Медь

14 Министерство высшего образования Российской Федерации Башкирский г осударственный у ниверситет Кафедра неорган ической химии Курсовая работа Медь Выполнил студент I курса В группы Панкратьев Е.Ю. Проверил д оцент кафедры Н.Х. Гайфутдинова Р.К. Уфа 2002. Содержание : 1. Распространение меди в природе. - 3 2. История открытия меди. - 3 3. М есторождений меди. - 4 4. Физические свойства меди. - 5 5. Химические свойства меди. - 6 6. Получение меди. - 10 7. Добыча и получение солей из природных месторождений. - 11 8. М ед ь и живые организмы. - 12 9. Применение меди. - 12 10. Использованная ли тература. - 13 1. Распространение меди в природе. Металлы подгруппы м еди обладают небольшой химической активностью, поэтому они находятся ч астично в виде химических соединений, а частично в свободном виде, особе нно золото. Медь в далекие геологические эпохи, очевидно, находилась только в виде с ернистых соединений – халькопирита (или ) и х алькозина . Объясняется это тем, что медь обладает довольно большим химическим сродством к сере, в настоя щее время сульфиды – наиболее распространенные минералы меди. При высо ких температурах, например в районах вулканической деятельности, под де йствием избытка кислорода происходило превращение сульфидов меди в ок ислы, например: . При температуре ниже 1000 0 C происходило образование окиси меди, которая в небольших количествах встречается в природе: . Самородная (металлическая ) медь , очевидно , возникла в пр ироде при сильном нагревании частично окисленных сернистых руд. Можно представить, что после землетрясени й, гра ндиозных извержений окисленные минералы меди бы ли погребены под толстым слоем горных пород и нагревались за счет земног о тепла. При этом происходило взаимодействие окислов с сульфидами: . Подобные процессы протекают при выплавке меди на мета ллургических заводах. Такие природные “металлургиче ские заводы” выплавляют громадные количества меди : самый крупный из найденных само родков весил 420 т. По-видимому, в меньших масштабах взаимодействие окислов некоторых металлов с сул ьфидами идет и в н а стоящее вр емя, например в районе некоторых Курильских островов . Некоторые другие минералы меди полу чились из окисных руд. Напр имер, под действием влаги и д вуокиси углерода происходила гидратация окиси меди и образование осно вных карбонатов: . В лаборатории мы эти процессы не наблюдаем, так как они идут медленно. В “лаборатории” природы сроки в несколь ко тысяч лет совершенно незначительны. В дальнейшем под влиянием давления вышележа щих горных пород и некоторого нагревания происходило уплотнение основ ного карбоната меди, и он превратился в изумительный по красоте минерал – малахит. Особенно красив полированный малахит . Он бывает окрашен от светло-зеленого до т емно-зеленого цвета. Переходы оттенков причудливы и со здают фантастический рисунок на поверхности камня. Переход нерастворимых сульфидных со единений меди в раствор мог осуществляться за счет взаимодействия раст воров сульфата железа ( III ): . Растворы сульфата железа, как указано выше, получаются в природе при действии воды, насыщенной кислородом, на пирит. Эти процесс ы медленно идут в природе и в настоящее время . [1, с.8-10 ] Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленност и важны лишь 17. Для производства меди наибольшее значение имеют халькопи рит (он же – медный колчедан) CuFeS 2 , халькозин (медный блеск) Cu 2 S , ковеллин CuS , борнит (пестрая медная руда) Cu 5 FeS 4 . Иногда встреча ется и самородная медь. Распространение м еди в земной коре – 4,7*10 -3 % по мас се (10 15 - 10 16 тонн). [3] 2. История открытия меди. Медь стала известна человеку в каменном веке – некоторые самородки меди, о тносящиеся к этому времени, носят следы воздействия каменных орудий , в частности у них обрублены выступающие части. Очевидно, эти кусочки меди были использованы доисторическим ч еловеком в качестве украшений , а зате м и как орудия. Распространению медных изделий способствовало свойство меди подвергаться ковке в нагрето м состоянии. Так обрабатывали медные самородки индейцы еще со времен Кол умба. Где и когда был открыт метод выплавки меди из руд неизв естно. Скорее он был открыт случайно . Самородная медь в сегда встречалась совместно с рудой. И вот во время нагрева самородка в р аскаленных углях костра кусочки медной руды, прилипшие к самородку, тоже превратились в медь – восстановились угле родом : . Во зможно, первоначально медь выплав лялась в небольших ивовых корзинах, обмазанных толсты м слоем глины. В такую своеобразную печь загружали руд у вместе с углем и под ней разжигали большой костер. Руды меди часто встречаются совместно с рудами цинка, о лова. Такие руды восстанавливаются легче и дают сплавы меди более твердые, чем сама медь. Эти сплавы называютс я бронзами, а время, в течени е которог о человек широко использовал бронзу, - бронзовым веком . Название “бронза” произошло от названия небольшого итальянского город а Бриндизи , через который среди прочи х товаров шла торговля изделиями из сплава меди с оловом. Этот сплав назв али медью из Бриндизи, а затем - бронзой. Изготовление изделий из меди и ее сплавов производило сь еще при первых фараонах Египта (4 – 5 тыс. лет до н. э .) . Известны древнейшие ме дные руды на острове Кипр. По-видимому, современное лат инское название “купрум” про изошло от латинского наз вания этого острова. [ 6 ] Когда же и где была впервые выплавлена медь? Считалось, что люди 9 – 8 тыс. лет назад не умели , как следует , делать керамическую посуду, но в 1950 г. археологами было сделано и нтересное открытие. В районе реки Конья на юго-западе Малой Азии в 1950 г. производились р аскопки. Наряду с каменными орудиями были найдены медн ые проколки , украшения, колечки. По определениям физиков, использующих радиоуглеродный метод; культурный сл ой с остатками жизнедеятельности человека возник в VII - VI тысячелетиях до н.э. Этому от крытию тр удно поверить, но в 1963 г. при раскопках в верховьях реки Тигр были найдены п ростейшие медные изделия, относящиеся к тому же периоду. Там же нашли и ме дную руду . [1, с. 27-28] 3. Мес тор ождени я м еди. Соединения элемент ов подгруппы меди распределены в земной коре неравномерно, что объясняе тся различием в геологических условиях, сложившихся в различных местах земного шара. Богатейшие месторождения меди имеются в Конго (Катангский пояс). Материалы, собранные археологами о древнейших месторождениях дат ируются тысячелетиями до новой эры. Древнейшие выработки меди на террит ории нашей страны найдены в Закавказье, на побережье Балхаша, в многочис ленных пунктах Сибири. Планомерные поиски месторождений меди начинаются при Иване III , Иване Грозном и особенно при Петре I . При Иване Грозном в Олонецк ий уезд был послан новгородский гость (купец) Семен Гаврилов “для сыску м едные руды”, где она и была найдена. В 1652 г. Казанский воевода сообщил царю: “ Медные руды… сыскано много и заводы к медному делу заводим” . [2, с.26 ] Из документов следует, что с 1562 по 1664 г. было посл ано из “Казани к Москве чистыя меди 4641 пуд. 6 гривенков”. В 1702 г. стала выходить первая русская газета “Ведомости”, которую, очевидно, редактировал Петр I . 2 января 1703 г. в ней писали: “Из Казани пишут. На реке Соку нашли много нефти и медной руды, из той руды мед и выплавили изрядно, отчего чают не малую прибыль Московскому государст ву” . [2, с.27 ] В начале этого столетия главнейшими месторождениями, которые разрабат ывались, были: в районе Северного Урала – Богословский завод, в районе Ни жнего Тагила – Выйский завод, а на Кавказе – Калакентский и Кедабекски й заводы. В наше время известны месторождения меди на восточном склоне Урала, Сред ней Азии, Закавказье и т.д. Большое количество меди и других ископаемых находится на дне океанов, ко торое покрыто так называемыми конкрециями – скоплениями в виде камней округлой неправильной формы. Они содержат в среднем 0,5% меди. По подсчетам ученых запасы этой ценной и своеобразной руды составляют 5 млрд. тонн . [1, с.16-18 ] 4. Физические свойства меди. T плавления T кипени я r a С R удельное 1083 0 C 2 877 0 C 98 нм 8, 96 г/ c м 3 1,63*10 -8 ом*м Таблица 1. Физические свойства меди. Металлы подгруппы м еди, как и щелочные металлы, имеют по о дному свободному электрону на один и он-атом металла. Казалось бы, эти металлы не должны особенно сильно отличатся от щелоч ных. Но они, в отличие от щелочных металлов, обладают дов ольно высокими температурами плавления. Большое разл ичие в температурах плавления между металлами этих по дгрупп объясняется тем, что между ион-атомами металлов подгруппы меди почти нет “зазоров” и они расположены более близко . Вследствие этого количество свободных электронов в единиц е объема, электронная плотность, у них больше. Следоват ельно, и прочность химической связи у них больше . Поэто му металлы подгруппы меди плавятся и кипят при более высоких температур ах. Металлы подгруппы м еди обладают, по сравнению с щелочными металлами, облад ают большей твердостью. Объясняется это увеличением электронной плотностью и отсутствием “зазоров” между ион-атомами . Необходимо отметить, что твердость и прочность металл ов зависят от правильности расположения ион-атомов в кристаллической р ешетке. В металлах, с котор ыми мы прак тически сталкиваемся, имеются различного рода нарушения правильного р асположения ион-атомов, например пустоты в узлах кристаллической решет ки. К тому же металл состоит из мелких кристалликов (кристаллитов), между которыми связь ослаблена. В Академии Наук СССР была получена медь без нарушения в кристал лической решетке. Для этого очень чистую медь возгонял и при высокой температуре в глубоком вакууме на глубокую подложку . Медь получалась в виде небольших ниточек – “усов” . Как оказалось такая медь в сто раз прочнее, чем обычная. Цвет меди и её соед инений . Чистая медь обладае т и другой интересной особенностью. К расный цвет обусловлен следами растворенного в ней ки слорода. Оказалось, что медь, многокр атно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным б леском. При повышении валентности понижается окраска меди, наприм ер CuCl – белый , Cu 2 O – красный , CuCl + H 2 O – голубой , CuO – черный. Ка рбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем обусловлен интересный практический признак для поисков. Электропроводимос ть . Медь обладает наибо льшей (после серебра ) электропроводимос тью , чем и обусловлено её применение в электронике. Кристаллическая р ешетка . Медь кристаллизиру ется по типу централизованного куба ( рис 1 ) . 14 Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди. 5. Химические свойства меди. Строение атома . 14 Рисунок 2. Схема строения атома меди. 29 Cu 1s 1 2s 2 sp 6 3s 2 3p 6 3 d 10 4s 1 E ионизации 1 = 7.72 эВ E ионизации 2 = 20.29 эВ E ионизации 3 = 36.83 эВ Отношение к кислор оду . Медь проявляет к кис лороду незначительную активность , но во влажном возду хе постепенно окисляется и покрывается пленкой зелен оватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди: В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на пове рхности меди образуется тончайший слой оксида меди: Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди ( I ) как и сама медь, розового цве та. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускае т свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при на гревании, например при 600-800 0 C . В первые секунды окисление идет до ок сида меди ( I ) , которая с поверхности переходит в ок сид меди ( II ) черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие. Q образования (Cu 2 O) = 84935 кДж . 14 Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди. Взаимодействие с в одой . Металлы подгруппы м еди стоят в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти мет аллы не могут вытеснять водород из воды. В то ж е время водород и другие металлы могут вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например: . Эта реакция окислит ельно-восстановительная, так как происходит переход электронов: Молекулярный водор од вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом. Объясняется это тем, что связь между атомами водорода п рочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реа кция же идет только с атомами водорода. Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбон ата: Взаимодействие с кислотами . Находясь в ряду напряжен ий после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих ки слотах с образованием соответствующих солей : . Отношение к галоге нам и некоторым другим неметаллам . Q образования ( Cu Cl ) = 134300 кДж Q образования ( Cu Cl 2 ) = 111700 кДж Медь хорошо реагиру ет с галогенами , дает два вида галогенидо в: CuX и CuX 2 . . При действии галогенов при комнатной темпер атуре видимых изменений не происходит, но на поверхнос ти вначале образуется слой адсорбированных молекул , а затем и тончайший слой галогенидо в . При нагревании реакция с медью проис ходит очень бурно . Нагреем медную проволочку или фольг и и опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди ( II ) CuCl 2 с примесью хлорида ме ди ( I ) CuCl . Реакция происход ит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты. Одновалентные гало гениды меди получают при взаимодействии металлической меди с растворо м галогенида двухвалентной меди, например: . Монохл орид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди. Оксид меди . При прокаливании ме ди на воздухе она покрывается черным налетом, состоящим из оксида меди . Его также легко можно получить прокаливанием гидроксокар боната меди ( II ) ( CuOH ) 2 CO 3 или нитрата меди ( II ) Cu ( NO 3 ) 2 . При нагревании с различными о рганическими веществами CuO окисляет их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород – в воду восстанавлива ясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органически х веществ для определения содержания в них углерода и водо рода. Под слоем меди расположен окисел розового цвета – зак ись меди Cu 2 O . Этот же окисел пол учается при совместном прокаливании эквивалентных ко личеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: . Закись меди используют при устройстве выпрямителей п еременного тока, называемых купроксными. Для их приготовления пластинк и меди нагревают до 1020-1050 0 C . При этом на поверхности образуется двухслойная окалина, со с тоящая из за киси меди и окиси меди. Окись меди уда ляют, выдерживая пластинки некоторое время в азотной кислоте: . Пластинку промываю т, высушивают и прокаливают при невысокой температуре – и выпрямитель г отов. Электроны могут проходить только от меди через закись меди . В обратном направлени и электроны проходить не могут. Это объясняется тем, что закись меди обладает различной проводимостью. В слое закиси меди, который примыкает непосредственно к меди , имеется избыток электронов, и электрический ток прохо дит за счет электронов, т.е. существует электронная про водимость. В наружном слое закиси меди наблюдается нех ватка электронов , что равноценно появлению положител ьных зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положител ьный плюс источника тока, а к закиси меди – отрицательный, то электроны ч ерез систему не проходят. Электроны при таком положении полюсов движутс я к положительному электроду, а положительные заряды – к отрицательному. Внутри слоя закиси возника ет тончайший слой, лишенный носителей электрического тока, - запирающий слой. Когда же медь подключена к отрицательному полюсу , а закись меди к положительному, то движение электронов и положительных зарядов изменяется на обратное , и чер ез систему проходит электрический ток. Так работает купроксный выпрями тель. [ 6 , с.63 ] Гидроксид ы меди . Гидрок с ид меди малорастворимое и нест ойкое соединение . Получают его при действии щелочи на раствор соли: . Эт о ионная реакция и протекает она потому, что образуетс я плохо диссоциированное соединение , выпадающее в оса док: Медь, помимо гидроксида меди ( II ) голубого цвета, дает еще гидрок с ид меди ( I ) белого цвета: . Эт о нестойкое соединение, которое легко окисляется до ги дрок с ида меди ( II ): . Оба гидрок с ида меди обладают амфотерными свойствами. На пример, гидрок с ид меди ( II ) хорошо р астворим не только в кислотах, но и в концентрированных растворах щелоче й: , . Таким образом, гидрок с ид меди ( II ) может диссоциировать и как основание: и как кислота . Этот тип диссоциации связан с присоедине ни е м меди гидроксильн ых групп воды: Сульфаты . Наибольшее практич еское значение имеет CuSO 4 *5 H 2 O , называемый медным купоросом . Его готовят растворением меди в концентрированной серной к ислоте. Поскольку медь относится к малоактивным метал лам и расположена в ряду напряжений после водорода, водород при этом не в ыделяется: . Медный купорос применяют при электролитическом полу чении меди, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями ра стений, для получения других соединений меди. Карбонаты . Карбонаты для метал лов подгруппы меди не характерны и в практике почти не применяются. Неко торое значение для получения меди имеет лишь основной карбонат меди, который встречается в природе. К омп лексообразование . Характерное свойство дв ухзарядных ионов меди – их способность соединятся с молекулами аммиак а с образованием комплексных ионов. Качественные реак ции на ионы меди . Ион меди можно откры ть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака. Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с обр азованием комплексного иона меди [ Cu ( NH 3 ) 4 ] 2+ : Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет. Пример к ачественн ого анализ а сплава меди . Исследуемый объект Реагент, действие Осадок Раствор Наблюден ие Выводы Часть сплава Нагрев ание с конц. HNO 3 Раствор 1 сразу приобрёл зелёную окраску, которая перешла в го лубую после охлаждения Раствор 1 25% NH 3 , Добавление 1-2 капли Раствор стал синим Это медный сплав Часть сплава HNO 3 , Сначала растворяют часть стру жек в 10 каплях 6М HNO 3 , а затем доб авляют 20-25 капель конц. HNO 3 , нагр евают до полного растворения сплава Раствор 2 может содержать Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, Sb Осадок не выпал Раствор 2 , Ni 2+ Диметил-глиоксим Раствор позеленел Ni нет Fe 3+ NH 4 CNS Кристаллы окра сились в красный цвет, потом раствор позеленел и выпал чёрный осадок Есть Fe 3+ Cd 2+ Дифенил-карбазид Раствор стал красным Есть Cd Zn 2+ Дитизон Фаза дитизона окрасилась в малиновый цвет Есть Zn Mn NaBiO 3 Ничего не произошло Mn нет Al 3+ Ализарин Раствор стал жёлто-коричневым Al нет Окси-хинолин Выпал зелёно-жёлтый осадок Al нет Раствор 2 HCl, H 2 SO 4 , добавление Раств ор 3 возможно содержит Sb, Sn Осадок не выпал Pb возможно нет Раствор 3 H 2 O 2 и NaOH Осадок 1 может со держать Sb Раствор 4 может содерж ать Sn Выпал зелёно-серый осадок (образовался ос.2 и р-р 2) Осадок 1 HNO 3 Раствор 5 Осадок растворился Sb нет Раствор 5 NH 3 , NH 4 Cl, H 2 O 2 Осадок не выпа л Раствор 4 NH 4 Cl Осадок не выпал Sn нет Раствор 2 I - Выпал жёлтый о садок, который приобрёл красный оттенок Есть Pb 2+ Выводы : Проведённый качес твенный анализ даёт основания считать, что в сплаве содержится медь, цин к, кадмий, железо, свинец. Таким образом этот сплав является латунью. [8] 6. Получение меди. История получения м еди . Интересна история по лучения меди. Уже 5-6 тысяч лет до н.э. медная руда добывалась египетскими ра бами в Нубии, на Синайском полуострове. Рудники, как пишет греческий исто рик Диодор Сицилийский ( I век до н.э.), являлись собственностью фараонов. На каторжный труд в рудниках от правляли рабов и осужденных, зачастую вместе с семьями. В наиболее узкие штольни на обивку руды и ее вынос направляли детей. На поверхность руду д оставляли в плетеных корзинках или кожаных мешках. Древнейшая медеплав ильная печь найдена на Синайском полуострове. Она представляла яму, обне сенную круглой стеной толщиной в 1 метр. Печь имела внизу два поддувала. По составу шлака установили, что в этой печи выплавлялась медь. Изображени е более совершенной печи было обнаружено на греческой вазе, которая дати руется VI веком до н.э. Для улучш ения литейных свойств меди греки добавляли в руду оловянный камень (двуо кись олова) и получали оловянную бронзу. Искусство получения меди и ее сплавов затем перешло к римлянам. Оловянну ю руду римляне доставали из Англии, которая в то время называлась Кассит еридскими островами. Интересно отметить, что минерал – двуокись олова и по настоящее время называется касситеритом. О методах получения меди в России дает представление небольшой, но обсто ятельный труд М.В.Ломоносова “Основание металлургии” (1763 год), который сыг рал исключительную роль в развитии металлургического производства. В э той же книги дано описание “сульфатизирующего обжига”. Он заключался в м едленном окислении медной сульфидной руды до сульфата меди кислородом воздуха: с последующим выщела чиванием соли водой с целью получения медного купороса. В книге даются указания, как использовать теплоту отходящих газов, как к онтролировать процесс плавки и даже как вентилировать шахты от пыли и га зов, которые “для человеческого здоровья вредительны”. [1, с.76-77 ] Получение меди мет одом электролиза . Элек тролиз широко применяют для очистки (рафиниро вания) меди. Для очистки меди из черновой меди отливают аноды – толстые пластины. Их подвешивают в ванну , содержащую раствор медного купороса. В к ачестве катодов используют тонкие листы чистой меди , н а которые во время электролиза осаждается чистая медь . На аноде происходит растворение меди. Ионы меди передвигаются к катоду, принимают от катода электрон ы и переходят в атомы: . Чи стая медь оседает на катоде . Примеси, входящие в состав черновой меди ведут себя по- разному. Более электроотрицательные элементы – цинк, железо, кадмий и д ругие растворяются на аноде. Но на катоде эти металлы н е выделяются , так как электрохимичес ком ряду напряжений они находятся ле вее меди и имеют более отрицате льные потенциалы. [1, с.70 ] Металлотермическ ий метод получения . Пирометаллургичес кий способ получения меди . Поскольку содержан ие меди не превышает 1.5-2%, их подвергают обогащению, т.е. отделяют соединения меди от пустой пор оды, применяя флотационный метод. Для этого руду размал ывают до тончайшего порошка и смешивают его с водой, до бавив в неё предварительно флоторагенты – сложные органические вещества. Они покрыва ют мельчайшие крупинки соединений меди и сообщают им н есмачиваемость . В воду добавляют ещё вещества, создающ ие пену. Затем через взвесь пропускают сильный поток в оздуха. Поскольку частички (крупинки соединений меди) водой не смачиваются , они прилипают к пузырькам воздуха и всплываю т наверх. Всё это происходит во флотационных аппаратах. Пену, которая содержит крупинки соединений меди, собирают, отфильтровыв ают , отжимают от воды и высушивают. Та к получают концентрат , из которого выделяется медь. В зависимости от состава руды существ ует не сколько методов её переработки. Суль фидную руду сначала обжигают при свободном т оке воздуха для удаления части серы: . Этот обжиг проводят в механических печах, похожих на устройства для обжига серного колчедана. В последнее время начали применять обжиг в кипящем сл ое. Продукты обжига затем переплавляют совместно с флю сами в отражательной печи. При этом протека е т множество химически х процесс ов , например . Пустая порода , часть сульфидов и окислов железа переходит в шлак, а на дне печи скапливается штейн – расплав сульфида меди Cu 2 S и сульфида железа FeS . Штейн сливают из печи и перерабатывают в конв екторе , который по устройству похож на конвектор для п ереработки стали. Частичное удалени е серы происходит за счет продувки воздуха через расплавленный штейн: . Сульфид меди и закис ь меди дают металлическую черновую медь: Она содержит около 95-98% меди. При послед ующей переплавке на поду отражательной печи содержание меди может быть повышено до 99,7%. Дальнейшая очистка ме ди проводится электролизом. Более просто перерабатывают окисные руды меди, состоящие из закиси меди, окиси меди и карбонатов меди ( Cu 2 O , CuO , CuCO 3 * Cu ( OH ) 2 ) . Эти руды обогащения прокал ивают с коксом при высокой температуре : . [1, с.74-75 ] 7. Добыча и получение солей меди из природных месторождений. Около 15% всех руд меди перерабатывается гидрометаллургическим методом – на измельченную ру ду действуют растворителем, который переводит медь в раствор. На руды, со держащие оксид меди, действуют разбавленной серной кислотой: По сравнению со многими другими оксидами, встречающимися в руде, оксид м еди растворяется сравнительно хорошо. Выделение металлической меди из раствора проводят электролизом. Если медь находится в руде в виде сульфида, то ее в раствор можно перевест и, обрабатывая ее руду раствором сульфата железа: [1, с.64 ] 8. М едь и ж ивые организмы. Медь входит в число жизн енно важных микроэлементов . Она участвует в процессе фотос интеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков , крахмала, витаминов и ферментов . При отсутствии или недост атке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла, листья желте ют, растение перестает плодоносить и может погибнуть. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купорос а CuSO 4 *5 H 2 O . В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организ мов. Польские ученые установили, что в тех водоемах, где при сутствует медь, карпы отличаются крупными габаритами. В прудах и озерах, где нет меди, быстро развивается грибок, который поражает карпов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому. Из представителей живог о мира небольшие количества меди содержат осьминоги, каракатицы, устриц ы и некоторые другие моллюски. В крови ракообразных и голов оногих , медь входящая в состав их дыхательного пигмента – гемоциана ( 0,33-0,38% ), – играет ту же роль , что железо в крови других живот ных. Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (поэтому у улито к кровь голубая), а отдавая кислород тканям, – обесцвечивается. У животных, стоящих на более высокой ступени развития, и у человека м едь содержится главным образом в печени. Ежедневная потре бность человеческого организма – примерно 0,005 грамма этого элемента. При недостаточном поступлении меди с пищ ей у человека развивается малокровие, появляется слабость. С биологическими проце ссами связан и один из способов добычи меди. Еще в начале XX века в Америке бы ли зарыты медные рудники в штате Юта : реши в, что запасы руды уже исчерпаны, хозяева рудников затопили их водой. Когда спустя два года воду откачали, в ней оказалос ь 12 тысяч тонн меди. Подобный случай произошел и в Мексике, где из заброшен ных рудников, на который махнули рукой, только за один год было “ вычерпано ” 10 тыся ч тонн меди. Оказалось, что среди многочисленных видов бакт ерий есть и такие, для которых любимым лакомством служат сернистые соеди нения некоторых металлов. Поскольку медь в природе связана именно с серо й, эти микробы неравнодушны к медным рудам. Окисляя нераств оримые в воде сульфиды, микробы превращают их в легко растворимые соедин ения, причем процесс этот протекает очень быстро. Так при об ычном окислении за 24 дня из халькопирита выщелачивается 5 % меди, то в опытах с участием бактерий за 4 дня удал ось извлечь 80 % этого элемента. 9 . Применение меди. История применения меди . Археологические на ходки указывают, что медь довольно широко использовала сь людьми для изготовления украшений и предметов быта около 7-8 тысяч лет назад. До недавнего времен и считалось , что история эры электричества началась с 1786 года после опытов Луиджи Гальвани . В то же время археологические раскопки говорят, что с электриче ством люди ознакомились много веков назад . Археологи неподалеку от Багдада, а затем на б ерегах Тигра нашли глиняные сосуды высотой около 10 см и покрытые глазурью . Внутри сосуда обн аружили медные цилиндры , в которые были встав лены железные стержни. В с осуд ах имелось небольшое количество битума . Медные цилиндры были сильно разъедены. Это был первый гальвани ческий элемент. Подозревают, что эти элементы использо вались для электрохимического способа позолочения серебряных изделий. Медь наряду с железо м и золотом издавна применялась в качестве платежного средства. Большого совершенства в изготовлении различных издел ий из меди и бронзы достигли русские мастера. Уже к концу XV века в Р оссии в широких масштабах изготовлялись бронзовые пушки. [4, с.115-118 ] Применение меди в н астоящее время . Прим ерно половина производимой меди в настоящее время используетс я в радиотехнике и электр отехнической промышленности. Это связано с ее хорошей пров одимостью и относительно высокой коррозионной стойко стью . К меди, идущей на изготовление электрических пров одов , часто добавляют в небольшом количестве кадмий , который не снижает электропроводимость меди, но повыш ает ее прочность на разрыв. Древнейший сплав меди с цинком – латунь и в настоящее время производится в больших количествах . Содержание цинка в латуни составляет 30-45 %. Она применяется для изготовления ра зличной арматуры, соприкасающейся с водой (краны, вент или и т.д.), а также для производства различных труб . Из латуни прокатывают полосы и листы , идущ ие для выработки самых разнообразных изделий (проволока, произведения и скусств , предметы быта и т.д. ) . Латунь хорошо прокатывается, штампу ется и несколько дешевле меди, так как цинк более дешевый металл по сравн ению с медью. Другие сп л авы меди называются бронзами. Наиболее распространенная брон за – оловянная. Она содержит от 5 до 80% олова. В зависимости от содержания олова свойства и назначение меняется . При содержании олова 10-13% ее цв ет красновато-желтый , а более 27-30% - белы й. Подшипниковая бронза содержит 81-87% м еди. Для изготовления подшипников , ра зличных тормозных устройств, где происходит скольжен ие металла, применяют бронзы, содержащие до 45% свинца. В ч асовых и других точных механизмах, где нужна высокая механическая прочн ость и коррозионная стойкость, применяется бериллиевая бронза, содержа щая 1-2% бериллия. Ее прочность равна прочности стали. В быту и особенно в х имической промышленности применяют сплавы меди с никелем, например мон ель-м еталл, в котором отношение меди к никелю равно 2:1, и мельхиор, в котором это соотношение равно 4:1. Мельхиор по внешнему виду похож на серебро, из него приготовляют предметы домашнего обихода: ложки, вилки, подносы и т.д. Монель-металл применяют для изготовления монет, различных реакторов дл я химической промышленности, так как это сплав коррози онно-стоек . Гидроксокарбонат меди ( II ) – ( CuOH ) 2 CO 3 – применяют для получения хлорида меди ( II ), для приготовления синих и зеленых минеральных красок, а также в пиротехн ике. Сульфат меди ( II ) – CuSO 4 – в безводном состоянии представляет собой белы й порошок, который при поглощении воды синеет. Поэтому он пр именяется для обнаружения следов влаги в органических жидкостях. Смешанный ацетат-арсенит меди ( II ) – Cu ( CH 3 COO ) 2 * Cu 3 ( AsO 3 ) 2 – применяют под названием “ па рижская зелень ” для уничтожения вредите лей растений. Из солее меди вырабатывают большое количество минеральны х красок, разнообразных по цвету : зеленых, синих , коричневых, фиолетовых и черных. Все соли меди ядовит ы, поэтому медную посуду лудят – покрывают внутри слоем ол ова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей. [4, с.123-124 ] 10 . Использованная литература. 1. Л.Ф.Попова. От лития до цезия . М . , “Просвещение”, 1972 . 2. В.Е.Лунев. Познакомь тесь с медью. М.,”Металлургия”, 1965 . 3. Отв. за ред. Л.К.Иугалин. Химия минералов меди. Новосибирск, “ Наука ” , 1975. 4. Л.Ф.Попова. Медь. М., “ Просвещение ” , 1989. 5. Н.А.Фигуровский , "Открытие элементов и происхождение их названий" . М., “ Наука ” , 1970. 6. В.С.Котлярова, Н.В.К асимова . Получение плёнок меди и опыты с ними // Химия в школе , № 3 , 1972 . 7. http://www.chem.msu.su/rus/history/element/cu.html 8. И.Г.Подчайнова, Э. Н.Симонова . Аналитическая химия меди. М. ,” Наука ” , 1990.