Распространение в природе

В земной коре содержание меди составляет около 5·10-3 % по массе, в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1·10-2%), чем в верхней (2·10-3%), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Методом спектрального анализа было доказано наличие меди в спектрах Солнца и многих звезд. В метеоритах содержание меди велико- примерно в 16 раз больше, чем в земной коре. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Среди многочисленных минералов меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты и оксиды. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах. Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS2 (30% меди), ковеллин CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu2S (79,8% меди), борнит Cu5FeS4 (52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu2O, (81,8% меди), малахит CuCO3·Cu(OH)2 (57,4% меди) и другие.

Богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют примеси благородных металлов(Au,Ag), железа (Fe), цинка (Zn), свинеца (Pb) и других металлов.

Медь — важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. В таежных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений медь наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало меди, 1·10-7%. Приносимая в океан со стоком медь сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены медью (5,7·10-3%), а морская вода резко недосыщена медью (3·10-7%). Медь энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление медных руд в песчаниках. 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.

Богатейшие месторождения меди имеются в Конго. В наше время известны месторождения меди на восточном склоне Урала, Средней Азии, Закавказье и т.д.

Физические свойства

Cu — Медь [Ar]3d104s1

Чистая медь — тягучий, вязкий и ковкий металл красного, в изломе розового цвета, в растворах на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах.

Металл с высокой электро- и теплопроводностью. Пластичный и стоек к коррозии. В сухом воздухе на холоде почти не окисляется. В соединениях проявляет степени окисления +1, +2, +3. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода (H) и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu2+ 0,339 В. Сродство к электрону 1,8 эВ. Медь принадлежит к числу переходных металлов. Она относится к тяжелым металлам(плотность равна 8, 96 г/см3 при 20 ºϹ) с твердостью 2,5- 3 по шкале Мооса; имеет гранецентрическую кубическую кристаллическую решетку. Электроотрицательность(по Полингу): 1,9. Радиус нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu+- 0,095 нм, иона Cu2+- 0,070нм.

Тпл: 1083 °C. Tкип: 2567 °C.

Химические свойства

Медь химически малоактивна и в чистом сухом воздухе не изменяется. Однако атмосфера, в которой мы живем, содержит водяные пары и углекислый газ, поэтому со временем медь покрывается зеленоватым налетом основного карбоната меди:

2Cu+O2+СО2+Н2О=Cu(ОН)2•CuСО3

При прокаливании на газовой горелке медь покрывается черным налетом оксида меди (II) CuO:

2Cu+O2=t 2CuO

Но если быстро опустить в воду раскаленный докрасна кусок меди, то на его поверхности образуется ярко-красная пленка Cu2O:

4Cu + O2 = 2Cu2O

Фтор, хлор, бром реагируют с медью, образуя соответствующие галогениды двухвалентной меди:

Cu + Сl2 = CuСl2

При взаимодействии иода с нагретым порошком меди получается иодид одновалентной меди:

2Cu + I2 =t 2CuI

Медь горит в парах серы:

Cu + S = CuS

В электрохимическом ряду напряжений металлов медь стоит правее водорода. Она не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако в кислотах — сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной) медь растворяется:

В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:

2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.

Cu + 2H2SO4(конц) =t CuSO4 + SO2 + 2H2O.

С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно:

3Cu + 8HNO3(30%) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Медь растворяется в водных растворах аммиака в присутствии кислорода:

2Cu + 8NH4OH + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2 + 6H2O

Получение меди

Медь получают в основном из халькопиритного сырья, содержащего 0,5- 2,0% Cu. После флотационного обогащения исходной руды, 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 (соединение 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. Концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 1400 ºϹ:

2CuFeS2 + O2 = Cu2S + 2FeS + SO2

2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2

Затем обожжённый концентрат подвергают плавке на штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезем:

FeO + SiO2 = FeSiO3

Образующийся силикат в виде шлака всплывает и его отделяют. Оставшийся на дне штейн — сплав сульфидов FeS и Cu2S – подвергают бессмеровской плавке. Для этого расплавленный штейн переливают в конвертер, в который продувают кислород. При этом оставшийся сульфид железа FeS окисляется до оксида и с помощью кремнезема выводится из процесса в виде силиката FeSiO3.

Сульфид меди Cu2S частично окисляется до оксида Cu2O и затем восстанавливается до металлической меди:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

Получаемая черная медь, содержащая до 90,95% Cu, подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкисленного раствора медного купороса. На аноде черная медь растворяется: Cuº — 2е̅ = Cu2+ и на катоде снова выделяется: Cu2+ + 2е̅ = Cuº. В анодном осадке (шламе) собираются благородные металлы (серебро, золото, платина), а также халькогениды меди(Cu2S, Cu2Se, Cu2Te), которые используются для получения селена и теллура. Образующаяся на катоде «электролитическая» медь имеет высокую чистоту и используется для изготовления проводов, электротехнического оборудования, а также монетных сплавов, бронз и латуней.

Распространение в природе

В земной коре содержание меди составляет около 5·10-3 % по массе, в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1·10-2%), чем в верхней (2·10-3%), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Методом спектрального анализа было доказано наличие меди в спектрах Солнца и многих звезд. В метеоритах содержание меди велико- примерно в 16 раз больше, чем в земной коре. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Среди многочисленных минералов меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты и оксиды. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах. Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS2 (30% меди), ковеллин CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu2S (79,8% меди), борнит Cu5FeS4 (52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu2O, (81,8% меди), малахит CuCO3·Cu(OH)2 (57,4% меди) и другие.

Богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют примеси благородных металлов(Au,Ag), железа (Fe), цинка (Zn), свинеца (Pb) и других металлов.

Медь — важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. В таежных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений медь наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало меди, 1·10-7%. Приносимая в океан со стоком медь сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены медью (5,7·10-3%), а морская вода резко недосыщена медью (3·10-7%). Медь энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление медных руд в песчаниках. 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.

Богатейшие месторождения меди имеются в Конго. В наше время известны месторождения меди на восточном склоне Урала, Средней Азии, Закавказье и т.д.

Физические свойства

Cu — Медь [Ar]3d104s1

Чистая медь — тягучий, вязкий и ковкий металл красного, в изломе розового цвета, в растворах на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах.

Металл с высокой электро- и теплопроводностью. Пластичный и стоек к коррозии. В сухом воздухе на холоде почти не окисляется. В соединениях проявляет степени окисления +1, +2, +3. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода (H) и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu2+ 0,339 В. Сродство к электрону 1,8 эВ. Медь принадлежит к числу переходных металлов. Она относится к тяжелым металлам(плотность равна 8, 96 г/см3 при 20 ºϹ) с твердостью 2,5- 3 по шкале Мооса; имеет гранецентрическую кубическую кристаллическую решетку. Электроотрицательность(по Полингу): 1,9. Радиус нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu+- 0,095 нм, иона Cu2+- 0,070нм.

Тпл: 1083 °C. Tкип: 2567 °C.

Химические свойства

Медь химически малоактивна и в чистом сухом воздухе не изменяется. Однако атмосфера, в которой мы живем, содержит водяные пары и углекислый газ, поэтому со временем медь покрывается зеленоватым налетом основного карбоната меди:

2Cu+O2+СО2+Н2О=Cu(ОН)2•CuСО3

При прокаливании на газовой горелке медь покрывается черным налетом оксида меди (II) CuO:

2Cu+O2=t 2CuO

Но если быстро опустить в воду раскаленный докрасна кусок меди, то на его поверхности образуется ярко-красная пленка Cu2O:

4Cu + O2 = 2Cu2O

Фтор, хлор, бром реагируют с медью, образуя соответствующие галогениды двухвалентной меди:

Cu + Сl2 = CuСl2

При взаимодействии иода с нагретым порошком меди получается иодид одновалентной меди:

2Cu + I2 =t 2CuI

Медь горит в парах серы:

Cu + S = CuS

В электрохимическом ряду напряжений металлов медь стоит правее водорода. Она не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако в кислотах — сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной) медь растворяется:

В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:

2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.

Cu + 2H2SO4(конц) =t CuSO4 + SO2 + 2H2O.

С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно:

3Cu + 8HNO3(30%) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Медь растворяется в водных растворах аммиака в присутствии кислорода:

2Cu + 8NH4OH + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2 + 6H2O

Получение меди

Медь получают в основном из халькопиритного сырья, содержащего 0,5- 2,0% Cu. После флотационного обогащения исходной руды, 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 (соединение 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. Концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 1400 ºϹ:

2CuFeS2 + O2 = Cu2S + 2FeS + SO2

2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2

Затем обожжённый концентрат подвергают плавке на штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезем:

FeO + SiO2 = FeSiO3

Образующийся силикат в виде шлака всплывает и его отделяют. Оставшийся на дне штейн — сплав сульфидов FeS и Cu2S – подвергают бессмеровской плавке. Для этого расплавленный штейн переливают в конвертер, в который продувают кислород. При этом оставшийся сульфид железа FeS окисляется до оксида и с помощью кремнезема выводится из процесса в виде силиката FeSiO3.

Сульфид меди Cu2S частично окисляется до оксида Cu2O и затем восстанавливается до металлической меди:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

Получаемая черная медь, содержащая до 90,95% Cu, подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкисленного раствора медного купороса. На аноде черная медь растворяется: Cuº — 2е̅ = Cu2+ и на катоде снова выделяется: Cu2+ + 2е̅ = Cuº. В анодном осадке (шламе) собираются благородные металлы (серебро, золото, платина), а также халькогениды меди(Cu2S, Cu2Se, Cu2Te), которые используются для получения селена и теллура. Образующаяся на катоде «электролитическая» медь имеет высокую чистоту и используется для изготовления проводов, электротехнического оборудования, а также монетных сплавов, бронз и латуней.

Получаемая черная медь, содержащая до 90,95% Cu, подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкисленного раствора медного купороса. На аноде черная медь растворяется: Cuº — 2е̅ = Cu2+ и на катоде снова выделяется: Cu2+ + 2е̅ = Cuº. В анодном осадке (шламе) собираются благородные металлы (серебро, золото, платина), а также халькогениды меди(Cu2S, Cu2Se, Cu2Te), которые используются для получения селена и теллура. Образующаяся на катоде «электролитическая» медь имеет высокую чистоту и используется для изготовления проводов, электротехнического оборудования, а также монетных сплавов, бронз и латуней.