Ключевые слова: медь, нахождение меди в природе, получение меди, физические свойства меди, сплавы. меди, химические свойства меди.
Медь (Cuprum), Си — химический элемент побочной подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Латинское название происходит от острова Кипр, где древние греки добывали медную руду. Порядковый номер 29, атомная масса меди 63,54. Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов 63Cu (69,1%) и 65Cu (30,9%). Путем бомбардировки никеля протонами или ядрами дейтерия искусственно получают радиоактивные изотопы меди 6lCu и 64Си с периодами полураспада 3,3 и 12,8 часов соответственно. Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и используются в качестве меченых атомов. В химическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементами главной подгруппы VIII группы и щелочными элементами I группы периодической системы.
НАХОЖДЕНИЕ МЕДИ В ПРИРОДЕ
Содержание меди в земной коре составляет около 0,01%. Она встречается в свободном состоянии в виде самородков, достигающих значительных размеров (до нескольких тонн). Однако руды самородной меди сравнительно мало распространены, и в настоящее время из них добывается не более 5% меди от общей ее мировой добычи. Медь является халькофильным элементом. До 80% ее присутствует в земной коре в виде соединений с серой. Около 15% меди находится в виде карбонатов, силикатов, оксидов, являющихся продуктами выветривания первичных сульфидных медных руд.Медь образует до 240 минералов, однако лишь около 40 имеют промышленное значение .Различают сульфидные и окисленные руды меди. Промышленное значение имеют сульфидные руды, из которых наиболее широко используется медный колчедан (халькопирит) CuFeS2. В природе он встречается главным образом в смеси с железным колчеданом FeS2 и пустой породой, состоящей из оксидов кремния, алюминия, кальция . Часто сульфидные руды содержат примеси благородных металлов (золота, серебра), цветных и редких металлов ( цинка, свинца, никеля, кобальта, молибдена ) и рассеянных элементов (германий).Содержание меди в руде обычно составляет 1—5%, но благодаря технологии флотации, ее можно обогащать, получая концентрат, содержащий 20% меди и более . Наиболее крупные запасы медных руд в России сосредоточены главным образом на Урале, в Казахстане и Средней Азии, за рубежом — в Африке (Катанта, Замбия), Америке (Чили, США, Канада).
ПОЛУЧЕНИЕ МЕДИ
Руды и получаемые из них путем механического обогащения концентраты перерабатывают на медь пирометаллургическим и гидрометаллургическим методами . Первый из них применяется преимущественно для переработки сернистых руд. Вторым методом, получившим небольшое распространение, перерабатывают окисленные и смешанные бедные руды, содержащие около 1% меди.Пирометаллургический метод заключается в обжиге концентратов, плавке полученного огарка на штейн (сплав сульфидов меди и железа), продувке штейна в конвертере с получением черновой меди (содержащей около 5% примесей), рафинировании последних огневым процессом или электролизом для получения чистой меди. Гидрометаллургический метод получения меди заключается в извлечении ее из руд различными растворителями с последующим выделением металла из растворов электролизом или посредством вытеснения его железом в виде цементной меди. Иногда медь выделяют в виде оксида.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ
Техническая медь — металл красного, в изломе розового цвета, при просвечивании в тонких слоях — зеленовато-голубой. Имеет гранецентрированную кубическую решетку, плотность 8,96 кг/м3 (20°С). Медь — вязкий, мягкий и ковкий металл, уступающий только серебру высокими теплопроводностью и электропроводностью. Эти качества, а также пластичность и сопротивление коррозии обусловили широкое применение меди в промышленности.
СПЛАВЫ МЕДИ
Небольшие примеси висмута (0,001%*) и свинца (0,01%) делают медь ломкой, а примесь серы вызывает хрупкость на холоду .С металлами медь образует различные сплавы. В двухкомпонентных медных сплавах с Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и др. легирующий элемент входит в твердый раствор замещения на основе Си, а также может образовывать электронные соединения, характеризующиеся определенной электронной концентрацией. В многокомпонентных сплавах часто присутствуют сложные металлические соединения точно неустановленного состава. Легирующие элементы вводят в медь для повышения прочности и твердости, улучшения антифрикционных свойств и стойкости против коррозии и для получения сплавов с заданными физическими свойствами. Медные сплавы делят на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы .
Латунями называют сплавы меди и цинка. Медь может растворять цинк в любом количестве. При добавлении к меди до 45—47% Zn увеличивается предел прочности сплава при растяжении; дальнейшее увеличение содержания цинка вызывает снижение предела прочности. Вязкость (пластичность) сплава возрастает при добавлении к меди до 30—32% Zn, а затем уменьшается, достигая очень малой величины при содержании 47—50% Zn.
Ковкая латунь (мунц-металл) содержит 60% Си и 40% Zn, томпак — 90—80% Си и 10—20% Zn. Состав специальных латуней: алюминиевая (66—68% Си, ~3% А1, ~30% Zn), марганцовисто-свинцовая (57—60% Си, 1,5—2,5% РЬ; 1,5—2,5% Мп, -38% Zn).
Бронзами называют сплавы меди с оловом. В присутствии олова улучшаются механические свойства меди, бронзы обладают хорошими литейными свойствами. Обычно содержание олова не превышает 10%. Алюминиевая бронза содержит 82—90% Си, 4—10% Al, 1—6% Fe + Si; кремнеоловянная бронза — 99,94% Си, по 0,03% Sn и Si.
Сплавы меди с никелем. Никель сильно повышает твердость меди. Сплав 50% Си и 50% Ni обладает наибольшей твердостью. Кроме высокой твердости, эти сплавы обладают пониженной электропроводностью, вследствие чего употребляются в электротехнике .
Хорошие механические свойства, высокая стойкость против коррозии во многих средах, ценные физические свойства в сочетании с простотой плавки, литья и обработки давлением обусловили широкое применение медных сплавов в многочисленных отраслях техники: в авиа-, авто-, судостроении, химической промышленности, станкостроении, электротехнике, приборостроении, в производстве паровой и водяной арматуры, посуды, художественных и других изделий.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ
Медь — электроположительный металл. Медь вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами и не растворяется в кислотах, не являющихся окислителями. Медь растворяется в азотной кислоте с образованием (Си(NOз)2 и оксидов азота, в горячей конц. H2SO4 — с образованием CuSO4 и SO2. В нагретой разбавленной H2SO4 медь растворяется только при продувании через раствор воздуха .Химическая активность меди невелика, при температурах ниже 185°С с сухим воздухом и кислородом не реагирует. В присутствии влаги и СО2 на поверхности меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании меди на воздухе идет поверхностное окисление; ниже 375°С образуется СиО, а в интервале 375—1100°С при неполном окислении меди — двухслойная окалина (СиО + СuО). Влажный хлор взаимодействует с медью уже при комнатной температуре, образуя хлорид меди(II), хорошо растворимый в воде. Медь реагирует и с другими галогенами. Особое сродство проявляет медь к сере: в парах серы она горит. С водородом, азотом, углеродом медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твердой меди незначительна и при 400°С составляет 0,06 г в 100 г меди. Присутствие водорода в меди резко ухудшает ее механические свойства (так называемая «водородная болезнь»). При пропускании аммиака над раскаленной медью образуется Cu2N. Уже при температуре каления медь подвергается воздействию оксидов азота: N2O и NO взаимодействуют с образованием СuО, a NO2 — с образованием СиО. Карбиды Cu2C2 и СuС2 могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей меди. Оксид меди(I) Си2O красного цвета, незначительно растворяется в воде. При взаимодействии сильных щелочей с солями меди(I) выпадает желтый осадок, переходящий при нагревании в осадок красного цвета, по-видимому Сu2О. Гидроксид меди(I) обладает слабыми основными свойствами, он немного растворим в концентрированных растворах щелочей.
Реакции с медью(взаимодействие меди)
На химический анализ сточных вод для декларации действует
