Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КУПРУМ».
По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.
Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой – бронзы.
Что представляет собой
Медь – это розоватый металл с золотисто-металлическим блеском. Элемент №29 периодической системы Менделеева. Международное обозначение – Cu (Cuprum).
Чистый металл мягок, поэтому чаще используется с примесями. Пластичен: вытягивается до микронных диаметров.
На воздухе покрывается пленкой, обретая желтовато-красный оттенок. Тонкие пластинки на просвет зеленовато-голубые.
По официальной классификации причислен к тяжелым цветным металлам. В эту же группу входят свинец, цинк, олово, никель.
Медная руда: свойства и характеристики
Медь — пластичный элемент золотисто-розового оттенка. На открытом воздухе металл сразу покрывается кислородной пленкой, которая придает ему специфический красно-желтый цвет.
Характерные свойства: коррозийная устойчивость, высокая тепло- и электропроводность.
При этом элемент отличается высокими антибактериальными свойствами, уничтожает вирусы гриппа и стафилококки.
В промышленном комплексе чаще всего медь используется в сплавах с другими компонентами: никелем, цинком, оловом, золотом и т.д.
История
Медь – один из первых металлов, с которыми имело дело человечество. Этому способствовали преимущества: большая распространенность, доступность, относительно низкая температура плавления.
Достоинства меди люди оценили восемь тысячелетий назад.
Медный век начался сразу после каменного:
- Древнейшими признаны медные артефакты, откопанные на территории современной Турции. Это бусинки и декоративные накладки.
- Из металла делали режущий инструментарий и посуду.
- История открытия медных рудников на Руси начинается на Урале за две тысячи лет до новой эры. Затем были Кавказ, Алтай, Сибирь.
- Промышленная переработка с использованием бронзы началась в XIV веке. Из сплава отливали пушки и колокола.
Из бронзы отлиты Царь-колокол и Царь-пушка.
Предполагается, что металл назван по имени острова Кипр. Здесь еще в III веке до нашей эры обнаружились медные залежи, а население освоило выплавку меди.
Происхождение русскоязычного термина медь «Этимологический словарь русского языка» М.Фасмера увязывает с древненемецким корнем smid – кузнец, металл.
Добыча медных руд в мире
Медные рудники не сосредоточены в определенных географических зонах, а обнаружены в разных странах. В Америке в штатах Невада и Аризона разрабатывают месторождения халькозина. На Кубе распространены залежи оксида меди — куприта. В Перу ведется добыча хлорида меди.
Источников обогащенных руд в мире почти не осталось, медь добывается уже несколько сотен лет, поэтому все богатые рудники давно уже разработаны. В промышленности приходится применять низкосортные минералы (до 0,5% меди).
Интересно! По объёму мирового производства, медь находится на третьем месте после железа и алюминия.
Страны лидеры по запасам и добыче медной руды
В список стран, богатых медными рудами, входят: Чили, Америка, Китай, Казахстан, Польша, Индонезия, Замбия. Доля РФ в мировой добыче руды составляет 9% (это третье место после Чили и США). По запасам минерала лидирует Чили, в которой находится 33% от мирового объема меди.
Самыми крупными рудниками считаются:
- Рудник Чукикамата (Чили). Разработки ведутся более 100 лет, в течение этого периоды было разработано 26 млн. тонн металла;
Карьер Чукикамата (Чили)
- Рудник Эскондида (Чили). Добыча осуществляется с 1990 года;
Карьер Эскондида (Чили)
- Рудник Грасберг (Индонезия).
Карьер Грасберг (Индонезия)
Недавно были обнаружены крупные рудники в Перу (Антамина), в Бразилии (Салобу), Казахстане (Нурказган).
Эксперты утверждают, что объем экономически рентабельной меди составляет более 400 млн. тонн. по всему миру.
Запасы, добыча
Глобальные объемы медной руды оцениваются в миллиард тонн (разведанные). Наличие половины подтверждено. Ученые полагают, что земная кора таит еще три миллиарда тонн меденосной руды.
Самородная медь
Богатыми запасами располагают страны на всех континентах:
- Америка – Чили, Канада, США.
- Азия – Казахстан, Иран.
- Африка – ЮАР, Замбия, Заир.
На Россию приходится 3% мировых запасов. Месторождения сосредоточены на Урале. Основной добытчик – концерн «Норильский никель».
Руду добывают открытым либо закрытым способом, в зависимости от глубины залегания.
Ежегодный мировой объем добычи руды – 15-20 млн. тонн.
МЕДЬ
МЕДЬ
– элемент 11 группы Периодической системы, плотность 8,9 г см–3, один из первых металлов, ставших известными человеку. Считают, что медь начали использовать около 5000 до н.э. В природе медь изредка встречается в виде металла. Из медных самородков, возможно, с помощью каменных топоров, были изготовлены первые металлические орудия труда. У индейцев, живших на его берегах оз. Верхнее (Сев. Америка), где есть очень чистая самородная медь, способы ее холодной обработки были известны до времен Колумба.
Также по теме:
МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ
Около 3500 до н.э. на Ближнем Востоке медь научились извлекать из руд, ее получали восстановлением углем. Медные рудники были и в Древнем Египте. Известно, что глыбы для знаменитой пирамиды Хеопса обрабатывали медным инструментом.
К 3000 до н.э. в Индии, Месопотамии и Греции для выплавки более твердой бронзы в медь стали добавлять олово. Открытие бронзы могло произойти случайно, однако ее преимущества по сравнению с чистой медью быстро вывели этот сплав на первое место. Так начался «бронзовый век».
Также по теме:
МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ
Изделия из бронзы были у ассирийцев, египтян, индусов и других народов древности. Однако цельные бронзовые статуи древние мастера научились отливать не раньше 5 в. до н.э. Около 290 до н.э. Харесом в честь бога солнца Гелиоса был создан Колосс Родосский. Он имел высоту 32 м и стоял над входом во внутреннюю гавань древнего порта острова Родоса в восточной части Эгейского моря. Гигантская бронзовая статуя была разрушена землетрясением в 223 н.э. (см. также
СЕМЬ ЧУДЕС СВЕТА).
Предки древних славян, жившие в бассейне Дона и в Приднепровье, применяли медь для изготовления оружия, украшений и предметов домашнего обихода. Русское слово «медь», по мнению некоторых исследователей, произошло от слова «мида», которое у древних племен, населявших Восточную Европу, обозначало металл вообще.
Символ Cu происходит от латинского aes cyproum (позднее, Cuprum), так как на Кипре (Cyprus) находились медные рудники древних римлян.
Относительное содержание меди в земной коре составляет 6,8·10–3%. Самородная медь встречается очень редко. Обычно элемент находится в виде сульфида, оксида или карбоната. Важнейшими рудами меди являются халькопирит CuFeS2, который, по оценкам, составляет около 50% всех месторождений этого элемента, медный блеск (халькоцит) Cu2S, куприт Cu2O и малахит Cu2CO3(OH)2. Большие месторождения медных руд найдены в различных частях Северной и Южной Америк, в Африке и на территории нашей страны. В 18–19 вв. близ Онежского озера добывали самородную медь, которую отправляли на монетный двор в Петербург. Открытие промышленных месторождений меди на Урале и в Сибири связано с именем Никиты Демидова. Именно он по указу Петра I в 1704 начал чеканить медные деньги.
Богатые месторождения меди давно выработаны. Сегодня почти весь металл добывается из низкосортных руд, содержащих не более 1% меди. Некоторые оксидные руды меди могут быть восстановлены непосредственно до металла нагреванием с коксом. Однако большая часть меди производится из железосодержащих сульфидных руд, что требует более сложной переработки. Эти руды сравнительно бедные, и экономический эффект при их эксплуатации может обеспечиваться лишь ростом масштабов добычи. Руду обычно добывают в огромных карьерах, где используются экскаваторы с ковшами до 25 м3 и грузовики грузоподъемностью до 250 т. Сырье размалывают и концентрируют (до содержания меди 15–20%) с использованием пенной флотации, при этом серьезной проблемой является сброс многих миллионов тонн тонко измельченных отходов в окружающую среду (см
. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ). К концентрату добавляют кремнезем, а затем смесь нагревают в отражательных печах (доменные печи для тонко измельченной руды неудобны) до температуры 1400° С, при которой она плавится. Суммарное уравнение протекающих реакций можно представать в виде:
2CuFeS2 + 5O2 + 2SiO2 = 2Cu + 2FeSiO3 + 4SO2
Cu+I + 1e– = Cu0 |
FeIII + 1e– = FeII | –10e–
2S–II – 12e– = 2SIV |
O2 + 4e– = 2O–II
Большую часть полученной черновой меди очищают электрохимическим методом, отливая из нее аноды, которые затем подвешивают в подкисленном растворе сульфата меди CuSO4, а катоды покрывают листами очищенной меди. В процессе электролиза чистая медь осаждается на катодах, а примеси собираются около анодов в виде анодного шлама, который является ценным источником серебра, золота и других драгоценных металлов.
Около 1/3 используемой меди представляет собой вторичную медь, выплавленную из лома. Годовое производство нового металла составляет около 8 млн. т. Лидируют по производству меди Чили (22%), США (20%), СНГ (9%), Канада (7,5%), Китай (7,5%) и Замбия (5%).
Главное применение металла – в качестве проводника электрического тока. Кроме того, медь используется в монетных сплавах, поэтому ее часто называют «монетным металлом». Она также входит в состав традиционных бронзы (сплавы меди с 7–10% олова) и латуни (сплав меди с цинком) и специальных сплавов, таких как монель (сплав никеля с медью). Металлообрабатывающий инструмент из медных сплавов не искрит и может использоваться во взрывоопасных цехах. Сплавы на основе меди служат для изготовления духовых инструментов и колоколов.
В виде простого вещества медь обладает характерной красноватой окраской. Медь металл мягкий и пластичный. По электро- и теплопроводности медь уступает только серебру. Металлическая медь, как и серебро, обладает антибактериальными свойствами.
Медь устойчива в чистом сухом воздухе при комнатной температуре, однако при температуре красного каления образует оксиды. Она реагирует также с серой и галогенами. В атмосфере, содержащей соединения серы, медь покрывается зеленой пленкой основного сульфата. В электрохимическом ряду напряжений медь находится правее водорода, поэтому она практически не взаимодействует с неокисляющими кислотами. Металл растворяется в горячей концентрированной серной кислоте, а также в разбавленной и концентрированной азотной кислоте. Кроме того, медь можно перевести в раствор действием водных растворов цианидов или аммиака:
2Cu + 8NH3·H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2 + 6H2O
В соответствии с положением меди в Периодической системе, ее единственная устойчивая степень окисления должна быть (+I), но это не так. Медь способны принимать более высокие степени окисления, причем наиболее устойчивой, особенно в водных растворах, является степень окисления (+II). В биохимических реакциях переноса электрона, возможно, участвует медь(III). Эта степень окисления редко встречается и очень легко понижается под действием даже слабых восстановителей. Известно несколько соединений меди(+IV).
При нагревании металла на воздухе или в кислороде образуются оксиды меди: желтый или красный Cu2O и черный CuO. Повышение температуры способствует образованию преимущественно оксида меди(I) Cu2O. В лаборатории этот оксид удобно получать восстановлением щелочного раствора соли меди(II) глюкозой, гидразином или гидроксиламином:
2CuSO4 + 2NH2OH + 4NaOH = Cu2O + N2 + 2Na2SO4 + 5H2O
Эта реакция – основа чувствительного теста Фелинга на сахара и другие восстановители. К испытываемому веществу добавляют раствор соли меди(II) в щелочном растворе. Если вещество является восстановителем, появляется характерный красный осадок.
Поскольку катион Cu+ в водном растворе неустойчив, при действии кислот на Cu2O происходит либо дисмутация, либо комплексообразование:
Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O
Cu2O + 4HCl = 2 H[CuCl2] + H2O
Оксид Cu2O заметно взаимодействует со щелочами. При этом образуется комплекс:
Cu2O + 2NaOH + H2O 2Na[Cu(OH)2]
Для получения оксида меди(II) CuO лучше всего использовать разложение нитрата или основного карбоната меди(II):
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
(CuOH)2CO3 = 2CuO + CO2 + H2O
Оксиды меди не растворимы в воде и не реагируют с ней. Единственный гидроксид меди Cu(OH)2 обычно получают добавлением щелочи к водному раствору соли меди(II). Бледно-голубой осадок гидроксида меди(II), проявляющий амфотерные свойства (способность химических соединений проявлять либо основные, либо кислотные свойства), можно растворить не только в кислотах, но и в концентрированных щелочах. При этом образуются темно-синие растворы, содержащие частицы типа [Cu(OH)4]2–. Гидроксид меди(II) растворяется также в растворе аммиака:
Cu(OH)2 + 4NH3.H2O = [Cu(NH3)4](OH)2 + 4H2O
Гидроксид меди(II) термически неустойчив и при нагревании разлагается:
Cu(OH)2 = CuO + H2O
Есть сведения о существовании темно-красного оксида Cu2O3, образующегося при действии K2S2O8 на Cu(OH)2. Он является сильным окислителем, при нагревании до 400° С разлагается на CuO и О2.
Большой интерес к химии оксидов меди в последние два десятилетия связан с получением высокотемпературных сверхпроводников, из которых наиболее известен YBa2Cu3O7. В 1987 было показано, что при температуре жидкого азота это соединение является сверхпроводником. Главные проблемы, препятствующие его широкомасштабному практическому применению, лежат в области обработки материала. Сейчас наиболее перспективным считается изготовление тонких пленок.
Многие из халькогенидов меди – нестехиометрические соединения. Сульфид меди(I) Cu2S образуется при сильном нагревании меди в парах серы или в среде сероводорода. При пропускании сероводорода через водные растворы, содержащие катионы Cu2+, выделяется коллоидный осадок состава CuS. Однако, CuS – не простое соединение меди(II). Оно содержит группу S2 и лучше описывается формулой CuI2CuII(S2)S. Селениды и теллуриды меди проявляют металлические свойства, а CuSe2, CuTe2, CuS и CuS2 при низких температурах являются сверхпроводниками.
При нагревании меди с галогенами можно синтезировать безводные дифторид, дихлорид и дибромид. Растворы галогенидов меди(II) удобнее получать взаимодействием металла, его оксида, гидроксида или карбоната с соответствующей галогеноводородной кислотой. Из водных растворов всегда выделяются кристаллогидраты.
Попытки получить иодид меди(II) приводят к образованию иодида меди(I) CuI:
2Cu2+ + 4I– = 2CuI + I2
При этом раствор и осадок окрашиваются в бурый цвет за счет присутствия иода. Образовавшийся иод можно удалить действием тиосульфат-иона:
I2 + 2SO3S2– = 2I– + S4O62–
Однако при добавлении избытка тиосульфат-иона иодид меди(I) растворяется:
CuI + 2SO3S2– = [Cu(SO3S)2]3– + I–
Точно так же попытки получить цианид меди(II) приводят к образованию CuCN. С другой стороны, с электроотрицательным фтором не удается получить соль меди(I). Три других галогенида меди(I), представляющие собой белые нерастворимые соединения, осаждаются из водных растворов при восстановлении галогенидов меди(II).
В водных растворах бесцветный ион меди(I) очень неустойчив и диспропорционирует
2CuI CuII + Cu(р)
Возможно, причиной этого является размер атома. Ион CuII меньше, чем CuI, и, имея вдвое больший заряд, намного сильнее взаимодействует с водой (теплоты гидратации составляют ~2100 и ~580 кДж моль–1, соответственно). Разница является существенной, так как она перевешивает вторую энергию ионизации для меди. Это делает ион CuII более стабильным в водном растворе (и ионных твердых веществах), чем CuI, несмотря на устойчивую конфигурацию d10 последнего. Тем не менее, CuI может стабилизироваться в соединениях с очень низкой растворимостью или за счет комплексообразования. Комплексы легко образуются в водном растворе при взаимодействии Cu2O с соответствующими лигандами. В водных растворах хлоро- и амминкомплексы меди(I) медленно окисляются кислородом воздуха до соответствующих соединений меди(II).
Катион меди(II), напротив, в водном растворе вполне устойчив. Соли меди(II), в основном, растворимы в воде. Голубой цвет их растворов связан с образованием иона [Cu(H2O)4]2+. Они часто кристаллизуются в виде гидратов. Водные растворы в небольшой степени подвержены гидролизу и из них часто осаждаются основные соли. Основный карбонат есть в природе – это минерал малахит, основные сульфаты и хлориды образуются при атмосферной коррозии меди, а основный ацетат (ярь-медянка) используется в качестве пигмента.
Ярь-медянка известна со времен Плиния Старшего (23–79 н.э.). В русских аптеках ее начали получать в начале 17 в. В зависимости от способа получения она может быть зеленого или голубого цвета. Ею были окрашены стены царских палат в Коломенском в Москве.
Наиболее известную простую соль – пентагидрат сульфата меди(II) CuSO4·5H2O – часто называют медным купоросом. Слово купорос, по-видимому, происходит от латинского Cipri Rosa – роза Кипра. В Росси медный купорос называли синим, кипрским, затем турецким. То, что купорос содержит медь, было впервые установлено в 1644 Ван Гельмонтом. В 1848 Р.Глаубер впервые получил медный купорос из меди и серной кислоты. Сульфат меди широко используется в электролитических процессах, при очистке воды, для защиты растений. Он является исходным веществом для получения многих других соединений меди.
Тетрааммины легко образуются при добавлении аммиака к водным растворам меди(II) до полного растворения первоначально выпавшего осадка. Темно-синие растворы тетраамминов меди растворяют целлюлозу, которую можно вновь осадить при подкислении, что используется в одном из процессов для получения вискозы. Приливание этанола к раствору вызывает осаждение [Cu(NH3)4]SO4·H2O. Перекристаллизация тетраамминов из концентрированного раствора аммиака приводит к образованию фиолетово-синих пентаамминов, однако пятая молекула NH3 легко теряется. Гексааммины можно получить только в жидком аммиаке, и их хранят в атмосфере аммиака.
Медь(II) образует плоско-квадратный комплекс с макроциклическим лигандом фталоцианином. Его производные используются для получения ряда пигментов от синего до зеленого, которые устойчивы вплоть до 500° С и широко используются в чернилах, красках, пластиках и даже в цветных цементах.
Медь имеет важное биологическое значение. Ее окислительно-восстановительные превращения участвуют в различных биохимических процессах растительного и животного мира.
Высшие растения легко переносят сравнительно большое поступление соединений меди из внешней среды, низшие же организмы, наоборот, чрезвычайно чувствительны к этому элементу. Самые незначительные следы соединений меди их уничтожают, поэтому растворы сульфата меди или их смеси с гидроксидом кальция (бордосская жидкость) применяют как противогрибковые средства.
Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержатся в телах осьминогов, устриц и других моллюсков. В их крови она играет ту же роль, что железо в крови других животных. В составе белка гемоцианина она участвует в переносе кислорода. Неокисленный гемоцианин бесцветен, а в окисленном состоянии он приобретает голубовато-синюю окраску. Поэтому не зря говорят, что у осьминогов – голубая кровь.
Организм взрослого человека содержит около 100 мг меди, сосредоточенной, в основном, в белках, только содержание железа и цинка выше. Ежедневная потребность человека в меди составляет около 3–5 мг. Дефицит меди проявляется в анемии, однако избыток меди также опасен для здоровья.
Елена Савинкина
Физико-химические параметры
Медь – металл с типичными внешними признаками (блеск, гладкость) и структурой кристаллической решетки. Наделена высокой электро- и теплопроводностью. По этим физическим свойствам вторая после серебра.
| Название, символ, номер | Медь/Cuprum (Cu), 29 |
| Атомная масса (молярная масса) | 63,546(3)а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d10 4s1 |
| Радиус атома | 128 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 117 пм |
| Радиус иона | (+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм |
| Электроотрицательность | 1,90 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | +0,337 В/ +0,521 В |
| Степени окисления | 3, 2, 1, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 745,0 (7,72) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 8,92 г/см³ |
| Температура плавления | 1356,55 K (1083,4 °С) |
| Температура кипения | 2567 °С |
| Уд. теплота плавления | 13,01 кДж/моль |
| Уд. 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 | кубическая гранецентрированая |
| Параметры решётки | 3,615 Å |
| Температура Дебая | 315 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 401 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-50-8 |
Главное химическое свойство металла, оцененное человеком, – нулевая коррозийность. Медь химически малоактивна, при стандартных условиях не окисляется.
Физические свойства меди:
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность* | 8,96 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 8,02 г/см3 (при температуре плавления 1084,62 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 7,962 г/см3 (при 1127 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 7,881 г/см3 (при 1227 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 7,799 г/см3 (при 1327 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 7,471 г/см3 (при 1727 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 7,307 г/см3 (при 1927 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 7,225 г/см3 (при 2027 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 7,102 г/см3 (при 2177 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) |
| 402 | Температура плавления* | 1084,62 °C (1357,77 K, 1984,32 °F) |
| 403 | Температура кипения* | 2562 °C (2835 K, 4643 °F) |
| 404 | Температура сублимации | |
| 405 | Температура разложения | |
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 13,26 кДж/моль |
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 300,4 кДж/моль |
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 0,384 Дж/г·K (при 20 °C) |
| 410 | Молярная теплоёмкость | 24,44 Дж/(K·моль) |
| 411 | Молярный объём | 7,12399 см³/моль |
| 412 | Теплопроводность | 401 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 401 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 413 | Коэффициент теплового расширения | 16,5 мкм/(М·К) (при 25 °С) |
| 414 | Коэффициент температуропроводности | |
| 415 | Критическая температура | |
| 416 | Критическое давление | |
| 417 | Критическая плотность | |
| 418 | Тройная точка | |
| 419 | Давление паров (мм.рт.ст.) | 0,000000001 мм.рт.ст. (при 672°C), 0,00000001 мм.рт.ст. (при 727°C), 0,0000001 мм.рт.ст. (при 787°C), 0,000001 мм.рт.ст. (при 857°C), 0,00001 мм.рт.ст. (при 934°C), 0,0001 мм.рт.ст. (при 1025°C), 0,001 мм.рт.ст. (при 1133°C), 0,01 мм.рт.ст. (при 1264°C), 0,1 мм.рт.ст. (при 1419°C), 1 мм.рт.ст. (при 1617°C), 10 мм.рт.ст. (при 1910°C), 100 мм.рт.ст. (при 2312°C) |
| 420 | Давление паров (Па) | 1 Па (при 1509 K), 10 Па (при 1661 K), 100 Па (при 1850 K), 1 кПа (при 2089 K), 10 кПа (при 2404 K), 100 кПа (при 2834 K) |
| 421 | Стандартная энтальпия образования ΔH | 0 кДж/моль (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело), 338 кДж/моль (при 298 К, для состояния вещества – газ) |
| 422 | Стандартная энергия Гиббса образования ΔG | 0 кДж/моль (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело) |
| 423 | Стандартная энтропия вещества S | 33,15 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело), 166,3 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – газ) |
| 424 | Стандартная мольная теплоемкость Cp | 24,4 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело), 20,8 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – газ) |
| 425 | Энтальпия диссоциации ΔHдисс | |
| 426 | Диэлектрическая проницаемость | |
| 427 | Магнитный тип | Диамагнитный материал |
| 428 | Точка Кюри | |
| 429 | Объемная магнитная восприимчивость | -9,63·10-6 |
| 430 | Удельная магнитная восприимчивость | -1,08·10-9 |
| 431 | Молярная магнитная восприимчивость | -5,46·10-6 см3/моль |
| 432 | Электрический тип | Проводник |
| 433 | Электропроводность в твердой фазе | 59,0·106 См/м |
| 434 | Удельное электрическое сопротивление | 16,78 нОм·м (при 20 °C) |
| 435 | Сверхпроводимость при температуре | |
| 436 | Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости | |
| 437 | Запрещенная зона | |
| 438 | Концентрация носителей заряда | |
| 439 | Твёрдость по Моосу | 3,0 |
| 440 | Твёрдость по Бринеллю | 235-878 МПа |
| 441 | Твёрдость по Виккерсу | 343-369 МПа |
| 442 | Скорость звука | 3810 м/с (при 20 °C) (тонкий отожженный стержень) |
| 443 | Поверхностное натяжение | 1120 мН/м (при 1140 °C) |
| 444 | Динамическая вязкость газов и жидкостей | 3,33 мПа·с (при 1100 °C), 3,12 мПа·с (при 1200 °C), 1,96 мПа·с (при 1677 °C) |
| 445 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | |
| 446 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных | |
| 446 | Предел прочности на растяжение | |
| 447 | Предел текучести | |
| 448 | Предел удлинения | |
| 449 | Модуль Юнга | 110-128 ГПа |
| 450 | Модуль сдвига | 48 ГПа |
| 451 | Объемный модуль упругости | 140 ГПа |
| 452 | Коэффициент Пуассона | 0,34 |
| 453 | Коэффициент преломления |
Медь в природе
В природе выявлено два проявления элемента – самородки и компонент соединений с другими элементами.
Самородок меди
Чаще это соединения: оксиды, сульфиды, гидрокарбонаты. Самое распространенное сырье – медный колчедан.
Медь придает глубокие синие, голубые, зеленоватые оттенки малахиту, бирюзе, хризоколле, другим минералам ювелирно-декоративного сегмента.
Способы получения
Содержание металла в рудах не превышает 2%. Поэтому перед плавкой их обогащают. Существует два способа получения меди: пиро- и гидрометаллургический.
Пирометаллургический
Многоуровневый процесс, включающий следующие этапы:
- Обогащение. Руды обогащают методом флотации. Взвешенные в воде медные частички «цепляются» к воздушным пузырькам, которые увлекают их на поверхность. На выходе получается порошок-концентрат с 12-36% меди.
- Обжиг. Процедура показана бедным (9-24% меди) медным рудам и кон серой. При прокаливании с кислородом доля серы падает вдвое.
- Плавка. Кусками руды или порошком-концентратом загружают печи шахтного либо отражательного типа при 1452°С. Получают медный штейн.
- Продувка. В конвертерах на него воздействуют сжатым воздухом. Сульфиды и железо окисляются, образуется почти чистая (98,51 – 99,51%) черновая медь плюс железо, другие ценные компоненты в следовых количествах.
- Рафинирование. Черновой продукт отправляют на рафинирование – пламенем, затем электролитом. Примеси удаляются с газами. После первого этапа металл очищается до 99,51%, после заключительного – до 99,96%.
Способ применяется к 9/10 добытого сырья.
Гидрометаллургический
Состоит в обработке сырья растворенной серной кислотой малой концентрации и выделении металлического медного продукта.
Метод оптимален для руд с минимальным процентом меди. Извлечения других компонентов не предусматривается.
Добыча медной руды
Медь – один из самых первых металлов, освоенных человечеством. В самом начале его добывали, собирая самородки, а затем научились извлекать из руд. С годами технологии добычи полезных ископаемых совершенствовались. Но определяющим фактором при выборе способа добычи, всегда являлась и является глубина расположения залежей. Впрочем, существуют специально разработанные стандарты, учитывающие множество факторов и позволяющие выбрать наиболее удачное с экономической точки зрения решение, в плане выбора рабочей глубины разработки и применяемых технологий.
В карьере
В случае размещения пласта осваиваемого минерала на глубине не более 500 м, наиболее целесообразным является открытый способ добычи. Именно с его помощью извлекается большая часть медных руд. Несмотря на ряд проблем, связанных с освоением значительной площади, перемещением огромных масс пустой породы, привлечением значительного количества технических средств и вредным воздействием на окружающую среду, способ отличается достаточно высокой эффективностью и отсутствием значительных потерь полезного ископаемого. Соотношение выхода металла на добываемую руду составляет: 1:200.
Проведя предварительные геологические исследования в месте будущего карьера или разреза, производится съём и удаление в отвалы верхних слоёв породы. Очень часто это сопровождается бурением твёрдых скальных массивов и взрывными работами. Ископаемый минерал извлекается слоями с дальнейшей разработкой новых массивов. Руда забирается ковшевой техникой (экскаваторами, погрузчиками) и грузится в транспортные средства (конвейера, самосвалы) для перевозки на перерабатывающие предприятия.
В шахтах
Если искомая руда располагается на глубине порядка 1 км, то в дело идёт закрытый способ добычи, то есть – строительство шахты и организация вертикальных, наклонных или горизонтальных выработок. Используя горнопроходческую технику и буровое оборудование, разрабатываются медесодержащие слои. После чего добытая порода загружается и извлекается на поверхность. Для этого подземные сооружения оснащаются лифтами, подъёмным оборудованием, железнодорожными путями.
Способ достаточно затратный, но в то же время обеспечивающий доступ к глубокозалегающим месторождениям.
Бурение скважин
Существует и третий метод добычи медных руд – с помощью закачки выщелачивающих растворов кислот и щелочей вглубь заранее пробуренной скважины. В результате чего получается полужидкая смесь, извлекаемая на поверхность мощными насосами, подвергаемая в дальнейшем переработке.
Сплавы
Номенклатура сплавов меди с другими компонентами насчитывает десятки позиций.
Сплавы меди и их применение
Они применяются чаще чистого металла, поскольку уменьшают недостатки, присущие чистому металлу. То есть делают продукт прочнее, устойчивее, дешевле.
Медные соединения подразделяются на две группы:
- Бронза – с оловом.
- Латунь – с цинком.
Помимо этих главных легирующих компонентов, в составе соединения алюминий, никель, висмут, титан, серебро, золото, неметаллические элементы.
Кристаллическая решётка меди:
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | |
| 512 | Структура решётки | Кубическая гранецентрированная |
| 513 | Параметры решётки | 3,615 Å |
| 514 | Отношение c/a | |
| 515 | Температура Дебая | 315 K |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | Fm_ 3m |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 225 |
Сферы применения
Свойства металла обусловили его применение разными сферами. Главный потребитель – промышленный комплекс.
Промышленность
Металл и сплавы разбирают следующие отрасли:
- Электротехника, радиоэлектроника. Кабели (силовые, другие), провода. Обмотка в трансформаторах. Теплообменные устройства (радиаторы отопления, кондиционеры, кулеры компьютеров, тепловые трубки ноутбуков).
- Приборо-, машиностроение. Из сплавов меди с цинком, оловом, алюминием делают детали, узлы машин. Без нее невозможно создание гальванических элементов и батарей.
- Трубы. Для транспортировки пара, воды, газа. В энергетике, судостроении, для бытовых потребностей.
Система охлаждения из меди на тепловых трубках в ноутбуке
В Японии медные трубопроводы признаны сейсмоустойчивыми, что для этой страны жизненно важно.
Медные трубы
Строительство
Крыши из медного листа экологичны, их можно не красить, поскольку влага, погодные катаклизмы не страшны. Срок службы – до 100 лет.
Медицина
Медициной востребованы характеристики металла как антисептика и вяжущего средства.
Это компонент глазных капель и смесей для лечения ожогов.
Медные ручки дверей, другие поверхности – атрибут лечебных учреждений.
Соединения меди подавляют вирус свиного гриппа.
Ювелирное дело
Ювелиры используют сплавы на основе меди.
Кольцо из меди
Красное или розовое золото – это конгломерат благородного металла с медью.
Ее количество в составе определяет финальный оттенок:
- 25% – розовый;
- 50% – красный.
Эти виды золота – самые любимые ювелирами. Медь делает изделия прочнее, попутно удешевляя стоимость.
Второй популярный ювелирный сплав – мельхиор (медь + никель).
Другие отрасли
- Оксид меди – основа купрата, используемого в сверхпроводниках.
- Латунь идет на изготовление гильз для винтовок и артиллерии.
- Из мельхиора чеканят монеты, создают интерьерные украшения, столовые приборы.
- Медь задействована при синтезе хлорофилла. Ее всегда добавляют в минеральные удобрения для растений.
Богатство основного цвета и разнообразие оттенков
До недавнего времени технологические возможности не позволяли сразу получать медь желаемого цвета и крыши домов покрывали классическим желто-блестящим металлом. Со временем, когда на поверхности металла формировался оксид металла, крыша приобретала более темный оттенок. Дальнейшие химические процессы, происходящие в меди, активно взаимодействующей с окружающей средой, приводили к тому, что на ее поверхности образовывался слой патины, имеющей малахитово-зеленый цвет.
Патина, наряду с окраской крыш, надежно защищает их от воздействия коррозии. Медные крыши, покрытые такой пленкой, могут служить десятилетиями, не теряя при этом своих эксплуатационных характеристик.
В наше время с помощью фото в каталогах профильных магазинов сразу можно выбрать, какого цвета листы из меди использовать для покрытия крыши своего дома. Возможности современных технологий позволяют сразу получать медь классического, оксидированного или патинированного типа.
Сейчас медью разного цвета покрывают не только крыши домов, но и их фасадную часть. Следует отметить, что это не только красиво, но и выгодно с финансовой точки зрения. Листы меди, которыми отделан фасад дома, не требуют особого ухода и не выцветают со временем, надежно защищают строительные конструкции от негативного воздействия температурных перепадов и повышенной влажности.
Интересные цвета имеют также оксид и сульфат меди, активно используемые в современной промышленности. Оксид меди, кристаллы которого имеют черный цвет, применяется для придания различных оттенков (синий, зеленый) стеклу и лакокрасочным материалам. Сульфат меди не используется в качестве красителя, но при этом обладает красивым сине-бирюзовым цветом.
Бронзовые слитки
Значение для человека
Медь заложена в организм человека изначально:
- Участвует в образовании красных кровяных телец, коллагена, эластина.
- Активирует работу эндокринной системы, замедляет старение организма.
- Ее дефицит чреват замедлением белкового обмена. Это влечет патологии в развитии скелета и составе крови.
Она есть во многих продуктах питания. Медью богаты говяжья печень, устрицы, кунжут, какао-порошок, черный перец, гречневая крупа. А также орехи (лесной, грецкий, кешью, арахис, миндаль).
Предостережение
В составе металла есть изотопы: два стабильных плюс два десятка нестабильных. Хотя период полураспада «долгожителя» – менее 2,5 суток, материал токсичен.
Поэтому применение меди контролируется.
В России на федеральном уровне (национальный стандарт, федеральный Свод Правил) регламентируется:
- Производство и использование медных водо- паро- и газопроводных труб.
- Количество меди в питьевой воде.
В 1 литре питьевой воды не должно быть больше 1 мг меди.
Избыток медных компонентов вызывает отравление организма. Для приготовления пищи медная посуда непригодна.
Карьер, в котором медную руду извлекали открытым способом, становится источником токсичных соединений.
Характеристики меди
Медь как электропроводник
Медь – это металл, который относится к группе цветных, поскольку имеет яркий красновато-розовый цвет, при разной степени обработки может иметь коричневый, зеленый, золотистый оттенок. Этот металл обладает высокими электролитическими свойствами, теплопроводностью, прочностью и упругостью. Медь легко поддается обработке, входит в состав многих сплавов, благодаря чему повышает свои химические и физические свойства. Наиболее известными сплавами является бронза – в основную массу меди добавляют 7 – 10 % олова, медно-никелевый сплав – констант (в общей массе до 40% никеля) и манганин (в сплав входит никель и марганец). Наличие большого числа отличительных характеристик и доступность металла обуславливают широкое применение меди в разных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, медицине.
Цены
Мировая цена меди устанавливается на Лондонской бирже металлов. Она зависит от спроса, определяемого состоянием экономики.
И колеблется соответственно:
- К началу 2008 года преодолена психологическая отметка $8000 за тонну.
- Через полгода было уже $+940, что стало рекордом за всю историю биржи.
- На начало 2011 года взята планка $10 000.
Затем произошел спад. На 2022 год тонна меди торгуется по $8057. Сказалось торможение экономики из-за пандемии коронавируса.
