Химия

Курсовая работа по химии. Медь


Министерство высшего образования Российской Федерации
                   Башкирский государственный университет



                                                Кафедра неорганической химии



                               Курсовая работа
                                    Медь



                                                 Выполнил
                                                 студент I курса В группы
                                                 Панкратьев Е.Ю.
                                                 Проверил
                                                 доцент кафедры Н.Х.
                                                 Гайфутдинова Р.К.



                                  Уфа 2002.
                                 Содержание:
    1. Распространение меди в природе. - 3
    2. История открытия меди. - 3
    3. Месторождений меди. - 4
    4. Физические свойства меди. - 5
    5. Химические свойства меди. - 6
    6. Получение меди. - 10
    7. Добыча и получение солей из природных месторождений. - 11
    8. Медь и живые организмы. - 12
    9. Применение меди. - 12
   10. Использованная литература. - 13



                     1. Распространение меди в природе.
    Металлы  подгруппы  меди  обладают  небольшой  химической  активностью,
поэтому они находятся частично в виде химических соединений,  а  частично  в
свободном виде, особенно золото.
    Медь  в далекие геологические эпохи, очевидно, находилась только в виде
сернистых соединений – халькопирита [pic] (или [pic])  и  халькозина  [pic].
Объясняется  это  тем,  что  медь  обладает  довольно   большим   химическим
сродством к сере, в настоящее время  сульфиды  –  наиболее  распространенные
минералы меди. При высоких температурах, например  в  районах  вулканической
деятельности,  под  действием  избытка  кислорода  происходило   превращение
сульфидов меди в окислы, например: [pic].
    При температуре ниже 10000C происходило образование окиси меди, которая
в небольших количествах встречается в природе: [pic].
    Самородная (металлическая)  медь,  очевидно,  возникла  в  природе  при
сильном нагревании частично окисленных  сернистых  руд.  Можно  представить,
что после землетрясений, грандиозных  извержений  окисленные  минералы  меди
были погребены под толстым слоем горных пород и нагревались за счет  земного
тепла. При этом происходило взаимодействие окислов с сульфидами: [pic].
    Подобные процессы  протекают  при  выплавке  меди  на  металлургических
заводах. Такие  природные  “металлургические  заводы”  выплавляют  громадные
количества меди: самый крупный из найденных  самородков  весил  420  т.  По-
видимому, в меньших масштабах взаимодействие окислов  некоторых  металлов  с
сульфидами идет и в настоящее время, например в районе некоторых  Курильских
островов.
    Некоторые другие минералы меди получились из окисных руд. Например, под
действием влаги и двуокиси углерода  происходила  гидратация  окиси  меди  и
образование основных карбонатов: [pic].
    В лаборатории мы эти процессы не наблюдаем, так как они идут  медленно.
В  “лаборатории”  природы   сроки   в   несколько   тысяч   лет   совершенно
незначительны. В дальнейшем под влиянием давления вышележащих  горных  пород
и некоторого нагревания происходило уплотнение основного карбоната  меди,  и
он превратился в изумительный по красоте минерал – малахит. Особенно  красив
полированный  малахит.  Он  бывает  окрашен  от  светло-зеленого  до  темно-
зеленого  цвета.  Переходы  оттенков  причудливы  и  создают  фантастический
рисунок на поверхности камня.
    Переход  нерастворимых  сульфидных  соединений  меди  в   раствор   мог
осуществляться за  счет  взаимодействия  растворов  сульфата  железа  (III):
[pic].
    Растворы сульфата железа, как указано выше, получаются  в  природе  при
действии воды, насыщенной кислородом, на пирит. Эти процессы  медленно  идут
в природе и в настоящее время. [1, с.8-10]
    Медь входит более чем в 198 минералов, из  которых  для  промышленности
важны лишь 17. Для производства меди наибольшее значение  имеют  халькопирит
(он же – медный колчедан) CuFeS2, халькозин (медный  блеск)  Cu2S,  ковеллин
CuS, борнит (пестрая медная руда) Cu5FeS4. Иногда встречается  и  самородная
медь. Распространение меди в земной коре – 4,7*10-3  %   по  массе  (1015  -
1016 тонн). [3]

                          2. История открытия меди.
    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: [pic].
    Возможно, первоначально медь выплавлялась в небольших ивовых  корзинах,
обмазанных толстым слоем глины. В такую  своеобразную  печь  загружали  руду
вместе с углем и под ней разжигали большой костер.
    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. [6]
    Когда же и где была впервые выплавлена медь?
    Считалось, что люди 9 – 8 тыс. лет назад не умели, как следует,  делать
керамическую посуду, но  в  1950  г.  археологами  было  сделано  интересное
открытие.  В  районе  реки  Конья  на  юго-западе  Малой  Азии  в  1950   г.
производились раскопки. Наряду с  каменными  орудиями  были  найдены  медные
проколки,  украшения,  колечки.  По   определениям   физиков,   использующих
радиоуглеродный  метод;  культурный  слой  с   остатками   жизнедеятельности
человека  возник  в  VII-VI  тысячелетиях  до  н.э.  Этому  открытию  трудно
поверить, но в 1963 г. при раскопках в  верховьях  реки  Тигр  были  найдены
простейшие медные изделия, относящиеся к тому же периоду.  Там  же  нашли  и
медную руду. [1, с.27-28]

                           3. Месторождения меди.
    Соединения  элементов  подгруппы  меди  распределены  в   земной   коре
неравномерно,  что   объясняется   различием   в   геологических   условиях,
сложившихся в различных местах земного шара. Богатейшие  месторождения  меди
имеются в  Конго  (Катангский  пояс).  Материалы,  собранные  археологами  о
древнейших месторождениях датируются тысячелетиями до новой эры.  Древнейшие
выработки  меди  на  территории  нашей  страны  найдены  в  Закавказье,   на
побережье Балхаша, в многочисленных пунктах Сибири.
    Планомерные поиски месторождений меди начинаются при Иване  III,  Иване
Грозном и особенно при Петре I. При  Иване  Грозном  в  Олонецкий  уезд  был
послан новгородский гость (купец) Семен Гаврилов “для  сыску  медные  руды”,
где она и была найдена. В 1652 г. Казанский воевода  сообщил  царю:  “Медные
руды… сыскано  много  и  заводы  к  медному  делу  заводим”.  [2,  с.26]  Из
документов следует, что с 1562 по 1664 г. было послано из “Казани  к  Москве
чистыя меди 4641 пуд. 6 гривенков”. В 1702 г. стала выходить первая  русская
газета “Ведомости”, которую, очевидно, редактировал Петр I.  2  января  1703
г. в ней писали: “Из Казани пишут. На реке Соку нашли много нефти  и  медной
руды, из той руды меди выплавили  изрядно,  отчего  чают  не  малую  прибыль
Московскому государству”. [2, с.27]
    В  начале   этого   столетия   главнейшими   месторождениями,   которые
разрабатывались, были: в районе Северного  Урала  –  Богословский  завод,  в
районе Нижнего Тагила –  Выйский  завод,  а  на  Кавказе  –  Калакентский  и
Кедабекский заводы.
    В наше время известны месторождения меди  на  восточном  склоне  Урала,
Средней Азии, Закавказье и т.д.
    Большое количество меди и других ископаемых находится на  дне  океанов,
которое покрыто так называемыми конкрециями  –  скоплениями  в  виде  камней
округлой неправильной формы. Они содержат в среднем 0,5% меди. По  подсчетам
ученых запасы этой ценной и своеобразной руды составляют 5 млрд.  тонн.  [1,
с.16-18]

                        4. Физические свойства меди.
|Tплавления    |Tкипения        |ra     |?          |Rудельное   |
|1083 0C       |2877 0C         |98 нм  |8,96 г/cм3 |1,63*10-8   |
|              |                |       |           |ом*м        |


                    Таблица 1. Физические свойства меди.

    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.
    Металлы подгруппы меди обладают, по сравнению  с  щелочными  металлами,
обладают  большей  твердостью.  Объясняется  это   увеличением   электронной
плотностью и отсутствием “зазоров” между ион-атомами.
    Необходимо отметить, что твердость  и  прочность  металлов  зависят  от
правильности расположения ион-атомов в кристаллической решетке. В  металлах,
с которыми мы практически сталкиваемся, имеются  различного  рода  нарушения
правильного   расположения   ион-атомов,   например    пустоты    в    узлах
кристаллической решетки. К тому же металл  состоит  из  мелких  кристалликов
(кристаллитов), между которыми связь ослаблена. В Академии  Наук  СССР  была
получена медь без нарушения  в  кристаллической  решетке.  Для  этого  очень
чистую  медь  возгоняли  при  высокой  температуре  в  глубоком  вакууме  на
глубокую подложку. Медь получалась в виде небольших ниточек  –  “усов”.  Как
оказалось такая медь в сто раз прочнее, чем обычная.
                         Цвет меди и её соединений.
    Чистая медь обладает и другой  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  CuCl  –
белый, Cu2O – красный, CuCl  +  H2O  –  голубой,  CuO  –  черный.  Карбонаты
характеризуются синим и зеленым цветом  при  условии  содержания  воды,  чем
обусловлен интересный практический признак для поисков.
                            Электропроводимость.
    Медь обладает наибольшей (после серебра)  электропроводимостью,  чем  и
обусловлено её применение в электронике.
                          Кристаллическая решетка.
    Медь кристаллизируется по типу централизованного куба (рис 1).
                                    [pic]
                  Рисунок 1. Кристаллическая решетка меди.

                        5. Химические свойства меди.
                               Строение атома.
                                    [pic]
                    Рисунок 2. Схема строения атома меди.

    29Cu 1s1 2s2 sp6 3s2 3p6 3d10 4s1
    Eионизации 1 = 7.72 эВ
    Eионизации 2 = 20.29 эВ
    Eионизации 3 = 36.83 эВ
                           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: [pic]
    В сухом воздухе окисление идет  очень  медленно,  на  поверхности  меди
образуется тончайший слой оксида меди: [pic]
    Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди  (I)  как  и  сама
медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что  пропускает
свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при  нагревании,  например
при 600-800 0C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I),  которая
с  поверхности  переходит  в  оксид  меди  (II)  черного  цвета.  Образуется
двухслойное окисное покрытие.
Qобразования (Cu2O) = 84935 кДж.
                                    [pic]
                  Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди.

                           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:  [pic].
Эта  реакция  окислительно-восстановительная,  так  как  происходит  переход
электронов:
[pic]
[pic]
    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.
                                    [pic]
    Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В
присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с  водой  и  покрывается
зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната:
[pic]
[pic]
                         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: [pic].
            Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам.
    Qобразования (CuCl) = 134300 кДж
    Qобразования (CuCl2) = 111700 кДж
                                    [pic]
    Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида  галогенидов:  CuX  и
CuX2.. При действии галогенов при комнатной  температуре  видимых  изменений
не происходит, но на поверхности  вначале  образуется  слой  адсорбированных
молекул, а затем и тончайший слой  галогенидов.  При  нагревании  реакция  с
медью происходит  очень  бурно.  Нагреем  медную  проволочку  или  фольги  и
опустим ее в горячем виде в банку с  хлором  –  около  меди  появятся  бурые
пары, состоящие из хлорида меди (II)  CuCl2  с  примесью  хлорида  меди  (I)
CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты.
    Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической
меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например: [pic].  Монохлорид
выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.
                                 Оксид меди.
    При прокаливании  меди  на  воздухе  она  покрывается  черным  налетом,
состоящим  из  оксида  меди  [pic].   Его   также   легко   можно   получить
прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)2CO3 или нитрата  меди  (II)
Cu(NO3)2. При нагревании с различными органическими веществами CuO  окисляет
их,  превращая  углерод  в  диоксид   углерода,   а   водород   –   в   воду
восстанавливаясь при этом в металлическую  медь.  Этой  реакцией  пользуются
при элементарном анализе органических веществ для определения  содержания  в
них углерода и водорода.
    Под слоем меди расположен окисел розового цвета  –  закись  меди  Cu2O.
Этот  же  окисел  получается  при  совместном   прокаливании   эквивалентных
количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: [pic].
    Закись меди используют при устройстве  выпрямителей  переменного  тока,
называемых купроксными. Для их приготовления  пластинки  меди  нагревают  до
1020-1050 0C.  При  этом  на  поверхности  образуется  двухслойная  окалина,
состоящая из закиси меди  и  окиси  меди.  Окись  меди  удаляют,  выдерживая
пластинки некоторое время в азотной кислоте: [pic].
    Пластинку промывают, высушивают и прокаливают при невысокой температуре
– и выпрямитель готов.  Электроны  могут  проходить  только  от  меди  через
закись меди. В  обратном  направлении  электроны  проходить  не  могут.  Это
объясняется тем, что закись меди обладает различной  проводимостью.  В  слое
закиси меди, который  примыкает  непосредственно  к  меди,  имеется  избыток
электронов,  и  электрический  ток  проходит  за   счет   электронов,   т.е.
существует  электронная  проводимость.   В   наружном   слое   закиси   меди
наблюдается нехватка  электронов,  что  равноценно  появлению  положительных
зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс  источника  тока,
а к закиси меди – отрицательный, то электроны  через  систему  не  проходят.
Электроны при таком положении полюсов движутся к  положительному  электроду,
а положительные заряды – к  отрицательному.  Внутри  слоя  закиси  возникает
тончайший слой, лишенный носителей электрического тока, -  запирающий  слой.
Когда  же  медь  подключена  к  отрицательному  полюсу,  а  закись  меди   к
положительному, то движение электронов и  положительных  зарядов  изменяется
на обратное, и  через  систему  проходит  электрический  ток.  Так  работает
купроксный выпрямитель. [6, с.63]
                              Гидроксиды меди.
    Гидроксид меди малорастворимое и нестойкое соединение. Получают его при
действии щелочи на раствор соли: [pic]. Это ионная реакция и  протекает  она
потому, что  образуется  плохо  диссоциированное  соединение,  выпадающее  в
осадок: [pic]
    Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета,  дает  еще  гидроксид
меди (I) белого  цвета:  [pic].  Это  нестойкое  соединение,  которое  легко
окисляется до гидроксида меди (II): [pic].
    Оба  гидроксида  меди  обладают   амфотерными   свойствами.   Например,
гидроксид  меди  (II)  хорошо  растворим  не  только  в  кислотах,  но  и  в
концентрированных растворах щелочей: [pic],   [pic].
    Таким  образом,  гидроксид  меди  (II)  может  диссоциировать   и   как
основание:  [pic]  и  как   кислота.   Этот   тип   диссоциации   связан   с
присоединением меди гидроксильных групп воды: [pic]
                                  Сульфаты.
    Наибольшее практическое значение имеет  CuSO4*5H2O,  называемый  медным
купоросом.  Его  готовят  растворением  меди  в   концентрированной   серной
кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам  и  расположена  в
ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется: [pic].
    Медный  купорос  применяют  при  электролитическом  получении  меди,  в
сельском хозяйстве для  борьбы  с  вредителями  и  болезнями  растений,  для
получения других соединений меди.
                                 Карбонаты.
    Карбонаты для металлов подгруппы меди не характерны и в практике  почти
не применяются. Некоторое значение для получения меди  имеет  лишь  основной
карбонат меди, который встречается в природе.
                            Комплексообразование.
    Характерное  свойство  двухзарядных  ионов  меди   –   их   способность
соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.
                     Качественные реакции на ионы меди.
    Ион меди можно открыть, прилив к  раствору  ее  соли  раствор  аммиака.
Появление интенсивного  сине-голубого  окрашивания  связано  с  образованием
комплексного иона меди [Cu(NH3)4]2+: [pic]
    Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.
                  Пример качественного анализа сплава меди.
Исследуемый объект |Реагент, действие |Осадок |Раствор |Наблюдение |Выводы
| |Часть сплава |Нагревание с конц. HNO3 | | |Раствор 1 сразу приобрёл
зелёную окраску, которая перешла в голубую после охлаждения | | |Раствор 1
|25% NH3, Добавление 1-2 капли | | |Раствор стал синим |Это медный сплав |
|Часть сплава |HNO3, Сначала растворяют часть стружек в 10 каплях 6М HNO3,
а затем добавляют 20-25 капель конц. HNO3, нагревают до полного растворения
сплава | |Раствор 2 может содержать Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, Sb
|Осадок не выпал | | |Раствор 2, Ni2+ |Диметил-глиоксим | | |Раствор
позеленел |Ni нет | |Fe3+ |NH4CNS | | |Кристаллы окрасились в красный цвет,
потом раствор позеленел и выпал чёрный осадок |Есть Fe3+ | |Cd2+ |Дифенил-
карбазид | | |Раствор стал красным |Есть Cd | |Zn2+ |Дитизон | | |Фаза
дитизона окрасилась в малиновый цвет |Есть Zn | |Mn |NaBiO3 | | |Ничего не
произошло |Mn нет | |Al3+ |Ализарин | | |Раствор стал жёлто-коричневым |Al
нет | | |Окси-хинолин | | |Выпал зелёно-жёлтый осадок |Al нет | |Раствор 2
|HCl, H2SO4, добавление | |Раствор 3 возможно содержит Sb, Sn |Осадок не
выпал |Pb возможно нет | |Раствор 3 |H2O2 и NaOH |Осадок 1 может содержать
Sb |Раствор 4 может содержать Sn |Выпал зелёно-серый осадок
(образовался ос.2 и р-р 2) | | |Осадок 1 |HNO3 | |Раствор 5 |Осадок
растворился |Sb нет | |Раствор 5 |NH3, NH4Cl, H2O2 | | |Осадок не выпал | |
|Раствор 4 |NH4Cl | | |Осадок не выпал |Sn нет | |Раствор 2 |I- | | |Выпал
    жёлтый осадок, который приобрёл красный оттенок |Есть Pb2+ | |Выводы:
    Проведённый качественный анализ даёт основания считать,  что  в  сплаве
содержится медь, цинк, кадмий, железо,  свинец.  Таким  образом  этот  сплав
является латунью. [8]

                             6. Получение меди.
                           История получения меди.
    Интересна история получения меди. Уже 5-6 тысяч лет до н.э. медная руда
добывалась египетскими рабами в Нубии, на  Синайском  полуострове.  Рудники,
как пишет греческий историк Диодор Сицилийский (I  век  до  н.э.),  являлись
собственностью фараонов. На каторжный труд в  рудниках  отправляли  рабов  и
осужденных, зачастую вместе с семьями. В наиболее узкие  штольни  на  обивку
руды и ее вынос направляли детей. На поверхность руду доставляли в  плетеных
корзинках или кожаных мешках.  Древнейшая  медеплавильная  печь  найдена  на
Синайском полуострове.  Она  представляла  яму,  обнесенную  круглой  стеной
толщиной в 1  метр.  Печь  имела  внизу  два  поддувала.  По  составу  шлака
установили,  что  в  этой  печи   выплавлялась   медь.   Изображение   более
совершенной печи было обнаружено на греческой вазе,  которая  датируется  VI
веком до н.э. Для улучшения литейных свойств меди  греки  добавляли  в  руду
оловянный камень (двуокись олова) и получали оловянную бронзу.
    Искусство получения  меди  и  ее  сплавов  затем  перешло  к  римлянам.
Оловянную руду римляне доставали из Англии, которая в  то  время  называлась
Касситеридскими островами. Интересно отметить, что минерал – двуокись  олова
и по настоящее время называется касситеритом.
    О методах получения меди в  России  дает  представление  небольшой,  но
обстоятельный  труд  М.В.Ломоносова  “Основание  металлургии”  (1763   год),
который   сыграл   исключительную   роль   в   развитии    металлургического
производства. В этой же книги дано описание “сульфатизирующего  обжига”.  Он
заключался в медленном окислении медной сульфидной  руды  до  сульфата  меди
кислородом воздуха: [pic] с последующим выщелачиванием соли  водой  с  целью
получения медного купороса.
    В книге даются указания, как использовать теплоту отходящих газов,  как
контролировать процесс плавки и даже  как  вентилировать  шахты  от  пыли  и
газов, которые “для человеческого здоровья вредительны”. [1, с.76-77]
                     Получение меди методом электролиза.
    Электролиз широко применяют  для  очистки  (рафинирования)  меди.   Для
очистки меди  из  черновой  меди  отливают  аноды  –  толстые  пластины.  Их
подвешивают  в  ванну,  содержащую  раствор  медного  купороса.  В  качестве
катодов  используют  тонкие  листы  чистой  меди,  на   которые   во   время
электролиза осаждается чистая медь. На аноде  происходит  растворение  меди.
Ионы меди передвигаются к катоду, принимают от катода электроны и  переходят
в атомы: [pic]. Чистая медь оседает на катоде.
    Примеси, входящие в состав черновой меди ведут себя  по-разному.  Более
электроотрицательные элементы – цинк, железо, кадмий и  другие  растворяются
на аноде. Но на катоде эти металлы не выделяются, так как  электрохимическом
ряду напряжений  они  находятся  левее  меди  и  имеют  более  отрицательные
потенциалы. [1, с.70]
                     Металлотермический метод получения.
    [pic]
    [pic]
                 Пирометаллургический способ получения меди.
    Поскольку  содержание  меди  не   превышает   1.5-2%,   их   подвергают
обогащению,  т.е.  отделяют  соединения  меди  от  пустой  породы,  применяя
флотационный метод. Для этого  руду  размалывают  до  тончайшего  порошка  и
смешивают его с водой, добавив в неё предварительно флоторагенты  –  сложные
органические вещества. Они покрывают мельчайшие крупинки соединений  меди  и
сообщают им несмачиваемость. В воду добавляют ещё вещества, создающие  пену.
Затем через взвесь пропускают  сильный  поток  воздуха.  Поскольку  частички
(крупинки соединений меди) водой не смачиваются, они прилипают  к  пузырькам
воздуха и всплывают наверх. Всё это происходит  во  флотационных  аппаратах.
Пену, которая содержит крупинки соединений меди, собирают,  отфильтровывают,
отжимают  от  воды  и  высушивают.  Так  получают  концентрат,  из  которого
выделяется медь. В зависимости от состава руды существует несколько  методов
её переработки.
    Сульфидную  руду  сначала  обжигают  при  свободном  токе  воздуха  для
удаления части серы:  [pic].  Этот  обжиг  проводят  в  механических  печах,
похожих на устройства  для  обжига  серного  колчедана.  В  последнее  время
начали применять обжиг в кипящем слое. Продукты  обжига  затем  переплавляют
совместно с флюсами в  отражательной  печи.  При  этом  протекает  множество
химических процессов, например [pic].
    Пустая порода, часть сульфидов и окислов железа переходит в шлак, а  на
дне печи скапливается штейн – расплав сульфида меди Cu2S и  сульфида  железа
FeS. Штейн сливают  из  печи  и  перерабатывают  в  конвекторе,  который  по
устройству похож на конвектор  для  переработки  стали.  Частичное  удаление
серы происходит за счет продувки воздуха через расплавленный штейн: [pic].
    Сульфид меди и закись меди дают металлическую черновую медь: [pic]
    Она содержит около 95-98% меди.  При  последующей  переплавке  на  поду
отражательной печи содержание меди может быть повышено до 99,7%.  Дальнейшая
очистка меди проводится электролизом.
    Более просто перерабатывают окисные  руды  меди,  состоящие  из  закиси
меди, окиси меди и карбонатов меди  (Cu2O,  CuO,  CuCO3*Cu(OH)2).  Эти  руды
обогащения прокаливают с коксом при высокой температуре:  [pic].  [1,  с.74-
75]

        7. Добыча и получение солей меди из природных месторождений.
    Около 15% всех руд меди перерабатывается гидрометаллургическим  методом
– на измельченную руду действуют растворителем,  который  переводит  медь  в
раствор. На руды,  содержащие  оксид  меди,  действуют  разбавленной  серной
кислотой: [pic]
    По сравнению со многими другими оксидами, встречающимися в руде,  оксид
меди растворяется  сравнительно  хорошо.  Выделение  металлической  меди  из
раствора проводят электролизом.
    Если медь находится в руде в виде  сульфида,  то  ее  в  раствор  можно
перевести, обрабатывая ее руду раствором сульфата железа:
[pic]  [1, с.64]

                         8. Медь и живые организмы.
    Медь входит в число жизненно важных  микроэлементов.  Она  участвует  в
процессе фотосинтеза  и  усвоении  растениями  азота,  способствует  синтезу
сахара,  белков,  крахмала,  витаминов  и  ферментов.  При  отсутствии   или
недостатке меди в растительных  тканях  уменьшается  содержание  хлорофилла,
листья желтеют, растение  перестает  плодоносить  и  может  погибнуть.  Чаще
всего медь вносят в почву в виде пятиводного  сульфата  –  медного  купороса
CuSO4*5H2O. В значительных  количествах  он  ядовит,  как  и  многие  другие
соединения  меди,  особенно   для   низших   организмов.   Польские   ученые
установили, что в тех водоемах,  где  присутствует  медь,  карпы  отличаются
крупными габаритами. В прудах и озерах, где  нет  меди,  быстро  развивается
грибок,  который  поражает  карпов.  В  малых  же  дозах   медь   совершенно
необходима всему живому.
    Из  представителей  живого  мира  небольшие  количества  меди  содержат
осьминоги,  каракатицы,  устрицы  и  некоторые  другие  моллюски.  В   крови
ракообразных и головоногих, медь входящая в состав их дыхательного  пигмента
– гемоциана (0,33-0,38%), – играет ту же роль, что  железо  в  крови  других
животных. Соединяясь с кислородом  воздуха,  гемоцианин  синеет  (поэтому  у
улиток кровь голубая), а  отдавая  кислород  тканям,  –  обесцвечивается.  У
животных, стоящих на более высокой  ступени  развития,  и  у  человека  медь
содержится главным образом в печени.  Ежедневная  потребность  человеческого
организма  –  примерно  0,005  грамма  этого  элемента.  При   недостаточном
поступлении меди с  пищей  у  человека  развивается  малокровие,  появляется
слабость.
    С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди.  Еще
в начале XX века в Америке были зарыты медные рудники в  штате  Юта:  решив,
что запасы руды уже исчерпаны, хозяева рудников  затопили  их  водой.  Когда
спустя два года воду откачали, в ней оказалось 12 тысяч тонн меди.  Подобный
случай произошел и в  Мексике,  где  из  заброшенных  рудников,  на  который
махнули рукой, только за один год  было  “вычерпано”  10  тысяч  тонн  меди.
Оказалось, что  среди  многочисленных  видов  бактерий  есть  и  такие,  для
которых любимым лакомством служат сернистые соединения  некоторых  металлов.
Поскольку медь в природе связана именно с серой, эти микробы неравнодушны  к
медным рудам. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды, микробы  превращают  их
в легко растворимые соединения, причем процесс этот протекает очень  быстро.
Так при обычном окислении за 24 дня из халькопирита выщелачивается 5%  меди,
то в опытах  с  участием  бактерий  за  4  дня  удалось  извлечь  80%  этого
элемента.

                             9. Применение меди.
                          История применения меди.
    Археологические   находки   указывают,   что   медь   довольно   широко
использовалась людьми для изготовления украшений и предметов быта около  7-8
тысяч лет назад.
    До недавнего времени считалось, что история эры электричества  началась
с 1786 года после опытов Луиджи Гальвани.  В  то  же  время  археологические
раскопки говорят, что с электричеством люди ознакомились много веков  назад.
Археологи неподалеку от Багдада, а затем на  берегах  Тигра  нашли  глиняные
сосуды высотой около 10 см и покрытые  глазурью.  Внутри  сосуда  обнаружили
медные цилиндры, в  которые  были  вставлены  железные  стержни.  В  сосудах
имелось небольшое количество битума. Медные цилиндры были сильно  разъедены.
Это  был  первый  гальванический  элемент.  Подозревают,  что  эти  элементы
использовались  для  электрохимического   способа   позолочения   серебряных
изделий.
    Медь  наряду  с  железом  и  золотом  издавна  применялась  в  качестве
платежного средства.
    Большого совершенства в изготовлении различных изделий из меди и бронзы
достигли русские мастера. Уже к концу XV века в России в  широких  масштабах
изготовлялись бронзовые пушки. [4, с.115-118]
                     Применение меди в настоящее время.
    Примерно половина производимой меди в настоящее  время  используется  в
радиотехнике и электротехнической промышленности. Это связано с  ее  хорошей
проводимостью  и  относительно  высокой  коррозионной  стойкостью.  К  меди,
идущей на изготовление электрических проводов, часто добавляют  в  небольшом
количестве кадмий, который не снижает электропроводимость меди, но  повышает
ее прочность на разрыв.
    Древнейший  сплав  меди  с  цинком  –  латунь  и  в   настоящее   время
производится в больших количествах. Содержание цинка в латуни составляет 30-
45%. Она применяется для изготовления различной арматуры, соприкасающейся  с
водой (краны, вентили и т.д.), а также для производства различных  труб.  Из
латуни прокатывают полосы и листы, идущие для выработки самых  разнообразных
изделий (проволока, произведения искусств, предметы быта и т.д.).
    Латунь хорошо прокатывается, штампуется и несколько дешевле  меди,  так
как цинк более дешевый металл по сравнению с медью.
    Другие  сплавы  меди  называются  бронзами.  Наиболее  распространенная
бронза – оловянная. Она содержит  от  5  до  80%  олова.  В  зависимости  от
содержания олова свойства и назначение меняется. При  содержании  олова  10-
13% ее цвет красновато-желтый, а более 27-30% - белый. Подшипниковая  бронза
содержит 81-87% меди.  Для  изготовления  подшипников,  различных  тормозных
устройств, где происходит скольжение металла, применяют  бронзы,  содержащие
до 45% свинца. В часовых и  других  точных  механизмах,  где  нужна  высокая
механическая прочность и  коррозионная  стойкость,  применяется  бериллиевая
бронза, содержащая 1-2% бериллия. Ее прочность равна прочности стали.
    В быту и особенно в химической промышленности применяют сплавы  меди  с
никелем, например монель-металл, в котором отношение  меди  к  никелю  равно
2:1, и мельхиор, в котором это соотношение равно 4:1. Мельхиор  по  внешнему
виду похож на серебро, из  него  приготовляют  предметы  домашнего  обихода:
ложки, вилки,  подносы  и  т.д.  Монель-металл  применяют  для  изготовления
монет, различных реакторов для химической промышленности, так как это  сплав
коррозионно-стоек.
    Гидроксокарбонат меди (II)  –  (CuOH)2CO3  –  применяют  для  получения
хлорида меди (II), для приготовления синих и зеленых минеральных  красок,  а
также в пиротехнике.
    Сульфат меди (II) – CuSO4 – в безводном  состоянии  представляет  собой
белый порошок, который при поглощении воды синеет.  Поэтому  он  применяется
для обнаружения следов влаги в органических жидкостях.
    Смешанный ацетат-арсенит меди (II) – Cu(CH3COO)2*Cu3(AsO3)2 – применяют
под названием “парижская зелень” для уничтожения вредителей растений.
    Из солее  меди  вырабатывают  большое  количество  минеральных  красок,
разнообразных по цвету: зеленых, синих,  коричневых,  фиолетовых  и  черных.
Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят – покрывают внутри  слоем
олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей. [4,  с.123-
124]

                       10. Использованная литература.
 1. Л.Ф.Попова. От лития до цезия. М., “Просвещение”, 1972.
 2. В.Е.Лунев. Познакомьтесь с медью. М.,”Металлургия”, 1965.
 3. Отв. за ред. Л.К.Иугалин. Химия минералов меди.  Новосибирск,  “Наука”,
    1975.
 4. Л.Ф.Попова. Медь. М., “Просвещение”, 1989.
 5. Н.А.Фигуровский, "Открытие элементов и происхождение их названий".  М.,
    “Наука”, 1970.
 6. В.С.Котлярова, Н.В.Касимова. Получение плёнок меди и опыты  с  ними  //
    Химия в школе, №3, 1972.
 7. http://www.chem.msu.su/rus/history/element/cu.html
 8. И.Г.Подчайнова, Э. Н.Симонова. Аналитическая  химия  меди.  М.,”Наука”,
    1990.
-----------------------
2 8 18 1


+29



Cu

Cu2O

Cu

CuO




смотреть на рефераты похожие на "Курсовая работа по химии. Медь"