«Медь и ее соединения»

Реферат

Вместе с золотом, серебром, железом, оловом, свинцом и ртутью медь входит в «великолепную семерку» металлов, известных людям с незапамятных времен. Из этих семи древнейших металлов лишь три — золото, серебро и медь — встречаются на Земле в самородном состоянии. Но золото и серебро попадались нашим предкам довольно редко, а медь значительно чаще, причем иногда в виде весьма солидных самородков [4].

Преимущества меди перед камнем в качестве материала для орудий труда, оружия, предметов быта оказались столь очевидны, что древний земледелец, скотовод или охотник не мог их не заметить. Еще бы: металл сравнительно легко менял форму, его можно было сплющить, заострить края, проделать в нем отверстие. Медь начала теснить позиции камня и вскоре прочно вошла в жизнь первобытных людей: каменный век сдал полномочия эпохе меди.

Медь и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря лёгкой восстановимости оксидов и карбонатов, медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах [6].

Цель настоящей работы, Задачи данной работы:

  1. Познакомиться с химическими и физическими свойствами меди.

  2. Рассмотреть свойства и значение важнейших соединений меди, а также ее сплавов с другими металлами в промышленности и жизни человека.

  1. Историческая справка

Медь стала известна человеку в каменном веке – некоторые самородки меди, относящиеся к этому времени, носят следы воздействия каменных орудий, в частности у них обрублены выступающие части. Очевидно, эти кусочки меди были использованы доисторическим человеком в качестве украшений, а затем и как орудия. Распространению медных изделий способствовало свойство меди подвергаться ковке в нагретом состоянии. Так обрабатывали медные самородки индейцы еще со времен Колумба.

Где и когда был открыт метод выплавки меди из руд неизвестно. Скорее он был открыт случайно. Самородная медь всегда встречалась совместно с рудой. И вот во время нагрева самородка в раскаленных углях костра кусочки медной руды, прилипшие к самородку, тоже превратились в медь – восстановились углеродом: Цель настоящей работы 1[3].

12 стр., 5879 слов

Добыча золота на континентах

... золота, в котором в качестве примеси содержатся медь (до 20%), палладий (от 5 до 11%), висмут (до 4%). В большинстве случаев оно содержит в виде примеси серебро ... малы, что о промышленной добыче золота не может быть и речи, так как издержки на нее были бы ... 5 г относят к самородкам. Крупнейшие из обнаруженных самородков не сохранились: переплавлены найденные в Австралии самородки «Плита Холтермана» ( ...

Руды меди часто встречаются совместно с рудами цинка, олова. Такие руды восстанавливаются легче и дают сплавы меди более твердые, чем сама медь. Эти сплавы называются бронзами, а время, в течение которого человек широко использовал бронзу, — бронзовым веком. Название “бронза” произошло от названия небольшого итальянского города Бриндизи, через который среди прочих товаров шла торговля изделиями из сплава меди с оловом. Этот сплав назвали медью из Бриндизи, а затем — бронзой.

Изготовление изделий из меди и ее сплавов производилось еще при первых фараонах Египта (4 – 5 тыс. лет до н.э.).

Известны древнейшие медные руды на острове Кипр. По-видимому, современное латинское название “купрум” произошло от латинского названия этого острова.

  1. Химические и физические свойства меди

Химические свойства

а) Отношение к кислороду.

Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди: Химические свойства 1 .

В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди образуется тончайший слой оксида меди: Химические свойства 2 .

Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (

б) Взаимодействие с водой.

Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например: Химические свойства 3. Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов.

Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом. Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами водорода:Химические свойства 4 .

в) Взаимодействие с кислотами.

Находясь в ряду напряжений 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 кислотах с образованием соответствующих солей: Химические свойства 5.

27 стр., 13321 слов

По химии Металлы читать бесплатно. Сообщение о металле

... на борту самолета, конструкция которого включает множество деталей, сделанных из этого материала. Медь и кобальт Перечисляя интересные факты о металлах ... металлы первых четырех подгрупп. Щелочные металлы Своё название они обрели за счет свойства преобразования в щелочи в условиях водной среды. Малоизвестный интересный факт о щелочных металлах: ... Тем не менее данное утверждение произрастает на почве ...

г) Качественные реакции на ионы меди.

Ион меди можно обнаружить, прилив к раствору ее соли раствор аммиака. Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с образованием комплексного иона меди [ Cu ( NH 3 ) 4 ] 2+ : Химические свойства 6

Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.

Физические свойства

Металлы подгруппы меди, как и щелочные металлы, имеют по одному свободному электрону на один ион-атом металла. Казалось бы, эти металлы не должны особенно сильно отличатся от щелочных. Но они, в отличие от щелочных металлов, обладают довольно высокими температурами плавления. Большое различие в температурах плавления между металлами этих подгрупп объясняется тем, что между ион-атомами металлов подгруппы меди почти нет “зазоров”, и они расположены более близко. Вследствие этого количество свободных электронов в единице объема, электронная плотность, у них больше. Следовательно, и прочность химической связи у них больше. Поэтому металлы подгруппы меди плавятся и кипят при более высоких температурах [5].

а) Цвет меди и её соединений.

Чистая медь обладает следующей интересной особенностью. Красный цвет обусловлен следами растворенного в ней кислорода. Оказалось, что медь, многократно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным блеском.

При повышении валентности понижается окраска меди, например,

б) Электропроводимость.

Медь обладает наибольшей (после серебра) электропроводимостью, чем и обусловлено её применение в электронике [2].

в) Кристаллическая решетка.

Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис. 1).

Физические свойства 1 Физические свойства 2

Рис. 1. Кристаллическая решетка меди

  1. Важнейшие соединения меди

    9 стр., 4129 слов

    Газовая сварка меди, латуни, бронзы

    ... сварного соединения применяют различные технологические меры, учитывающие особенности сварки каждого металла (сплава) и обеспечивающие получение шва с требуемыми физико-механическими свойствами. Глава I. Виды сварки меди и её сплавов. Медь сваривают ...

Медные руды — это природные минеральные образования соединений меди, содержащие ее в таких количествах, при которых промышленная добыча технически возможна и рентабельна. В первичных рудах большинства промышленных месторождений медь присутствует в сульфидной форме – CuS (сульфид меди(II)).

Приблизительно 90% известных мировых запасов меди приходится именно на сернистые руды, примерно 9% – в виде оксидных руд и менее 1% – в виде самородной меди [3].

Обычно медь в минералах находится в виде соответствующих соединений: оксиды – куприт, карбонаты – малахит, азурит, сульфаты – халькантит, брошантит, сульфиды – ковеллин, халькозин, халькопирит, борнит.

Известно около 250 минералов меди, но только 20 из них имеют промышленное значение. Главные рудные минералы меди – это халькозин или «медный блеск» Cu 2 S (79,8% меди), халькопирит или медный колчедан CuFeS 2 (30% меди), который, по оценкам, составляет около 50% всех месторождений этого элемента, борнит Cu 5 FeS 4 (52-65% меди), ковелин CuS (64,4% меди), малахит (CuOH) 2 CO 3 (57,4% меди), куприт Cu 2 O (81,8% меди).

Медь встречается в земной коре главным образом в виде комплексных соединений, содержащих, кроме меди, свинец, цинк, сурьму, мышьяк, золото и серебро.

Самые крупные месторождения в современной России находятся в Таймырском АО: Октябрьское, Талахнинское и Норильск – I, они дают две трети добычи на сегодняшний день. На одном только Октябрьском месторождении получают почти 57% российской рудничном меди [4].

По балансовым запасам меди на долю России приходится около 9% мировых, и по этому показателю мы находимся на третьем месте в мире после Чили и США. Россия в целом обеспечена разведанными запасами меди при существующем уровне добычи на 90 лет (но обеспеченность эксплуатируемых месторождений меньше, 25-30 лет).

Самые крупные в мире запасы медных руд сосредоточены в вулканических породах (порфирах) Чилийских Анд. Мировые запасы экономически рентабельных месторождений по разным оценкам составляют 340-470 миллионов тонн. При отсутствии прироста запасов и улучшения технологии добычи и производства меди современных извлекаемых запасов хватит лишь до 2050 г.

Соединения меди

Наряду с медью широкое применение в самых различных отраслях современной промышленности и сельского хозяйства находят ее соединения. Наиболее распространены соединения, в которых медь имеет степень окисления +2, реже встречаются соединения со степенью окисления меди +1. Рассмотрим некоторые соединения меди, которые наиболее часто встречаются в практической деятельности человека [6].

Соединения меди (II):

  1. Оксид меди (II) CuO

    7 стр., 3469 слов

    Виды сварных соединений. Структура сварочного шва

    ... стыковыми и угловыми. По расположению в пространстве швы сварных соединений подразделяются на нижние, вертикальные, горизонтальные ... друг друга; действующему на шов усилию; объему наплавленного металла; форме свариваемой конструкции; форме подготовленных кромок под сварку. По виду соединения сварные швы бывают ...

Встречается в природе и называется черной медью, мелаконитом или теноритом. Парамагнитный черный порошок (или черные кубические кристаллы).

Мало растворим в воде. Растворяется в концентрированных кислотах, при нагревании или в иодиде аммония. Растворяется в стекле, эмалях, придавая им зеленовато-синюю окраску. Применяется в производстве стекла и эмалей в качестве пигмента, в микроанализе для определения углерода, водорода и азота в органических соединениях [7].

  1. Гидроксид меди (II) Cu(OH) 2

Студнеобразный синий осадок, образующийся при обработке на холоду растворов солей меди (II) щелочами. Мало растворим в воде. Проявляет слабо основные свойства. Растворяется в кислотах, аммиаке. Применяется в качестве пигмента под названием «бремовой сини».

  1. Хлорид меди (II) CuCl 2

Темно-коричневые моноклинные кристаллы. Растворяется в воде, аммиаке, пиридине, эфире, спирте. Получают действием хлора на медь, взаимодействием сульфата меди (II) с серной кислотой.

  1. Сульфат меди (II) CuSO 4

В безводном состоянии представляет собой белый порошок, который при поглощении воды синеет. Поэтому он применяется для обнаружения следов влаги в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди имеет характерный сине-голубой цвет. Из водных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, образуя прозрачные синие кристаллы медного купороса.

Медный купорос применяется для электролитического покрытия металлов медью, для приготовления минеральных красок, а также в качестве исходного вещества при получении других соединений меди. В сельском хозяйстве разбавленный раствор медного купороса применяется для опрыскивания растений и протравливания зерна перед посевом, чтобы уничтожить споры вредных грибков [5].

Соединения меди (I):

  1. Оксид меди (I) Cu 2 O

Встречается в природе в виде минерала куприта. Диамагнитные кубические кристаллы, цвет которых меняется от коричневого до карминово-красного. Применяют в керамической промышленности в качестве пигмента.

  1. Гидроксид меди (I) CuOH

    7 стр., 3166 слов

    Медь и цинк в организме

    ... меди используют как диетотерапию, так и гепатопротекторы, желчегонные средства, БАДП и препараты, содержащие цинк, бор, молибден. В случаях выраженной интоксикации применяют комплексообразователи (D-пеницилламин, купренил, металкоптаза и др.). Для понимания целебного действия меди, ... 250 мг. 3. Индикаторы элементного статуса меди Оценку содержания меди в организме определяют по результатам ...

Желтое соединение. Неустойчив, легко окисляется, мало растворим в воде и растворяется в аммиаке. Получают обработкой солей меди (I) щелочью при низкой температуре.

  1. Сплавы меди

После того как человек научился получать и обрабатывать медь, несколько тысячелетий наряду с камнем она являлась основным твердым материалом древности. Уже первобытные металлурги пытались повысить твердость этого в чистом виде довольно мягкого металла. Первоначально, по-видимому, случайное образование сплава меди с оловом, которое могло произойти при обработке некоторых руд, содержащих вместе олово и медь, определило направление поисков улучшения механических свойств меди. Удачное соединение меди с оловом воспроизводилось человеком уже сознательно. Естественно, что испытывались композиции меди с другими металлами (цинк, мышьяк, никель и другие).

Медно-мышьяково-никелевая приколка, найденная в Азербайджане, имеет возраст более 5 тыс. лет. Предметы, изготовленные из медно-никелевых сплавов, найдены в Германии, Испании, Португалии и относятся примерно к тому же периоду.

Особое место в практической деятельности человека занимает бронза – сплав меди с оловом. Бронза превосходит медь по твердости, хорошо поддается обработке, очень устойчива к окислению. Изделия из бронзы отливались у египтян, индусов, ассирийцев. Широко использовалась бронза для изготовления украшений, статуй и других предметов художественного творчества [8].

Бронзой раньше называли только сплав меди с оловом. Теперь, помимо оловянных, широко используются алюминиевые, свинцовые, кремниевые, бериллиевые и другие бронзы.

Алюминиевые бронзы все более широко заменяют оловянные бронзы. У алюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, но они не образуют пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок. Литейные свойства улучшаются введением в указанные бронзы небольших количеств фосфора. Бронзы в отливках используют, в частности, для котельной арматуры сравнительно простой формы, но работающей при повышенных напряжениях.

Кроме того, алюминиевые бронзы, имеют более высокие прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере. Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации, и т.д. В виде лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, в частности для токоведущих пружин.

Применение кремниевых бронз, ограниченное. Используются однофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных) средах. Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих в указанных средах. Кремниевые бронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате сильной холодной деформации приобретают повышенные прочность и упругость и в виде ленты или проволоки используются для различных упругих элементов.

9 стр., 4013 слов

Сплавы на основе меди

... и двухфазные латуни. Марку латуни обозначают буквой «Л», за которой следует цифра, указывающая среднее содержание (в процентах) меди в сплаве, например Л62, Л68, Л70 и т.д. Для улучшения механических и технологических свойств латуней ... ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому. Медь и ее сплавы Медь - металл ...

Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность, коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью. Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь для особо ответственных в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрических машинах, аппаратах и приборах. Указанные свойства бериллиевые бронзы увеличиваются после закалки и старения, т.к. растворимость бериллия в меди уменьшается с понижением температуры [2].

Сплавы меди с цинком называют латунями (от 5 до 45%).

Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), с содержанием 20–36% Zn – желтой. На практике редко используют латуни, в которых концентрация цинка превышает 45%.

Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических свойств, приводит к снижению стоимости — латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди [4] .

Коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и меди.

Латунь, содержащая более 20% цинка, склонна к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере (особенно, если присутствуют следы аммиака).

Латуни обладают высокими технологическими свойствами и применяются в производстве различных мелких деталей, особенно там, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Из них получают хорошие отливки, так как латунь обладают хорошей текучестью и малой склонностью к ликвации. Латуни легко поддаются пластической деформации — основное их количество идет на изготовление катанных полуфабрикатов — листов, полос, лент, проволоки и разных профилей.

Латуни нашли широкое распространение и успешно используется во многих промышленных отраслях, таких, как машиностроение, приборостроение, теплотехника, производство часов, транспортных средств и санитарно-технических изделий. Кроме того, латунь используют в качестве имитатора драгоценных металлов в художественных изделиях и бижутерии, для производства духовых музыкальных инструментов, тарелок для ударных музыкальных инструментов и в производстве различных мелких деталей [3].

Марки медных сплавов.

Марки обозначаются следующим образом. Первые буквы в марке означают: Л — латунь и Бр — бронза. Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают: А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо, К — кремний, Мц — марганец, Н — никель, О — олово, С — свинец, Ц — цинк, Ф. – фосфор [6].

Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз.

7 стр., 3213 слов

Медь в организме человека

... среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз. В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают содержание основного компонента - меди. Остальные цифры, отделяемые ...

В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают содержание основного компонента — меди. Остальные цифры, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов.

Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие присутствие в сплаве того или иного элемента. Таким образом содержание цинка в наименовании марки латуни не указывается и определяется по разности. Например, Л68 означает латунь с 68% Cu (в среднем) и не имеющую других легирующих элементов, кроме цинка; его содержание составляет (по разности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с 60% Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1%, с железом (Ж) в количестве 3% и марганцем (Мц) в количестве 1%. Содержание цинка (в среднем) определяется вычетом из 100% суммы процентов содержания меди, алюминия, железа и марганца.

В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента — меди — не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры, расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом [8].

Например, Бр.ОЦ10-2 означает бронзу с содержанием олова (О) ~ 4% и цинка (Ц) ~ 3%. Содержание меди определяется по разности (из 100%).

Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al, 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu).

Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si и 1% Mn (и 96% Cu).

Заключение

В результате обобщения и систематизации литературных данных, посвященных меди, ее свойствам и важнейшим соединениями отмечено, что медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности [2] :

  1. в электротехнике медь используется в чистом виде: в производстве кабельных изделий, шин голого и контактного проводов, электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры;

  2. сплавы меди с другими металлами используют в машиностроении, в автомобильной и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники);

  3. высокая вязкость и пластичность металла позволяют применять медь для изготовления разнообразных изделий с очень сложным узором. Проволока из красной меди в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные элементы орнамента;

    7 стр., 3111 слов

    Сплавы на основе меди (2)

    ... буквой «Л», за которой следует цифра, указывающая среднее содержание (в процентах) меди в сплаве, например Л62, Л68, Л70 и т.д. ... крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата медного купороса. В значительных количествах он ядовит, ... свойства определяются электронной концентрацией сплавов e/n. e – среднее число электронов на элементарную ячейку n – число атомов в ...

  4. коэффициент линейного и объемного расширения меди при нагревании приблизительно такой же, как у горячих эмалей, в связи с чем при остывании эмаль хорошо держится на медном изделии, не трескается, не отскакивает. Благодаря этому мастера для производства эмалевых изделий предпочитают медь всем другим металлам.

Как и некоторые другие металлы, медь входит в число жизненно важных

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/na-temu-med/

  1. Айдарова Ф.Р. Биологическая роль меди и обнаружение меди в фармацевтических препаратах / Ф.Р. Айдарова, Неелова О.В. – Успехи современного естествознания, №8, 2011. – с. 221-222.

  2. Арзамасова Б.Н. Материаловедение / Б.Н. Арзамасова. Г.Г. Мухина М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 646 с.

  3. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. Учебное пособие / А.Г. Бетехтин — М.: КДУ, 2007. — 721 с.

  4. Здорик Т.Б. Минералы и горные породы / Т.Б. Здорик, Л.Г. Фельдман – М.: ABF, 1998 г. – 752 с.

  5. Лидин Р.А. Химические свойства неорганических веществ / Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева – «Химия», 2000. – 286 с.

  6. Подчайнов В.Н. Медь / В.Н. Подчайнов, Л.Н. Симонова — М.: Наука, 1990. — 279 с.

  7. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов / Я.А Угай — М.: Высшая школа, 2002. – 304 с.

  8. Фетисов Г.П Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов – М.: Высшая школа, 2009. – 624 с.