Медь химический элемент

---

МEДЬ

Медь (лат. Cuprum) – химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным – медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р. Хр. Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состаянии на поверхности земли, а с другой – сравнительной легкостью получения ее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откуда и название ее Cuprum. Особенно важна медь для электротехники.

По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из аллюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если в 19 в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому.

Химические и физические свойства элемента.

Медь – химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546. Температура плавления- 1083° C; температура кипения – 2595° C; плотность – 8,98 г/см³. По геохимической классификации В.М. Гольдшмидта, медь относится к халькофильным элементам с высоким сродством к S, Se, Te, занимающим восходящие части на кривой атомных объемов; они сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфиднооксидную оболочку.

Вернадским в первой половине 1930 г были проведены исследования изменения изотопного состава воды, входящего в состав разных минералов, и опыты по разделению изотопов под влиянием биогеохимических процессов, что и было подтверждено последующими тщательными исследованиями. Как элемент нечетный состоит из двух нечетных изотопов 63 и 65 На долю изотопа Cu (63) приходится 69,09%, процентное содержание изотопа Cu (65) – 30,91%. В соединениях медь проявляет валентность +1 и +2, известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди.

К валентности 1 относятся лишь глубинные соединения, первичные сульфиды и минерал куприт – Cu2O. Все остальные минералы, около сотни отвечают валентности два. Радиус одноволентной меди +0.96, этому отвечает и эк – 0,70. Величина атомного радиуса двухвалентной меди – 1,28; ионного радиуса 0,80.

Очень интересна величена потенциалов ионизации: для одного электрона – 7,69, для двух – 20,2. Обе цифры очень велики, особенно вторая, показывающая большую трудность отрыва наружных электронов. Одновалентная медь является равноквантовой и потому ведет к бесцветным солям и слабо окрашенным комплексам, тогда как разноквантовя двух валентная медь характеризуется окрашенностью солей в соединении с водой.

Медь – металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном. А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют.

Электроотрицательность атомов – способность при вступлении в соединения притягивать электроны. Электроотрицательность Cu²⁺ – 984 кДЖ/моль, Cu⁺ – 753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭО образуют ионную связь, а элементы с близкой ЭО – ковалентую. Сульфиды тяжелых металлов имеют промежуточную связь, с большей долей ковалентной связи ( ЭО у S-1571, Cu-984, Pb-733). Медь является амфотерным элементом – образует в земной коре катионы и анионы.

Минералы.

Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленности важны только 17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов, карбонатов, сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeS₂, ковеллин CuS, борнит Cu₅FeS₄, халькозин Cu₂S.

Окислы: тенорит, куприт. Карбонаты: малахит, азурит. Сульфаты: халькантит, брошантит. Сульфиды: ковеллин, халькозин, халькопирит, борнит.

Чистая медь – тягучии, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состаянии, так и в растворах.

Понижение окраски при повышении валентности видно из следующих двух примеров:

CuCl – белый, Cu₂O – красный, CuCl₂+H₂O – голубой, CuO – черный

Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем намечается интересный практический признак для поисков.

Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосоли и карбонаты (силикаты).

В сухом воздухе медь практически не окисляется, с водой не взаимодействует и является довольно инертным металлом.

1. Взаимодействие с неметаллами

   С кислородом в зависимости от температуры взаимодействия медь образует два оксида:

   при 400–500°С образуется оксид двухвалентной меди:

   2Cu + O₂ = 2CuO;

   при температуре выше 1000°С получается оксид меди (I):

   4Cu + O₂ = 2Cu₂O.

   Аналогично реагирует с серой:

   при 400°С образуется сульфид меди (II):

   Cu + S = CuS;

   при температуры выше 400°С получается сульфид меди (I):

   2Cu + S = Cu₂S.

   При нагревании с фтором, хлором, бромом образуются галогениды меди (II):

   Cu + Br₂ = CuBr₂;

   с йодом – образуется йодид меди (I):

   2Cu + I₂ = 2CuI.

   Медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом и кремнием.

2. Взаимодействие с кислотами

   В электрохимическом ряду напряжений металлов медь расположена после водорода, поэтому она не взаимодействует с растворами разбавленной соляной и серной кислот и щелочей.

   Растворяется в разбавленной азотной кислоте с образованием нитрата меди (II) и оксида азота (II):

   3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

   Реагирует с концентрированными растворами серной и азотной кислот с образованием солей меди (II) и продуктов восстановления кислот:

   Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O;

   Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

   С концентрированной соляной кислотой медь реагирует с образованием трихлорокупрата (II) водорода:

   Cu + 3HCl = H[CuCl₃] + H₂.

3. Взаимодействие с аммиаком

   Медь растворяется в водном растворе аммиака в присутствии кислорода воздуха с образованием гидроксида тетраамминмеди (II):

   2Cu + 8NH₃ + 2H₂O + O₂ = 2[Cu(NH₃)₄](OH)₂.

4. Восстановительные свойства

   Медь окисляется оксидом азота (IV) и хлоридом железа (III):

   2Cu + NO₂ = Cu₂O + NO;

   Cu + 2FeCl₃ = CuCl₂ + 2FeCl₂.