Медь является одним из самых «древних» металлов: считается, что люди начали использовать ее для изготовления орудий труда еще в IV тыс. до н.э. Распространение меди в древности объясняется тем, что она встречается в природе в самородном, т.е. металлическом, состоянии. В таком виде медь находили в нашей стране на Урале, в Америке, Японии, Китае и некоторых других странах. На территории США был найден крупнейший из известных самородков — его масса составляла 420 т. Однако такие находки встречаются редко.
Медь довольно легко можно получить из природных соединений руд. Когда люди научились восстанавливать углем медные руды, а из полученного металла изготовлять бронзу-сплав меди с оловом, в истории человечества начался так называемый бронзовый век. Он продолжался приблизительно с конца IV тыс. до н.э. до начала I тыс. до н.э., когда началось использование железных орудий. В бронзовом веке медь играла важнейшую роль в развитии хозяйства.
И в настоящее время роль меди, ее сплавов и соединений в развитии промышленности и сельского хозяйства очень велика. Однако сейчас приходится сталкиваться со значительной нехваткой этого металла — запасы медных руд постепенно истощаются. Ведь медь занимает по распространению в природе лишь 23-е место среди всех элементов: ее массовая доля в земной коре равна 0,01%.
Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития. В растениях и животных содержание меди варьируется от 10–15 до 10–3%. Мышечная ткань человека содержит 1·10–3% меди, костная ткань — (1-26)·10–4 %, в крови присутствует 1,01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди.
Основная роль меди в тканях растений и животных — участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. Другой медьсодержащий белок, гемоцианин, выполняет роль гемоглобина у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и доставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека.
Медь в организме человека
... Академиком В.И. Вернадским в первой половине 1930 г были проведены ... в самородном состоянии, причем самородки меди достигают значительной величины. Этим, а также сравнительной лёгкостью обработки меди объясняется то, что она ранее других металлов была использована человеком. ...
Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м3, для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1,0 мг/л.
Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента.
Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) сформулировала в 1998 году это правило так: «Риски для здоровья человека от недостатка меди в организме многократно выше, чем риски от её избытка».
В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта.
Существовали опасения, что Гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяется печенью в желчь. Эта болезнь вызывает повреждение мозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла. Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде.
При недостатке меди в хондро- и остеобластах снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен, в результате замедляется и нарушается рост костных тканей. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день.
Химические свойства меди.
Одним из основных свойств меди во всех степенях окисления является способность образовывать комплексные соединения. Большинство растворимых соединений меди является комплексными.
Одновалентная медь проявляет координационное число, равное 2, двухвалентная – 4, реже 6. Для одновалентной меди характерны комплексы с такими лигандами как хлорид-, сульфид-, тиосульфат-анионы: [CuCl2]-, [CuS2]3-, [Cu(S2O3)2]3-. Двухвалентная медь образует комплексные соединения с кислород-, азот-, серу-, хлорсодержащими лигандами: [Cu(OH)4]2-, [Cu(NH3)4]2+.
Для меди (II) характерны катионные и анионные комплексы, при растворении солей меди (II) в воде или при взаимодействии оксида гидроксида меди (II) с кислотами образуются голубые аквакомплексы [Cu(H2O)6]2+. Аммиачные комплексы образуются при действии аммиака на растворы солей меди (II) :CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4.
Анионные комплексы получаются при растворении гидроксида меди (II) в концентрированных растворах щелочей, при этом образуются синие гидроксокупраты:
Очистка сточных вод в химической промышленности
На машиностроительных предприятиях экстракцию применяют для очистки сточных вод от фенола. Для интенсификации процесса экстракции перемешивание смеси сточных вод с экстрагентом осуществляют в экстракционных колоннах, заполненных насадками типа колец ... К2 SО4 +Сr2 (SО4 )3 +3Fе2 (SО4 )3 +7Н2 О Образовавшиеся трехвалентные соединения хрома переводятся в осадок (оснований). Сr +3 +3ОН > Сr(ОН)3 Сr 2 ...
Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4].
В избытке основных галогенидов образуются галогенокупраты (II):
CuCl2 + 2NaCl = Na2[CuCl4].
Анионные комплексы меди (II) известны также с карбонат- и сульфат-ионами.
Для меди (I) аквакомплексы неустойчивы, устойчивы амминокомплексы типа [Cu(NH3)2]+, гидроксокомплексы [Cu(OH)2]- и хлоридные комплексы [CuCl2]-.
Комплексообразование имеет большое значение при переводе металла в раствор:
2Cu + 8NH3 + 2H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2.
Продукт растворения гидроксида меди в аммиаке называется «реактив Швейцера» и используется при производстве медно-аммиачных волокон.
Эксперимент.
Тема: Синтез полугидрата хлорида бис(этилендиамин)меди (II).
([Cu(en)2]Cl2 * 0,5 H2O)
Цель: Синтезировать комплексное соединение меди (II).
Исследовать свойства полученного вещества.
Материалы и оборудование: Стакан емкостью 100 мл, стеклянная палочка, баня со льдом, магнитная мешалка с якорьком, воронка Бюхнера, тарированный бюкс, мерная колба, пробирки, чашка Петри, калька.
Методика синтеза.
Помещаем 5 г дигидрата хлорида меди (II) в стакан емкостью 100 мл, аккуратно и равномерно смачиваем соль несколькими каплями воды и охлаждаем содержимое стакана на бане со льдом. Цвет дигидрата хлорида меди (II) был цвета морской волны, после смачивания стал зелёным. В бане со льдом эта смесь находилась 5,5 минут.
Ставим стакан со смесью на магнитную мешалку. Скорость : 120 оборотов в минуту. При непрерывном перемешивании осторожно, порциями по 1 мл, добавляем 5 мл 70%-го водного раствора этилендиамина. При добавлении смесь дымилась, вещество превратилось в массу сине-фиолетового цвета (напоминает цвет чернил).
К полученной смеси приливаем 50 мл изопропилового спирта (раствор по-прежнему цвета чернил) и оставляем на 1,5 часа для кристаллизации осадка.
Выпавший осадок отфильтровываем на воронке Бюхнера, промываем 15 мл изопропилового спирта и сушим на фильтре током воздуха, пока вещество не перестает прилипать к стеклянной палочке. Осадок получился насыщенного сине-фиолетового цвета.
Переносим сухое полученное вещество в чашку Петри и взвешиваем. Получилось: 6,209 г чистого сухого вещества.
Исследование свойств синтезированного вещества.
Проверяем отношение комплекса к нагреванию и температуру его плавления. Для этого берем небольшое количества вещества и с помощью прибора постепенно нагреваем его.
Снимем ИК-спектр суспензии образца в KBr в области 4000-400 см-1..
Для структурного анализа инфракрасные спектры обычно снимаются в интервале частот между 4000 и 700 см-1 (длины волн от 2.5 до 15 мкм), но длинноволновый конец спектра может быть в случае необходимости продлен до 400см-1 (25мкм).
Обычно при записи спектра на оси абсцисс откладывается в линейной шкале значение волнового числа ν (в см-1), на оси ординат – величина пропускания Т (в %) (см. приложение 1).
Применение инфракрасных спектров для исследования строения веществ основано, главным образом, на использовании характеристических полос поглощения (полосы, связанные с колебаниями функциональных групп или связей в молекулах).
Коррозия меди в 5М изопропанольных растворах НС
... свойства меди. («водородная болезнь»). Гидроксид меди (II) выпадает в виде объемистого голубого осадка при действии щелочей на растворы солей двухвалентной меди. ... 1/2 O 2 + H 2 O Коррозионное и электрохимическое поведение меди. В атмосферных условиях в отличие от многих ... С u(OH)2 . Физические и химические свойства. Медь - металл красного, в изломе розоватого цвета, в тонких слоях при просвечивании ...
Сильные полосы у нас на 3313.36, 3219.95 и 1045.49 см-1. Средние на 3144.25, 1586.40 и 527.25 см-1. Остальные полосы слабые.
В мерной колбе на 100 мл приготавливаем 1*10-2 М раствор комплекса в воде (т.е. концентрация вещества равна 10-3 M) и снимаем электронный спектр поглощения в области 350-800 нм (см. приложение 2).
Несколько кристаллов полученного вещества растворяем в небольшом количестве воды и проводим качественные реакции с растворами гидроксида натрия, сульфида натрия, нитрата серебра.
Результаты и обсуждение:
Для расчета выхода запишем уравнения реакций:
СuСl2
- 2Н2О + 2H20 = [Cu(H2O)4]Cl2
[Cu(H2O)4]Cl2 + 2en = [Cu(en)2]Cl2 + 4 H2O (t<15°)
1 этилендиамин приходится на 2 молекулы воды.
Итого: Выход вещества составил 83.3%.
Определение температуры разложения вещества:
0° — кристаллы сине-фиолетовые.
210° — кристаллы становятся голубыми.
232° — болотно-зеленый цвет.
247° — коричнево-красный цвет.
268° — кристаллы почернели (обуглились).
Следовательно, при температуре 247° вещество начало разлагаться.
Пики на ИК-спектре и электронном спектре практически совпадают с эталонными (разница в несколько единиц).Из Приложения 2 можно сделать вывод, что максимальный коэффициент экстинкции вещества — 0,58415 при длине волны света — 549.0 нм.
Качественные реакции:
[Cu(en)2]Cl2 + H20 + NaOH = [Cu(en)2](OH)2 +2NaClРаствор стал синим.
[Cu(en)2]Cl2 + H20 + Na2S =CuS+ 2NaCl + 2en
Выпал осадок темно-коричневого цвета.
[Cu(en)2]Cl2 + H20 + Ag(NO3) = [Cu(en)2](NO3)2 + 2AgCl
Раствор стал сиреневого цвета, выпал белый осадок (напоминает хлопья снега).
Вывод.
Нам удалось синтезировать практически чистый полугидрат хлорида бис(этилендиамин)меди (II).
Кристаллическое вещество сине-фиолетового цвета. Температура разложения 215°. Растворимо в воде.
Список литературы:
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/hlorid-medi/
- http://fs.nashaucheba.ru/docs/180/index-240972.html http://www.medizator.ru/index.php?did=3&term=2&articleid=73http://www.webelements.narod.ru/elements/Cu.htm
