Мідь і її роль

3.Фізіческіе і хімічні властивості.

1.Нахожденіе в природі

У морській воді міститься приблизно 1 · 10-8% міді.

Самородна мідь, мінерал класу самородних елементів, Cu. Домішки Fe, Ag, Au. Мідно-червоні кристали, дендрити і ін. Виділення, суцільні маси. Твердість 2,5-3; щільність 8,4-8,9 г / см3. Гідротермального і гіпергенного походження. Входить до складу мідних руд.

Далі штейн піддають конвертування - через розплавлений штейн продувають стиснене повітря, збагачене киснем. У штейн додають кварцовий флюс (пісок SiO2). В процесі конвертації міститься в штейн як небажана домішка сульфід заліза FeS переходить в шлак і виділяється у вигляді сірчистого газу SO2:

2FeS + 3O2 + 2SiO2 = 2FeSiO3 + 2SO2

Одночасно сульфід міді (I) Cu2S окислюється:

2Cu2S + 3О2 = 2Cu2О + 2SO2

Утворився на цій стадії Cu2О далі реагує з Cu2S:

2Cu2О + Cu2S = 6Cu + SО2

На заключній стадії мідь піддають електрохімічного рафінування в сірчанокисле розчині, при цьому чорнова мідь служить анодом, а очищена мідь виділяється на катоді. При виконанні цієї домішки менш активних металів, які були присутні в чорнової міді, випадають в осад у вигляді шламу, а домішки більш активних металів залишаються в електроліті. Чистота рафінованої (катодного) міді досягає 99,9% і більше.

3.Фізіческіе і хімічні властивості

Кристалічна решітка металевої міді кубічна гранецентрованої, параметр решітки а = 0,36150 нм. Щільність 8,92 г / см3, температура плавлення 1083,4 ° C, температура кипіння 2567 ° C. Мідь серед всіх інших металів має одну з найвищих теплопровідності і одним з найнижчих електричних опорів (при 20 ° C питомий опір 1,68 · 10-3 Ом · м).

У сухій атмосфері мідь практично не змінюється. У вологому повітрі на поверхні міді в присутності вуглекислого газу утворюється зеленувата плівка складу Cu (OH) 2 · CuCO3. Так як в повітрі завжди є сліди сірчистого газу і сірководню, то в складі поверхневої плівки на металевій міді зазвичай є й сірчані з'єднання міді.

Така плівка, що виникає з плином часу на виробах з міді і її сплавів, називається патиною. Патина оберігає метал від подальшого руйнування. Для створення на художніх предметах «нальоту старовини» на них наносять шар міді, який потім спеціально патинується.

При нагріванні на повітрі мідь тьмяніє і врешті-решт чорніє через утворення на поверхні оксидного шару. Спочатку утворюється оксид Cu2O, потім - оксид CuO.

Червоно-коричневий оксид міді (I) Cu2O при розчиненні в бромо і іодоводородной кислотах утворює, відповідно, бромід міді (I) CuBr і йодид міді (I) CuI. При взаємодії Cu2O з розведеної сірчаною кислотою виникають мідь і сульфат міді:

Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O

При нагріванні на повітрі або в кисні Cu2O окислюється до CuO, при нагріванні в струмі водню - відновлюється до вільного металу.

Чорний оксид міді (II) CuO, як і Cu2O, c водою не реагує. При взаємодії CuO з кислотами утворюються солі міді (II):

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

При сплавці з лугами CuO утворюються купрати, наприклад:

CuO + 2NaOH = Na2CuO2 + H2O

Нагрівання Cu2O в інертному атмосфері призводить до реакції диспропорціонування:

Такі відновлювачі, як водень, метан, аміак, оксид вуглецю (II) та інші відновлюють CuO до вільної міді, наприклад:

CuO + СО = Cu + СО2

Крім оксидів міді Cu2O і CuO, отримано також темно-червоний оксид міді (III) Cu2O3, що володіє сильними окисними властивостями.

Мідь реагує з галогенами, наприклад, при нагріванні хлор реагує з міддю з утворенням темно-коричневого дихлорида CuCl2. Існують також дифторид міді CuF2 і дибромід міді CuBr2, але дііодіда міді немає. І CuCl2, і CuBr2 добре розчинні у воді, при цьому іони міді гидратируются і утворюють блакитні розчини.

При реакції CuCl2 з порошком металевої міді утворюється безбарвний нерозчинний у воді хлорид міді (I) CuCl. Ця сіль легко розчиняється в концентрованій соляній кислоті, при цьому утворюються комплексні аніони [CuCl2] -, [CuCl3] 2- і [СuCl4] 3-, наприклад за рахунок процесу:

CuCl + НCl = H [CuCl2]

При сплаві міді з сірої образуетcя нерозчинний у воді сульфід Cu2S. Сульфід міді (II) CuS випадає в осад, наприклад, при пропущенні сірководню через розчин солі міді (II)

H2S + CuSO4 = CuS + H2SO4

C воднем, азотом, графітом, кремнієм мідь не реагує. При контакті з воднем мідь стає крихкою (так звана «воднева хвороба» міді) через розчинення водню в цьому металі.

У присутності окислювачів, перш за все кисню, мідь може реагувати з соляною кислотою і розведеної сірчаної кислотою, але водень при цьому не виділяється:

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

З азотною кислотою різних концентрацій мідь реагує досить активно, при цьому утворюється нітрат міді (II) і виділяються різні оксиди азоту. Наприклад, з 30% -й азотною кислотою реакція міді протікає так:

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

З концентрованої сірчаної кислотою мідь реагує при сильному нагріванні:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Практичне значення має здатність міді реагувати з розчинами солей заліза (III), причому мідь переходить в розчин, а залізо (III) відновлюється до заліза (II):

2FeCl3 + Cu = CuCl2 + 2FeCl2

Цей процес травлення міді хлоридом заліза (III) використовують, зокрема, при необхідності видалити в певних місцях шар напилень на пластмасу міді.

Іони міді Cu2 + легко утворюють комплекси з аміаком, наприклад, складу [Cu (NH3)] 2 +. При пропущенні через аміачні розчини солей міді ацетилену С2Н2 в осад випадає карбід (точніше, ацетіленід) міді CuC2.

Гідроксид міді Cu (OH) 2 характеризується переважанням основних властивостей. Він реагує з кислотами з утворенням солі і води, наприклад:

Сu (OH) 2 + 2HNO3 = Cu (NO3) 2 + 2H2O

Але Сu (OH) 2 реагує і з концентрованими розчинами лугів, при цьому утворюються відповідні купрати, наприклад:

Сu (OH) 2 + 2NaOH = Na2 [Cu (OH) 4]

Якщо в медноамміачний розчин, отриманий розчиненням Сu (OH) 2 або основного сульфату міді в аміаку, помістити целюлозу, то спостерігається розчинення целюлози і утворюється розчин мідноаміачного комплексу целюлози.

З цього розчину можна виготовити мідноаміачні волокна, які знаходять застосування при виробництві білизняного трикотажу і різних тканин.

Також мідь легко розчиняється в концентрованої сірчаної кислоти і в азотній кислоті при нагріванні:

Все леткі сполуки міді забарвлюються не світяться полум'я газового пальника в синій або зелений колір.

Оскільки мідь має високу тепло- і електропровідністю, ковкістю, хорошими ливарними якостями, великим опором на розрив і стійкістю до корозії, вона широко використовується в промисловості.

Мідь, як вважають, - перший метал, який людина навчилася обробляти і використовувати для своїх потреб. Знайдені в верхів'ях річки Тигр вироби з міді датуються десятим тисячоліттям до нашої ери. Пізніше широке застосування сплавів міді визначило матеріальну культуру бронзового століття (кінець 4 - початок 1 тисячоліття до нашої ери) і в подальшому супроводжувало розвиток цивілізації на всіх етапах. Мідь і її використовувалися для виготовлення посуду, начиння, прикрас, різних художніх виробів. Особливо велика була роль бронзи.

З 20 століття головне застосування міді обумовлено її високою електропровідністю. Більше половини що добувається міді використовується в електротехніці для виготовлення різних проводів, кабелів, струмопровідних частин електротехнічної апаратури. Через високу теплопровідність мідь - незамінний матеріал різних теплообмінників і холодильної апаратури. Широко застосовується мідь в гальванотехніки - для нанесення мідних покриттів, для отримання тонкостінних виробів складної форми, для виготовлення кліше в поліграфії та ін.

Велике значення мають мідні сплави - латуні (основна добавка цинк, Zn), бронзи (сплави з різними елементами, головним чином металами - оловом, алюмінієм, Беріл, свинцем, кадмієм і іншими, крім цинку і нікелю) і мідно-нікелеві сплави , в тому числі мельхіор і нейзильбер. Залежно від марки (складу) сплави використовуються в самих різних областях техніки як конструкційні, антідікціонние, стійкі до корозії матеріали, а також як матеріали із заданою електро-і теплопровідністю Так звані монетні сплави (мідь з алюмінієм і мідь з нікелем) застосовують для карбування монет - «міді» і «срібла»; але мідь входить до складу і справжніх монетного срібла і монетного золота.

Мідь є активатором низки реакцій і входить до складу медьсодержащих ферментів, насамперед оксидаз, каталізують реакції біологічного окислення. Медьсодержащій білок пластоціанін бере участь в процесі фотосинтезу. Інший медьсодержащий білок, гемоцианин, виконує роль гемоглобіну у деяких безхребетних. Так як мідь токсична, в тваринному організмі вона знаходиться у зв'язаному стані. Значна її частина входить до складу утворюється в печінці білка церулоплазміну, що циркулює з током крові і деставляющего мідь до місць синтезу інших медьсодержащих білків.

Церулоплазмін володіє також каталітичної активністю і бере участь в реакціях окислення. Мідь необхідна для здійснення різних функцій організму - дихання, кровотворення (стимулює засвоєння заліза і синтез гемоглобіну), обміну вуглеводів і мінеральних речовин.

Недолік міді викликає хвороби як рослин, так і тварин і людини. З їжею людина щодня отримує 0,5-6 мг міді.

Поступаючи в організм тварини з кормами і питною водою, мідь всмоктується в тонкому відділі кишечника і депонується в печінці. У печінці великої рогатої худоби концентрація міді в 30-50 разів більше ніж в крові.

Абсорбція міді, ймовірно, залежить також від білка металлотіонеінов. Хімічні властивості, завдяки яким мідь відіграє важливу роль в обмінах речовин, виражені у неї більшою мірою, ніж у інших мікроелементів. Це пояснюється тим, що іони міді в порівнянні з іонами інших металів активніше взаємодіють з білками, утворюючи стійкі (хелатні) комплекси. Мідь служить виключно ефективним каталізатором. До того ж мідь легко переходить з одного валентного стану в інший, будучи як донором, так і акцептором електронів.

Майже вся кількість міді в організмі тварини знаходиться в складі білків. Відомий лише єдиний мідний порфирин - яскраво-червоний пігмент турацін, наявний тільки в крилах африканської птиці Турак.

Участь міді в метаболічних процесах організму пов'язане головним чином з функціональним навантаженням медьсодержащих ферментів. Медьсодержащие ферменти відіграють регулюючу роль в окислювально-відновних процесах і тканинному диханні (цитохромоксидаза), що важливо не тільки еритроцитів, але і для клітин лімфоїдної-макрофагальної системи. Окремі дисмутази фагоцитарних клітин містять мідь, а також цинк, марганець, залізо. Ці ферменти відіграють ключову роль в бактерицидної активності фагоцитів.

Досить добре вивчений медьсодержащий білок церулоплазмін, що знаходиться в значних кількостях в печінці. Церулоплазмін як депо міді бере участь в синтезі железосодержащего білка плазми крові трансферину. Останній може надавати своє залізо клітинам кісткового мозку, в яких йде продукція гемоглобіну та еритроцитів.

Найважливіша функція міді - участь в процесах кровотворення - еритропоезі.

Мідь є компонентом ряду інших металлоферментов, включаючи поліфенолоксідазу, аміноксідазу, дофамінгідроксілазу, лізілоксідази.

Наприклад, лізілоксідази необхідна для перетворення залишків лізину в коллагене і еластині в аллізін.

При недоліку міді у курчат відзначають гіпохромною анемію, деформацію кісток і депігментацію тканин.

У овець відзначають зниження якості вовни. Мідь виводиться з організму в основному в складі жовчі.

В історії людства використовувалася і використовується мідь і до сьогоднішнього дня. Вона грає важливу роль в житті людини.