Miedź(łac. cuprum), cu, pierwiastek chemiczny I grupy układu okresowego Mendelejewa; liczba atomowa 29, masa atomowa 63,546; miękki, kowalny czerwony metal. Metal naturalny składa się z mieszaniny dwóch stabilnych izotopów - 63 cu (69,1%) i 65 cu (30,9%).
Odniesienie historyczne. M. to jeden z metali znanych od czasów starożytnych. Wczesne poznanie człowieka z M. ułatwił fakt, że występuje on w przyrodzie w stanie wolnym w postaci bryłek, które czasami osiągają znaczne rozmiary. Metal i jego stopy odegrały ważną rolę w rozwoju kultury materialnej. Ze względu na łatwość redukcji tlenków i węglanów, metal był najwyraźniej pierwszym metalem, którego człowiek nauczył się redukować ze związków tlenu zawartych w rudach. Łacińska nazwa M. pochodzi od nazwy wyspy Cypr, gdzie starożytni Grecy wydobywali rudę miedzi. W starożytności do obróbki skały podgrzewano ją nad ogniem i szybko schładzano, w wyniku czego skała pękała. Już w tych warunkach możliwe były procesy restauratorskie. Następnie przeprowadzono renowację w pożarach z dużą ilością węgla i wtryskiem powietrza rurami i miechami. Pożary otoczono stopniowo podnoszonymi ścianami, co doprowadziło do powstania pieca szybowego. Później metody redukcji ustąpiły miejsca utleniającemu wytapianiu siarczkowych rud miedzi w celu wytworzenia produktów pośrednich - kamienia (stopu siarczków), w którym skoncentrowany jest metal, oraz żużla (stopu tlenków).
Dystrybucja w przyrodzie. Średnia zawartość metalu w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 4,7 · 10 -3% (w masie), w dolnej części skorupy ziemskiej, zbudowanej ze skał zasadowych, jest go więcej (1 · 10 -2%) niż w górnej (2 10 -3%), gdzie dominują granity i inne kwaśne skały magmowe. M. migruje energicznie zarówno w gorących wodach głębin, jak i w zimnych roztworach biosfery; Siarkowodór wytrąca różne siarczki mineralne z wód naturalnych, które mają ogromne znaczenie przemysłowe. Wśród licznych minerałów dominują siarczki, fosforany, siarczany i chlorki; znane są również minerały rodzime, węglany i tlenki.
M. jest ważnym elementem życia, bierze udział w wielu procesach fizjologicznych. Średnia zawartość M w materii żywej wynosi 2 × 10 -4%, organizmy znane jako koncentratory M. W tajdze i innych wilgotnych krajobrazach klimatycznych M jest stosunkowo łatwo wymywany z gleb kwaśnych, tutaj w niektórych miejscach występuje niedobór M i towarzyszące im choroby roślin i zwierząt (zwłaszcza na piaskach i torfowiskach). Na stepach i pustyniach (z charakterystycznymi dla nich słabo alkalicznymi roztworami) M. jest nieaktywny; Na obszarach złóż minerałów występuje jego nadmiar w glebie i roślinach, powodując choroby zwierząt domowych.
W wodzie rzecznej występuje bardzo mało M, 1,10 -7%. Mech przedostający się do oceanu w wyniku spływu stosunkowo szybko zamienia się w muł morski. Dlatego gliny i łupki są nieco wzbogacone w M (5,7 × 10 -3%), a woda morska jest mocno niedosycona M (3 × 10 -7%).
W morzach minionych epok geologicznych miejscami występowała znaczna akumulacja minerałów w mułach, co doprowadziło do powstania osadów (np. Mansfeld w Niemieckiej Republice Demokratycznej). Migruje energicznie w podziemnych wodach biosfery, z tymi procesami wiąże się akumulacja rud M w piaskowcach.
Fizyczne i chemiczne właściwości. Kolor M. jest czerwony, różowy po przełamaniu i zielonkawo-niebieski, gdy jest półprzezroczysty w cienkich warstwach. Metal ma sześcienną siatkę skupioną na ścianie z parametrem A= 3,6074 å; gęstość 8,96 g/cm3(20°C). Promień atomowy 1,28 å; promienie jonowe cu + 0,98 å; cu 2+ 0,80 å; T pl. 1083°C; T wyrko. 2600°C; pojemność cieplna właściwa (w 20 °C) 385,48 J/(kg K) , czyli 0,092 kał/(G ·°C). Najważniejsze i powszechnie stosowane właściwości M.: wysoka przewodność cieplna - w temperaturze 20°C 394.279 wt/(m K) , czyli 0,941 kał/(cm · s ·°C); niski opór elektryczny - w 20°C 1,68 10 -8 och m. Współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej wynosi 17,0 · 10 -6. Prężność pary powyżej M. jest znikoma, ciśnienie 133,322 n/m 2(czyli 1 mmHg Sztuka.) osiąga się dopiero w temperaturze 1628 °C. M. jest diamagnetyczny; podatność magnetyczna atomu 5,27 10 -6. Twardość Brinella 350 Mn/m 2(czyli 35 kgf/mm2); wytrzymałość na rozciąganie 220 Mn/m 2(czyli 22 kgf/mm2); wydłużenie względne 60%, moduł sprężystości 132 10 3 Mn/m 2(czyli 13,2 10 3 kgf/mm2). Przez hartowanie wytrzymałość na rozciąganie można zwiększyć do 400-450 Mn/m 2, podczas gdy wydłużenie zmniejsza się do 2%, a przewodność elektryczna spada o 1-3%. Wyżarzanie hartowanego metalu należy przeprowadzać w temperaturze 600-700°C. Małe zanieczyszczenia bi (tysięczne %) i pb (setne %) powodują, że M. staje się czerwona i krucha, a zanieczyszczenia powodują łamliwość na zimno.
Pod względem właściwości chemicznych M. zajmuje pozycję pośrednią między pierwiastkami pierwszej triady grupy VIII a pierwiastkami alkalicznymi grupy I układu okresowego. M, podobnie jak fe, Co, ni, jest podatny na tworzenie kompleksów, daje kolorowe związki, nierozpuszczalne siarczki itp. Podobieństwo do metali alkalicznych jest nieznaczne. Zatem M tworzy wiele związków jednowartościowych, ale bardziej typowy jest dla niego stan 2-wartościowy. Sole jednowartościowego magnezu są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie i łatwo utleniają się do związków 2-wartościowego magnezu; Natomiast sole dwuwartościowe są dobrze rozpuszczalne w wodzie i całkowicie dysocjują w rozcieńczonych roztworach. Uwodnione jony Cu 2+ są niebieskie. Znane są również związki, w których M jest 3-wartościowy. Tak więc, pod działaniem nadtlenku sodu na roztwór kuprytu sodu na 2 cuo 2, otrzymuje się tlenek cu 2 o 3 - czerwony proszek, który zaczyna uwalniać tlen już w temperaturze 100 ° C. cu 2 o 3 jest silnym utleniaczem (na przykład uwalnia chlor z kwasu solnego).
Aktywność chemiczna M. jest niska. Kompaktowy metal nie wchodzi w interakcję z suchym powietrzem i tlenem w temperaturach poniżej 185 °C. W obecności wilgoci i CO2 na powierzchni metalu tworzy się zielony film zasadowych węglanów. Gdy metal jest podgrzewany w powietrzu, następuje utlenianie powierzchniowe; poniżej 375°C tworzy się cuo, a w zakresie 375-1100°C, przy niecałkowitym utlenieniu metalu, tworzy się zgorzelina dwuwarstwowa, w warstwie powierzchniowej występuje cuo, a w warstwie wewnętrznej - cu 2 o. Mokry chlor oddziałuje z M. już w normalnej temperaturze, tworząc chlorek cucl 2, który jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. M łatwo łączy się z innymi halogenami. M. wykazuje szczególne powinowactwo do siarki i selenu; więc spala się w oparach siarki. M. nie reaguje z wodorem, azotem i węglem nawet w wysokich temperaturach. Rozpuszczalność wodoru w stałym metalu jest niewielka i w temperaturze 400°C wynosi 0,06 mg na 100 G M. Wodór i inne gazy palne (co, rozdz. 4), działające w wysokich temperaturach na wlewki metalowe zawierające cu 2 o, redukują go do metalu z utworzeniem co 2 i pary wodnej. Produkty te, nierozpuszczalne w metalu, uwalniają się z niego, powodując powstawanie pęknięć, co gwałtownie pogarsza właściwości mechaniczne metalu.
Kiedy nh3 przepuszcza się przez gorący metal, powstaje cu3n. Już w wysokiej temperaturze M. jest narażony na działanie tlenków azotu, a mianowicie nie, n 2 o (z utworzeniem cu 2 o) i nr 2 (z utworzeniem cuo). Węgliki cu 2 c 2 i cuc 2 można otrzymać przez działanie acetylenu na roztwory amoniaku soli M. Normalny potencjał elektrody M dla reakcji cu 2+ + 2e ® Cu wynosi +0,337 V, a dla reakcji cu2+ + e -> Cu wynosi +0,52 V. Dlatego żelazo jest wypierane ze swoich soli przez pierwiastki bardziej elektroujemne (żelazo jest wykorzystywane w przemyśle) i nie rozpuszcza się w kwasach nieutleniających. W kwasie azotowym M. rozpuszcza się, tworząc cu(no 3) 2 i tlenki azotu, w gorącym stężeniu h 2 więc 4 - z utworzeniem cuso 4 i więc 2, w ogrzanym rozcieńczonym h 2 więc 4 - gdy Przez roztwór wdmuchuje się powietrze. Wszystkie sole M. są trujące.
M. w stanie dwu- i jednowartościowym tworzy wiele bardzo stabilnych związków kompleksowych. Przykłady związków kompleksowych jednowartościowego M.: (nh 4) 2 cubr 3; k 3 cu(cn) 4 - kompleksy typu podwójnej soli; [Сu (sc (nh 2)) 2 ]ci i inne. Przykłady związków kompleksowych 2-wartościowego M.: cscuci 3, k 2 cucl 4 - rodzaj soli podwójnych. Kompleksowe związki amonu M. mają ogromne znaczenie przemysłowe: [Cu (nh 3) 4] więc 4, [Cu (nh 3) 2] więc 4.
Paragon. Rudy miedzi charakteryzują się niską zawartością M. Dlatego przed wytopem drobno zmieloną rudę poddaje się wzbogacaniu mechanicznemu; w tym przypadku cenne minerały oddziela się od większości skały płonnej; W rezultacie otrzymuje się szereg koncentratów handlowych (na przykład miedź, cynk, piryt) i odpadów poflotacyjnych.
W praktyce światowej 80% metali ekstrahuje się z koncentratów metodami pirometalurgicznym, polegającymi na przetopieniu całej masy materiału. W procesie wytapiania, ze względu na większe powinowactwo magnezu do siarki oraz większe powinowactwo skał płonnych i składników żelaza do tlenu, magnez ulega koncentracji w wytopie siarczkowym (kamieniu), a tlenki tworzą żużel. Kamień oddziela się od żużla poprzez osadzanie.
W większości nowoczesnych zakładów wytapianie odbywa się w piecach pogłosowych lub elektrycznych. W piecach pogłosowych przestrzeń robocza jest wydłużona w kierunku poziomym; powierzchnia paleniska 300 m 2 i więcej (30 M? 10 M), ciepło niezbędne do topienia uzyskuje się poprzez spalanie paliwa węglowego (gazu ziemnego, oleju opałowego, pyłu węglowego) w przestrzeni gazowej nad powierzchnią kąpieli. W piecach elektrycznych ciepło uzyskuje się poprzez przepuszczanie prądu elektrycznego przez roztopiony żużel (prąd dostarczany jest do żużla poprzez zanurzone w nim elektrody grafitowe).
Jednak zarówno topienie refleksyjne, jak i elektryczne, w oparciu o zewnętrzne źródła ciepła, są procesami niedoskonałymi. Siarczki, które stanowią większość koncentratów miedzi, mają wysoką wartość opałową. Dlatego coraz częściej wprowadza się metody wytapiania wykorzystujące ciepło spalania siarczków (utleniacz – ogrzane powietrze, powietrze wzbogacone w tlen lub tlen techniczny). Drobne, wstępnie wysuszone koncentraty siarczków wdmuchuje się strumieniem tlenu lub powietrza do pieca nagrzanego do wysokiej temperatury. Cząsteczki spalają się w zawiesinie (wytapianie błyskawiczne tlenowe). Siarczki można również utleniać w stanie ciekłym; procesy te są intensywnie badane w ZSRR i za granicą (Japonia, Australia, Kanada) i stają się głównym kierunkiem rozwoju pirometalurgii rud miedzi siarczkowej.
Bogate w bryły rudy siarczkowe (2-3% cu) o wysokiej zawartości siarki (35-42% s) w niektórych przypadkach kierowane są bezpośrednio do wytapiania w piecach szybowych (piecach z pionową przestrzenią roboczą). W jednej z odmian wytapiania szybowego (wytapianie miedzi i siarki) do wsadu dodaje się drobny koks, który redukuje 2 do siarki elementarnej w górnych poziomach pieca. W tym procesie miedź jest również skoncentrowana w kamieniu.
Powstały ciekły kamień (głównie cu 2 s, fes) wlewa się do konwertora - cylindrycznego zbiornika wykonanego z blachy stalowej, wyłożonego od wewnątrz cegłami magnezytowymi, wyposażonego w boczny rząd dysz do wtrysku powietrza i urządzenie do obracania oś. Przez warstwę matową przepuszczane jest sprężone powietrze. Konwersja kamieni zachodzi w dwóch etapach. Najpierw utlenia się siarczek żelaza, a do konwertora dodaje się kwarc w celu związania tlenków żelaza; tworzy się żużel konwertorowy. Następnie siarczek miedzi utlenia się, tworząc metaliczny metal i tak 2. Ten szorstki M. wlewa się do foremek. Wlewki (a czasami bezpośrednio stopiony surowy metal) są kierowane do rafinacji ogniowej w celu wydobycia cennych satelitów (au, ag, se, fe, bi i innych) i usunięcia szkodliwych zanieczyszczeń. Polega ona na większym powinowactwie metali domieszkowych do tlenu niż miedź: fe, zn, co oraz częściowo ni i inne przechodzą do żużla w postaci tlenków, a siarka (w postaci tzw. 2) jest usuwana za pomocą gazów. Po usunięciu żużla metal „dręczy się” w celu przywrócenia rozpuszczonej w nim cu 2 o poprzez zanurzanie końcówek surowych kłód brzozowych lub sosnowych w ciekłym metalu, po czym wlewa się go do płaskich form. W celu rafinacji elektrolitycznej wlewki te zawiesza się w kąpieli z roztworem cuso 4 zakwaszonym H2so4. Pełnią funkcję anod. Pod wpływem prądu anody rozpuszczają się, a na katodach osadza się czysty metal – cienkie blachy miedziane, otrzymywane również w procesie elektrolizy w specjalnych kąpielach matrycowych. W celu oddzielenia gęstych, gładkich osadów do elektrolitu wprowadza się dodatki powierzchniowo czynne (klej do drewna, tiomocznik i inne). Powstały metal katodowy przemywa się wodą i topi. Metale szlachetne, se, te i inne cenne satelity metali są skoncentrowane w szlamie anodowym, z którego są ekstrahowane w drodze specjalnej obróbki. Nikiel skoncentrowany w elektrolicie; Usuwając część roztworów w celu odparowania i krystalizacji, nik można otrzymać w postaci siarczanu niklu.
Oprócz metod pirometalurgicznych do otrzymywania minerałów (głównie z rud słabo utlenionych i rodzimych) wykorzystuje się także metody hydrometalurgiczne. Metody te opierają się na selektywnym rozpuszczaniu minerałów zawierających miedź, zwykle w słabych roztworach h 2 so 4 lub amoniaku. Z roztworu metal wytrąca się żelazem lub izoluje poprzez elektrolizę za pomocą nierozpuszczalnych anod. Połączone metody hydroflotacji, w których tlenowe związki metalu rozpuszcza się w roztworach kwasu siarkowego, a siarczki oddziela się poprzez flotację, są bardzo obiecujące w zastosowaniu do rud mieszanych. Coraz powszechniejsze stają się także autoklawowe procesy hydrometalurgiczne, które odbywają się w podwyższonych temperaturach i ciśnieniu.
Aplikacja. Ogromna rola metalu w technologii wynika z szeregu jego cennych właściwości, a przede wszystkim z wysokiej przewodności elektrycznej, plastyczności i przewodności cieplnej. Dzięki tym właściwościom M. jest głównym materiałem na druty; ponad 50% wydobywanego metalu wykorzystuje się w przemyśle elektrycznym. Wszelkie zanieczyszczenia zmniejszają przewodność elektryczną metalu, dlatego w elektrotechnice stosuje się metal najwyższej jakości, zawierający co najmniej 99,9% Cu. Wysoka przewodność cieplna i odporność na korozję umożliwiają produkcję z metalu krytycznych części wymienników ciepła, lodówek, urządzeń próżniowych itp. Około 30-40% metalu wykorzystuje się w postaci różnych stopów, wśród których najważniejsze to mosiądz(od 0 do 50% zn) i różne rodzaje brązowy; cyna, aluminium, ołów, beryl itp. Oprócz potrzeb przemysłu ciężkiego, komunikacji i transportu, pewna ilość metalu (głównie w postaci soli) zużywana jest do przygotowania pigmentów mineralnych, zwalczania szkodników i chorób roślin, jako mikronawozy i katalizatory procesów oksydacyjnych, a także w przemyśle skórzanym i futrzarskim oraz przy produkcji sztucznego jedwabiu.
L. W. Waniaukow.
Miedź jest wykorzystywana jako materiał artystyczny wiek miedzi(biżuteria, rzeźba, naczynia, naczynia). Wyroby kute i odlewane z metali i stopów zdobione są rytowaniem, grawerowaniem i tłoczeniem. Łatwość obróbki metalu (dzięki jego miękkości) pozwala rzemieślnikom na uzyskanie różnorodnych faktur, staranne opracowanie detali i precyzyjne modelowanie formy. Produkty wykonane z metalu wyróżniają się pięknem złocistych lub czerwonawych odcieni, a także zdolnością do nabrania połysku po polerowaniu. M. jest często złocona, patynowana, barwiona i dekorowana emalią. Od XV wieku do produkcji płyt drukarskich używano także metalu.
Miedź w organizmie. M. - niezbędny dla roślin i zwierząt mikroelement. Główną funkcją biochemiczną M. jest udział w reakcjach enzymatycznych jako aktywator lub jako część enzymów zawierających miedź. Zawartość M w roślinach waha się od 0,0001 do 0,05% (w przeliczeniu na suchą masę) i zależy od rodzaju rośliny oraz zawartości M w glebie. W roślinach M. jest składnikiem enzymatycznych oksydaz i białka plastocyjaniny. W optymalnych stężeniach M. zwiększa odporność roślin na zimno oraz wspomaga ich wzrost i rozwój. Wśród zwierząt najbogatsze w M. są niektóre bezkręgowce (w tym mięczaki i skorupiaki). hemocyjanina zawiera 0,15-0,26% M.). Przyjmowany z pokarmem M. wchłania się w jelitach, wiąże się z białkiem surowicy krwi – albuminą, następnie jest wchłaniany przez wątrobę, skąd wraca do krwi w postaci białka ceruloplazminy i dostarczany do narządów i tkanek.
Zawartość M. u ludzi jest różna (na 100 G sucha masa) od 5 mg w wątrobie do 0,7 mg w kościach, w płynach ustrojowych - od 100 mcg(na 100 ml) we krwi do 10 mcg w płynie mózgowo-rdzeniowym; całkowita M. w organizmie dorosłego człowieka wynosi około 100 mg. M. jest częścią wielu enzymów (na przykład tyrozynazy, oksydazy cytochromowej) i stymuluje funkcję krwiotwórczą szpiku kostnego. Małe dawki M. wpływają na metabolizm węglowodanów (spadek poziomu cukru we krwi), minerałów (zmniejszenie ilości fosforu we krwi) itp. Wzrost M. we krwi prowadzi do przemiany mineralnych związków żelaza w organiczne, stymuluje wykorzystanie żelaza zgromadzonego w wątrobie podczas syntezy hemoglobina.
Przy niedoborze M. rośliny zbożowe dotknięte są tzw. chorobą przetwórczą, a rośliny owocowe - wysypką; u zwierząt zmniejsza się wchłanianie i wykorzystanie żelaza, co prowadzi do niedokrwistość towarzyszy biegunka i zmęczenie. Stosuje się mikronawozy miedziowe, a zwierzęta karmi się solami M. Zatrucie M. prowadzi do anemii, chorób wątroby i choroby Wilsona. U ludzi zatrucie występuje rzadko ze względu na subtelne mechanizmy wchłaniania i wydalania M. Jednak w dużych dawkach M. powoduje wymioty; po wchłonięciu M. może wystąpić ogólne zatrucie (biegunka, osłabienie oddychania i czynności serca, uduszenie, śpiączka).
I. F. Gribovskaya.
W medycynie siarczan M. stosowany jest jako środek antyseptyczny i ściągający w postaci kropli do oczu na zapalenie spojówek i kredek do oczu w leczeniu jaglicy. Roztwór siarczanu M. stosuje się także w przypadku oparzeń skóry fosforem. Czasami siarczan M. jest stosowany jako środek wymiotny. Azotan M. stosuje się jako maść do oczu na jaglicę i zapalenie spojówek.
Oświetlony.: Smirnov V.I., Metalurgia miedzi i niklu, Swierdłowsk - M., 1950; Avetisyan Kh. K., Metalurgia miedzi blister, M., 1954; Ghazaryan L. M., Pirometalurgia miedzi, M., 1960; Metallurgist's Guide to Non-Ferrous Metals, pod redakcją N. N. Muracha, wyd. 2, t. 1, M., 1953, t. 2, M., 1947; Levinson N. p., [Wyroby z metali nieżelaznych i żelaznych], w książce: Rosyjska sztuka dekoracyjna, t. 1-3, M., 1962-65; hadaway w. s., ilustracje przedstawiające prace metalowe z mosiądzu i miedzi, głównie z południowych Indii, Madras, 1913; Wainwright G. a., występowanie cyny i miedzi w pobliżu Bybios, „Journal of Egyptian Archaeology”, 1934, t. 20, pkt 1, s. 20. 29-32; góry? e p., Proces złocenia i metalurgia miedzi i ołowiu wśród Indian prekolumbijskich, kbh., 1938; Frieden E., Rola związków miedzi w przyrodzie, w książce: Horyzonty Biochemii, tłumaczenie z języka angielskiego, M., 1964; jego. Biochemia miedzi, w książce: Molecules and Cells, tłumaczenie z języka angielskiego, w. 4, M., 1969; Biologiczna rola miedzi, M., 1970.
pobierz streszczenie
Miedź jest pierwiastkiem drugiej podgrupy pierwszej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 29. Jest oznaczona symbolem Cu (łac. Cuprum).
Liczba atomowa - 29
Masa atomowa - 63,546
Gęstość, kg/m3 - 8960
Temperatura topnienia, °C - 1083
Pojemność cieplna, kJ/(kg °C) - 0,385
Elektroujemność - 1,9
Promień kowalencyjny, Å - 1,17
Pierwsza jonizacja potencjał, eV - 7,73
Miedź występuje w przyrodzie zarówno w postaci związków jak i natywnej. Przemysłowe znaczenie mają chalkopiryt CuFeS2, znany również jako piryt miedzi, chalkocyt Cu2S i Bornit Cu5FeS4. Razem z nimi występują także inne minerały miedzi: kowelit CuS, kupryt Cu2O, azuryt Cu3(CO3)2(OH)2, malachit Cu2CO3(OH)2. Czasami miedź występuje w postaci rodzimej, masa poszczególnych skupisk może osiągnąć 400 ton. Siarczki miedzi powstają głównie w średniotemperaturowych żyłach hydrotermalnych. Złoża miedzi często spotykane są także w skałach osadowych – piaskowcach miedziawych i łupkach. Najbardziej znane złoża tego typu to Udokan w regionie Czyta, Dżezkazgan w Kazachstanie, pas miedziowy Afryki Środkowej i Mansfeld w Niemczech.
Większość rudy miedzi wydobywana jest metodą odkrywkową. Zawartość miedzi w rudzie waha się od 0,4 do 1,0%. Właściwości fizyczne miedzi
Miedź jest złoto-różowym metalem ciągliwym, na powietrzu szybko pokrywa się warstwą tlenku, co nadaje jej charakterystyczną intensywną żółto-czerwoną barwę. Miedź charakteryzuje się wysoką przewodnością cieplną i elektryczną (pod względem przewodności elektrycznej zajmuje drugie miejsce po srebrze). Posiada dwa stabilne izotopy – 63Cu i 65Cu oraz kilka izotopów promieniotwórczych. Najdłużej żyjący z nich, 64Cu, ma okres półtrwania wynoszący 12,7 godziny i dwa tryby rozpadu z różnymi produktami.
Kolor miedzi jest czerwony, różowy po rozbiciu i zielonkawo-niebieski, gdy jest półprzezroczysty w cienkich warstwach. Metal ma sześcienną siatkę centrowaną na ścianie o parametrze a = 3,6074 Å; gęstość 8,96 g/cm3 (20°C). Promień atomowy 1,28 Å; promienie jonowe Cu+ 0,98 Å; Cu2+ 0,80 Å; temperatura topnienia 1083°C; temperatura wrzenia 2600 °C; pojemność cieplna właściwa (w temp. 20°C) 385,48 J/(kg·K), tj. 0,092 kal/(g°C). Najważniejsze i powszechnie stosowane właściwości miedzi: wysoka przewodność cieplna - w temperaturze 20°C 394,279 W/(m K), czyli 0,941 cal/(cm sec°C); niski opór elektryczny - w 20°C 1,68·10-8 om·m. Współczynnik cieplny rozszerzalności liniowej wynosi 17,0·10-6. Prężność pary nad miedzią jest znikoma; ciśnienie 133,322 n/m2 (tj. 1 mm Hg) osiąga się tylko w temperaturze 1628 °C. Miedź jest diamagnetyczna; podatność magnetyczna atomu 5,27·10-6. Twardość miedzi w skali Brinella wynosi 350 Mn/m2 (tj. 35 kgf/mm2); wytrzymałość na rozciąganie 220 MN/m2 (tj. 22 kgf/mm2); wydłużenie względne 60%, moduł sprężystości 132·103 MN/m2 (tj. 13,2·103 kgf/mm2). Hartując można zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie do 400-450 Mn/m2, wydłużenie zmniejszyć do 2%, a przewodność elektryczną zmniejszyć o 1-3.
Miedź(łac. Cuprum), Cu, pierwiastek chemiczny I grupy układu okresowego Mendelejewa; liczba atomowa 29, masa atomowa 63,546; miękki, kowalny czerwony metal. Metal naturalny składa się z mieszaniny dwóch stabilnych izotopów - 63 Cu (69,1%) i 65 Cu (30,9%).
Odniesienie historyczne. M. to jeden z metali znanych od czasów starożytnych. Wczesną znajomość człowieka z M. ułatwił fakt, że występuje on w naturze w stanie wolnym w postaci bryłek (patrz. Rodzima miedź), które czasami osiągają znaczne rozmiary. Metal i jego stopy odegrały ważną rolę w rozwoju kultury materialnej (patrz. Epoka brązu). Ze względu na łatwość redukcji tlenków i węglanów, metal był najwyraźniej pierwszym metalem, którego człowiek nauczył się redukować ze związków tlenu zawartych w rudach. Łacińska nazwa M. pochodzi od nazwy wyspy Cypr, gdzie starożytni Grecy wydobywali rudę miedzi. W starożytności do obróbki skały podgrzewano ją nad ogniem i szybko schładzano, w wyniku czego skała pękała. Już w tych warunkach możliwe były procesy restauratorskie. Następnie przeprowadzono renowację w pożarach z dużą ilością węgla i wtryskiem powietrza rurami i miechami. Pożary otoczono stopniowo podnoszonymi ścianami, co doprowadziło do powstania pieca szybowego. Później metody redukcji ustąpiły miejsca utleniającemu wytapianiu siarczkowych rud miedzi w celu wytworzenia produktów pośrednich - kamienia (stopu siarczków), w którym skoncentrowany jest metal, oraz żużla (stopu tlenków).
Dystrybucja w przyrodzie.Średnia zawartość metalu w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 4,7 · 10 -3% (w masie), w dolnej części skorupy ziemskiej, zbudowanej ze skał zasadowych, jest go więcej (1 · 10 -2%) niż w górnej części (2 %), 10 -3 %), gdzie dominują granity i inne kwaśne skały magmowe. M. migruje energicznie zarówno w gorących wodach głębin, jak i w zimnych roztworach biosfery; Siarkowodór wytrąca różne siarczki mineralne z wód naturalnych, które mają ogromne znaczenie przemysłowe. Wśród licznych minerałów dominują siarczki, fosforany, siarczany i chlorki; znane są również minerały rodzime, węglany i tlenki.
M. jest ważnym elementem życia, bierze udział w wielu procesach fizjologicznych. Średnia zawartość M w materii żywej wynosi 2,10 -4%, wiadomo, że organizmy są koncentratorami M. W tajdze i innych krajobrazach o wilgotnym klimacie M jest stosunkowo łatwo wymywany z gleb kwaśnych, tutaj w niektórych miejscach występuje niedobór M i towarzyszące mu choroby roślin i zwierząt (szczególnie na torfowiskach piaskowych i torfowiskach). Na stepach i pustyniach (z charakterystycznymi dla nich słabo alkalicznymi roztworami) M. jest nieaktywny; Na obszarach złóż minerałów występuje jego nadmiar w glebie i roślinach, powodując choroby zwierząt domowych.
W wodzie rzecznej występuje bardzo mało M, 1,10 -7%. Mech przedostający się do oceanu w wyniku spływu stosunkowo szybko zamienia się w muł morski. Dlatego gliny i łupki są nieco wzbogacone w M (5,7,10 -3%), a woda morska jest mocno niedosycona M (3,10 -7%).
W morzach minionych epok geologicznych miejscami występowała znaczna akumulacja minerałów w mułach, co doprowadziło do powstania osadów (np. Mansfeld w Niemieckiej Republice Demokratycznej). Migruje energicznie w podziemnych wodach biosfery, z tymi procesami wiąże się akumulacja rud M w piaskowcach.
Fizyczne i chemiczne właściwości. Kolor M. jest czerwony, różowy po przełamaniu i zielonkawo-niebieski, gdy jest półprzezroczysty w cienkich warstwach. Metal ma sześcienną siatkę skupioną na ścianie z parametrem A= 3,6074; gęstość 8,96 g/cm3(20°C). Promień atomowy 1,28; promienie jonowe Cu + 0,98; Cu2+ 0,80; T pl. 1083°C; T wyrko. 2600°C; pojemność cieplna właściwa (w 20 °C) 385,48 J/(kg K), czyli 0,092 kał/(G·°C). Najważniejsze i powszechnie stosowane właściwości M.: wysoka przewodność cieplna - w temperaturze 20°C 394.279 wt/(m K), czyli 0,941 kał/(cm·s·°C); niski opór elektryczny - w 20°C 1,68 10 -8 och m. Współczynnik cieplny rozszerzalności liniowej wynosi 17,0·10 -6. Prężność pary powyżej M. jest znikoma, ciśnienie 133,322 n/m 2(czyli 1 mmHg Sztuka.) osiąga się dopiero w temperaturze 1628 °C. M. jest diamagnetyczny; podatność magnetyczna atomu 5,27·10 -6. Twardość Brinella 350 Mn/m 2(czyli 35 kgf/mm2); wytrzymałość na rozciąganie 220 Mn/m 2(czyli 22 kgf/mm2); wydłużenie względne 60%, moduł sprężystości 132 10 3 Mn/m 2(czyli 13,2 10 3 kgf/mm2). Przez hartowanie wytrzymałość na rozciąganie można zwiększyć do 400-450 Mn/m 2, podczas gdy wydłużenie zmniejsza się do 2%, a przewodność elektryczna spada o 1-3%. Wyżarzanie metali obrabianych na zimno należy przeprowadzać w temperaturze 600-700°C. Niewielkie zanieczyszczenia Bi (tysięczne %) i Pb (setne %) powodują, że M. jest czerwono-krucha, a domieszka S powoduje łamliwość na zimno.
Pod względem właściwości chemicznych metal zajmuje pozycję pośrednią pomiędzy pierwiastkami pierwszej triady grupy VIII a pierwiastkami alkalicznymi grupy I układu okresowego. M, podobnie jak Fe, Co i Ni, jest podatny na tworzenie kompleksów i wytwarza kolorowe związki, nierozpuszczalne siarczki itp. Podobieństwo do metali alkalicznych jest nieznaczne. Zatem M tworzy wiele związków jednowartościowych, ale bardziej typowy jest dla niego stan 2-wartościowy. Sole jednowartościowego magnezu są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie i łatwo utleniają się do związków 2-wartościowego magnezu; Natomiast sole dwuwartościowe są dobrze rozpuszczalne w wodzie i całkowicie dysocjują w rozcieńczonych roztworach. Uwodnione jony Cu 2+ są niebieskie. Znane są również związki, w których M jest 3-wartościowy. Tak więc, pod działaniem nadtlenku sodu na roztwór kuprytu sodu Na 2 CuO 2, otrzymuje się tlenek Cu 2 O 3 - czerwony proszek, który zaczyna uwalniać tlen już w temperaturze 100 ° C. Cu 2 O 3 jest silnym utleniaczem (na przykład uwalnia chlor z kwasu solnego).
Aktywność chemiczna M. jest niska. Kompaktowy metal nie wchodzi w interakcję z suchym powietrzem i tlenem w temperaturach poniżej 185°C. W obecności wilgoci i CO 2 na powierzchni metalu tworzy się zielony film zasadowych węglanów. Gdy metal jest podgrzewany w powietrzu, następuje utlenianie powierzchniowe; poniżej 375°C tworzy się CuO, a w zakresie 375-1100°C przy niecałkowitym utlenieniu metalu tworzy się zgorzelina dwuwarstwowa, w której warstwie powierzchniowej znajduje się CuO, a w warstwie wewnętrznej – Cu 2O (patrz. Tlenki miedzi). Mokry chlor oddziałuje z minerałami już w normalnej temperaturze, tworząc chlorek CuCl 2, który jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. M łatwo łączy się z innymi halogenami (patrz. Halogenki miedzi). M. wykazuje szczególne powinowactwo do siarki i selenu; więc spala się w oparach siarki (patrz. Siarczki miedzi). M. nie reaguje z wodorem, azotem i węglem nawet w wysokich temperaturach. Rozpuszczalność wodoru w stałym metalu jest niewielka i w temperaturze 400°C wynosi 0,06 mg na 100 G M. Wodór i inne gazy palne (CO, CH 4), działające w wysokich temperaturach na wlewki metalowe zawierające Cu 2 O, redukują go do metalu z utworzeniem CO 2 i pary wodnej. Produkty te, nierozpuszczalne w metalu, uwalniają się z niego, powodując powstawanie pęknięć, co gwałtownie pogarsza właściwości mechaniczne metalu.
Kiedy NH 3 przepuszcza się przez gorący metal, powstaje Cu 3 N. Już w wysokiej temperaturze metal jest narażony na działanie tlenków azotu, a mianowicie NO, N 2 O (z utworzeniem Cu 2 O) i NO 2 (z utworzeniem CuO). Węgliki Cu 2 C 2 i CuC 2 można otrzymać przez działanie acetylenu na roztwory amoniaku soli M. Normalny potencjał elektrody M dla reakcji Cu 2+ + 2e Cu wynosi +0,337 V, a dla reakcji Cu + + e Cu wynosi +0,52 V. Dlatego żelazo jest wypierane ze swoich soli przez pierwiastki bardziej elektroujemne (żelazo jest wykorzystywane w przemyśle) i nie rozpuszcza się w kwasach nieutleniających. W kwasie azotowym M. rozpuszcza się, tworząc Cu(NO 3) 2 i tlenki azotu, w gorącym stężeniu H 2 SO 4 - z utworzeniem CuSO 4 i SO 2, w ogrzanym rozcieńczonym H 2 SO 4 - gdy Przez roztwór wdmuchuje się powietrze. Wszystkie sole M. są trujące (patrz. Węglany miedzi, Azotan miedzi, Siarczan miedzi).
M. w stanie dwu- i jednowartościowym tworzy wiele bardzo stabilnych związków kompleksowych. Przykłady złożonych związków metalu jednowartościowego: (NH 4) 2 CuBr 3; K 3 Cu(CN) 4 - kompleksy typu soli podwójnych; [Cu (SC (NH 2)) 2 ]Cl i inne. Przykłady kompleksowych związków metalu 2-wartościowego: CsCuCl 3, K 2 CuCl 4 - rodzaj soli podwójnych. Duże znaczenie przemysłowe mają złożone związki amoniaku M: [Cu (NH 3) 4 ] SO 4 , [Cu (NH 3) 2 ] SO 4 .
Paragon. Rudy miedzi charakteryzują się niską zawartością M. Dlatego przed wytopem drobno zmieloną rudę poddaje się wzbogacaniu mechanicznemu; w tym przypadku cenne minerały oddziela się od większości skały płonnej; W rezultacie otrzymuje się szereg koncentratów handlowych (na przykład miedź, cynk, piryt) i odpadów poflotacyjnych.
W praktyce światowej 80% metali ekstrahuje się z koncentratów metodami pirometalurgicznym, polegającymi na przetopieniu całej masy materiału. W procesie wytapiania, ze względu na większe powinowactwo magnezu do siarki oraz większe powinowactwo skał płonnych i składników żelaza do tlenu, magnez ulega koncentracji w wytopie siarczkowym (kamieniu), a tlenki tworzą żużel. Kamień oddziela się od żużla poprzez osadzanie.
W większości nowoczesnych zakładów wytapianie odbywa się w piecach pogłosowych lub elektrycznych. W piecach pogłosowych przestrzeń robocza jest wydłużona w kierunku poziomym; powierzchnia paleniska 300 m 2 i więcej (30 M 10 M), ciepło niezbędne do topienia uzyskuje się poprzez spalanie paliwa węglowego (gazu ziemnego, oleju opałowego, pyłu węglowego) w przestrzeni gazowej nad powierzchnią kąpieli. W piecach elektrycznych ciepło uzyskuje się poprzez przepuszczanie prądu elektrycznego przez roztopiony żużel (prąd dostarczany jest do żużla poprzez zanurzone w nim elektrody grafitowe).
Jednak zarówno topienie refleksyjne, jak i elektryczne, w oparciu o zewnętrzne źródła ciepła, są procesami niedoskonałymi. Siarczki, które stanowią większość koncentratów miedzi, mają wysoką wartość opałową. Dlatego coraz częściej wprowadza się metody wytapiania wykorzystujące ciepło spalania siarczków (utleniacz – ogrzane powietrze, powietrze wzbogacone w tlen lub tlen techniczny). Drobne, wstępnie wysuszone koncentraty siarczków wdmuchuje się strumieniem tlenu lub powietrza do pieca nagrzanego do wysokiej temperatury. Cząsteczki spalają się w zawiesinie (wytapianie błyskawiczne tlenowe). Siarczki można również utleniać w stanie ciekłym; procesy te są intensywnie badane w ZSRR i za granicą (Japonia, Australia, Kanada) i stają się głównym kierunkiem rozwoju pirometalurgii rud miedzi siarczkowej.
Bogate w bryły rudy siarczkowe (2-3% Cu) o dużej zawartości siarki (35-42% S) w niektórych przypadkach kierowane są bezpośrednio do wytapiania w piecach szybowych (piecach z pionową przestrzenią roboczą). W jednej z odmian wytapiania szybowego (wytapianie miedzi i siarki) do wsadu dodaje się drobny koks, który w górnych poziomach pieca redukuje SO 2 do siarki elementarnej. W tym procesie miedź jest również skoncentrowana w kamieniu.
Powstały ciekły kamień (głównie Cu 2 S, FeS) wlewa się do konwertora - cylindrycznego zbiornika wykonanego z blachy stalowej, wyłożonego od wewnątrz cegłami magnezytowymi, wyposażonego w boczny rząd dysz do wtrysku powietrza i urządzenie do obracania oś. Przez warstwę matową przepuszczane jest sprężone powietrze. Konwersja kamieni zachodzi w dwóch etapach. Najpierw utlenia się siarczek żelaza, a do konwertora dodaje się kwarc w celu związania tlenków żelaza; tworzy się żużel konwertorowy. Następnie siarczek miedzi utlenia się do metalicznego metalu i SO2. Ten szorstki M. wlewa się do foremek. Wlewki (a czasami bezpośrednio stopiony surowy metal) kierowane są do rafinacji ogniowej w celu wydobycia cennych satelitów (Au, Ag, Se, Fe, Bi i innych) i usunięcia szkodliwych zanieczyszczeń. Polega ona na większym powinowactwie metali domieszkowych do tlenu niż miedź: Fe, Zn, Co i częściowo Ni i inne przechodzą do żużla w postaci tlenków, a siarka (w postaci SO 2) jest usuwana za pomocą gazów. Po usunięciu żużla metal „dręczy się” w celu przywrócenia rozpuszczonego w nim Cu 2 O poprzez zanurzanie końcówek surowych kłód brzozowych lub sosnowych w ciekłym metalu, po czym wlewa się go do płaskich form. Do rafinacji elektrolitycznej wlewki te zawiesza się w kąpieli z roztworem CuSO4 zakwaszonym H2SO4. Pełnią funkcję anod. Pod wpływem prądu anody rozpuszczają się, a na katodach osadza się czysty metal – cienkie blachy miedziane, otrzymywane również w procesie elektrolizy w specjalnych kąpielach matrycowych. W celu oddzielenia gęstych, gładkich osadów do elektrolitu wprowadza się dodatki powierzchniowo czynne (klej do drewna, tiomocznik i inne). Powstały metal katodowy przemywa się wodą i topi. Metale szlachetne, Se, Te i inne cenne satelity metali są skoncentrowane w szlamie anodowym, z którego są ekstrahowane w drodze specjalnej obróbki. Nikiel skoncentrowany w elektrolicie; Usuwając część roztworów w celu odparowania i krystalizacji, Ni można otrzymać w postaci siarczanu niklu.
Oprócz metod pirometalurgicznych do otrzymywania minerałów (głównie z rud słabo utlenionych i rodzimych) wykorzystuje się także metody hydrometalurgiczne. Metody te opierają się na selektywnym rozpuszczaniu minerałów zawierających miedź, zwykle w słabych roztworach H 2 SO 4 lub amoniaku. Z roztworu metal wytrąca się żelazem lub izoluje poprzez elektrolizę za pomocą nierozpuszczalnych anod. Połączone metody hydroflotacji, w których tlenowe związki metalu rozpuszcza się w roztworach kwasu siarkowego, a siarczki oddziela się poprzez flotację, są bardzo obiecujące w zastosowaniu do rud mieszanych. Coraz powszechniejsze stają się także autoklawowe procesy hydrometalurgiczne, które odbywają się w podwyższonych temperaturach i ciśnieniu.
Aplikacja. Ogromna rola metalu w technologii wynika z szeregu jego cennych właściwości, a przede wszystkim z wysokiej przewodności elektrycznej, plastyczności i przewodności cieplnej. Dzięki tym właściwościom M. jest głównym materiałem na druty; ponad 50% wydobywanego metalu wykorzystuje się w przemyśle elektrycznym. Wszelkie zanieczyszczenia zmniejszają przewodność elektryczną metalu, dlatego w elektrotechnice stosuje się metal wysokiej jakości zawierający co najmniej 99,9% Cu. Wysoka przewodność cieplna i odporność na korozję umożliwiają produkcję z metalu krytycznych części wymienników ciepła, lodówek, urządzeń próżniowych itp. Około 30-40% metalu wykorzystuje się w postaci różnych stopów, wśród których najważniejsze to mosiądz(od 0 do 50% Zn) i różne rodzaje brązowy; cyna, aluminium, ołów, beryl itp. (więcej szczegółów w pkt Stopy miedzi). Oprócz potrzeb przemysłu ciężkiego, komunikacji i transportu, pewna ilość metalu (głównie w postaci soli) zużywana jest do wytwarzania pigmentów mineralnych, zwalczania szkodników i chorób roślin, jako mikronawozy, katalizatory procesów utleniania , a także w przemyśle skórzanym i futrzarskim oraz przy produkcji sztucznego jedwabiu.
L. W. Waniaukow.
Miedź jest wykorzystywana jako materiał artystyczny wiek miedzi(biżuteria, rzeźba, naczynia, naczynia). Wyroby kute i odlewane z metali i stopów (patrz. Brązowy) zdobione są gonitwą, grawerem i tłoczeniem. Łatwość obróbki metalu (dzięki jego miękkości) pozwala rzemieślnikom na uzyskanie różnorodnych faktur, staranne opracowanie detali i precyzyjne modelowanie formy. Produkty wykonane z metalu wyróżniają się pięknem złocistych lub czerwonawych odcieni, a także zdolnością do nabrania połysku po polerowaniu. M. są często złocone i patynowane (por. Patyna), barwiona, dekorowana emalią. Od XV wieku do produkcji płyt drukarskich używano także metalu (patrz. Rytownictwo).
Miedź w organizmie. M. - niezbędny dla roślin i zwierząt mikroelement. Główną funkcją biochemiczną M. jest udział w reakcjach enzymatycznych jako aktywator lub jako część enzymów zawierających miedź. Zawartość M w roślinach waha się od 0,0001 do 0,05% (w przeliczeniu na suchą masę) i zależy od rodzaju rośliny oraz zawartości M w glebie. W roślinach M. jest składnikiem enzymatycznych oksydaz i białka plastocyjaniny. W optymalnych stężeniach M. zwiększa odporność roślin na zimno oraz wspomaga ich wzrost i rozwój. Wśród zwierząt najbogatsze w M. są niektóre bezkręgowce (w tym mięczaki i skorupiaki). hemocyjanina zawiera 0,15-0,26% M.). Przyjmowany z pokarmem M. wchłania się w jelitach, wiąże się z białkiem surowicy krwi – albuminą, następnie jest wchłaniany przez wątrobę, skąd wraca do krwi w postaci białka ceruloplazminy i dostarczany do narządów i tkanek.
Zawartość M. u ludzi jest różna (na 100 G sucha masa) od 5 mg w wątrobie do 0,7 mg w kościach, w płynach ustrojowych - od 100 mcg(na 100 ml) we krwi do 10 mcg w płynie mózgowo-rdzeniowym; całkowita M. w organizmie dorosłego człowieka wynosi około 100 mg. M. jest częścią wielu enzymów (na przykład tyrozynazy, oksydazy cytochromowej) i stymuluje funkcję krwiotwórczą szpiku kostnego. Małe dawki M. wpływają na metabolizm węglowodanów (spadek poziomu cukru we krwi), minerałów (zmniejszenie ilości fosforu we krwi) itp. Wzrost M. we krwi prowadzi do przemiany mineralnych związków żelaza w organiczne, stymuluje wykorzystanie żelaza zgromadzonego w wątrobie podczas syntezy hemoglobina.
Przy niedoborze M. rośliny zbożowe dotknięte są tzw. chorobą przetwórczą, a rośliny owocowe - wysypką; u zwierząt zmniejsza się wchłanianie i wykorzystanie żelaza, co prowadzi do niedokrwistość towarzyszy biegunka i zmęczenie. Stosuje się mikronawozy miedziowe i żywienie zwierząt solami miedzi (patrz. Mikronawozy). Zatrucie M. prowadzi do anemii, chorób wątroby i choroby Wilsona. U ludzi zatrucie występuje rzadko ze względu na subtelne mechanizmy wchłaniania i wydalania M. Jednak w dużych dawkach M. powoduje wymioty; po wchłonięciu M. może wystąpić ogólne zatrucie (biegunka, osłabienie oddychania i czynności serca, uduszenie, śpiączka).
I. F. Gribovskaya.
W medycynie siarczan M. stosowany jest jako środek antyseptyczny i ściągający w postaci kropli do oczu na zapalenie spojówek i kredek do oczu w leczeniu jaglicy. Roztwór siarczanu M. stosuje się także w przypadku oparzeń skóry fosforem. Czasami siarczan M. jest stosowany jako środek wymiotny. Azotan M. stosuje się jako maść do oczu na jaglicę i zapalenie spojówek.
Oświetlony.: Smirnov V.I., Metalurgia miedzi i niklu, Swierdłowsk - M., 1950; Avetisyan Kh. K., Metalurgia miedzi blister, M., 1954; Ghazaryan L. M., Pirometalurgia miedzi, M., 1960; Metallurgist's Guide to Non-Ferrous Metals, pod redakcją N. N. Muracha, wyd. 2, t. 1, M., 1953, t. 2, M., 1947; Levinson N.P., [Wyroby z metali nieżelaznych i żelaznych], w książce: Rosyjska sztuka dekoracyjna, t. 1-3, M., 1962-65; Hadaway W. S., Ilustracje wyrobów metalowych z mosiądzu i miedzi, głównie z południowych Indii, Madras, 1913; Wainwright G. A., Występowanie cyny i miedzi w pobliżu Bybios, „Journal of Egyptian Archaeology”, 1934, t. 20, pkt 1, s. 20. 29-32; BergsÆe P., Proces złocenia i metalurgia miedzi i ołowiu wśród Indian prekolumbijskich, Kbh., 1938; Frieden E., Rola związków miedzi w przyrodzie, w książce: Horyzonty Biochemii, tłumaczenie z języka angielskiego, M., 1964; jego. Biochemia miedzi, w książce: Molecules and Cells, tłumaczenie z języka angielskiego, w. 4, M., 1969; Biologiczna rola miedzi, M., 1970.
Miedź- element drugorzędnej podgrupy pierwszej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 29. Oznaczony symbolem Cu (łac. Cuprum).
Miedź występuje w przyrodzie zarówno w postaci związków jak i natywnej. Przemysłowe znaczenie mają chalkopiryt CuFeS2, znany również jako piryt miedzi, chalkocyt Cu2S i Bornit Cu5FeS4. Razem z nimi występują także inne minerały miedzi: kowelit CuS, kupryt Cu2O, azuryt Cu3(CO3)2(OH)2, malachit Cu2CO3(OH)2. Czasami miedź występuje w postaci rodzimej, masa poszczególnych skupisk może osiągnąć 400 ton. Siarczki miedzi powstają głównie w średniotemperaturowych żyłach hydrotermalnych. Złoża miedzi często spotykane są także w skałach osadowych – piaskowcach miedziawych i łupkach. Najbardziej znane złoża tego typu to Udokan w regionie Czyta, Dżezkazgan w Kazachstanie, pas miedziowy Afryki Środkowej i Mansfeld w Niemczech.
Większość rudy miedzi wydobywana jest metodą odkrywkową. Zawartość miedzi w rudzie waha się od 0,4 do 1,0%. Właściwości fizyczne miedzi
Miedź jest złoto-różowym metalem ciągliwym, na powietrzu szybko pokrywa się warstwą tlenku, co nadaje jej charakterystyczną intensywną żółto-czerwoną barwę. Miedź charakteryzuje się wysoką przewodnością cieplną i elektryczną (pod względem przewodności elektrycznej zajmuje drugie miejsce po srebrze). Posiada dwa stabilne izotopy – 63Cu i 65Cu oraz kilka izotopów promieniotwórczych. Najdłużej żyjący z nich, 64Cu, ma okres półtrwania wynoszący 12,7 godziny i dwa tryby rozpadu z różnymi produktami.
Kolor miedzi jest czerwony, różowy po rozbiciu i zielonkawo-niebieski, gdy jest półprzezroczysty w cienkich warstwach. Metal ma sześcienną siatkę centrowaną na ścianie o parametrze a = 3,6074 Å; gęstość 8,96 g/cm3 (20°C). Promień atomowy 1,28 Å; promienie jonowe Cu+ 0,98 Å; Cu2+ 0,80 Å; temperatura topnienia 1083°C; temperatura wrzenia 2600 °C; pojemność cieplna właściwa (w temp. 20°C) 385,48 J/(kg·K), tj. 0,092 kal/(g°C). Najważniejsze i powszechnie stosowane właściwości miedzi: wysoka przewodność cieplna - w temperaturze 20°C 394,279 W/(m K), czyli 0,941 cal/(cm sec°C); niski opór elektryczny - w 20°C 1,68·10-8 om·m. Współczynnik cieplny rozszerzalności liniowej wynosi 17,0·10-6. Prężność pary nad miedzią jest znikoma; ciśnienie 133,322 n/m2 (tj. 1 mm Hg) osiąga się tylko w temperaturze 1628 °C. Miedź jest diamagnetyczna; podatność magnetyczna atomu 5,27·10-6. Twardość miedzi w skali Brinella wynosi 350 Mn/m2 (tj. 35 kgf/mm2); wytrzymałość na rozciąganie 220 MN/m2 (tj. 22 kgf/mm2); wydłużenie względne 60%, moduł sprężystości 132·103 MN/m2 (tj. 13,2·103 kgf/mm2). Hartując można zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie do 400-450 Mn/m2, wydłużenie zmniejszyć do 2%, a przewodność elektryczną zmniejszyć o 1-3.
Miedź jest plastycznym, złotoróżowym metalem o charakterystycznym metalicznym połysku. W układzie okresowym D.I. Mendelejewa ten pierwiastek chemiczny jest oznaczony jako Cu (Cuprum) i znajduje się pod numerem seryjnym 29 w grupie I (podgrupa boczna), w czwartym okresie.
Łacińska nazwa Cuprum pochodzi od nazwy wyspy Cypr. Wiadomo, że na Cyprze już w III wieku p.n.e. istniały kopalnie miedzi, a lokalni rzemieślnicy wytapiali miedź. W firmie można kupić miedź « ».
Według historyków społeczeństwo zna miedź od około dziewięciu tysięcy lat. Najstarsze wyroby miedziane odnaleziono podczas wykopalisk archeologicznych na terenie współczesnej Turcji. Archeolodzy odkryli małe miedziane koraliki i talerzyki używane do ozdabiania odzieży. Znaleziska datowane są na przełom VIII i VII tysiąclecia p.n.e. W starożytności z miedzi wytwarzano biżuterię, drogie naczynia i różne narzędzia o cienkich ostrzach.
Wielkim osiągnięciem starożytnych hutników można nazwać produkcją stopu na bazie miedzi - brązu.
Podstawowe właściwości miedzi
1. Właściwości fizyczne.
W powietrzu miedź nabiera jasnego żółtawo-czerwonego odcienia w wyniku tworzenia się warstwy tlenku. Przy badaniu przez nie cienkie płytki mają zielonkawo-niebieski kolor. W czystej postaci miedź jest dość miękka, plastyczna, łatwo się zwija i ciągnie. Zanieczyszczenia mogą zwiększać jego twardość.
Główną właściwością determinującą jej dominujące zastosowanie można nazwać wysoką przewodność elektryczną miedzi. Miedź ma również bardzo wysoką przewodność cieplną. Zanieczyszczenia takie jak żelazo, fosfor, cyna, antymon i arsen wpływają na podstawowe właściwości i zmniejszają przewodność elektryczną i cieplną. Według tych wskaźników miedź ustępuje jedynie srebrowi.
Miedź ma wysoką gęstość, temperaturę topnienia i wrzenia. Ważną właściwością jest także dobra odporność na korozję. Na przykład przy wysokiej wilgotności żelazo utlenia się znacznie szybciej.
Miedź dobrze nadaje się do obróbki: walcowana na blachę miedzianą i pręt miedziany, ciągniona na drut miedziany o grubości dochodzącej do tysięcznych milimetra. Metal ten jest diamagnetyczny, to znaczy jest namagnesowany przeciwnie do kierunku zewnętrznego pola magnetycznego.
Miedź jest metalem stosunkowo mało aktywnym. W normalnych warunkach w suchym powietrzu nie zachodzi jego utlenianie. Łatwo reaguje z halogenami, selenem i siarką. Kwasy nie posiadające właściwości utleniających nie mają wpływu na miedź. Nie zachodzą reakcje chemiczne z wodorem, węglem i azotem. W wilgotnym powietrzu następuje utlenianie, w wyniku którego powstaje węglan miedzi (II) – wierzchnia warstwa platyny.
Miedź jest amfoteryczna, co oznacza, że tworzy kationy i aniony w skorupie ziemskiej. W zależności od warunków związki miedzi wykazują właściwości kwasowe lub zasadowe.
Metody otrzymywania miedzi
W naturze miedź występuje w postaci związków i bryłek. Związki reprezentowane są przez tlenki, wodorowęglany, kompleksy siarki i dwutlenku węgla, a także rudy siarczkowe. Najbardziej powszechnymi rudami są piryt miedzi i połysk miedzi. Zawartość miedzi w nich wynosi 1-2%. 90% miedzi pierwotnej wydobywa się metodą pirometalurgiczną, a 10% metodą hydrometalurgiczną.
1.
Metoda pirometalurgiczna obejmuje następujące procesy: wzbogacanie i prażenie, wytapianie na kamień, oczyszczanie w konwertorze, rafinacja elektrolityczna.
Rudy miedzi wzbogacane są poprzez flotację i prażenie utleniające. Istota metody flotacji jest następująca: cząstki miedzi zawieszone w ośrodku wodnym przylegają do powierzchni pęcherzyków powietrza i unoszą się na powierzchnię. Metoda pozwala uzyskać koncentrat proszku miedzi, który zawiera 10-35% miedzi.
Rudy i koncentraty miedzi o znacznej zawartości siarki poddawane są prażeniu oksydacyjnemu. Po podgrzaniu w obecności tlenu siarczki utleniają się, a ilość siarki zmniejsza się prawie o połowę. Słabe koncentraty zawierające 8-25% miedzi są prażone. Bogate koncentraty zawierające 25-35% miedzi topi się bez konieczności prażenia.
Kolejnym etapem pirometalurgicznej metody produkcji miedzi jest wytapianie na kamień. Jeżeli jako surowiec stosuje się rudę miedzi w kawałkach z dużą ilością siarki, wówczas wytapianie odbywa się w piecach szybowych. Natomiast w przypadku sproszkowanego koncentratu flotacyjnego stosuje się piece pogłosowe. Topienie następuje w temperaturze 1450°C.
W konwertorach poziomych z bocznym wdmuchem kamień miedziowy przedmuchuje się sprężonym powietrzem w celu utlenienia siarczków i żelaza. Następnie powstałe tlenki przekształca się w żużel, a siarkę w tlenek. Przetwornik wytwarza miedź blister, która zawiera 98,4-99,4% miedzi, żelaza, siarki oraz niewielkie ilości niklu, cyny, srebra i złota.
Miedź blisterowa poddawana jest wypalaniu, a następnie rafinacji elektrolitycznej. Zanieczyszczenia są usuwane za pomocą gazów i przekształcane w żużel. W wyniku rafinacji ogniowej powstaje miedź o czystości do 99,5%. A po rafinacji elektrolitycznej czystość wynosi 99,95%.
2. Metoda hydrometalurgiczna polega na ługowaniu miedzi słabym roztworem kwasu siarkowego, a następnie oddzielaniu miedzi metalicznej bezpośrednio z roztworu. Metoda ta stosowana jest do przeróbki rud niskiej jakości i nie pozwala na towarzyszącą jej ekstrakcję metali szlachetnych wraz z miedzią.
Zastosowania miedzi
Miedź i stopy miedzi ze względu na swoje cenne właściwości znajdują zastosowanie w przemyśle elektrycznym i elektrotechnicznym, w radiotechnice i przy budowie instrumentów. Istnieją stopy miedzi z metalami takimi jak cynk, cyna, aluminium, nikiel, tytan, srebro i złoto. Rzadziej stosowane są stopy z niemetalami: fosforem, siarką, tlenem. Wyróżnia się dwie grupy stopów miedzi: mosiądz (stopy z cynkiem) i brąz (stopy z innymi pierwiastkami).
Miedź jest materiałem wysoce przyjaznym dla środowiska, co pozwala na jej zastosowanie w budowie budynków mieszkalnych. Na przykład dach miedziany, ze względu na swoje właściwości antykorozyjne, może przetrwać ponad sto lat bez specjalnej pielęgnacji i malowania.
Miedź w stopach ze złotem stosowana jest w jubilerstwie. Stop ten zwiększa wytrzymałość produktu, zwiększa odporność na odkształcenia i ścieranie.
Związki miedzi charakteryzują się wysoką aktywnością biologiczną. W roślinach miedź bierze udział w syntezie chlorofilu. Dlatego widać to w składzie nawozów mineralnych. Brak miedzi w organizmie człowieka może powodować pogorszenie składu krwi. Występuje w wielu produktach spożywczych. Na przykład metal ten występuje w mleku. Należy jednak pamiętać, że nadmiar związków miedzi może spowodować zatrucie. Dlatego nie należy gotować potraw w naczyniach miedzianych. Podczas gotowania duże ilości miedzi mogą przedostać się do żywności. Jeśli naczynia w środku są pokryte warstwą cyny, nie ma niebezpieczeństwa zatrucia.
W medycynie miedź stosowana jest jako środek antyseptyczny i ściągający. Jest składnikiem kropli do oczu na zapalenie spojówek i roztworów na oparzenia.
