Атомный номер меди. Медь, свойства, соединения, сплавы, производство, применение

МЕДЬ – элемент 11 группы Периодической системы, плотность 8,9 г см –3 , один из первых металлов, ставших известными человеку. Считают, что медь начали использовать около 5000 до н.э. В природе медь изредка встречается в виде металла. Из медных самородков, возможно, с помощью каменных топоров, были изготовлены первые металлические орудия труда. У индейцев , живших на его берегах оз. Верхнее (Сев. Америка), где есть очень чистая самородная медь, способы ее холодной обработки были известны до времен Колумба .

Около 3500 до н.э. на Ближнем Востоке медь научились извлекать из руд, ее получали восстановлением углем. Медные рудники были и в Древнем Египте . Известно, что глыбы для знаменитой пирамиды Хеопса обрабатывали медным инструментом.

Предки древних славян, жившие в бассейне Дона и в Приднепровье, применяли медь для изготовления оружия, украшений и предметов домашнего обихода. Русское слово «медь», по мнению некоторых исследователей, произошло от слова «мида», которое у древних племен, населявших Восточную Европу, обозначало металл вообще.

Символ Cu происходит от латинского aes cyproum (позднее, Cuprum), так как на Кипре (Cyprus) находились медные рудники древних римлян.

Относительное содержание меди в земной коре составляет 6,8·10 –3 %. Самородная медь встречается очень редко. Обычно элемент находится в виде сульфида, оксида или карбоната. Важнейшими рудами меди являются халькопирит CuFeS 2 , который, по оценкам, составляет около 50% всех месторождений этого элемента, медный блеск (халькоцит) Cu 2 S, куприт Cu 2 O и малахит Cu 2 CO 3 (OH) 2 . Большие месторождения медных руд найдены в различных частях Северной и Южной Америк, в Африке и на территории нашей страны. В 18–19 вв. близ Онежского озера добывали самородную медь, которую отправляли на монетный двор в Петербург. Открытие промышленных месторождений меди на Урале и в Сибири связано с именем Никиты Демидова. Именно он по указу Петра I в 1704 начал чеканить медные деньги.

Богатые месторождения меди давно выработаны. Сегодня почти весь металл добывается из низкосортных руд, содержащих не более 1% меди. Некоторые оксидные руды меди могут быть восстановлены непосредственно до металла нагреванием с коксом. Однако большая часть меди производится из железосодержащих сульфидных руд, что требует более сложной переработки. Эти руды сравнительно бедные, и экономический эффект при их эксплуатации может обеспечиваться лишь ростом масштабов добычи. Руду обычно добывают в огромных карьерах, где используются экскаваторы с ковшами до 25 м 3 и грузовики грузоподъемностью до 250 т. Сырье размалывают и концентрируют (до содержания меди 15–20%) с использованием пенной флотации, при этом серьезной проблемой является сброс многих миллионов тонн тонко измельченных отходов в окружающую среду (см . ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ). К концентрату добавляют кремнезем, а затем смесь нагревают в отражательных печах (доменные печи для тонко измельченной руды неудобны) до температуры 1400° С, при которой она плавится. Суммарное уравнение протекающих реакций можно представать в виде:

2CuFeS 2 + 5O 2 + 2SiO 2 = 2Cu + 2FeSiO 3 + 4SO 2

Cu +I + 1e – = Cu 0 |

Fe III + 1e – = Fe II | –10e –

2S –II – 12e – = 2S IV |

O 2 + 4e – = 2O –II

Большую часть полученной черновой меди очищают электрохимическим методом, отливая из нее аноды, которые затем подвешивают в подкисленном растворе сульфата меди CuSO 4 , а катоды покрывают листами очищенной меди. В процессе электролиза чистая медь осаждается на катодах, а примеси собираются около анодов в виде анодного шлама, который является ценным источником серебра, золота и других драгоценных металлов.

Около 1/3 используемой меди представляет собой вторичную медь, выплавленную из лома. Годовое производство нового металла составляет около 8 млн. т. Лидируют по производству меди Чили (22%), США (20%), СНГ (9%), Канада (7,5%), Китай (7,5%) и Замбия (5%).

Главное применение металла – в качестве проводника электрического тока. Кроме того, медь используется в монетных сплавах, поэтому ее часто называют «монетным металлом». Она также входит в состав традиционных бронзы (сплавы меди с 7–10% олова) и латуни (сплав меди с цинком) и специальных сплавов, таких как монель (сплав никеля с медью). Металлообрабатывающий инструмент из медных сплавов не искрит и может использоваться во взрывоопасных цехах. Сплавы на основе меди служат для изготовления духовых инструментов и колоколов.

В виде простого вещества медь обладает характерной красноватой окраской. Медь металл мягкий и пластичный. По электро- и теплопроводности медь уступает только серебру . Металлическая медь, как и серебро, обладает антибактериальными свойствами.

Медь устойчива в чистом сухом воздухе при комнатной температуре, однако при температуре красного каления образует оксиды. Она реагирует также с серой и галогенами. В атмосфере , содержащей соединения серы, медь покрывается зеленой пленкой основного сульфата. В электрохимическом ряду напряжений медь находится правее водорода , поэтому она практически не взаимодействует с неокисляющими кислотами. Металл растворяется в горячей концентрированной серной кислоте, а также в разбавленной и концентрированной азотной кислоте. Кроме того, медь можно перевести в раствор действием водных растворов цианидов или аммиака:

2Cu + 8NH 3 ·H 2 O + O 2 = 2(OH) 2 + 6H 2 O

В соответствии с положением меди в Периодической системе, ее единственная устойчивая степень окисления должна быть (+I), но это не так. Медь способны принимать более высокие степени окисления, причем наиболее устойчивой, особенно в водных растворах, является степень окисления (+II). В биохимических реакциях переноса электрона, возможно, участвует медь(III). Эта степень окисления редко встречается и очень легко понижается под действием даже слабых восстановителей. Известно несколько соединений меди(+IV).

При нагревании металла на воздухе или в кислороде образуются оксиды меди: желтый или красный Cu 2 O и черный CuO. Повышение температуры способствует образованию преимущественно оксида меди(I) Cu 2 O. В лаборатории этот оксид удобно получать восстановлением щелочного раствора соли меди(II) глюкозой, гидразином или гидроксиламином:

2CuSO 4 + 2NH 2 OH + 4NaOH = Cu 2 O + N 2 + 2Na 2 SO 4 + 5H 2 O

Эта реакция – основа чувствительного теста Фелинга на сахара и другие восстановители. К испытываемому веществу добавляют раствор соли меди(II) в щелочном растворе. Если вещество является восстановителем, появляется характерный красный осадок.

Поскольку катион Cu + в водном растворе неустойчив, при действии кислот на Cu 2 O происходит либо дисмутация, либо комплексообразование:

Cu 2 O + H 2 SO 4 = Cu + CuSO 4 + H 2 O

Cu 2 O + 4HCl = 2 H + H 2 O

Оксид Cu 2 O заметно взаимодействует со щелочами. При этом образуется комплекс:

Cu 2 O + 2NaOH + H 2 O 2Na

Для получения оксида меди(II) CuO лучше всего использовать разложение нитрата или основного карбоната меди(II):

2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O

Оксиды меди не растворимы в воде и не реагируют с ней. Единственный гидроксид меди Cu(OH) 2 обычно получают добавлением щелочи к водному раствору соли меди(II). Бледно-голубой осадок гидроксида меди(II), проявляющий амфотерные свойства (способность химических соединений проявлять либо основные, либо кислотные свойства), можно растворить не только в кислотах, но и в концентрированных щелочах. При этом образуются темно-синие растворы, содержащие частицы типа 2– . Гидроксид меди(II) растворяется также в растворе аммиака:

Cu(OH) 2 + 4NH 3 . H 2 O = (OH) 2 + 4H 2 O

Гидроксид меди(II) термически неустойчив и при нагревании разлагается:

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

Есть сведения о существовании темно-красного оксида Cu 2 O 3 , образующегося при действии K 2 S 2 O 8 на Cu(OH) 2 . Он является сильным окислителем, при нагревании до 400° С разлагается на CuO и О 2 .

Большой интерес к химии оксидов меди в последние два десятилетия связан с получением высокотемпературных сверхпроводников, из которых наиболее известен YBa 2 Cu 3 O 7 . В 1987 было показано, что при температуре жидкого азота это соединение является сверхпроводником. Главные проблемы, препятствующие его широкомасштабному практическому применению, лежат в области обработки материала. Сейчас наиболее перспективным считается изготовление тонких пленок.

Многие из халькогенидов меди – нестехиометрические соединения. Сульфид меди(I) Cu 2 S образуется при сильном нагревании меди в парах серы или в среде сероводорода. При пропускании сероводорода через водные растворы, содержащие катионы Cu 2+ , выделяется коллоидный осадок состава CuS. Однако, CuS – не простое соединение меди(II). Оно содержит группу S 2 и лучше описывается формулой Cu I 2 Cu II (S 2)S. Селениды и теллуриды меди проявляют металлические свойства, а CuSe 2 , CuTe 2 , CuS и CuS 2 при низких температурах являются сверхпроводниками.

При нагревании меди с галогенами можно синтезировать безводные дифторид, дихлорид и дибромид. Растворы галогенидов меди(II) удобнее получать взаимодействием металла, его оксида, гидроксида или карбоната с соответствующей галогеноводородной кислотой. Из водных растворов всегда выделяются кристаллогидраты.

Попытки получить иодид меди(II) приводят к образованию иодида меди(I) CuI:

2Cu 2+ + 4I – = 2CuI + I 2

При этом раствор и осадок окрашиваются в бурый цвет за счет присутствия иода. Образовавшийся иод можно удалить действием тиосульфат-иона:

I 2 + 2SO 3 S 2– = 2I – + S 4 O 6 2–

Однако при добавлении избытка тиосульфат-иона иодид меди(I) растворяется:

CuI + 2SO 3 S 2– = 3– + I –

Точно так же попытки получить цианид меди(II) приводят к образованию CuCN. С другой стороны, с электроотрицательным фтором не удается получить соль меди(I). Три других галогенида меди(I), представляющие собой белые нерастворимые соединения, осаждаются из водных растворов при восстановлении галогенидов меди(II).

В водных растворах бесцветный ион меди(I) очень неустойчив и диспропорционирует

Возможно, причиной этого является размер атома. Ион Cu II меньше, чем Cu I , и, имея вдвое больший заряд, намного сильнее взаимодействует с водой (теплоты гидратации составляют ~2100 и ~580 кДж моль –1 , соответственно). Разница является существенной, так как она перевешивает вторую энергию ионизации для меди. Это делает ион Cu II более стабильным в водном растворе (и ионных твердых веществах), чем Cu I , несмотря на устойчивую конфигурацию d 10 последнего. Тем не менее, Cu I может стабилизироваться в соединениях с очень низкой растворимостью или за счет комплексообразования. Комплексы легко образуются в водном растворе при взаимодействии Cu 2 O с соответствующими лигандами. В водных растворах хлоро- и амминкомплексы меди(I) медленно окисляются кислородом воздуха до соответствующих соединений меди(II).

Катион меди(II), напротив, в водном растворе вполне устойчив. Соли меди(II), в основном, растворимы в воде. Голубой цвет их растворов связан с образованием иона 2+ . Они часто кристаллизуются в виде гидратов. Водные растворы в небольшой степени подвержены гидролизу и из них часто осаждаются основные соли. Основный карбонат есть в природе – это минерал малахит, основные сульфаты и хлориды образуются при атмосферной коррозии меди, а основный ацетат (ярь-медянка) используется в качестве пигмента.

Ярь-медянка известна со времен Плиния Старшего (23–79 н.э.). В русских аптеках ее начали получать в начале 17 в. В зависимости от способа получения она может быть зеленого или голубого цвета. Ею были окрашены стены царских палат в Коломенском в Москве .

Наиболее известную простую соль – пентагидрат сульфата меди(II) CuSO 4 ·5H 2 O – часто называют медным купоросом. Слово купорос, по-видимому, происходит от латинского Cipri Rosa – роза Кипра. В Росси медный купорос называли синим, кипрским, затем турецким. То, что купорос содержит медь, было впервые установлено в 1644 Ван Гельмонтом. В 1848 Р.Глаубер впервые получил медный купорос из меди и серной кислоты. Сульфат меди широко используется в электролитических процессах, при очистке воды, для защиты растений. Он является исходным веществом для получения многих других соединений меди.

Тетрааммины легко образуются при добавлении аммиака к водным растворам меди(II) до полного растворения первоначально выпавшего осадка. Темно-синие растворы тетраамминов меди растворяют целлюлозу, которую можно вновь осадить при подкислении, что используется в одном из процессов для получения вискозы. Приливание этанола к раствору вызывает осаждение SO 4 ·H 2 O. Перекристаллизация тетраамминов из концентрированного раствора аммиака приводит к образованию фиолетово-синих пентаамминов, однако пятая молекула NH 3 легко теряется. Гексааммины можно получить только в жидком аммиаке, и их хранят в атмосфере аммиака.

Медь(II) образует плоско-квадратный комплекс с макроциклическим лигандом фталоцианином. Его производные используются для получения ряда пигментов от синего до зеленого, которые устойчивы вплоть до 500° С и широко используются в чернилах, красках, пластиках и даже в цветных цементах.

Медь имеет важное биологическое значение. Ее окислительно-восстановительные превращения участвуют в различных биохимических процессах растительного и животного мира .

Высшие растения легко переносят сравнительно большое поступление соединений меди из внешней среды, низшие же организмы, наоборот, чрезвычайно чувствительны к этому элементу. Самые незначительные следы соединений меди их уничтожают, поэтому растворы сульфата меди или их смеси с гидроксидом кальция (бордосская жидкость) применяют как противогрибковые средства.

Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержатся в телах осьминогов, устриц и других моллюсков. В их крови она играет ту же роль, что железо в крови других животных. В составе белка гемоцианина она участвует в переносе кислорода. Неокисленный гемоцианин бесцветен, а в окисленном состоянии он приобретает голубовато-синюю окраску. Поэтому не зря говорят, что у осьминогов – голубая кровь.

Организм взрослого человека содержит около 100 мг меди, сосредоточенной, в основном, в белках, только содержание железа и цинка выше. Ежедневная потребность человека в меди составляет около 3–5 мг. Дефицит меди проявляется в анемии, однако избыток меди также опасен для здоровья.

Елена Савинкина

Минерал из класса самородных элементов. В природном минерале обнаруживаются Fe, Ag, Au, As и другие элементы в виде примеси или образующие с Cu твёрдые растворы. Простое вещество медь - это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Он входит в семёрку металлов, известных человеку с очень древних времён. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных.

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Кубическая сингония, гексаоктаэдрический вид симметрии m3m, кристаллическая структура — кубическая гранецентрированная решётка. Модель представляет собой куб из восьми атомов в углах и шести атомов, расположенных в центре граней (6 граней). Каждый атом данной кристаллической решетки имеет координационное число 12. Самородная медь встречается в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, нитевидных и проволочных агрегатов, а также кристаллов, сложных двойников, скелетных кристаллов и дендритов. Поверхность часто покрыта плёнками «медной зелени» (малахит), «медной сини» (азурит), фосфатов меди и других продуктов её вторичного изменения.

СВОЙСТВА

Медь - золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь - один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.

Существует ряд сплавов меди: латуни - с цинком, бронзы - с оловом и другими элементами, мельхиор - с никелем и другие.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) - (4,7-5,5)·10 −3 % (по массе). В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10 −7 % и 10 −7 % (по массе) соответственно. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т - подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет.
Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди - пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS 2 . Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Небольшой самородок меди

Обычно самородная медь образуется в зоне окисления некоторых медносульфидных месторождений в ассоциации с кальцитом, самородным серебром, купритом, малахитом, азуритом, брошантитом и другими минералами. Массы отдельных скоплений самородной меди достигают 400 тонн. Крупные промышленные месторождения самородной меди вместе с другими медьсодержащими минералами формируются при воздействии на вулканические породы (диабазы, мелафиры) гидротермальных растворов, вулканических паров и газов, обогащенных летучими соединениями меди (например, месторождение озера Верхнее, США).
Самородная медь встречается также в осадочных породах, преимущественно в медистых песчаниках и сланцах.
Наиболее известные месторождения самородной меди — Туринские рудники (Урал), Джезказганское (Казахстан), в США (на полуострове Кивино, в штатах Аризона и Юта).

ПРИМЕНЕНИЕ

Из-за низкого удельного сопротивления, медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов.
Другое полезное качество меди - высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления.
В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы.
В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.
Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает стать её применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц - всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.

Медь (англ. Copper) — Cu

КЛАССИФИКАЦИЯ

Hey’s CIM Ref1.1

История меди

Добрый день, уважаемый читатель, в данной статье хочу рассказать о меди и её свойствах. Что такое медь ? Ответ на этот вопрос знают почти все. Она имеет обозначение Cu (произносится купрум) в таблице В. И. находится под атомным номером 29. Медь – химический элемент, представляет собой металл. Название меди Cuprum является латинским и происходит от названия острова Кипр.

Данный металл широко применяется человеком уже долгие годы. Имеются достоверные факты о том, что индейцы, жившие в Эквадоре уже в XV веке умели добывать и использовать медь. Из неё они изготовляли монеты в виде топориков.

Данная монета очень продолжительное время являлась единственным денежным знаком, который существовал на побережье Южной Америки. Эта монета даже использовалась в торговле с инками. На острове Кипр, в III веке до нашей эры уже были открыты медные рудники. Известен интересный факт, что древние алхимики называли медь — венера (Venus).

Происхождение меди

Медь в природе встречается либо в самородках, либо в соединениях. Особое значение в промышленности имеют халькозин, борнит и медный колчедан . Однако и такие популярные в ювелирном деле поделочные самоцветы, как лазурит и малахит практически на сто процентов состоят из меди.

Медь имеет золотисто – окраску. На воздухе этот металл очень быстро окисляется и покрывается оксидной плёнкой, которая называется патина. Именно из-за патины медь приобретает желтовато – красный цвет. Этот металл входит в состав очень многих сплавов, которые широко используются в промышленности.

Распространённые сплавы меди

Самым известным сплавом является дюралюминий, который состоит из сплава меди и алюминия. Медь в дюралюминии играет главную роль. Мельхиор также содержит медь в соединении с никелем, бронза – соединение олова и меди , латунь – сплав меди с цинком .

Медь обладает довольно высокой тепло и электропроводностью. По сравнению с другими металлами, она занимает второе место после серебра по электропроводности. В ювелирном производстве часто используют золота с медью. Медь в данном сплаве нужна для увеличения прочности ювелирных украшений к деформациям и истиранию.

В давние времена был известен сплав меди с оловом и цинком , который назывался пушечный металл. Как вы уже, наверно, догадались, что из данного изготавливали пушечные ядра, но с развитием новых технологий, пушки перестали использовать и выпускать, однако данный сплав по сей день используется в производстве оружейных гильз.

Медь имеет бактерицидные свойства и поэтому она широко применяется в медицине, которые очень часто применяются в медицине. Данный факт доказан научными экспериментами и исследованиями. Особенно хорошо медь противостоит золотистому стафилококку. Этот микроб вызывает большое количество гнойных заболеваний .

Токсичность меди

В тоже время известны факты того, что медь бывает очень токсичной. На планете Земля существует озеро Беркли Пит, оно находится в США в штате Монтана. Так вот это озеро считается самым токсичным в мире. Причиной тому является медный рудник, на месте которого образовалось озеро.

Вода в озере очень токсична, в ней почти нет живых организмов, а глубина озера составляет более 0,5 километра. Сильную токсичность воды доказывает один пример, который произошёл однажды на озере. Стая диких гусей, состоявшая из 35 взрослых особей, опустилась на водную гладь озера, а через 2,5 часа все птицы были найдены погибшими.

Однако, совсем недавно, на дне озера были обнаружены совсем новые микроорганизмы и водоросли, которые не встречались ранее в природе. В результате мутаций, данные жители хорошо себя чувствуют в токсичной воде озера.

Обозначение:

Наружный вид:

красно-оранжевый металлический блеск

Медь представляет собой химический элемент с обозначением Cu (от латинского: cuprum) и менделеевским числом 29. Это пластичный металл с достаточно высокой теплопроводностью и электропроводностью. Чистая медь мягкая и ковкая; свежие обнажения имеют красно-оранжевый цвет. Используется в качестве проводника тепла и электричества, строительного материала и составляющей различных металлических сплавов. Металл и его сплавы используются на протяжении тысячелетий. В римскую эпоху медь преимущественно добывалась на Кипре, отсюда и происхождение названия металла сyprium (металл Кипра), позже сокращенное до сuprum. Его соединения обычно встречаются как медные(II) соли, которые часто обладают голубыми или зелеными цветами, близкими к таким минералам как азурит и бирюза, исторически широко использовались в качестве пигментов. Архитектурные сооружения строятся с использованием меди и, подвергаясь коррозии, дают зеленую медянку (или патину). Прикладное искусство заметно отражает использование меди, как самой по себе, так и в качестве составляющей пигментов. Медь незаменима для всех живых организмов как малый пищевой минерал, так как она является ключевой составляющей комплекса дыхательного фермента цитохром-с-оксидазы. У моллюсков и ракообразных медь входит в состав пигмента крови гемоцианина, который заменен объединенным с железом гемоглобином у рыб и других позвоночных. Основные зоны, где медь обнаруживается у людей, представлены печенью, мышцами и костями. Соединения меди используются в качестве бактериостатических веществ, фунгицидов и антисептиков для древесины.

Характеристики

Физические

Медь, серебро и золото находятся в 11 группе периодической таблицы и разделяют определенные характеристики: они имеют один s-орбитальный электрон наряду с заполненной электронной d-оболочкой и характеризуются высокой ковкостью и электрической проводимостью. Заполненные d-оболочки этих элементов в большей степени не способствуют межатомным взаимодействиям, в которых преобладают s-электроны, посредством металлических связей. В отличие от металлов с незаполненными d-оболочками, металлические связи в меди не имеют ковалентного свойства и достаточно слабы. Это объясняет низкую твердость и высокую ковкость отельных кристаллов меди. На макроскопическом уровне, появление протяженных дефектов на кристаллической решетке, таких как границы зерен, замедление движении материала под накладываемым напряжением повышает твердость металла. По этой причине медь обычно поставляется в тонкозернистой поликристаллической форме, которая имеет большую прочность, чем монокристаллические формы. Мягкость меди отчасти объясняет ее высокую электрическую проводимость (59,6×106 См/м) и, таким образом, высокую теплопроводимость, которая является второй наиболее высокой среди чистых металлов при комнатной температуре. Причина заключается в том, что сопротивление переносу электронов в металлах при комнатной температуре большей частью происходит за счет рассеивания электронов за счет тепловых колебаний решетки, которые сравнительно слабее у мягких металлов. Предельно допустимая плотность потока меди на открытом воздухе составляет приблизительно 3,1×106 А/м2 площади поперечного сечения, при значении выше этого начинает чрезмерно нагреваться. Как и в случае других металлов, если медь располагается вплотную к другому металлу, наблюдается электрохимическая коррозия. Наряду с цезием и золотом (оба желтые), а также осмием (голубоватый) медь представляет собой один из четырех элементарных металлов с естественным цветом, не считая серого или серебристого. Чистая медь имеет красно-оранжевый цвет и приобретает рыжеватый налет под воздействием воздуха. Характерный цвет меди является результатом электронных перескоков между заполненной 3d и полузаполненной 4s оболочками атомов – разница энергий между этими оболочками соответствует оранжевому свету. Аналогичный механизм служит причиной желтого цвета золота и цезия.

Химические

Медь не вступает в реакцию с водой, но дает медленную реакцию с атмосферным кислородом, образуя слой черно-коричневого оксида меди, который, в отличие от ржавчины, которая образуется, когда железо подвергается воздействию влажного воздуха, защищает находящуюся под ним медь от более обширной коррозии. Зеленый слой медянки (меди карбонат) может часто наблюдаться на старых медных конструкциях, таких как Статуя свободы. Медный налет под воздействием сульфидов, с которыми он реагирует, образует различные сульфиды меди.

Изотопы

Существует 29 изотопов меди. 63Cu и 65Cu устойчивы, при этом 63Cu составляет примерно 69% меди естественного происхождения; оба имеют спин в 3⁄2. Другие изотопы радиоактивны, при этом наиболее стабилен 67Cu с периодом полураспада в 61,83 часов. Описаны семь метастабильных изотопов, при этом 68mCu устойчив со значением периода полураспада в 3,8 минут. Изотопы с массовым числом выше 64 разрушаются β−, в то время как изотопы с массовым числом ниже 64 разрушаются β+. 64Cu, имеющий период полураспада в 12,7 часов, разрушается обоими способами. 62Cu и 64Cu имеют обширное применение. 64Cu представляет собой радиоконтрастный агент для формирования рентгеновских изображений, а в сочетании с хелатом может использоваться для лечения рака. 62Cu используется в 62Cu-PTSM, который является радиоактивной изотопной меткой для позитронно-эмиссионной томографии.

Образование

Медь синтезируется в крупных звездах и представлена в земной коре в концентрации около 50 частей на миллион (ч/млн), где она образуется как самородная медь или в минералах, таких как сульфиды меди халькопирит и халькоцит, карбонаты меди азурит и малахит, а также в минерале оксида меди (I) куприте. Наибольшая масса обнаруженной элементарной меди составляет 420 тонн и была найдена в 1857 г. на полуострове Кивинау в Мичигане, США. Самородная медь является поликристаллической, при этом крупнейший описанный отдельный кристалл имеет размеры 4,4×3,2×3,2 см.

Добыча

Большая часть меди добывается или экстрагируется в качестве сульфидов меди из крупных открытых рудников в отложениях медно-порфировой руды, которая содержит от 0,4 до 1,0% меди. В качестве примера можно привести Чукикамата в Чили, шахту Бингем-каньона в Юте, Соединенные Штаты и шахту Эль Чино в Нью-Мексико, США. Согласно Геологической службе Великобритании, в 2005 г. Чили была ведущим добытчиком меди, добывая по меньшей мере одну треть меди в мире, далее следуют Соединенные Штаты, Индонезия и Перу. Медь также может восстанавливаться с помощью подземного выщелачивания. Некоторые залежи штата Аризона считаются первыми кандидатами для данного метода. Количество используемой меди растет и доли доступной меди едва достаточно, чтобы позволить всем странам достичь мирового уровня развития использования.

Запасы

Медь используется как минимум 10000 лет, но более чем 95% всей меди, когда-либо добытой и расплавленной, было получено после 1900 г., и более половины было извлечено только за последние 24 года. Так как имеется множество естественных источников, общее количество меди на Земле значительно (около 1014 тонн всего лишь в верхнем километре земной коры, либо около 5 миллионов лет добычи с текущей скоростью). Тем не менее, только ничтожная часть этих запасов экономически оправдана, учитывая текущие цены и технологии. Различные расчеты существующих запасов меди, доступной для добычи, варьируются от 25 до 60 лет, в зависимости от базовых предположений, таких как темпы развития. Переработка представляет собой основной источник меди в современном мире. Учитывая эти и другие факторы, будущее добычи меди и поставки представляет объект многих дискуссий, включая представление о пике добычи меди, аналогичное пику добычи нефти. Цена меди исторически нестабильна, она поднялась в шесть крат с 60-летней низкой цены в 0,60 USD/фунт (1,32 USD/кг) в июне 1999 г. до 3,75 USD за фунт (8,27 USD/кг) в мае 2006 г. Затем спала до 2,40 USD/фунт (5,29 USD/кг) в феврале 2007 г., а потом восстановилась до 3,50 USD/фунт (7,71 USD/кг) в апреле 2007 г. В феврале 2009 г. ослабление глобального спроса и резкое падение сырьевых цен по сравнению с высокими в прошлом году вернула цену меди на уровне 1,51 USD/фунт (3,33 USD/кг).

Методы

Концентрация меди в руде составляет в среднем всего лишь 0,6%, в основном коммерческие руды представлены сульфидами, в особенности халькопиритом (CuFeS2) и в меньшей степени халькоцитом (Cu2S). Эти минералы концентрируются из дробленой руды с уровнем меди в 10–15% посредством пенной флотации или биовыщелачивания. Нагрев этого материала посредством двуокиси кремния во взвешенной плавке удаляет большую часть железа как шлак. Процесс с легкостью преобразует железо в оксиды, которые в свою очередь реагируют с двуокисью кремния, образуя силикатный шлак, которые всплывает на поверхность расплавленной массы. В результате медный штейн, состоящий из Cu2S, в дальнейшем накаляется с целью преобразования всех сульфидов в оксиды: 2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2 Оксид меди преобразуется в черновую медь в результате плавки: 2 Cu2O → 4 Cu + O2 Процесс образования штейна Садбери преобразует только половину сульфидов в оксиды и затем использует оксиды для удаления остальной серы как оксида. Тогда электролитическое рафинирование и анодный ил использовались в отношении платины и золота, которые он содержит. Этот шаг использует достаточно легкое восстановление оксида меди в металл. Природный газ продувается через черновую медь для удаления большей части оставшегося кислорода, и затем выполняется электролитическое рафинирование в отношении полученного материала, чтобы получить чистую медь: Cu2+ + 2 e− → Cu

Переработка

Как и алюминий, медь на 100% пригодна для повторного использования без потерь в отношении качества, независимо от того, находится она в сыром состоянии или входит в состав промышленного продукта. По объему медь является третьим наиболее перерабатываемым металлом после железа и алюминия. Подсчитано, что 80% меди, когда-либо добытой, на сегодняшний день используется. Согласно Докладу о запасе металлов в обществе Ресурсной панели ООН, мировой запас меди в использовании на душу населения составляет 35–55 кг. Большая часть приходится на более развитые страны (140–300 кг на душу населения), чем на менее развитые (30–40 кг на душу населения). Процесс переработки меди, проще говоря, аналогичен тому, который используется для извлечения меди, но требует меньшего количества шагов. Лом меди с высокой степенью чистоты плавится в печи и затем восстанавливается и заливается в заготовки и формы; скрап с низкой степенью чистоты рафинируется посредством электролитического разделения в ванне с серной кислотой.

Сплавы

Существует несколько медных сплавов, многие имеют важное применение. Латунь представляет собой сплав меди и цинка. Бронза относится к медно-оловянным сплавам, но также может иметь отношение к любым сплавам меди, таким как алюминиевая бронза. Медь является одной из наиболее важных составляющих карата серебряных и золотых сплавов, при этом припои каратов используются в ювелирной промышленности, изменяя цвет, твердость и температуру плавления получающихся сплавов. Сплав меди и никеля, носящий название мельхиор, используется в монетах низкого достоинства, часто для наружной оболочки. Монета США в 5 центов, называемая никель, состоит из 75% меди и 25% никеля и обладает гомогенной структурой. Сплав, состоящий из 90% меди и 10% никеля примечателен за счет устойчивости к коррозии и используется в различных деталях, подверженных действию морской воды. Сплавы меди с алюминием (около 7%) имеют приятный золотой цвет и используются в декорациях. Некоторые бессвинцовые припои состоят из олова, сплавленного с небольшими долями меди и других металлов.

Соединения

Медь образует широкий спектр соединений, обычно за счет окислительных состояний +1 и +2, которые часто называются соединениями закисной меди и двухвалентной меди соответственно.

Бинарные соединения

Как и у других элементов, простейшие соединения меди представляют собой бинарные соединения, т.е. содержащие только два элемента. Преимущественно представлены оксидами, сульфидами и галогенидами. Известны оксиды как с закисной медью, так и с двухвалентной. Среди многочисленных сульфидов меди наиболее важные примеры включают сульфид меди (I) и сульфид меди (II). Существуют галогениды закисной меди с хлором, бромом и йодом, а также галогениды двухвалентной меди – с фтором, хлором и бромом. Попытка получить йодид меди (II) дает йодид меди и йод. 2 Cu2+ + 4 I− → 2 CuI + I2

Координационная химия

Медь, как и все металла, образует координационные соединения с лигандами. В водном растворе медь (II) существует как 2+. Данное соединение демонстрирует наиболее быструю скорость водообмена (скорость, с которой лиганды воды присоединяются и отсоединятся) для перехода к металло-аквокомплексу. Добавление водного гидроксида натрия вызывает выпадение осадка в виде светло-синего твердого гидроксида меди (II). Упрощенное уравнение: Cu2+ + 2 OH− → Cu(OH)2 Водный аммиак вызывает аналогичное выпадение осадка. За счет добавления избыточного аммония осадок растворяется, образуя тетраамминмедь(II): Cu(H2O)4(OH)2 + 4 NH3 → 2+ + 2 H2O + 2 OH− Множество других оксианионов образуют комплексы; они включают ацетат меди (II), нитрат меди (II) и карбонат меди (II). Сульфат меди (II) образует голубой кристаллический пентагидрат, который является наиболее узнаваемым соединением меди в лаборатории. Он используется в качестве фунгицида под названием бордосская жидкость. Полиолы, соединения, состоящие более чем из одной спиртовой функциональной группы, в целом взаимодействуют с медными солями. Например, медные соли используются в тесте восстанавливающих сахаров. В особенности, использование реактива Бенедикта и раствора Фелинга в присутствии сахара сигнализирует посредством изменения цвета с синего Cu(II) до красноватого оксида меди (I). Реактив Швейцера и родственные комплексы с этилендиамином и другими аминами растворяют целлюлозу. Аминокислоты образуют достаточно устойчивые хелатные комплексы с медью (II). Существует множество жидких реактивов для тестирования ионов меди, один из них включает калия ферроцианид, который дает коричневый осадок с медными (II) солями.

Органическая химия

Соединения, содержащие связь углерод-медь, известны как органомедные соединения. Они в высокой степени реактивны в отношении кислорода, образуя оксид меди (I), и обладают множеством применений в химии. Они синтезируются посредством обработки медных (I) соединений реактивами Гриньяра, терминальными алкинами или органолитиевыми реактивами; в частности, последняя описанная реакция вырабатывает реактив Гилмана. Они могут подвергаться замещению алкилгалогенидами, образуя контактирующие продукты; фактически, они важны в области органического синтеза. Ацетилид меди (I) высокочувствителен к ударным нагрузкам, но представляет собой посредник в таких реакциях как реакция Кадио-Ходкевича и связывание по Соногашира. Сопряженное соединение с енонами и карбокупрация алкинов также могут быть достигнуты за счет органомедных соединений. Медь (I) образует множество слабых комплексов с алкенами и монооксидом углерода, в особенности в присутствии аминовых лигандов.

Медь (III) и медь (IV)

Медь (III) обычно обнаруживается в оксидах. Простейшим примером является купрат калия, KCuO2, черно-синее твердое вещество. Наиболее хорошо исследованными соединения меди (III) являются меднокислые сверхпроводники. Оксид иттрий-барий-медь (YBa2Cu3O7) состоит как из центров Cu(II), так и Cu(III). Как и оксид, фторид представляет собой высокоосновный анион и стабилизирует ионы металлов в состояниях с высокой степенью окисления. Более того, известны фториды и меди (III), и даже меди (IV), K3CuF6 и Cs2CuF6 соответственно. Некоторые медьсодержащие белки образуют оксо комплексы, которые также содержат медь (III). Что касается ди- и трипептидов, пурпурные комплексы меди (III) стабилизируются депротонированными амидными лигандами. Комплексы меди (III) также наблюдаются в качестве посредников в реакциях органомедных соединений.

История

Медный век

Медь образуется в природе как самородная медь и обнаруживается в записях некоторых древнейших цивилизаций. Она обладает историей применения, которая насчитывает по меньшей мере 10000 лет, по расчетам она была открыта в 9000 г. до н.э. на Среднем Востоке; медная подвеска была обнаружена в северном Ираке и датируется 8700 г. до н.э. Это свидетельствует, что золото и метеоритное железо (но не выплавка чугуна) были единственными металлами, которые использовались людьми до меди. История медной металлургии предположительно развивалась в следующей последовательности: 1) холодная обработка самородной меди, 2) прокаливание, 3) плавка и 4) литье по выплавляемым моделям. В юго-восточной Анатолии все четыре металлургические техники более или менее единовременно появились в Новом каменном веке в 7500 г. до н.э. Тем не менее, точно так же как земледелие было независимо открыто в нескольких регионах мира (включая Пакистан, Китай и Америку), плавка меди была изобретена в нескольких разных регионах. Предположительно, она была открыта независимо в Китае до 2800 г. до н.э., в Центральной Америке, возможно, около 600 г. н.э., а также в Западной Африке около 9 или 10 века н.э. Литье по выплавляемым моделям было изобретено в 4500–4000 гг. до н.э. в Юго-Восточной Азии, датирование по углероду установило, что горные работы велись в Олдерли Эдж в Чешире, Великобритания, с 2280 до 1890 г. до н.э. Ötzi the Iceman, мужчина, датированный 3300–3200 гг. до н.э., был обнаружен с осью с медной головкой со степенью чистоты 99,7%; высокий уровень мышьяка в его волосах свидетельствует, что он был причастен к плавке меди. Опыт обращения с медью сопровождался развитием других металлов; в частности, плавка меди привела к открытию плавки железа. Производство в Старом медном комплексе в Мичигане и Висконсине датируется между 6000 и 3000 гг. до н.э. Натуральная бронза, тип меди, изготавливаемый из руды, обогащенной кремнием, мышьяком и (редко) оловом, вошла в употребление на Балканах около 5500 г. до н.э.[требуется источник]

Бронзовый век

Сплавливание меди с оловом для получения бронзы было впервые применено на практике спустя 4000 лет после открытия плавки меди, и спустя около 2000 лет после этого «натуральная бронза» вошла в употребление. Бронзовые артефакты из культуры Винча датируются 4500 г. до н.э. Шумерские и египетские артефакты медных и бронзовых сплавов датируются 3000 г. до н.э. Бронзовый век начался в Юго-Восточной Европе около 3700–3300 гг. до н.э., в Северо-Западной – около 2500 г. до н.э. Он закончился с началом Железного века, 2000–1000 гг. на Ближнем Востоке, 600 г. до н.э. в Северной Европе. Переход между Каменным веком и Бронзовым ранее назывался Хальколитическим веком (медь-камень), когда медные инструменты использовались наряду с каменными. Это понятие постепенно впало в немилость, поскольку в некоторых частях света Хальколитический и Каменный век имеют общую границу с обоих концов. Латунь, сплав меди и цинка, имеет более недавнее происхождение. Она была известна грекам, но стала значительным дополнением к бронзе во времена Римской Империи.

Античность и средние века

В Греции медь была известна под названием халькос (χαλκός). Она была важным ресурсом для римлян, греков и других античных народов. Во времена Римской Империи она была известна как Cyprium, так как является обобщенным латинским термином для обозначения медных сплавов, и Cyprium от названия острова Кипр, где добывалось большое количество меди. Слово было сокращено до cuprum, а затем до английского copper. Афродита и Венера представляют медь в мифологии и алхимии, поскольку, за счет ее глянцевитой красоты, в античности она использовалась для производства зеркал, а также за счет связи с Кипром, который был посвящен богине. Семь небесных светил, известных в античности, ассоциировались с семью известными в то время металлами, и Венера была закреплена за медью. Первое применение в Британии латуни датируется около III–II века до н.э. В Северной Америке добыча меди началась с малодоходных работ, проводимых коренными американцами. Самородная медь извлекалась из мест заложения на Айл Роял примитивными каменными инструментами между 800 и 1600 гг. Медная металлургия процветала в Южной Америке, а именно в Перу около 1000 г. н.э.; более медленно она переходила на другие континенты. Были найдены погребальные украшения из меди XIV века, но коммерческое производство металла не начиналось до ранних годов XX века. Роль меди в культуре достаточно важна, в частности в качестве платежного средства. Римляне с VI до III века до н.э. использовали куски меди в качестве денег. В первую очередь, медь ценилась сама по себе, но постепенно форма и внешний вид меди становились все более важными. У Юлия Цезаря имелись собственные монеты, изготовленные из латуни, в то время как монеты цезаря Октавиана Августа были выполнены из сплава Cu-Pb-Sn. Учитывая расчетный ежегодный выход приблизительно в 15000 т, активность римлян в отношении добычи и плавки меди достигла уровня, непревзойденного до времен Промышленной революции; добыча наиболее интенсивно велась в провинциях, таких как Испания, Кипр и Центральная Европа. Ворота Иерусалимского храма выполнены из коринфской бронзы, покрытой позолотой. Это было широко распространено в Александрии, где предположительно получила начало алхимия. В древней Индии медь использовалась в холистической медицинской науке Аюрведе для хирургических инструментов и другого медицинского оборудования. Древние египтяне (~2400 г. до н.э.) использовали медь для обеззараживания ран и питьевой воды, а позже в отношении головных болей, ожогов и зуда. Багдадская батарея с медными цилиндрами, припаянными к проволочному выводу, датируется с 248 г. до н.э. до 226 г. н.э. и имеет сходство с гальваническим элементом, в связи с чем люди полагают, что это была первая батарейка; не было подтверждено.

Наше время

Великая медна гора представляла собой шахту в Фалун, Швеция, которая работала с X века до 1992 г. Она удовлетворяла две трети европейского спроса на медь в XVII веке и финансировала многие шведские войны в это время. Упоминалась как сокровище нации; Швеция имела обеспеченную медью денежную единицу. Использование меди в искусстве не ограничивалось деньгами: она использовалась скульпторами Ренессанса, в фотографической технологии, известной как дагерротип, а также в Статуе свободы. Было широко распространено нанесение медного покрытия и медная обшивка корпусов кораблей; корабли Христофора Колумба были среди первых, имевших такое новшество. Компания Norddeutsche Affinerie в Гамбурге была первым современным гальваническим заводом, начавшим производство в 1876 г. Немецкий ученый Готтфрид Озанн открыл порошковую металлургию в 1830 г. и в то же время определение атомной массы металлов; позже было открыто, что количество и тип добавляемого элемента (например, олова) к меди влияет на тон колокола. Взвешенная плавка была развита компанией Оутокумпу в Финляндии и впервые применена в Харьявалте в 1949 г.; энергосберегающий процесс лежал в основе 50% мирового первичного производства меди. Межгосударственный совет стран-экспортеров меди, сформированный в 1967 г. Чили, Перу, Заиром и Замбией, играл аналогичную роль в отношении меди, как ОПЕК для нефти. Он никогда не достиг такого же влияния, в частности, потому что был вторым по величине производителем, Соединенные Штаты никогда не были членом Совета; Совет был распущен в 1988 г.

Применения

Основное применение меди заключается в использовании в электрических проводах (60%), в качестве кровельного покрытия и для паяльных работ (20%), а также в промышленном оборудовании (15%). Медь в основном используется в виде чистого металла, но когда требуется повышенная прочность, она объединяется с другими элементами в сплавы (5% от общего использования), такие как латунь и бронза. Малая часть поставляемой меди используется в производстве соединений для биологически активных добавок и фунгицидов в сельском хозяйстве. Механическая обработка меди возможна, хотя обычно необходимо использовать сплав для сложных деталей, чтобы получить хорошую обрабатываемость.

Провода и кабели

Несмотря на конкуренцию со стороны других материалов, медь остается предпочтительным электрическим проводником практически во всех категориях электрических проводов, в основном за исключением воздушной передачи электроэнергии, где часто предпочтение отдают алюминию. Медный провод используется в электрогенерации, электропередаче, распределении электроэнергии, телекоммуникациях, электронной схематике и бесчисленных типах электрооборудования. Монтаж электрических проводок представляет собой наиболее важный рынок для медной промышленности. Он включает установочный провод, кабель связи, распределительный кабель, провода для бытовых нужд, автомобильные провода и кабели, а также обмоточный провод. Примерно половина всей добываемой меди используется в производстве электрических проводов и многожильных кабелей. Многие электрические устройства имеют медные провода за счет множества их полезных свойств, таких как высокая электрическая проводимость, разрывное сопротивление, пластичность, устойчивость к деформации, устойчивость к коррозии, низкое термальное расширение, высокая теплопроводимость, способность к пайке и легкая установка.

Электроника и сходные устройства

В интегральных схемах и платах с печатной схемой все больше и больше используется медь вместо алюминия за счет ее выдающейся электрической проводимости (см. Медная соединительная панель в качестве основной статьи); в теплоотводах и теплообменниках используется медь благодаря ее значительной способности к теплопередаче по сравнению с алюминием. В электромагнитах, электронно-лучевых трубках, кинескопах и магнетронах в микроволновых печах используется медь, так как обеспечивает волновод для микроволнового излучения.

Электродвигатели

Более высокая проводимость меди по сравнению с другими металлами повышает эффективность использования электроэнергии двигателей. Это имеет значение, поскольку двигатели и приводимые двигателем системы составляют 43%-46% мирового потребления электроэнергии и 69% всей электроэнергии, используемой промышленностью. Повышение массы и площади поперечного сечения меди в катушке повышает эффективность использования электроэнергии двигателя. Медные роторы двигателей, новая технология, разработанная для применения в двигателях, где экономия энергии является первоочередным требуемым параметром, способны сделать индукционные электродвигатели общего назначения соответствующими и превосходящими стандарты высшего КПД Национальной ассоциации производителей электрического оборудования (NEMA).

Архитектура

Медь использовалась с античных времен в качестве износостойкого, устойчивого к коррозии и стойкого против атмосферных влияний строительного материала. Крыши, водосливы, водосточные желоба, отводные трубы, купола, шпили, арки и двери изготавливались из меди сотни и тысячи лет. Использование меди в строительстве распространяется и на современность, включая внутреннюю и внешнюю обшивку стен, монтаж расширительных швов, радиоэкранирования и противомикробных внутренних предметов, таких как перила, сантехника и опорные поверхности. Некоторые другие важные полезные свойства меди как строительного материала включают низкую степень термической деформации, легкий вес, молниезащиту и способность к переработке. Отличительным свойством металла является натуральная зеленая патина, которая на протяжении долгого времени жаждалась архитекторами и дизайнерами. В конечном итоге, патина – это износостойкий слой, высоко устойчивый к атмосферной коррозии, таким образом, защищающий находящийся под ним металл от дальнейшего разрушения. Может представлять собой смесь карбонатных и сульфатных соединений в различных количествах, в зависимости от условий окружающей среды, таких как содержащий серу кислотный дождь. Строительная медь и ее сплавы также «дорабатываются» для получения конкретного внешнего вида, качества на ощупь и/или цвета. Доработка включает механическую обработку поверхности, химическое окрашивание и нанесение покрытия. Медь обладает превосходными свойствами в отношении плавки и пайки, также может подвергаться сварке; наилучшие результаты наблюдаются за счет газодуговой сварки металлическим электродом.

Применение против биообрастания

Медь биостатична, что означает, что бактерии не могут расти на ней. По этой причине она долгое время использовалась в деталях кораблей для защиты против усоногих рачков и моллюсков. Изначально использовалась в виде чистого металла, но потом была заменена морской латунью. Схожим образом, как обсуждалось в медные сплавы в аквакультуре, сплавы меди стали важным сетематериалом в аквакультурной промышленности, поскольку они обладают противомикробными свойствами и предотвращают биологическое обрастание, даже в экстремальных условиях, а также обладают сильной структурой и устойчивостью к коррозии в условиях моря.

Противомикробное применение

Многочисленные исследования противомикробной эффективности были проведены за последние 10 лет в отношении способности меди уничтожать широкий диапазон бактерий, например, вируса гриппа A, аденовируса и фунги. Контактные поверхности из медных сплавов обладают естественными внутренними свойствами уничтожать широкий спектр микроорганизмов например, E. coli O157:H7, метициллин-устойчивый Staphylococcus aureus (MRSA), Staphylococcus, Clostridium difficile, вирус гриппа A, аденовирус и фунги). Некоторые из 355 медных сплавов подтвержденно убивают более чем 99,9% вызывающих заболевания бактерий в течение всего лишь двух часов при регулярной очистке. Управление по охране окружающей среды США (EPA) утвердило регистрацию этих медных сплавов в качестве “противомикробных материалов с полезным действием для общественного здоровья,» что позволяет производителям заявлять о полезном действии в отношении здоровья продуктов, изготовленных из зарегистрированных противомикробных медных сплавов. Более того, EPA утвердила обширный перечень противомикробных медных продуктов, изготовленных из данных сплавов, таких как перильца, перила, надкроватные столики, раковины, вентили, дверные ручки, туалетное оборудование, компьютерные клавиатуры, оборудование спортивно-оздоровительных центров, ручки магазинных тележек и т.д. (полный перечень продуктов: Противомикробные контактные поверхности из медных сплавов#Утвержденные продукты). Медные дверные ручки использовались в госпиталях для снижения распространения болезни, при этом болезнь легионеров была подавлена за счет медных труб в водопроводных системах. Предметы из противомикробных медных сплавов в настоящее время устанавливаются в медицинских учреждениях Великобритании, Ирландии, Японии, Кореи, Франции, Дании и Бразилии, а также в подземных транспортных системах в Сантьяго и Чили, где перила из сплава медь-цинк были установлены на 30 станциях в период 2011–2014 гг.

Народная медицина

Медь широко используется в ювелирном деле, и фольклор сообщает, что медные браслеты облегчают симптомы артрита. В альтернативной медицине некоторые сторонники предполагают, что избыток меди, абсорбирующийся через кожу, может вылечивать некоторые заболевания, или что медь в некоторой степени создает магнитное поле, вылечивающее близлежащие ткани. В различных исследованиях не было обнаружено различий между артритом, подвергающимся лечению медным браслетом, магнитным браслетом или плацебо. Что касается медицинской науки, ношение меди не несет полезного действия ни при каких заболеваниях вообще. Люди могут страдать дефицитом пищевой меди, но это достаточно редко встречается, потому что медь представлена во многих обычных продуктах питания, включая бобовые растения (бобы), зерна и орехи. Отсутствует свидетельства, что медь может абсорбироваться через кожу. Если бы это было реально, это фактически привело бы к отравлению медью, что на деле более вероятно, чем полезное действие. В последнее время некоторая утягивающая одежда может реализовываться с медными вплетениями в ней, если учитывать заявления со стороны традиционной медицины. В то время как утягивающая одежда представляет собой реальное лечение некоторых заболеваний, в связи с чем одежда может действовать, добавление меди может не давать полезного действия помимо эффекта плацебо.

Другие применения

Соединения меди в жидкой форме используются в качестве антисептиков для древесины, в частности в обработке первоначальных структур во время хранения от повреждения в связи с загниванием. Совместно с цинком медные провода могут располагаться поверх непроводящих кровельных материалов для предотвращения роста мха. В текстильных волокнах используется медь для создания противомикробных защитных тканей, также она используется в керамической глазури, витражном стекле и музыкальных инструментах. Гальваническое производство обычно использует медь в качестве основы для других металлов, таких как никель. Медь представляет собой один из трех металлов, наряду со свинцом и серебром, использующихся в процедуре тестирования музейных материалов, носящей название тест Одди. В данной процедуре медь используется для обнаружения хлоридов, оксидов и серных соединений. Медь используется в качестве печатной пластины в вытравливании, гравировании и других формах металлографии. Оксид меди и карбонат используются в производстве стекла и в керамической глазури для обеспечения зеленого и коричневого цветов. Медь представляет собой основной легирующий металл в некоторых серебряных и золотых сплавах. Она может использоваться сама по себе, либо в качестве составляющей латуни, бронзы, медно-цинкового сплава для гильз и многих других полиметаллических сплавов.

Разрушение

Хромобактерия фиолетовая и Псевдомонада флуоресцентная могут мобилизовать твердую медь в виде цианистого соединения. Микоризальный фунги Ericoid Calluna, вереск и вакциниум могут произрастать в медном рудоносном грунте. Эктомикоризальный фунги Suillus luteus защищает молодые сосны от токсичности, связанной с медью. Образец грибка Аспергиллус черный был обнаружен произрастающим в золотодобывающем растворе; содержит цианометаллокомплекс, также как золото, серебро, медь, железо и цинк. Грибок также играет роль в солюбилизировании сульфидов тяжелых металлов.

Биологическая роль

Крупнейшие источники меди включают устриц, говядину и печень ягненка, бразильские орехи, сырую мелассу, какао и черный перец. Крупные источники включают лобстера, орехи и семена подсолнечника, зеленые оливки, авокадо и пшеничные отруби. Медьсодержащие белки обладают различными ролями в биологическом переносе электронов и транспортировке кислорода, процессах, которые применяют легкое взаимопреобразование Cu(I) и Cu(II). Биологическая роль меди начинается с присутствия кислорода в земной атмосфере. Белок гемоцианин представляет собой переносчик кислорода у большинства моллюсков и некоторых членистоногих, таких как мечехвост (Limulus polyphemus). Поскольку гемоцианин имеет голубой цвет, эти организмы обладают голубой кровью, в отличие от красной крови, обнаружимой в организмах, которые используют гемоглобин для этой цели. Сходные по структуре с гемоцианином соединения представлены лакказами и тирозиназами. Вместо обратимого связывания кислорода данные белки гидроксилируют субстраты, что объясняется их ролью в образовании летучих лаков. Медь также является составляющей других белков, связанных с обработкой кислорода. В цитохром-c-оксидазе, которая необходима для клеточного дыхания, медь и железо взаимодействуют в снижении уровня кислорода. Медь также обнаруживается во многих супероксиддисмутазах, белках, которые катализируют распад супероксидов посредством преобразования их (за счет перераспределения) в кислород и перекись водорода: 2 HO2 → H2O2 + O2 Некоторые медьсодержащие белки, такие как «голубые медьсодержащие белки», не взаимодействуют напрямую с субстратами, следовательно, не являются ферментами. Данные белки передают электроны посредством процесса, носящего название перенос электронов. Уникальный тетраядерный медьсодержащий центр был обнаружен в редуктазе оксида азота.

Пищевые потребности

Медь представляет собой незаменимый малый элемент в растениях и животных, но не в некоторых организмах. Человеческий организм содержит медь на уровне приблизительно от 1,4 до 2,1 мг на кг массы тела. Другими словами, рекомендованная суточная норма меди для нормальных здоровых взрослых указывается как 0,97 мг/день и как 3,0 мг/день. Медь абсорбируется в толстом кишечнике, а затем переносится в печень, связываясь с альбумином. После обработки в печени медь распределяется в другие ткани во второй фазе. Переносчик меди здесь включает белок церулоплазмин, который переносит подавляющее большинство меди в кровь. Церулоплазмин также переносит медь, которая выделяется в молоко, и отчасти является хорошо абсорбируемым источником меди. Медь в организме обычно подвергается печеночно-кишечной рециркуляции (около 5 мг в день против 1 мг в день абсорбируемой с пищей и выводимой из организма), при этом организм способен выводить некоторое количество избыточной меди при необходимости посредством желчи, выносящей часть меди из печени, которая затем не абсорбируется повторно в кишечнике.

Медь - это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.

Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КуПрум».

По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.

Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой - бронзы.

Основные свойства меди

1. Физические свойства.

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток , протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) - верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Способы получения меди

В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды - это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.

Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.

Следующий этап пирометаллургического способа получения меди - это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.

В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.

Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.

2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.