Медь

Эта статья входит в число готовых статей
Эта статья прошла проверку экспертом
Материал из «Знание.Вики»
29 НикельМедьЦинк
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
29Cu
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 029 Copper.svg
Внешний вид простого вещества
Copper-rut321c.jpg
Самородок меди
Свойства атома
Имя, символ, номер Медь, 29
Тип группы Металл
Группа, период, блок 11, 4, Подгруппа меди
Атомная масса
(молярная масса)
63.546(3) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация 1s22s22p63s23p63d104s1
Радиус атома 128 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 132 [1] пм
Радиус Ван-дер-Ваальса 140 [2] пм
Радиус иона (+2) 73 (+1) 77 (для КЧ=6) пм
Электроотрицательность 1.90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал +0.337 В/ +0.521 В
Степени окисления 0, +1, +2, +3. +4
Энергия ионизации
(первый электрон)
745.0 (7.72) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Термодинамическая фаза Твердая
Плотность (при н. у.) 8.96 г/см³
Температура плавления 1356.55 K (1083.4 °С)
Температура кипения 2840.15 К (2567 °С)
Теплота плавления 13.01 кДж/моль
Теплота испарения 304.6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24.44 Дж/(K·моль)
Молярный объём 7.1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Гранецентрированная кубическая
Параметры решётки 3.615 Å
Температура Дебая 315 K
Атомный спектр меди

Медь (химический символ — Cu, от латинского Cuprum, английский — Copper) — химический элемент четвёртого периода, 11-й группы (в устаревшем короткопериодном варианте таблицы до 1989 года — побочной подгруппе первой группы, IB) четвёртого периода периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева[1].

Медь имеет порядковый номер 29 и является переходным 3d-элементом. В природе встречается в виде соединений и самородков. В чистом виде пластична, имеет розовый (красный) цвет, быстро окисляется в атмосфере, образуя на поверхности жёлтовато-красную оксидную плёнку. С древних времён медь использовалась человеком в чистом виде, и в форме сплавов. Входит в состав живых организмов (биогенный элемент)[1].

История

Медь цвета золота, но не золото

Кудрская поговорка
  • Латинское название меди Cuprum происходит от острова Кипр, где римляне производили добычу медной руды. Также использовалось латинское название Aes — в переводе «рудник». Происхождение названия меди в русском языке имеет несколько версий: 1) смида (название металла, древнегерманский язык) и Schmied (кузнец, Smith, английский язык), 2) μέταλλον (рудник/копь, древнегреческий язык)[2].
  • Благодаря распространению в природе в виде самородков, а также своей мягкости и ковкости медь была одним из первых материалов, обрабатывавшихся человеком с целью производства орудий. Позднее медь выделяли выплавкой из руд при относительно низких температурах (1083 oС).
  • Ранние находки оружия, щитов из меди и бронзы (сплав меди и олова) датируются VIII—VI веком до нашей эры (обнаружены на Алтае, в Сибири, Закавказье, Древней Греции, Египте и Риме). Благодаря вытеснению каменных орудий бронзой произошёл переход в Бронзовый век. Латунь (сплав меди и цинка) также широко использовалась.
  • Бронзу и латунь применяли для производства предметов роскоши, украшений и скульптур[3].

Элемент в периодической системе Д. И. Менделеева. Строение атома

Диаграмма расположения 3d-орбиталей меди(II) в октаэдрическом окружении

Медь находится в 11 группе четвёртого периода периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева и входит в подгруппу меди (вместе с серебром и золотом, монетные металлы)[1].

Валентными в атоме меди являются 3d и 4s-электроны. Характерной для полиэдров для меди является линейная (+1), плоскоквадратная (+1, +2), тетраэдрическая (+1, +2), тетрагонально-пирамидальная (+2), октаэдрическая (+2) геометрия. В октаэдрическом окружении связи с атомами в аксиальных положениях удлинены вследствие проявления в атоме меди(II) эффекта Яна-Теллера[4].

В состав природной меди входят два изотопа — 2963Cu (69.17 %) и изотопа 2965Cu (30.83 %). К настоящему моменту известно более 20 стабильных изотопов меди, имеющих массу от 52 до 80 а. е. м. (г/моль) и период полураспада от 75 нс до 61.83 ч[1].

Нахождение в природе

Среднее содержание меди в земной коре 4,7·10-3 % по массе. Большая часть меди (около 80 %) находится в земной коре в соединении с серой; около 15 % меди — в виде карбонатов, оксидов, силикатов, являющихся продуктами выветривания первичных сульфидных медных руд. Медь образует около 250 минералов. Известными являются: халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, ковеллин CuS, халькозин (медный блеск) Cu2S, борнит Cu5FeS4, куприт Cu2O, малахит CuCO3·Cu(OH)2, азурит CuCO3·2Cu(OH)2. Медь находится в морской воде 3·10-7 %, в речной — 1·10-7 %.

Среднее содержание меди в живых организмах 2·10-4 % по массе. В зонах влажного климата ионы меди выщелачиваются из кислых почв и наблюдается дефицит меди, а также связанные с ним болезни растений и животных. В степях и пустынях ионы меди малоподвижны[5].

Физические свойства

Медь — твёрдый металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Медь относительно легко поддается механической обработке. Температура плавления 1083,4оС, температура кипения 2567оС, плотность меди 8,92 г/см3.[6]

Химические свойства

В соединениях медь может проявлять степени окисления +1 и +2.

Медь — химически малоактивный металл. При нагревании может вступать в реакцию с некоторыми неметаллами: кислородом, серой, галогенами.

При нагревании медь реагирует с достаточно сильными окислителями, например, с кислородом, образуя CuО, Cu2О в зависимости от условий[6]:

4Cu + О2 → 2Cu2О

2Cu + О2 → 2CuО

Медь реагирует с серой с образованием сульфида меди (II):

Cu + S → CuS

Видеоопыт взаимодействия меди с серой можно посмотреть здесь.

Медь взаимодействует с галогенами. При этом образуются галогениды меди (II):

Cu + Cl2 = CuCl2

Сu + Br2 = CuBr2

Но, обратите внимание:

2Cu + I2 = 2CuI

Видеоопыт взаимодействия меди с хлором можно посмотреть здесь.

С азотом, углеродом и кремнием медь не реагирует:

Cu + N2

Cu + C ≠

Cu + Si ≠

Медь не взаимодействует с водородом.

Cu + H2

Медь взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

2Cu + O2 → 2CuO

Медь взаимодействует и со сложными веществами:

Медь в сухом воздухе и при комнатной температуре не окисляется, но во влажном воздухе, в присутствии оксида углерода (IV) покрывается зелёным налетом карбоната гидроксомеди (II):

2Cu + H2O + CO2 + O2 = (CuOH)2CO3

В ряду напряжений медь находится правее водорода и поэтому не может вытеснить водород из растворов минеральных кислот (разбавленной серной кислоты и др.).

Например, медь не реагирует с разбавленной серной кислотой:

Cu + H2SO4 (разб.) ≠

Видеоопыт взаимодействия меди с соляной кислотой можно посмотреть здесь.

При этом медь реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат меди (II) и вода:

Cu + 2H2SO4(конц.) → CuSO4 + SO2 + 2H2O

Медь реагирует даже при обычных условиях с азотной кислотой.

С концентрированной азотной кислотой:

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

С разбавленной азотной кислотой:

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

Растворы щелочей на медь практически не действуют.

Медь вытесняет металлы, стоящие правее в ряду напряжений, из растворов их солей.

Например, медь реагирует с нитратом ртути (II) с образованием нитрата меди (II) и ртути:

Hg(NO3)2 + Cu = Cu(NO3)2 + Hg

Медь окисляется оксидом азота (IV) и солями железа (III)

2Cu + NO2 = Cu2O + NO

2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2

Получение

Выделяют три основных способа получения меди[7]:

Пирометаллургический — при высоких температурах, в результате чего расплавленная масса разделяется на штейн-сплав и шлак-сплав.

Гидрометаллургический — основа данного метода состоит в получении меди с помощью определённых водных растворов. Минералы меди растворяют в разбавленной серной кислоте или аммиаке, из полученного раствора выделяют медь.

Электролизный — под действием электрического тока, путём выделения металла из раствора сульфата меди с содержанием свободной серной кислоты.

Применение

Использование меди в промышленности связано с её высокими тепло- и электропроводностью, пластичностью. До 50 % меди применяется в электротехнике, металл, содержащий не менее 99,99 % основного компонента. Высокие теплопроводность и антикоррозионные свойства позволяют изготавливать из меди детали теплообменников, криогенных установок, вакуумных аппаратов. Около 30 % меди применяют в виде сплавов. Около 10-12 % меди применяется для приготовления красок, инсектофунгицидов, микроудобрений, катализаторов окислительных процессов, в медицине, в кожевенной и меховой промышленности, в производстве искусственного шёлка[5].

Галерея

Примечания

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Дроздов А. А., Зломанов В. П., Мазо Г. Н., Спиридонов Ф. М. Неорганическая химия / под ред. Ю. Д. Третьякова. — М.,: Академия, 2007. — 400 с. — ISBN 5-7695-2533-9.
  2. Медь, Cuprum, Сu(29). chem.msu.ru. Дата обращения: 28 августа 2023.
  3. Трифонов Д. Н., Трифонов В. Д. Как были открыты химические элементы: пособие для учащихся. — М.,: Просвещение, 1980. — 224 с.
  4. Кукушкин Ю. Н. Химия координационных соединений. — М.: Высшая школа, 1985.
  5. 5,0 5,1 Медь. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 26 ноября 2024.
  6. 6,0 6,1 Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М..: Высшая школа, 2001. — 743 с.
  7. Производство меди. MANUFACTURERS.RU (8 февраля 2022). Дата обращения: 26 ноября 2024.

Ссылка