Медь – это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.
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.
Основные свойства меди
Физические свойства.
На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.
Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.
Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.
Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.
Химические свойства.
Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины. Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.
Опыты по химии. Сера и её соединения
Чтобы поделиться, нажимайте
Взаимодействие серы с медью
Медь — неактивный металл. Но при повышенных температурах она активно взаимодействует с серой. Нагреем серу в пробирке до кипения. Сера плавится и постепенно закипает. Пробирка наполняется бурыми парами серы. Опустим медную проволоку в пробирку. В парах серы медь загорается. Продукт взаимодействия – черный сульфид меди.
Cu + S = CuS
Оборудование: штатив, пробирка, горелка, тигельные щипцы.
Техника безопасности. Опыт следует проводить под тягой. Соблюдать правила работы с горючими веществами и нагревательными приборами.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Взаимодействие серы с натрием
Натрий — активный щелочной металл. Во избежание окисления и взаимодействия с парами воды натрий хранят в керосине. Небольшой кусочек натрия помещает в ступку с порошком серы. Осторожно растираем натрий. Он активно взаимодействует с серой. Продукт реакции – сульфид натрия.
Na + S = Na2S
Оборудование: ступка фарфоровая с пестиком, шпатель, скальпель, пинцет, фильтровальная бумага.
Техника безопасности. Опыт следует проводить под тягой. Соблюдать правила работы со щелочными металлами. Во избежании химических ожогов обернуть руку полотенцем.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Взаимодействие серы с цинком
Цинк менее активен по сравнению с натрием. Для протекания реакции с серой необходимо нагревание. Смесь порошков серы и цинка поджигаем. Смесь энергично сгорает с образованием сульфида цинка.
Zn + S = ZnS
Оборудование: шпатель, огнезащитная прокладка, горелка, лучина.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы с нагревательными приборами. Опыт проводить под тягой.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Получение пластической серы
Сера – кристаллическое вещество. В кристаллах молекулы всегда расположены в строгом порядке. Сера, измельченная в порошок, сохраняет кристаллическую структуру. Нагреем порошок серы. Сера плавится при температуре 120 градусов и становится легко подвижной желтой жидкостью. При дальнейшем повышении температуры сера начинает темнеть, превращается в темно-бурую, вязкую жидкость – пластическую серу. При быстром охлаждении в воде сера сохраняет пластические свойства. Пластическая сера с течением времени кристаллизуется и твердеет.
Оборудование: пробирка, штатив для пробирок, шпатель, химический стакан, спиртовка, держатель для пробирок.
Техника безопасности. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами. Не допускать попадания расплавленной серы на поверхность стола. При возгорании серы тушить пламя речным песком.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Получение сероводорода и изучение его свойств
Сероводород – токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Сероводород (H2S) в лаборатории можно получить нагреванием смеси парафина с серой. В пробирку помещаем кусочек парафина и желтый порошок серы, закрываем пробкой с газоотводной трубкой и нагреваем на пламени спиртовки. Выделяющийся сероводород можно обнаружить с помощью влажной универсальной индикаторной бумаги: под действием сероводорода она краснеет. Раствор сероводорода в воде – очень слабая кислота. Пропускаем сероводород через холодную дистиллированную воду. Сероводород частично растворяется, образуется сероводородная вода. Лакмус краснеет в сероводородной воде, это действительно слабая кислота. Качественная реакция на сульфид ион – реакция с ионами свинца, мы проведем похожую ‑ реакцию с ионами меди. При добавлении сульфата меди к сероводородной воде выпадает черный осадок сульфида меди.
CuSO4 + H2S = CuS ↓+ H2SO4
Так же выглядит осадок сульфида свинца. По черному осадку сульфида свинца можно обнаружить сульфид-ион.
Оборудование: пробирки, газоотводная трубка, штатив, штатив для пробирок, шпатель, щипцы, фарфоровые тигли, спиртовка, держатель для пробирок.
Техника безопасности. Следует соблюдать правила обращения с ядовитыми газами. Опыт необходимо проводить в вытяжном шкафу. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Получение сернистой кислоты
Сернистую кислоту можно получить растворением сернистого газа в воде. Для получения сернистого газа понадобится концентрированная серная кислота и медь: в пробирку с концентрированной серной кислотой поместим кусочек меди и нагреем раствор.
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + H2O
Направим ток сернистого газа в пробирку с водой. При растворении сернистого газа частично происходит реакция с водой, и образуется слабая сернистая кислота.
SO2 + H2O = H2SO3
Пропуская сернистый газ через воду, мы получили сернистую кислоту. Сернистый газ в огромных количествах выделяется из недр Земли у действующих вулканов. Сернистый газ раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, вызывает их воспаление, потерю аппетита, в больших концентрациях ‑ потерю сознания. Поэтому обращаться с сернистым газом нужно, соблюдая все меры предосторожности.
Оборудование: пробирки, газоотводная трубка, штатив, штатив для пробирок, пинцет, спиртовка.
Техника безопасности. Опыт необходимо проводить под тягой. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами. Необходима особая осторожность при работе с концентрированной серной кислотой. Следует соблюдать правила работы с концентрированными кислотами.
Недопустимо вдыхание выделяющегося сернистого газа.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Свойства сернистой кислоты
Раствор сернистой кислоты H2SO3 обладает восстановительными свойствами. Сернистая кислота взаимодействует с раствором йода, обесцвечивая его. При этом образуются йодоводородная и серная кислоты.
H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2НI
Как и все кислоты, сернистая кислота меняет цвет растворов индикаторов. Метиловый оранжевый в растворе кислоты становится красным. В старину дамские соломенные шляпки отбеливали сернистой кислотой. Раствор сернистой кислоты отбеливает ткани из растительного материала, шерсти, шелка.
Оборудование: пробирки, газоотводная трубка, штатив, штатив для пробирок, пинцет, спиртовка.
Техника безопасности. Опыт необходимо проводить под тягой. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами. Недопустимо вдыхание выделяющегося сернистого газа.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов .
Способы получения меди
В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды — это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.
1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование. Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.
Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.
Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.
В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.
Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.
2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.
Растворимость в ртути
При смешивании ртути с металлами других элементов получаются амальгамы. Этот процесс может проходить при комнатной температуре, ведь в таких условиях Pb представляет собой жидкость. Растворимость меди в ртути проходит только во время нагревания. Металл необходимо предварительно измельчить. При смачивании жидкой ртутью твёрдой меди происходит взаимное проникновение одного вещества в другое или процесс диффундирования. Значение растворимости выражается в процентах и составляет 7,4*10-3. В процессе реакции получается твёрдая простая амальгама, похожая на цемент. Если её немного нагреть, то она размягчается. В результате такую смесь используют для починки изделий из фарфора. Существуют ещё и сложные амальгамы с оптимальным содержанием в ней металлов. Например, в стоматологическом сплаве присутствуют элементы серебра, олова, меди и цинка. Их количество в процентах относится как 65: 27: 6:2. Амальгам с таким составом называется серебряным. Каждый компонент сплава выполняет определённую функцию, которая позволяет получить пломбу высокого качества.
Другим примером служит сплав амальгамный, в котором наблюдается высокое содержание меди. Его ещё называют медным сплавом. В составе амальгама присутствует от 10 до 30 % Cu. Высокое содержание меди препятствует взаимодействию олова со ртутью, что не позволяет образовываться очень слабой и коррозирующей фазе сплава. Кроме того, уменьшение количества в пломбе серебра приводит к удешевлению. Для приготовления амальгамы желательно использовать инертную атмосферу или защитную жидкость, которая образует плёнку. Металлы, входящие в состав сплава способны быстро окисляться воздухом. Процесс нагревания амальгамы купрума в присутствие водорода приводит к отгонке ртути, что позволяет отделить элементарную медь. Как видите, эта тема несложна для изучения. Теперь вы знаете, как медь взаимодействует не только с водой, но и с кислотами и другими элементами.
Применение меди
Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).
Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.
Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.
Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.
В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.
Атом и молекула меди. Формула меди. Строение атома меди:
Медь (лат. Cuprum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Cu и атомным номером 29. Расположен в 11-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.
Медь – металл. Относится к группе переходных металлов. Относится к тяжёлым и цветным металлам.
Медь обозначается символом Cu.
Как простое вещество медь при нормальных условиях представляет собой пластичный металл золотисто-розового цвета (либо розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Наряду с осмием, цезием и золотом, медь – один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов.
Молекула меди одноатомна.
Химическая формула меди Cu.
Электронная конфигурация атома меди 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1. Потенциал ионизации (первый электрон) атома меди равен 745,48 кДж/моль (7,726380(4) эВ).
Строение атома меди. Атом меди состоит из положительно заряженного ядра (+29), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 29 электронов. При этом 28 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку медь расположен в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внутренняя оболочка представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома меди – на s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома меди состоит из 29 протонов и 35 нейтронов.
Радиус атома меди (вычисленный) составляет 145 пм.
Атомная масса атома меди составляет 63,546(3) а. е. м.
Медь с давних пор широко используется человеком.
Медь, свойства атома, химические и физические свойства
Самые распространенные сплавы меди
В сплавах меди и железа последнее выступает легирующим компонентом. Также таковым может выступать золото, марганец или цинк. Их доля в общем количестве составляет менее 10 %. Единственное исключение из правил – латунь. Ее концентрация может быть больше заявленной, конкретное число будет зависеть от условий применения.
Среди основных видов медных сплавов следует выделить
:
- Смесь меди и железа
. Для обоих металлов характерны похожие химические показатели. Основное отличие заключается в температуре плавления, поэтому сплав железа и меди имеет пористую структуру. - Смесь с оловом
. Сплав меди и олова использовали еще в давние времена. Так, в Древней Греции из смеси создавали настоящие произведения искусства, которые сейчас являются огромной ценностью для людей. Разумеется, современные характеристики сплава значительно отличаются от тех, которые существовали тысячи лет назад. Во многом это связано с улучшенными методиками производства. Сейчас для создания сплава применяются дуговые электропечи, а защита от окисления обеспечивается вакуумом. Закаливание смеси позволяет достичь высокого уровня пластичности и прочности.
Рекомендуем статьи
- Сплавы железа: известные и не очень разновидности
- Сплав железа с никелем: его свойства и особенности
- Углеродистые конструкционные стали: виды и преимущества
- Алюминиевая бронза
. Это смесь алюминия и меди, которая имеет коррозионную стойкость и способность к деформации. Ее используют в производстве деталей, которые планируется подвергать воздействию высокой температуры. - Смесь меди со свинцом
. Для материала характерна антифрикционность и высокая прочность, по большей части обеспечиваемая свинцом. - Латунь
. Сплав содержит два или три основных компонента. - Нейзильбер
. Так называют сплав, где содержится медь, цинк и никель, доля которого составляет 6–34 %. Несмотря на то, что материал дешевле мельхиора, он имеет такие же качества и внешние признаки.
Сплавы из меди активно используются в автомобилестроении и производстве оборудования аграрного и химического назначения. Устойчивость к коррозии позволяет применять смеси в создании сверхпроводниковой техники.
Мягкая медь отлично подойдет для деталей, которые имеют трудновыполнимый узор. Она обладает всеми необходимыми свойствами, в первую очередь – вязкостью и пластичностью. Проволока из такого сплава будет отлично гнуться, а еще ее можно паять вместе с золотыми и серебряными поверхностями. Также смеси хорошо взаимодействуют с эмалью, при этом не расслаиваясь и не растрескиваясь.
Медь – металл, который действительно необходим в современных условиях. С ним получаются широко используемые сплавы железа и меди, алюминия и меди, олова и меди и не только. Антикоррозионные, антифрикционные и теплопроводные свойства позволяют применять смеси в производстве деталей.
