Мідь фізичні та хімічні властивості застосування. Особливості міді: її склад, структура та технологія виробництва

ВИЗНАЧЕННЯ

Мідь- 29-ий елемент Періодичної таблиці. Позначення – Cu від латинського «cuprum». Розташований у четвертому періоді, IB групі. Належить до металів. Заряд ядра дорівнює 29.

Найважливішими мінералами, що входять до складу мідних рудє: халькозин, або мідний блиск Cu 2 S; халькопірит, або мідний колчедан CuFeS 2; малахіт (CuOH) 2 CO 3 .

Чиста мідь - тягучий в'язкий метал світло-рожевого кольору (мал. 1), що легко прокочується в тонкі листи. Вона дуже добре проводить теплоту та електричний струм, поступаючись у цьому відношенні лише сріблу. У сухому повітрі мідь майже не змінюється, так як тонка плівка оксидів, що утворюється на її поверхні (надає міді більш темний колір) служить гарним захистом від подальшого окислення. Однак у присутності вологи і діоксиду вуглецю поверхню міді покривається зеленим нальотом карбонату гидроксомеди (CuOH) 2 CO 3 .

Мал. 1. Мідь. Зовнішній вигляд.

Атомна та молекулярна маса міді

ВИЗНАЧЕННЯ

Відносна молекулярна маса речовини(M r) - це число, що показує, у скільки разів маса даної молекули більша за 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента(A r) - у скільки разів середня маса атомів хімічного елементабільше ніж 1/12 маси атома вуглецю.

Оскільки у вільному стані хром існує у вигляді одноатомних молекул Cu, значення його атомної та молекулярної мас збігаються. Вони дорівнюють 63,546.

Ізотопи міді

Відомо, що у природі мідь може бути у вигляді двох стабільних ізотопів 63 Cu (69,1%) і 65 Cu (30,9%). Їхні масові числа дорівнюють 63 і 65 відповідно. Ядро атома ізотопу міді 63 Cu містить двадцять дев'ять протонів і тридцять чотири нейтрони, а ізотоп 65 Cu - стільки ж протонів і тридцять шість нейтронів.

Існують штучні нестабільні ізотопи міді з масовими числами від 52 до 80, а також сім ізомерних станів ядер, серед яких найбільш довгоживучим є ізотоп 67 Cu з періодом напіврозпаду рівним 62 години.

Іони міді

Електронна формула, що демонструє розподіл орбіталів електронів міді виглядає наступним чином:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 .

Через війну хімічного взаємодії мідь віддає свої валентні електрони, тобто. є їх донором, і перетворюється на позитивно заряджений іон:

Cu 0 -1e → Cu +;

Cu 0 -2e → Cu 2+.

Молекула та атом міді

У вільному стані мідь існує як одноатомних молекул Cu. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом та молекулу міді:

Сплави міді

Найважливішими сплавами міді з іншими металами є латуні (сплави міді з цинком), міднонікелеві сплави та бронзи.

Міднонікелеві сплави поділяються на конструкційні та електротехнічні. До конструкційних відносяться мельхіори та нейзильбери. Мельхіори містять 20-30% нікелю та невеликі кількостізаліза та марганцю, а нейзильбери містять 5-35% нікелю та 13-45% цинку. До електротехнічних міднонікелевих сплавів відносяться константан (40% нікелю, 1,5% марганцю), манганін (3% нікелю та 12% марганцю) та крапель (43% нікелю та 0,5% марганцю).

Бронзи поділяються за основним компонентом (крім міді), що входить до їх складу, на олов'яні, алюмінієві, крем'янисті і т.д.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Завдання	У водний розчин міді хлориду (II) опустили мідні електроди по 20 г кожен і підключили їх до джерела постійного струму. Через деякий час катод вийняли і розчинили при нагріванні в концентрованій сірчаній кислоті, а потім додали в розчин надлишок гідроксиду натрію, в результаті чого осад випав масою 49 г. Визначте масу анода після електролізу.
Рішення	Запишемо рівняння реакцій: катод: Cu 2+ +2e → Cu 0; (1) анод: Cu 0 - 2e → Cu 2+. (2) Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O; (3) CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 ; (4) Розрахуємо кількість речовини гідроксиду міді (II) (осаду) (молярна маса дорівнює 98г/моль): n (Cu(OH) 2) = m (Cu(OH) 2) / M (Cu(OH) 2); n (Cu(OH) 2) = 49/98 = 0,5 моль. Визначимо кількість речовини та масу міді (катоду) після закінчення реакції (молярна маса - 64 г/моль): m final (Cu) = n (Cu(OH) 2) = 0,5 моль; m final (Cu) = n (Cu) × M (Cu); m final (Cu) = 0,5 × 64 = 32 р. Знайдемо масу міді, обложеної на катоді: m(Cu) = m final (Cu) - m parent (Cu); m(Cu) = 32 - 20 = 12 р. Обчислимо масу анода по закінченні реакції. Маса анода зменшилася рівно настільки, наскільки збільшилася маса катода: m anode = mparent (anode) - m(Cu); m anode = 20 - 12 = 8 р.
Відповідь	Маса анода дорівнює 8 г

Мідь належить до металів, відомих з глибокої давнини. Ранньому знайомству людини з Міддю сприяло те, що вона зустрічається в природі у вільному стані у вигляді самородків, які іноді досягають значних розмірів. Мідь та її сплави відіграли велику роль у розвитку матеріальної культури. Завдяки легкій відновлюваності оксидів та карбонатів Мідь була, мабуть, першим металом, який людина навчилася відновлювати з кисневих сполук, що містяться у рудах. Латинська назва Міді походить від назви острова Кіпр, де стародавні греки добували мідну руду. У давнину для обробки скельної породи її нагрівали на багатті і швидко охолоджували, причому порода розтріскувалася. Вже за цих умов були можливі процеси відновлення. Надалі відновлення вели в багаттях з великою кількістю вугілля та з вдуванням повітря за допомогою труб та хутра. Вогнища оточували стінками, що поступово підвищувалися, що призвело до створення шахтної печі. Пізніше методи відновлення поступилися місцем окислювальної плавці мідних сульфідних руд з отриманням проміжних продуктів - штейна (сплаву сульфідів), в якому концентрується Мідь, і шлаку (сплаву оксидів).

Поширення міді в природі.Середній вміст Міді в земній корі (кларк) 4,7 10 -3 % (за масою), в нижній частині земної кори, складеної основними породами, її більше (1 10 -2 %), ніж у верхній (2 10 -3 %), де переважають граніти та інші кислі вивержені породи. Мідь енергійно мігрує як у гарячих водах глибин, так і холодних розчинах біосфери; сірководень тримає в облозі з природних вод різні сульфіди Міді, що мають велике промислове значення. Серед численних мінералів Міді переважають сульфіди, фосфати, сульфати, хлориди, відомі також самородна Мідь, карбонати та оксиди.

Мідь – важливий елемент життя, вона бере участь у багатьох фізіологічних процесах. Середній вміст Міді в живій речовині 2 10 -4 %, відомі організми - концентратори Міді. У тайгових та інших ландшафтах вологого клімату Мідь порівняно легко вилуговується з кислих ґрунтів, тут місцями спостерігається дефіцит Міді та пов'язані з ним хвороби рослин та тварин (особливо на пісках та торфовищах). У степах і пустелях (з характерними їм слаболужними розчинами) Мідь малорухлива; на ділянках родовищ Мідь спостерігається її надлишок у ґрунтах та рослинах, через що хворіють домашні тварини.

У річковій воді дуже мало міді, 1 · 10 -7%. Мідь, що приноситься в океан зі стоком, порівняно швидко переходить в морські мули. Тому глини та сланці дещо збагачені Міддю (5,7 · 10 -3 %), а морська вода різко недосичена Міддю (3 · 10 -7 %).

У морях минулих геологічних епох подекуди відбувалося значне накопичення Меді в мулах, що призвело до утворення родовищ (наприклад, Мансфельд у Німеччині). Мідь активно мігрує і в підземних водах біосфери, з цими процесами пов'язане накопичення руд Міді в пісковиках.

Фізичні властивості Міді.Колір Міді червоний, у зламі рожевий, при просвічуванні в тонких шарах зеленувато-блакитний. Метал має гранецентровані кубічні грати з параметром а = 3,6074 Å; густина 8,96 г/см 3 (20 °С). Атомний радіус 1,28 Å; іонні радіуси Cu + 0,98 Å; Сu 2 + 0,80 Å; t пл 1083 ° С; t кіп 2600 ° С; питома теплоємність (при 20 °З) 385,48 дж/(кг·К), тобто. 0,092 кал/(г·°С). Найбільш важливі та широко використовувані властивості Міді: висока теплопровідність - при 20 ° С 394,279 вт / (м К), тобто 0,941 кал / (см · с · ° С); мале електричне опір - при 20 ° С 1,68 · 10 -8 ом · м. Термічний коефіцієнт лінійного розширення 17,0 · 10-6. Тиск парів над Міддю мізерний, тиск 133,322 н/м 2 (тобто 1 мм рт.ст.) досягається лише за 1628 °С. Мідь діамагнітна; атомна магнітна сприйнятливість 5,27 · 10-6. Твердість Міді за Брінеллем 350 Мн/м 2 (тобто 35 кгс/мм 2); межа міцності при розтягуванні 220 Мн/м 2 (тобто 22 кгс/мм 2); відносне подовження 60%, модуль пружності 132 10 3 Мн/м 2 (тобто 13,2 10 3 кгс/мм 2). Шляхом наклепу межа міцності може бути підвищена до 400-450 Мн/м 2 , при цьому подовження зменшується до 2%, а електропровідність зменшується на 1-3%. Відпал наклепаної міді слід проводити при 600-700 °С. Невеликі домішки Bi (тисячні частки%) і Рb (соті частки%) роблять Мідь червоноломкою, а домішка S викликає крихкість на холоді.

Хімічні властивості міді.За хімічними властивостями Мідь займає проміжне положення між елементами першої тріади VIII групи та лужними елементами І групи системи Менделєєва. Мідь, як і Fe, Co, Ni, схильна до комплексоутворення, дає пофарбовані сполуки, нерозчинні сульфіди і т. д. лужними металаминезначно. Так, Мідь утворює ряд одновалентних з'єднань, проте для неї характерніший 2-валентний стан. Солі одновалентної Мідь у воді практично нерозчинні та легко окислюються до сполук 2-валентної Міді; солі 2-валентної Міді, навпаки, добре розчиняються у воді та в розведених розчинах повністю дисоційовані. Гідратовані іони Cu 2+ забарвлені у блакитний колір. Відомі також сполуки, в яких Мідь 3-валентна. Так, дією пероксиду натрію на розчин куприту натрію Na 2 CuO 2 отримано оксид Сu 2 Про 3 - червоний порошок, який починає віддавати кисень вже при 100 °С. Сu 2 Про 3 - сильний окислювач (наприклад, виділяє хлор із соляної кислоти).

Хімічна активність Міді невелика. Компактний метал при температурах нижче 185 °С із сухим повітрям та киснем не взаємодіє. У присутності вологи та СО 2 на поверхні Міді утворюється зелена плівка основного карбонату. При нагріванні Міді повітря йде поверхневе окислення; нижче 375 °С утворюється СuО, а в інтервалі 375-1100 °С при неповному окисленні Мідь - двошарова окалина, в поверхневому шарі якої знаходиться СuО, а у внутрішньому - Сu 2 О. Вологий хлор взаємодіє з Міддю вже при звичайній температурі, утворюючи СуCl 2 добре розчинний у воді. Мідь легко поєднується і з іншими галогенами. Особливу спорідненість виявляє Мідь до сірки та селену; так, вона горить у парах сірки. З воднем, азотом та вуглецем Мідь не реагує навіть за високих температур. Розчинність водню в твердій міді незначна і при 400 ° С становить 0,06 мг в 100 г міді. Водень та інші горючі гази (СО, СН 4), діючи при високій температурі на зливки Міді, що містять Сu 2 Про, відновлюють її до металу з утворенням СО 2 та водяної пари. Ці продукти, будучи нерозчинними в Меді, виділяються з неї, викликаючи появу тріщин, що різко погіршує механічні властивості Меді.

При пропусканні NН 3 над розпеченою Міддю утворюється Cu 3 N. Вже при температурі гартування Мідь піддається впливу оксидів азоту, а саме NO, N 2 O (з утворенням Сu 2 Про) та NO 2 (з утворенням СuО). Карбіди Сu 2 С 2 і СuС 2 можуть бути отримані дією ацетилену на розчини аміачних солей Меді. Нормальний електродний потенціал Міді для реакції Сu 2+ + 2е -> Сu дорівнює +0,337, а для реакції Сu + + е ->Сu дорівнює +0,52 ст. Тому Мідь витісняється зі своїх солей електронегативнішими елементами (у промисловості використовується залізо) і не розчиняється в кислотах-неокислювачах. В азотній кислоті Мідь розчиняється з утворенням Cu(NO 3) 2 і оксидів азоту, гарячої концентрованої H 2 SO 4 -з утворенням CuSO 4 і SO 2 , в нагрітій розведеної H 2 SO 4 - при продуванні через розчин повітря. Усі солі Міді отруйні.

Мідь у дво- та одновалентному стані утворює численні досить стійкі комплексні з'єднання. Приклади комплексних сполук одновалентної міді: (NH 4) 2 CuBr 3 ; K 3 Cu(CN) 4 – комплекси типу подвійних солей; Cl та інші. Приклади комплексних сполук 2-валентної міді: CsCuCl 3 , K 2 CuCl 4 - тип подвійних солей. Важливе промислове значення мають комплексні аміачні сполуки Міді: [Сu (NH 3) 4 ] SO 4 , [Сu (NH 3) 2 ] SO 4 .

Отримання міді.Мідні руди характеризуються невисоким вмістом міді. Тому перед плавкою тонкоподрібнену руду піддають механічному збагаченню; при цьому цінні мінерали відокремлюються від основних мас порожньої породи; в результаті одержують ряд товарних концентратів (наприклад, мідний, цинковий, піритний) та відвальні хвости.

У світовій практиці 80% Мідь витягують із концентратів пірометаллургічними методами, заснованими на розплавленні всієї маси матеріалу. У процесі плавки, внаслідок більшої спорідненості міді до сірки, а компонентів порожньої породи і заліза до кисню, мідь концентрується в сульфідному розплаві (штейні), а оксиди утворюють шлак. Штейн відокремлюють від шлаку обстоюванням.

На більшості сучасних заводів плавку ведуть у відбивних або електричних печах. У відбивних печах робочий простір витягнутий у горизонтальному напрямі; площа пода 300 м 2 і більше (30 м х 10 м); необхідне для плавлення тепло одержують спалюванням вуглецевого палива ( природний газ, мазут) у газовому просторі над поверхнею ванни. В електричних печах тепло одержують пропусканням через розплавлений шлак електричного струму (струм підводиться до шлаку через завантажені до нього графітові електроди).

Однак і відбивна, і електрична плавки, що ґрунтуються на зовнішніх джерелах теплоти, - процеси недосконалі. Сульфіди, що становлять основну масу мідних концентратів, мають високу теплотворною здатністю. Тому дедалі більше впроваджуються методи плавки, у яких використовується теплота спалювання сульфідів (окислювач - підігріте повітря, повітря, збагачене киснем, чи технічний кисень). Дрібні, попередньо висушені сульфідні концентрати вдують струменем кисню або повітря в розпечену до високої температурипекти. Частки горять у зваженому стані (киснево-зважена плавка).

Багаті кускові сульфідні руди (2-3% Сu) з високим вмістом сірки (35-42% S) часом безпосередньо прямують на плавку в шахтних печах (печі з вертикально розташованим робочим простором). В одному з різновидів шахтної плавки (мідносірчана плавка) в шихту додають дрібний кокс, що відновлює у верхніх горизонтах печі SO 2 до елементарної сірки. Мідь у цьому процесі також концентрується у штейні.

Рідкий штейн (в основному Cu 2 S, FeS), що виходить при плавці, заливають у конвертер - циліндричний резервуар з листової сталі, викладений зсередини магнезитовою цеглою, з боковим рядом фурм для вдування повітря і пристроєм для повертання навколо осі. Через шар штейна продувають стиснене повітря. Конвертування штейнів протікає дві стадії. Спочатку окислюється сульфід заліза, і для зв'язування оксидів заліза конвертер додають кварц; утворюється конвертерний шлак. Потім окислюється сульфід міді з утворенням металевої Міді та SO 2 . Цю чорнову мідь розливають у форми. Зливки (а іноді безпосередньо розплавлену чорнову Мідь) з метою вилучення цінних супутників (Au, Ag, Se, Fe, Bi та інших) та видалення шкідливих домішок направляють на вогневе рафінування. Воно засноване на більшій, ніж у міді, спорідненості металів-домішок до кисню: Fe, Zn, Co та частково Ni та інші у вигляді оксидів переходять у шлак, а сірка (у вигляді SO 2) видаляється з газами. Після видалення шлаку Мідь для відновлення розчиненої в ній Cu 2 Про "дражнять", занурюючи в рідкий метал кінці сирого березового або соснового колод, після чого відливають його в плоскі форми. Для електролітичного рафінування ці зливки підвішують у ванні з розчином CuSO 4 підкисленим H 2 SO 4 . Вони є анодами. При пропусканні струму аноди розчиняються, а чиста Мідь відкладається на катодах - тонких мідних листах, які також отримують електролізом у спеціальних матричних ваннах. Для виділення щільних гладких опадів електроліт вводять поверхнево-активні добавки (столярний клей, тіомочевину та інші). Отриману катодну мідь промивають водою і переплавляють. Шляхетні метали, Se, Ті та інші цінні супутники Мідь концентруються в анодному шламі, з якого їх витягують спеціальною переробкою. Нікель концентрується в електроліті; виводячи частину розчинів на упарювання та кристалізацію, можна отримати Ni у вигляді нікелевого купоросу.

Поряд з пірометаллургічними застосовують також гідрометалургійні методи отримання міді (переважно з бідних окислених і самородних руд). Ці методи засновані на вибірковому розчиненні медьсодержащих мінералів, зазвичай у слабких розчинах H 2 SO 4 або аміаку. З розчину Мідь або беруть в облогу залізом, або виділяють електролізом з нерозчинними анодами. Дуже перспективні стосовно змішаних руд комбіновані гідрофлотаційні методи, при яких кисневі сполуки Міді розчиняються в сірчанокислих розчинах, а сульфіди виділяються флотацією. Набувають поширення і автоклавні гідрометалургійні процеси, що йдуть при підвищених температурахта тиску.

Застосування міді.Велика роль міді в техніці обумовлена ​​низкою її цінних властивостей і насамперед високою електропровідністю, пластичністю, теплопровідністю. Завдяки цим властивостям Мідь – основні матеріал для проводів; понад 50% міді, що видобувається, застосовують в електротехнічній промисловості. Усі домішки знижують електропровідність Міді, тому в електротехніці використовують метал вищих сортів, що містить не менше 99,9% Cu. Високі теплопровідність і опір корозії дозволяють виготовляти з міді відповідальні деталі теплообмінників, холодильників, вакуумних апаратів тощо. Близько 30-40% міді використовують у вигляді різних сплавів, серед яких найбільше значеннямають латуні (від 0 до 50% Zn) та різні види бронз: олов'янисті, алюмінієві, свинцеві, берилієві і т. д. Крім потреб важкої промисловості, зв'язку, транспорту, деяка кількість Міді (головним чином у вигляді солей) споживається для приготування мінеральних пігментів, боротьби зі шкідниками та хворобами рослин, як мікродобрива, каталізатори окислювальних процесів, а також у шкіряній та хутряній промисловості та при виробництві штучного шовку.

Мідь як художній матеріал використовується з мідного віку (прикраси, скульптура, начиння, посуд). Ковані та литі виробиз Міді та сплавів прикрашаються карбуванням, гравіюванням та тисненням. Легкість обробки міді (обумовлена ​​її м'якістю) дозволяє майстрам домагатися різноманітності фактур, ретельності опрацювання деталей, тонкого моделювання форми. Вироби з міді відрізняються красою золотистих або червоних тонів, а також властивістю набувати блиску при шліфуванні. Мідь часто золотять, патинують, тонують, прикрашають емаллю. З 15 століття Мідь застосовується також виготовлення друкованих форм.

Мідь в організмі.Мідь – необхідний для рослин та тварин мікроелемент. Основна біохімічна функція Міді - участь у ферментативних реакціях як активатор або у складі ферментів, що містять мідь. Кількість Міді в рослинах коливається від 0,0001 до 0,05% (на суху речовину) і залежить від виду рослини та вмісту Міді у ґрунті. У рослинах Мідь входить до складу ферментів-оксидаз та білка пластоціаніну. В оптимальних концентраціях Мідь підвищує холодостійкість рослин, сприяє їх росту та розвитку. Серед тварин найбільш багаті на Мідь деякі безхребетні (у молюсків і ракоподібних в гемоціаніні міститься 0,15-0,26% Міді). Вступаючи з їжею, Мідь всмоктується в кишечнику, зв'язується з білком сироватки крові - альбуміном, потім поглинається печінкою, звідки у складі білка церулоплазміну повертається в кров і доставляється до органів та тканин.

Зміст Міді у людини коливається (на 100 г сухої маси) від 5 мг у печінці до 0,7 мг у кістках, у рідинах тіла – від 100 мкг (на 100 мл) у крові до 10 мкг у спинномозковій рідині; всього Міді в організмі дорослої людини близько 100 мг. Мідь входить до складу ряду ферментів (наприклад, тирозинази, цитохромоксидази), що стимулює кровотворну функцію кісткового мозку. Малі дози Міді впливають на обмін вуглеводів (зниження вмісту цукру в крові), мінеральних речовин (зменшення кількості фосфору в крові) та інших. Збільшення вмісту Міді в крові призводить до перетворення мінеральних сполук заліза на органічні, стимулює використання накопиченого в печінці заліза при синтезі гемоглобіну.

При нестачі міді злакові рослини уражаються так званих хворобою обробки, плодові - екзантемою; у тварин зменшуються всмоктування та використання заліза, що призводить до анемії, що супроводжується проносом та виснаженням. Застосовуються мідні мікродобрива та підживлення тварин солями міді. Отруєння Міддю призводить до анемії, захворювання печінки, хвороби Вільсона. У людини отруєння виникає рідко завдяки тонким механізмам всмоктування та виведення міді. Однак у великих дозах Мідь викликає блювоту; при всмоктуванні Мідь може настати загальне отруєння (пронос, ослаблення дихання та серцевої діяльності, ядуха, коматозний стан).

У медицині сульфат Меді застосовують як антисептичний та в'яжучий засіб у вигляді очних крапель при кон'юнктивітах та окових олівців для лікування трахоми. Мідь використовують також при опіках шкіри фосфором. Іноді сульфат міді застосовують як блювотний засіб. Нітрат Міді вживають у вигляді очної мазі при трахомі та кон'юнктивітах.

Властивості міді, що у природі зустрічається у вигляді досить великих самородків, люди вивчили ще за давніх часів, як із цього металу та її сплавів робили посуд, зброю, прикраси, різні вироби побутового призначення. Активне використання даного металу протягом багатьох років обумовлено не лише його особливими властивостями, а й простотою обробки. Мідь, яка є у руді як карбонатів і оксидів, досить легко відновлюється, як і навчилися робити наші древні предки.

Спочатку процес відновлення цього металу виглядав дуже примітивно: мідну руду просто нагрівали на вогнищах, а потім різко охолоджували, що призводило до розтріскування шматків руди, з яких вже можна було витягувати мідь. Подальший розвитокТака технологія призвела до того, що в багаття почали вдувати повітря: це підвищувало температуру нагрівання руди. Потім нагрівання руди стали виконувати у спеціальних конструкціях, які стали першими прототипами шахтних печей.

Про те, що мідь використовується людством з давніх-давен, свідчать археологічні знахідки, в результаті яких були знайдені вироби з даного металу. Істориками встановлено, що перші вироби з міді з'явилися вже в 10 тисячолітті до н. Природно, передумовами такого активного використання даного металу стали як відносна простота його отримання з руди, а й його унікальні властивості: питома вага, щільність, магнітні властивості, електрична, а також питома провідність та ін.

В наш час вже складно знайти у вигляді самородків, зазвичай її видобувають із руди, яка поділяється на такі види.

• Борніть - у такій руді мідь може утримуватись у кількості до 65%.
• Халькозін, який також називають мідним блиском. У такій руді міді може бути до 80%.
• Мідний колчедан, також званий халькопіритом (зміст до 30%).
• Ковеллін (зміст до 64%).

Мідь також можна витягувати з багатьох інших мінералів (малахіт, куприт та ін). Вони вона міститься у різних кількостях.

Фізичні властивості

Мідь у чистому вигляді являє собою метал, колір якого може змінюватись від рожевого до червоного відтінку.

Радіус іонів міді, що мають позитивний заряд, може приймати такі значення:

• якщо координаційний показник відповідає 6-ти – до 0,091 нм;
• якщо даний показниквідповідає 2 – до 0,06 нм.

Радіус атома міді становить 0,128 нм, також він характеризується спорідненістю до електрона, що дорівнює 1,8 еВ. При іонізації атома дана величина може набувати значення від 7,726 до 82,7 еВ.

Мідь – це перехідний метал, показник електронегативності якого становить 1,9 одиниць за шкалою Полінга. Крім цього, його ступінь окислення може набувати різних значень. При температурах в інтервалі 20–100 градусів його теплопровідність становить 394 Вт/м*К. Електропровідність міді, що перевищує лише срібло, перебуває в інтервалі 55,5-58 МСм/м.

Так як мідь у потенційному ряду стоїть правіше водню, вона не може витісняти цей елемент із води та різних кислот. Її кристалічна решіткамає кубічний гранецентрований тип, величина її становить 0,36150 нм. Плавиться мідь за нормальної температури 1083 градусів, а температура її кипіння - 26570. Фізичні властивостіміді визначає її щільність, яка становить 8,92 г/см3.

З неї механічних властивостейта фізичних показників варто також відзначити такі:

• термічне лінійне розширення – 0,00000017 одиниць;
• межа міцності, якій мідні вироби відповідають при розтягуванні, становить 22 кгс/мм2;
• твердість міді за шкалою Брінелля відповідає значенню 35 кгс/мм2;
• питома вага 8,94 г/см3;
• модуль пружності становить 132 000 Мн/м2;
• значення відносного подовження дорівнює 60%.

Цілком унікальними можна вважати магнітні властивості даного металу, який є повністю діамагнітним. Саме ці властивості поряд з фізичними параметрами: питомою вагою, питомою провідністю та іншими повною мірою пояснюють широку затребуваність даного металу при виробництві виробів електротехнічного призначення. Схожими властивостями має алюміній, який також успішно використовується при виробництві різної електротехнічної продукції: дротів, кабелів та ін.

Основну частину характеристик, які має мідь, практично неможливо змінити, за винятком межі міцності. Цю властивість можна покращити практично вдвічі (до 420–450 МН/м2), якщо здійснити таку технологічну операціюяк наклеп.

Хімічні властивості

Хімічні властивості міді визначаються тим, яке становище вона посідає у таблиці Менделєєва, де має порядковий номер 29 і у четвертому періоді. Що примітно, вона знаходиться в одній групі зі шляхетними металами. Це вкотре підтверджує унікальність її хімічних властивостей, про які слід розповісти докладніше.

У разі невисокої вологості мідь мало проявляє хімічну активність. Все змінюється, якщо виріб помістити в умови, що характеризуються високою вологістю та підвищеним вмістом Вуглекислий газ. У таких умовах починається активне окислення міді: на її поверхні формується зелена плівка, що складається з CuCO3, Cu(OH)2 та різних сірчистих сполук. Така плівка, яка називається патиною, виконує важливу функцію захисту металу від подальшої руйнації.

Окислення починає активно відбуватися і тоді, коли виріб піддається нагріванню. Якщо метал нагріти до температури 375 градусів, то його поверхні формується оксид міді, якщо вище (375-1100 градусів) - то двошарова окалина.

Мідь досить легко реагує з елементами, що входять до групи галогенів. Якщо метал помістити в пари сірки, то він спалахне. Високий ступінькревності він виявляє і до селену. Мідь не входить у реакцію з азотом, вуглецем і воднем навіть за умов високих температур.

На увагу заслуговує взаємодія оксиду міді з різними речовинами. Так, при його взаємодії із сірчаною кислотою утворюється сульфат та чиста мідь, з бромоводневою та йодоводородною кислотою - бромід та йодид міді.

Інакше виглядають реакції оксиду міді з лугами, у яких утворюється купрат. Одержання міді, при якому метал відновлюється до вільного стану здійснюють за допомогою оксиду вуглецю, аміаку, метану та інших матеріалів.

Мідь при взаємодії з розчином солей заліза перетворюється на розчин, у своїй залізо відновлюється. Така реакція використовується для того, щоб зняти мідний напилений шар з різних виробів.

Одно- та двовалентна мідь здатна створювати комплексні сполуки, що відрізняються високою стійкістю. Такими сполуками є подвійні солі міді та аміачні суміші. І ті й інші знайшли широке застосування у різних галузях промисловості.

Області застосування міді

Застосування міді, як і схожого з нею за своїми властивостями алюмінію, добре відомо - це виробництво кабельної продукції. Мідні дроти та кабелі, характеризуються невисоким електричним опором та особливими магнітними властивостями. Для виробництва кабельної продукції застосовуються види міді, що характеризуються високою чистотою. Якщо до її складу додати навіть незначну кількість сторонніх металевих домішок, наприклад, лише 0,02% алюмінію, то електрична провідність вихідного металу зменшиться на 8–10%.

Невисокий та її висока міцність, а також здатність піддаватися різним видам механічної обробки- це ті властивості, які дозволяють виробляти з неї труби, які успішно використовуються для транспортування газу, гарячої та холодної води, пари. Зовсім не випадково саме подібні труби застосовуються у складі інженерних комунікацій житлових та адміністративних будівельу більшості європейських країн.

Мідь, крім виключно високої електропровідності, відрізняється здатністю добре проводити тепло. Завдяки цій властивості вона успішно використовується у складі наступних систем.

Мідь – це метал, який відноситься до групи кольорових, оскільки має яскравий червонувато-рожевий колір, при різному ступені обробки може мати коричневий, зелений, золотистий відтінок. Цей метал має високі електролітичні властивості, теплопровідність, міцність і пружність. Мідь легко піддається обробці, входить до складу багатьох сплавів, завдяки чому підвищує свої хімічні та фізичні властивості. Найбільш відомими сплавами є бронза - в основну масу міді додають 7 - 10% олова, мідно-нікелевий сплав - констант (загалом до 40% нікелю) і манганін (в сплав входить нікель і марганець). Наявність великої кількості відмінних характеристик та доступність металу зумовлюють широке застосування міді у різних галузях промисловості, сільському господарстві, будівництво, медицина.

Як застосовують мідь у промисловості

Мідь у промисловості переплавляють

При виробництві різних виробів використовую мідь у чистому вигляді та у вигляді сплавів із різними металами. У чистому вигляді метал використовують для виготовлення мережевих кабелів та проводів електропередач. Мідь відрізняється здатністю швидко і без втрат проводити електрострум. За цим показником вона поступається лише сріблу, але оскільки воно відноситься до дорогоцінним металамі має високу вартість, то в електропроводках надають перевагу застосуванню міді. Для виробництва серцевини кабелів – мідної жили застосовують лише чистий метал, наявність будь-яких домішок значно знижує провідниковий ефект. Щоб одержати чисту мідь, її заготовки піддають процесу електрорафінування. Він є зануренням металу у ванну, наповнену розчином сульфату міді, туди ж занурюють електрод, підключений до електрики. Іони металу переміщуються до електрода, а частинки домішок збираються поблизу анода, таким чином їх можна видалити, а на виході виходить матеріал з вмістом 99,999% чистої міді.

Мідно-нікелеві сплави характеризуються високою електроопірністю і застосовуються в приладобудуванні. Ці сплави стійкі до корозії, що не руйнуються навіть у морській воді. Сплав, в якому 40% цинку називається латунь, він має підвищену міцність, а його дешевизна зумовлює широке застосування:

• у машинобудуванні;
• у виробництві побутових товарів;
• у хімічній промисловості.

З латуні виробляють:

• труби;
• радіатори;
• гільзи;
• автомобільну фурнітуру та інше.

Мідне напилення використовують при хромуванні сталі. Вироби зі сталі часто в декоративних цілях покривають хромом або нікелем, але це покриття недовговічне і в процесі експлуатації може відпадати, щоб уникнути цього між сталлю і хромованим шаром наносять мідне напилення, воно забезпечує краще зчеплення.

Застосування міді в промисловості можна спостерігати і при здійсненні паяння, вона значно полегшує цей процес, а деталь виходить однорідною та міцною. Цей метал є досить пластичним, його можна застосовувати для виготовлення водопровідних труб різної конфігурації, в Росії використання таких труб не поширене, але в Європі такі вироби можна знайти досить часто.

Вироби з міді у повсякденному житті

Це метал застосовується не тільки для виробництва промислових товарів, вироби з міді можна зустріти і у повсякденному житті:

Всі ці предмети можна знайти майже в кожному будинку.

Важливу роль сільському господарстві виконує грунтові добрива, містять мідний купорос – він стимулює активне зростання різних культур, захищає їхню відмінність від шкідників, розчином купоросу обробляють дерева, чагарники, насіння.

Предмети інтер'єру з міді

При будівництві будинків мідні листи використовують у покрівельних роботах. Відомо, що цей метал стійкий до різних атмосферних явищ, під їх впливом утворюється захисний шар - патина, що має зелений відтінок. Патина запобігає корозії металу, і дах з таким покриттям може служити довгий час.

Мідні монети

До сфери застосування міді можна віднести і гальванопластику, вона відома ще з 1873 року. Гальванопластика є особливий виглядмистецтва, що базується на електролітичному осадженні металу у водному розчині солей. Цей метод давно вийшов за межі мистецтва та застосовується в космічної галузі, авіації, машинобудування. Суть його полягає в тому, що створений макет виробу, наприклад з гіпсу або пластиліну, металізують, після видалення макета залишається тільки металева форма. Процес металізації відбувається шляхом нанесення на макет тонкого шару металу, частіше використовують графіт, поміщають заготовку розчин, який містить солі міді. Макет відіграє роль катода і притягує частинки металу, які надалі утворюють форму готового виробу.

Використання міді у медицині

Традиційна медицина вважає мідь дуже важливим елементомжиттєдіяльності людини. В організмі ця речовина міститься у кількості 2*10 -4 % від загальної маси. Щодня людина з їжею споживає до 60 мг міді, з яких засвоюється приблизно 2 мг, що є необхідною нормою здорового організму. Мідь відіграє важливу роль у біосинтезі гемоглобіну, у підтримці рівня цукру, холестерину та сечової кислоти. Для нормальної роботисерцево-судинної системи, головного мозку, травного тракту потрібна мідь. У разі її нестачі розвивається:

• для лікування гострої недостатності використовують лікарські засоби, Що містять цей мікроелемент;
• у терапії – використання металевих аплікацій чи браслетів.

Найбільша кількість мікроелементу міститься в таких продуктах харчування, як:

• печериці;
• картопля;
• печінка тріски;
• цільне зерно;
• устриці та каракатиці.

Водночас надлишок міді в організмі, коли її кількість перевищує 250 мг, веде до інтоксикації та порушення роботи печінки, розвитку хвороби Вільсона, анемії.

Відео: Як роблять мідний кабель

Синоніми: Купрокупритом були названі тонкі суміші самородної міді та куприту (Вернадський, 1910). Вітнеїт-whitneyite (Гент, 1859) і дарвініт (Форбс, 1860) - миш'яковиста мідь, що утворює суміші з альгодонітом.

походження назви

Латинське найменування міді cuprum походить від назви острова Кіпр, звідки в давнину ввозили мідь. Походження російської назви неясно.

Англійська назва мінералу Мідь - Copper

• Хімічний склад
• Різновиди
• Форма знаходження у природі
• Фізичні властивості
• Хімічні властивості. Інші властивості
• Діагностичні ознаки. Супутники.
• Походження мінералу
• Місце народження
• Практичне застосування
• Придбати

Формула

Хімічний склад

Містить іноді домішки Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge 3 (срібляста мідь з 3-4% Ag, залізиста-2,5% Fe та золотиста-2-3% Au). Домішки спостерігаються частіше у первинній самородній міді; вторинна мідь зазвичай чистіша. Склад самородної міді із Шамлузького родовища (Вірменія): Cu – 97,20 –97,46%, Fe – 0,25%; у міді з родовищ Алтаю визначено 98,3% Cu та більше.

Кристалографічна характеристика

Сингонія.Кубічна.

Клас.Гексоктаедричний.

Кристалічна структура

Для кристалічної структури характерні гранецентровані грати; по кутах та в центрах граней елементарного куба розташовані атоми міді. Це формальний вираз того, що в структурі міді є щільна упаковка (так звана кубічна щільна упаковка) з атомів металу з радіусом 1,27 і відстанню між найближчими атомами 2,54 А при виконанні простору в 74,05%. Кожен атом Cu оточений 12 йому подібними (координаційне число 12), що розташовані навколо нього по вершинах так званого Архімедова кубооктаедра.

Основні форми:а (100), d (110), про (111), l (530), е (210), h (410).

Форма знаходження у природі

Зовнішність кристалів. Зовнішність кристалів кубічний, тетрагексаедричний, додекаедричний, рідше - октаедричний (можливо, псевдоморфози за купритом). Грані часто шорсткі, з поглибленнями чи піднесеннями. Прості кристали рідкісні.

Двійники.Двійники зрощення (111) звичайні, іноді полісинтетичні, часто пластинчасті в напрямку двійники осі або подовжені паралельні діагоналі двійники площини. Зазвичай кристали (прості та двійники) нерівномірно розвинені: витягнуті, укорочені чи деформовані. Характерні дендритоподібні форми, що являють собою одноманітні зрощення безлічі кристалів (одноподібно деформованих або правильних) по якомусь одному напрямку. Такі, наприклад, двійникові по (111) кристали, витягнуті по осі симетрії 2-го порядку і зрослі паралельно граням ромбічного додекаедра) або зрощення правильних двійникових кристалів, що розгалужуються по напрямку ребер і діагоналів октаедричних граней, а також осей 4-го порядку. У суцільних виділеннях самородної міді при травленні виявляються ознаки збірної кристалізації з розвитком великих зерен за рахунок дрібніших зональних зерен неправильної форми.

Агрегати.Спотворені кристали, в одиночних неправильних зернах, дендритоподібні зростки, ниткоподібні, дротяні, мохоподібні утворення, тонкі пластинки, конкреції, порошкові скупчення та суцільні маси вагою до кількох сотень тонн.

Фізичні властивості

Оптичні

Колір у свіжому зламі світло-рожевий, що швидко переходить у мідно-червоний, потім у коричневий; часто з жовтою або строкатою втечею.

Чорта мідно-червона, блискуча.

Блиск металевий.

Прозорість. Непрозора. У найтонших платівках просвічує зеленим кольором.

Показники заломлення

Ng = , Nm = і Np =

Механічні

Твердість 2,5-3.

Щільність 8,4-8,9

Спайність не спостерігається.

Злам занозистий, гачкуватий.

Хімічні властивості

Легко розчиняється в розведеній HNO 3 і в царській горілці, H 2 SO 4 - при нагріванні, в НСl - важко. У водному розчині аміаку розчиняється, забарвлюючи його синій колір. У полірованих шліфах труїться всіма основними реактивами. Внутрішня будова легко виявляється за допомогою NH 4 OH + Н 2 O 2 або НСl + CrO 3 (50% розчин).

Інші властивості

Дуже ковка та тягуча. Електропровідність дуже висока; Значно знижується від домішок.

Поведінка при нагріванні. Чиста мідьплавиться за 1083°. Теплопровідність дещо менша, ніж у срібла.

Штучне отримання мінералу.

Може бути легко отримана з розплавів або електролізу з розчинів солей міді.

Діагностичні ознаки

Подібні мінерали

Впізнається по червоному кольору свіжої поверхні, блискучій межі, середньої твердості та ковкості, зазвичай покрита зеленими, чорними, синіми нальотами окислених мінералів міді. Під мікроскопом у відбитому світлі легко визначається за кольором та відбивною здатністю.

Супутні мінерали.Медисте золото, халькозин, кальцит, діопсид, апатит, сфен, магнетит, малахіт, барит, кварц, халькопірит.

Походження та знаходження

Гідротермальний. Накопичується в розсипах. Як унікальні явища описано самородки масою до 450 т.

Самородна мідь утворюється у відновлювальних умовах за різних геологічних процесів; значна частина її виділяється із гідротермальних розчинів. У вигляді мікроскопічних виділень спостерігається в багатьох переважно основних вивержених породах, що зазнали впливу гідротермальних розчинів, наприклад, в серпентинізованих перидотитах, дунітах і серпентинітах. У цьому випадку виникнення самородної міді, можливо, пов'язане з розкладанням мідних сульфідів, що раніше утворилися, наприклад, кубаніту (Урал, Закавказзя). Аналогічне походження можна приписати самородній міді в амфіболітизованих основних породах Сірівського району Свердловській області. У Карабаському родовищі медистого золота Челябінській областісамородна мідь спостерігається у житлових тілах діопсидо-гранатових порід, що залягають серед серпентинітів; для самородної мідітут характерна асоціація з медистим золотом, халькозином, кальцитом, діопсидом, апатитом, сфеном, магнетитом та ін.
У деяких древніх вулканічних породах (мелафірах, діабазах та ін.), метаморфізованих під впливом парів, газів та гідротермальних розчинів, мідь виконує мигдалики, утворює цемент між мінералами зміненої лави, заповнює порожнечі та тріщини; супроводжується гідротермальними мінералами: анальцимом, ломонтитом, пренітом, датолітом, адуляром, хлоритом, епідотом, пумпеліїтом, кварцем, кальцитом. Найбільші родовищацього типу знаходяться на півострові Ківіно в районі Верхнього озера (штат Мічиган, США), де оруднення приурочене до верхньопротерозойської товщі. Головна маса міді видобувається з мелафірів та конгломератів, але найбільші виділення міді (до 400 т і більше) зустрінуті в кальцитових жилах, що містять самородне срібло та домійкіт.

Зміна мінералу.

Найбільш звичайними продуктами зміни самородної міді є куприт, малахіт та азурит.

Місце народження

Виділення самородної міді спостерігалися в діабазах Нової Землі, в трапах Сибірської платформи, серед основних ефузійних порід в Італії, на Фарерських островах (Данія), у Новій Шотландії (Канада) та інших місцях. Представниками рідкісних типів гіпогенних родовищ самородної міді є цинково-марганцове родовище Франклін (штат Нью-Джерсі, США) та марганцеві родовища Лонгбан та Якобсберг (Швеція). Гіпогенними, мабуть, є виділення самородної міді вагою до декількох тонн з родовища Калмактас, що раніше розроблявся в Казахстані, представлені в музеях прекрасними зразками.
У зоні окислення, особливо у нижніх частинах, самородна мідь переважно є раннім продуктом зміни сульфідних мідних мінералів, переважно халькозина. Вона складає переважно виділення неправильної форми, рідше – кристали та дендритоподібні агрегати.
Найчастіше самородна мідь супроводжується халькозином, купритом, кальцитом, лимонітом. Спостерігається у ряді родовищ Казахстану (Джезказган, Беркара, Успенське та ін.), Рудного Алтаю (Білоусовське, Зиряновське, Чудак, Таловське та ін.), США (Бісбі та Кліфтон-Моренсі у штаті Арізона, Тінтік у штаті Юта та ін.) .
Частиною самородна мідь у зоні окислення виникає шляхом відкладення з розчинів, що містять сульфат міді. Така, наприклад, самородна мідь, що утворює виділення в порожнинах серед агрегатів лимоніту, іноді в асоціації з купритом (Меднорудяне родовище Свердловської обл. та ін). Відомі псевдоморфози самородної міді, що утворилися в зоні окислення халькозину, куприту, антлериту, халькантиту, азуриту, кальциту, арагоніту та іншим мінералам.
Особливо красиві зразки самородної міді (кристали та дендритоподібні зростки) походять з Тур'їнських копалень Свердловської області.
У деяких гірничих виробках з мідь містять на залізних предметах виділяється так звана цементна мідь у вигляді плівок і скоринок. Відомі також випадки утворення міді на залишках кріпильної деревини, що напівзгнили.
У підвищеній кількості самородна мідь спостерігається в деяких осадових породах (пісковиках, глинах, мергелях), що містять рослинні залишки, у вигляді виділень неправильної форми, іноді псевдоморфозах по деревині або у вигляді конкрецій. Такі, наприклад, пермські медисті пісковики окремих районів Росії (Приуралля, Татарстан та ін.), Пісковики Науката в Киргизії та крейдяні медисті пісковики Корокоро і Кобрицос в Болівії та ін.
З відновними процесами пов'язано також утворення самородної міді в деяких торфовищах, наприклад, у Свердловській області - по річці Левіху в басейні річки Тагіла та в Сисертському районі.
У вигляді гальок і зерен самородна мідь зустрічається в Росії в деяких розсипах: на Уралі, по Єнісею, по річці Б. Сархой у Бурятія, по річці Чорох у Грузії, Командорських островах та інших місцях. У штаті Коннектикут (США) самородну мідь виявлено у льодовикових відкладах у вигляді виділень вагою до 75 кг. Дрібні, неправильної форми виділення самородної міді відзначені у самородному залозі метеорита Венгерова в асоціації з троїлітом.

Практичне застосування

Важлива складова частинадеяких мідних руд, іноді головний мідний мінерал таких руд.

Застосовується в електротехніці, приладобудуванні; широко застосовуються різні сплави з міддю (бронза, латунь, мельхіор).

Фізичні методи дослідження

Диференціальний термічний аналіз

Головні лінії на рентгенограмах:

Старовинні методи.Під паяльною трубкою плавиться. При температурі білого жару поступово окислюється, забарвлюючи полум'я в зелений колір.

Render(( blockId: "R-A-248885-7", renderTo: "yandex_rtb_R-A-248885-7", async: true ));

));

t = d.getElementsByTagName("script"); s = d.createElement("script"); s.type = "text/javascript";

s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js";