Медь — тяжелый розово-красный металл, мягкий и ковкий, ее температура
плавления 1083° С, является отличным проводником электрического тока и
теплоты электрическая проводимость меди в 1,7 раза выше, чем алюминия,
и в 6 раз выше железа.
В повседневной жизни все время приходится иметь дело с медью и ее
сплавами: включаем компьютер или настольную лампу — ток идет по медным
проводам, пользуемся металлическими деньгами, которые, как желтые, так
и белые, изготовлены из сплавов меди. Некоторые дома украшают изделия
из бронзы, из меди изготавливается посуда. Тем временем медь- далеко не
самый распространенный в природе элемент: содержание меди в земной коре
составляет 0,01%, что позволяет ей занимать лишь 23-е место среди всех
элементов.
Медь – первый металл, который впервые стал использовать человек в
древности за несколько тысячелетий до нашей эры. Первые медные орудия
изготовля-. лись из самородной меди, которая встречается довольно
часто. Самый крупный самородок меди был найден на территории США, он
имел массу 420 т.
Но в виду того, что медь – мягкий металл, медь в древности не смогла
вытеснить каменные орудия труда. Лишь когда человек научился плавить
медь и изобрел бронзу (сплав меди с оловом), металл заменил камень.
Широкое использование меди началось в IV тысячелетии до н. э.
Медь - малоактивный металл, в электрохимическом ряду напряжений она
стоит правее водорода. Она не взаимодействует с водой, растворами
щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако в кислотах —
сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной) —
медь растворяется:
Сu + 4НМО3 - Сu(NO3)2 + 2NO+ 2Н2О концентрированная
Медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии. Однако во
влажной атмосфере, содержащей углекислый газ медь покрывается
зеленоватым налетом основного карбоната меди:
2Сu + O2 + СO2 + Н2O = СU(ОН)2 • СuСО3
В соединениях медь может проявлять степени окисления +1,
+•2 и +3, из которых +2 — наиболее характерная и устойчивая.
Медь (II) образует устойчивые оксид СuО и гидроксид Си(ОН)2.
Этот гидроксид амфотерен, хорошо растворяется в кислотах
Сu(ОН)2 + 2НСl = СuСl2 + 2Н2О
и в концентрированных щелочах.
Соли меди (II) нашли широкое применение в народном хозяйстве. Особенно
важным является медный купорос — кристаллогидрат сульфата меди (II) СuSО4 • 5Н2. Медный купорос используют в производстве минеральных и органических
красителей, в медицинской промышленности, для пропитки древесины в
качестве антисептика (предохраняет дерево от гниения). Большое значение
имеет медный купорос в сельском хозяйстве: им протравливают семена
перед посевом, опрыскивают деревья и кустарники для борьбы с
вредителями. Для ионов меди (II) Сu2+ характерно образование комплексных соединений, например К2[Сu(СN)4] — тетрациано-купрат (II) калия:
СuСl2+4КСN = К2[Сu(СN)4] + 2КСl
Из других комплексных соединений меди (II) отметим соединение с
аммиаком. Если к раствору хлорида меди (II) прилить небольшое
количество раствора аммиака, то выпадет осадок гидроксида меди (II):
Если добавить избыток аммиака, то гидроксид растворится с образованием
комплексного соединения темно-синей окраски, характерной для аммиачного
комплекса меди:
Сu(ОН)2 + 4NH3 = [Сu(NH3)4](ОН)2
Эта реакция является качественной на ион меди (II).
Растворимость гидроксида меди (II) в щелочах также связана с образованием комплексных соединений:
Cu(OH)2+2NaOH=Na2[Cu(OH)4]
Образованием комплексных соединений объясняется цвет
створов солей меди (II). Почему, например, безводный сульфат меди (II) — вещество белого цвета, а раствор этой соли
имеет голубую окраску. При растворении происходит химическое
взаимодействие ионов соли с водой, и образуются так называемые
аквакомплексы меди, имеющие голубую окраску:
CuSO4 + 6H2O = [Cu(H2O)6SO4
Соединения меди (III), например Сu2О3 или КСuO2, встречаются редко, они малоустойчивы.
Устойчивость соединений меди (I) выше, однако и они в водных растворах
легко подвергаются диспропорционированию (реакции
самоокисления-самовосстановления):
Соединения меди (I) часто встречаются в природных веществах. В минерале
куприте содержится оксид Си2О, в медном блеске (халькозине) — сульфид
Си25.
Среди других природных соединений меди отметим халькопирит (медный колчедан) СиРе52, ковелин СиЗ, малахит СиС03 • Си(ОН)2.
Исходным сырьем для промышленного получения меди служат главным образом
сульфидные руды, при этом считается рентабельным перерабатывать породы,
содержащие более 1% металла. Процесс получения меди из сульфидных руд
относят к пирометаллургическим (протекающим при повышенной
температуре). Его можно упрощенно представить следующим образом:
вначале сульфид меди (например, Си25) подвергают окислительному обжигу:
К образовавшемуся оксиду меди (II) добавляют новую порцию сульфида. При высокой температуре протекает реакция:
2СuО+Сu2S = 4Сu + SО2 Выделяется технический металл, содержащий 97 — 98% меди. Одна из
важнейших отраслей применения меди — электротехническая промышленность.
Из меди изготовляют электрические провода. Для этой цели металл должен
быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость.
Присутствие в меди 0,02% алюминия снизит ее электрическую проводимость
почти на 10%. Еще более резко возрастает сопротивление металла в
присутствии неметаллических примесей. Для получения чистой меди,
которую можно использовать в электротехнике, проводят ее
электрорафинирование. Этот метод основан На проведении электролиза
водного раствора соли меди с растворимым медным анодом. Техническую или
черновую медь, кото-служит одним из электродов, погружают в ванну,
заполненную водным раствором сульфата меди. В ванну погружают еще один
электрод. К электродам подключают источник постоянного тока таким
образом чтобы техническая медь стала анодом (положительный полюс
источника тока), а другой электрод — катодом. На аноде идет реакция
окисления ме:
А(+)Сu(техн.) — 2e ->- Сu2+ + примеси Ионы меди
переходят в раствор и перемещаются к катоду (отрицательно заряженному
электроду). Нерастворимые примеси собираются вблизи анода, некоторые
примеси могут переходить в раствор. На катоде протекает процесс
восстановления ионов меди: К(—)Сu2+ 2е ->- Сu
Условия электролиза таковы, что примеси, находящиеся в растворе, не
восстанавливаются. Электрорафинированием получают электролитическую
медь чистотой 99,98—99,999%, что вполне достаточно для нужд
электротехники.
Очень важная область применения меди — производство медных сплавов. Со
многими металлами медь образует так называемые твердые растворы,
которые похожи на обычные растворы тем, что в них атомы одного
компонента (металла) равномерно распределены среди атомов другого (рис.
34). Большинство сплавов меди — это твердые растворы.
Сплав меди, известный с древнейших времен, — бронза — содержит 4—30%
олова (обычно 8—10%). Интересно, что бронза по своей твердости
превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. Бронза более
легкоплавка по сравнению с медью. До наших дней сохранились изделия из
бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Из бронзы отливали в
средние века орудия и многие другие изделия. Знаменитые Царь-пушка
(рис. 35) и Царь-колокол в Московском Кремле также отлиты из сплава
меди с оловом. Сплав меди, известный с древнейших времен, — бронза — содержит 4—30%
олова (обычно 8—10%). Интересно, что бронза по своей твердости
превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. Бронза более
легкоплавка по сравнению с медью. До наших дней сохранились изделия из
бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Из бронзы отливали в
средние века орудия и многие другие изделия. Знаменитые Царь-пушка
(рис. 35) и Царь-колокол в Московском Кремле также отлиты из сплава
меди с оловом.
В настоящее время в бронзах олово часто заменяют другими металлами, что
приводит к изменению их свойств. Алюминиевые бронзы, которые содержат
5—10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из такой бронзы чеканят
медные монеты. Очень прочные, твердые и упругие бериллиевые бронзы
содержат примерно 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой
бронзы, практически «вечные». Широкое применение в народном хозяйстве
нашли бронзы, изготовленные на основе других металлов; свинца,
марганца, сурьмы, железа, никеля и кремния. -| Большую группу
составляют медно-никелевые сплавы. Эти сплавы имеют серебристо-белый
цвет, несмотря на то что преобладающим компонентом является медь. Сплав
мельхиор содержит от 18 до33% никеля (остальное — медь). Он имеет
красивый внешний вид. Из мельхиора изготовляют посуду и украшения,
чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор 'сплав —-нейзильбер —
содержит, кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав используют для
изготовления художественных изделий медицинского инструмента.
Медно-никелевые сплавы Константин (40% никеля) и манганин (сплав меди,
никеля и марганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением.
Их используют в производстве электроизмерительных приборов. Характерная
особенность всех медно-никелевых сплавов — их высокая стойкость к
процессам коррозии — они почти не подвергаются разрушению даже в
морской воде.
Сплавы меди с цинком (содержание цинка до 50%) носят название латунь.
Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко
обрабатываются. Благодаря своим качествам латуни нашли широкое
применение в машиностроении, химической промышленности, в производстве
бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто
добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы.
Из латуней изготовляют трубы для радиаторов автомашин, трубопроводы,
патронные гильзы, памятные медали, а также части технологических
аппаратов для получения различных веществ. В технике применяют процессы
меднения — покрытие стальных изделий тонким слоем меди. Зачем это
делается? Стальные детали и изделия часто покрывают
защитно-декоративными хромовыми и никелевыми покрытиями. Такое
покрытие, нанесенное непосредственно на сталь, непрочно: оно
растрескивается и отпадает. Если сталь покрыть легким слоем меди, а
затем хромом или никелем, то электролитические осадки получаются
высокого качества. Меднение проводят также для облегчения спаивания
деталей — медь очень хорошо подвергается пайке. Соединения меди
обладают высокой биологической активностью. Они содержатся в животных и
растительных организмах. В растениях медь участвует в процессах синтеза
хлорофилла, поэтому она входит в качестве одного из компонентов в
состав микроудобрений.
Медь входит в состав многих продуктов, которые использует в пищу
человек: много меди, например, в молоке. Недостаточное употребление
меди может привести к различным заболеваниям, в частности ухудшается
состав к.:ови. Однако избыток соединений меди также вреден, он может
привести к тяжелым отравлениям. Вот почему не рекомендуется 198
пользоваться при приготовлении пищи медной посудой: при кипячении в ней
в раствор может перейти избыточное количество меди. Можно лишь
использовать медную посуду, хорошо облущенную изнутри, т. е. покрытую
слоем олова.
Свойства меди
