Медь

Химические свойства.

Медь относится к числу малоактивных металлов. На холоду она очень слабо взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь пленкой оксида, которая препятствует дальнейшему окислению меди. При нагревании медь окисляется полностью:

2Cu + O₂ = 2СuО

Сухой хлор на холоду не взаимодействует с медью, однако в присутствии влаги реакция проходит довольно энергично:

Сu + Сl₂ = СuС1₂.

При нагревании медь довольно энергично взаимодействует с серой:

Си + S = CuS.

Медь может растворятся только в кислотах-окислителях. В концентрированной серной кислоте она растворяется только при нагреваний, a в азотной — и на холоду:

Области и особенности применения

В древние времена металлическая медь использовалась для изготовления самых разных вещей. Умелое применение этого материала позволило древним людям обзавестись:

• дорогой посудой;
• украшениями;
• инструментами, имеющими тонкое лезвие.

Сплавы меди

Говоря о применении меди, нельзя не упомянуть о ее значении в получении различных сплавов, в основу которых ложится именно этот металл. К таким сплавам относятся:

• бронза;
• латунь.

Две эти разновидности явяются основными видами медных сплавов. Первый бронзовый сплав был создан на Востоке еще за три тысячелетия до нашей эры. Бронза по праву может считаться одним из величайших достижений металлургов древности. По сути, бронза — это соединение меди с прочими элементами. В большинстве случаев в роли второго компонента выступает олово. Но вне зависимости от того, какие элементы входят в сплав, основным компонентом всегда является медь. Формула латуни содержит главным образом медь и цинк, но возможны и дополнения к ним в виде других химических элементов.

Помимо бронзы и латуни, этот химический элемент участвует в создании сплавов с другими металлами, среди которых алюминий, золото, никель, олово, серебро, титан, цинк. Медные сплавы с неметаллами, такими как кислород, сера и фосфор, используются гораздо реже.

Отрасли промышленности

Ценные свойства медных сплавов и чистого вещества способствовали их использованию в таких отраслях, как:

• электротехника;
• электромашиностроение;
• приборостроение;
• радиоэлектроника.

Но, разумеется, это еще не все области применения этого металла. Он является высокоэкологичным материалом. Именно поэтому он используется при строительстве домов. Например, кровельное покрытие, выполненное из металлической меди, благодаря своей высочайшей коррозийной устойчивости обладает сроком службы более сотни лет, не требуя при этом особого ухода и покраски.

Еще одна область использования этого металла — ювелирная отрасль. В основном он применяется в форме сплавов с золотом. Изделия из медно-золотого сплава характеризуются повышенной прочностью, высокой стойкостью. Такие изделия на протяжении долгого времени не деформируются и не истираются.

Соединения металлической меди выделяются высокой биологической активностью

В мире флоры этот металл имеет важное значение, так как он участвует в синтезе хлорофилла. Участие данного элемента в этом процессе позволяет обнаружить его в числе компонентов минеральных удобрений для растений

Роль в организме человека

Нехватка этого элемента в человеческом организме может оказать негативное влияние на состав крови, а именно ухудшить его. Восполнить дефицит этого вещества можно при помощи специально подобранного питания. Медь содержится во многих продуктах питания, поэтому составить полезный рацион по душе не составит труда. Для примера, одним из продуктов, в составе которых имеется этот элемент, является обычное молоко.

Но составляя насыщенное этим элементом меню, не следует забывать о том, что переизбыток его соединений может привести к отравлению организма

Поэтому, насыщая организм этим полезным веществом, очень важно не переусердствовать. И касается это не только количества потребляемых продуктов

К примеру, пищевое отравление может вызвать использование медной посуды. Приготовление пищи в такой посуде крайне не рекомендуется и даже воспрещается. Связано это с тем, что в процессе кипячения в пищу поступает значительное количество этого элемента, что может привести к отравлению.

В запрете на медную посуду есть одна оговорка. Использование такой посуды не представляет опасности в том случае, если ее внутренняя поверхность имеет оловянное покрытие. Только при выполнении этого условия использование медных кастрюлек не несет угрозы пищевого отравления.

Помимо всех перечисленных отраслей применения, распространение этого элемента не обошло стороной и медицину. В сфере лечения и поддержания здоровья он применяется в качестве вяжущего вещества и антисептика. Этот химический элемент входит в состав капель для глаз, которые используются при лечении такого заболевания, как конъюнктивит. Кроме того, медь является немаловажным компонентом различных растворов от ожогов.

Гемиоксид, или оксид меди (I)

Гемиоксид, или оксид меди (I), Си₂0. Обладает только основными свойствами. Часть солей меди (I) хорошо растворима, но довольно неустойчива и легко окисляется кислородом воздуха. Устойчивыми соединениями меди (I) являются, как правило, либо нерастворимые соединения (Cu₂S, Cu₂O, Cu₂I₂), либо комплексные соединения (Cu(NH₃)+₂ и др.). Гемиоксид меди применяется для изготовления купроксных выпрямителей переменного тока.

При растворении гемиоксида меди в кислородсодержащих кислотах, например серной, образуются соли меди (II) и медь:

Cu₂O + H₂SO₄ = CuSO₄ + Сu + Н₂O,

а при растворении в галогеноводородных кислотах — соли меди (I):

Cu₂0 + 2НС1 = 2СuС1 + Н₂O.

Многие соли меди (II) хорошо растворимы в воде, но подвержены гидролизу, поэтому в растворе всегда должен быть небольшой избыток кислоты. Нерастворимыми солями меди (II) являются сульфид CuS, карбонат (основной карбонат) СuСO₃• Сu(ОН)₂ • 0,5Н₂О, оксалат СuС₂O₄и фосфат Сu₃(РO₄)₂.

Под действием восстановителей соли меди (II) в кислом растворе могут восстанавливаться до солей меди (I):

2CuSO₄ + 4KI = 2K₂SO₄ + Cu₂I₂ + I₂

Аммиачные растворы солей меди (I) могут взаимодействовать с ацетиленом, образуя ацетиленид меди;

СН≡СН + 2CuCl = Cu₂C₂ + 2НС1.

Расчет удельного веса

В настоящее время учеными разработано огромное количество способов, помогающих найти характеристики удельного веса меди, которые позволяют даже без обращения к специализированным таблицам вычислять этот немаловажный показатель. Зная его, можно с легкостью подобрать необходимые материалы, благодаря которым в конечном итоге можно получить нужную деталь с требуемыми параметрам. Это делается еще на стадии подготовки, когда планируется создать необходимую деталь из меди или ее содержащих сплавов.

Как уже говорилось выше, удельный вес меди можно подсмотреть в специализированном справочнике, но если под рукой такого нет, то его можно рассчитать по следующей формуле: вес делим на объем и получаем необходимую нам величину. Общими словами такое соотношение можно выразить как общее весовое значение к общему значению объема всего изделия.

Не стоит путать его с понятием плотности, так как он характеризует металл по-другому, хоть и имеет одинаковые значения показателей.

Рассмотрим, как можно вычислить удельный вес, если известна масса и объем медного изделия.

Например, имеем чистый медный лист толщиной 5 мм, шириной 2 м и длиной 1 м. Для начала посчитаем его объем: 5 мм * 1000 мм (1 м = 1000 мм) * 2000 мм, что составляет 10 000 000 мм3 или 10 000 см3. Для удобства расчетов будем считать, что масса листа составляет 89 кг 300 грамм или 89300 грамм. Делим рассчитанный результат на объем и получаем 8,93 г/см3. Зная этот показатель, мы всегда с легкостью можем вычислить весовое содержание в меди того или иного сплава. Это удобно, например, для обработки металла.

Области применения меди

Применение меди, как и наиболее схожего с ней по своим свойствам алюминия, хорошо известно — это производство кабельной продукции. Медные провода и кабели, характеризуются невысоким электрическим сопротивлением и особыми магнитными свойствами.

Для производства кабельной продукции применяются виды меди, характеризующиеся высокой чистотой. Если в ее состав добавить даже незначительное количество посторонних металлических примесей, к примеру, всего 0,02% алюминия, то электрическая проводимость исходного металла уменьшится на 8–10%.

Невысокий вес меди и ее высокая прочность, а также способность поддаваться различным видам механической обработки — это те свойства, которые позволяют производить из нее трубы, успешно использующиеся для транспортировки газа, горячей и холодной воды, пара.

Совершенно не случайно именно подобные трубы применяются в составе инженерных коммуникаций жилых и административных зданий в большинстве европейских стран. Медь, кроме исключительно высокой электропроводности, отличается способностью хорошо проводить тепло.

Благодаря этому свойству она успешно используется в составе следующих систем:

• тепловые трубки;
• кулеры, использующиеся для охлаждения элементов персональных компьютеров;
• системы отопления и охлаждения воздуха;
• системы, обеспечивающие перераспределение тепла в различных устройствах (теплообменники).

Металлические конструкции, в которых использованы медные элементы, отличаются не только небольшим весом, но и исключительной декоративностью. Именно это послужило причиной их активного использования в архитектуре, а также для создания различных интерьерных элементов.

1 Интересная информация о меди

Древние греки называли этот элемент халкосом, на латинском она именуется cuprum (Сu) или aes, а средневековые алхимики именовали этот химический элемент не иначе как Марс или Венера. Человечество давно познакомилось с медью за счет того, что в природных условиях ее можно было встретить в виде самородков, имеющих зачастую весьма внушительные размеры.

Легкая восстанавливаемость карбонатов и окислов данного элемента поспособствовала тому, что именно его, по мнению многих исследователей, наши древние предки научились восстанавливать из руды раньше всех остальных металлов.

Сначала медные породы просто-напросто нагревали на открытом огне, а затем резко охлаждали. Это приводило к их растрескиванию, что давало возможность выполнять восстановление металла.

Освоив столь нехитрую технологию, человек начал постепенно развивать ее. Люди научились вдувать при помощи мехов и труб в костры воздух, затем додумались устанавливать вокруг огня стены. В конце концов, была сконструирована и первая шахтная печь.

В наши дни медные самородки встречаются крайне редко. Медь добывают из различных медных руд, среди которых можно выделить следующие:

• борнит (в нем купрума бывает до 65 %);
• медный блеск (он же халькозин) с содержанием меди до 80 %;
• медный колчедан (иначе говоря – халькоперит), содержащий порядка 30 % интересующего нас химического элемента;
• ковеллин (в нем Cu бывает до 64 %).

С чем реагирует

Медь НЕ реагирует с водородом, углеродом, азотом, а так же кремнием.

Реагирует с кислотами и солями, оксидами, галогенами, кислородом и неметаллами, но не может реагировать со щелочами, так как находится в электрохимическом ряду после водорода. Так же не может реагировать с фтором, бромом, хлором.

Отношение к кислороду

По отношению к кислороду металл проявляет слабую активность, но при длительном нахождении на воздухе покрывается очень тонкой, почти незаметной зеленоватой пленкой, которая и является оксидом меди.

В зависимости от температуры, при которой протекает реакция, купрум образует 2 оксида: CuO и Cu2O.

Взаимодействие с водой

По причине того, что медь находится в ряду электрохимического напряжения после водорода, она не вытесняет водород из воды. Но если присутствует кислород, водород может вытеснять молекулы металла, за счет чего и происходит окислительно-восстановительная реакция.

Реакции с кислотами

Из-за своего положения в электрохимическом ряду, не вытесняет водород из кислот, поэтому некоторые из них на нее не действуют. Но при достаточном доступе кислорода, растворяются в них, образуя соответствующие кислотам соли.

Отношение к галогенам и неметаллам

С галогенами медь реагирует довольно хорошо. В обычных условиях изменения не особо заметны, но на поверхности со временем образуется очень тонкий слой галогенидов. А при повышенных температурах реакция происходит очень быстро и бурно.

Cu реагирует с серой, в зависимости от температуры образуются следующие сульфиды: Сu2S, CuS.

Может образовывать йодиды (с йодом).

Реакции с оксидами неметаллов

Медь может реагировать не со всеми оксидами неметаллов, что зависит от неметалла, температуры и других условий протекания химической реакции.

Разделение металлов

В зависимости от температуры плавления металлы делятся на:

1. Легкоплавкие: им необходимо не более 600Со. Это цинк, свинец, виснут, олово.
2. Среднеплавкие: температура плавления колеблется от 600Со до 1600Со. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
3. Тугоплавкие: требуется температура свыше 1600Со, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от температуры плавления выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.

Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости

Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.

Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.

1. Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
2. Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.

Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600С о )

Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С о до 1600С о )

Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600С о )