунью. [8]
6. Получение меди.

История получения меди.

Интересна история получения меди. Уже 5-6 тысяч лет до н.э. медная руда добывалась египетскими рабами в Нубии, на Синайском полуострове. Рудники, как пишет греческий историк Диодор Сицилийский (I век до н.э.), являлись собственностью фараонов. На каторжный труд в рудниках отправляли рабов и осужденных, зачастую вместе с семьями. В наиболее узкие штольни на обивку руды и ее вынос направляли детей. На поверхность руду доставляли в плетеных корзинках или кожаных мешках. Древнейшая медеплавильная печь найдена на Синайском полуострове. Она представляла яму, обнесенную круглой стеной толщиной в 1 метр. Печь имела внизу два поддувала. По составу шлака установили, что в этой печи выплавлялась медь. Изображение более совершенной печи было обнаружено на греческой вазе, которая датируется VI веком до н.э. Для улучшения литейных свойств меди греки добавляли в руду оловянный камень (двуокись олова) и получали оловянную бронзу.

Искусство получения меди и ее сплавов затем перешло к римлянам. Оловянную руду римляне доставали из Англии, которая в то время называлась Касситеридскими островами. Интересно отметить, что минерал – двуокись олова и по настоящее время называется касситеритом.

О методах получения меди в России дает представление небольшой, но обстоятельный труд М.В.Ломоносова “Основание металлургии” (1763 год), который сыграл исключительную роль в развитии металлургического производства. В этой же книги дано описание “сульфатизирующего обжига”. Он заключался в медленном окислении медной сульфидной руды до сульфата меди кислородом воздуха: <img width=«141» height=«23» src=«ref-2_13233594-273.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">    продолжение
--PAGE_BREAK--