Химические свойства меди

Химические свойства меди. Строение атома. Рисунок 2. Схема строения атома меди. 29Cu 1s1 2s2 sp6 3s2 3p6 3d10 4s1 Eионизации 1 7.72 эВ Eионизации 2 20.29 эВ Eионизации 3 36.83 эВ Отношение к кислороду. Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди образуется тончайший слой оксида меди Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди I как и сама медь, розового цвета.

К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например при 600-800 0C. В первые секунды окисление идет до оксида меди I, которая с поверхности переходит в оксид меди II черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие.

Qобразования Cu2O 84935 кДж. Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди. Взаимодействие с водой. Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например. Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом.

Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами водорода. Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната Взаимодействие с кислотами. Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот.

Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей. Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам. Qобразования CuCl 134300 кДж Qобразования CuCl2 111700 кДж Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов CuX и CuX2 При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных молекул, а затем и тончайший слой галогенидов.

При нагревании реакция с медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и опустим ее в горячем виде в банку с хлором около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди II CuCl2 с примесью хлорида меди I CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты. Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например. Монохлорид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди. Оксид меди. При прокаливании меди на воздухе она покрывается черным налетом, состоящим из оксида меди. Его также легко можно получить прокаливанием гидроксокарбоната меди II CuOH2CO3 или нитрата меди II CuNO32. При нагревании с различными органическими веществами CuO окисляет их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород в воду восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

Под слоем меди расположен окисел розового цвета закись меди Cu2O. Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков. Закись меди используют при устройстве выпрямителей переменного тока, называемых купроксными.

Для их приготовления пластинки меди нагревают до 1020-1050 0C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина, состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая пластинки некоторое время в азотной кислоте. Пластинку промывают, высушивают и прокаливают при невысокой температуре и выпрямитель готов.

Электроны могут проходить только от меди через закись меди. В обратном направлении электроны проходить не могут. Это объясняется тем, что закись меди обладает различной проводимостью. В слое закиси меди, который примыкает непосредственно к меди, имеется избыток электронов, и электрический ток проходит за счет электронов, т.е. существует электронная проводимость.

В наружном слое закиси меди наблюдается нехватка электронов, что равноценно появлению положительных зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс источника тока, а к закиси меди отрицательный, то электроны через систему не проходят. Электроны при таком положении полюсов движутся к положительному электроду, а положительные заряды к отрицательному. Внутри слоя закиси возникает тончайший слой, лишенный носителей электрического тока запирающий слой. Когда же медь подключена к отрицательному полюсу, а закись меди к положительному, то движение электронов и положительных зарядов изменяется на обратное, и через систему проходит электрический ток. Так работает купроксный выпрямитель. 6, с.63 Гидроксиды меди. Гидроксид меди малорастворимое и нестойкое соединение.

Получают его при действии щелочи на раствор соли. Это ионная реакция и протекает она потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в осадок Медь, помимо гидроксида меди II голубого цвета, дает еще гидроксид меди I белого цвета. Это нестойкое соединение, которое легко окисляется до гидроксида меди II . Оба гидроксида меди обладают амфотерными свойствами.

Например, гидроксид меди II хорошо растворим не только в кислотах, но и в концентрированных растворах щелочей Таким образом, гидроксид меди II может диссоциировать и как основание и как кислота. Этот тип диссоциации связан с присоединением меди гидроксильных групп воды Сульфаты.

Наибольшее практическое значение имеет CuSO45H2O, называемый медным купоросом. Его готовят растворением меди в концентрированной серной кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам и расположена в ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется. Медный купорос применяют при электролитическом получении меди, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, для получения других соединений меди. Карбонаты.

Карбонаты для металлов подгруппы меди не характерны и в практике почти не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной карбонат меди, который встречается в природе. Комплексообразование. Характерное свойство двухзарядных ионов меди их способность соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов. Качественные реакции на ионы меди. Ион меди можно открыть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака. Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с образованием комплексного иона меди CuNH342 Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет. Пример качественного анализа сплава меди. Исследуемый объектРеагент, действиеОсадокРастворНаблюдениеВыводыЧас ть сплаваНагревание с конц. HNO3Раствор 1 сразу приобрл зелную окраску, которая перешла в голубую после охлажденияРаствор 125 NH3, Добавление 1-2 каплиРаствор стал синимЭто медный сплавЧасть сплаваHNO3, Сначала растворяют часть стружек в 10 каплях 6М HNO3, а затем добавляют 20-25 капель конц. HNO3, нагревают до полного растворения сплаваРаствор 2 может содержать Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, SbОсадок не выпалРаствор 2, Ni2Диметил-глиоксимРаствор позеленелNi нетFe3NH4CNSКристаллы окрасились в красный цвет, потом раствор позеленел и выпал чрный осадокЕсть Fe3Cd2Дифенил-карбазидРаствор стал краснымЕсть CdZn2ДитизонФаза дитизона окрасилась в малиновый цветЕсть ZnMnNaBiO3Ничего не произошлоMn нетAl3АлизаринРаствор стал жлто-коричневымAl нетОкси-хинолинВыпал зелно-жлтый осадокAl нетРаствор 2HCl, H2SO4, добавлениеРаствор 3 возможно содержит Sb, SnОсадок не выпалPb возможно нетРаствор 3H2O2 и NaOHОсадок 1 может содержать SbРаствор 4 может содержать SnВыпал зелно-серый осадок образовался ос.2 и р-р 2Осадок 1HNO3Раствор 5Осадок растворилсяSb нетРаствор 5NH3, NH4Cl, H2O2Осадок не выпалРаствор 4NH4ClОсадок не выпалSn нетРаствор 2I-Выпал жлтый осадок, который приобрл красный оттенокЕсть Pb2Выводы Проведнный качественный анализ дат основания считать, что в сплаве содержится медь, цинк, кадмий, железо, свинец.

Таким образом этот сплав является латунью. 8 6. Получение меди. История получения меди. Интересна история получения меди. Уже 5-6 тысяч лет до н.э. медная руда добывалась египетскими рабами в Нубии, на Синайском полуострове.

Рудники, как пишет греческий историк Диодор Сицилийский I век до н.э являлись собственностью фараонов. На каторжный труд в рудниках отправляли рабов и осужденных, зачастую вместе с семьями.

В наиболее узкие штольни на обивку руды и ее вынос направляли детей.

На поверхность руду доставляли в плетеных корзинках или кожаных мешках.

Древнейшая медеплавильная печь найдена на Синайском полуострове. Она представляла яму, обнесенную круглой стеной толщиной в 1 метр. Печь имела внизу два поддувала. По составу шлака установили, что в этой печи выплавлялась медь. Изображение более совершенной печи было обнаружено на греческой вазе, которая датируется VI веком до н.э. Для улучшения литейных свойств меди греки добавляли в руду оловянный камень двуокись олова и получали оловянную бронзу.

Искусство получения меди и ее сплавов затем перешло к римлянам. Оловянную руду римляне доставали из Англии, которая в то время называлась Касситеридскими островами. Интересно отметить, что минерал двуокись олова и по настоящее время называется касситеритом. О методах получения меди в России дает представление небольшой, но обстоятельный труд М.В.Ломоносова Основание металлургии 1763 год, который сыграл исключительную роль в развитии металлургического производства.

В этой же книги дано описание сульфатизирующего обжига. Он заключался в медленном окислении медной сульфидной руды до сульфата меди кислородом воздуха с последующим выщелачиванием соли водой с целью получения медного купороса. В книге даются указания, как использовать теплоту отходящих газов, как контролировать процесс плавки и даже как вентилировать шахты от пыли и газов, которые для человеческого здоровья вредительны. 1, с.76-77 Получение меди методом электролиза.

Электролиз широко применяют для очистки рафинирования меди. Для очистки меди из черновой меди отливают аноды толстые пластины. Их подвешивают в ванну, содержащую раствор медного купороса. В качестве катодов используют тонкие листы чистой меди, на которые во время электролиза осаждается чистая медь. На аноде происходит растворение меди. Ионы меди передвигаются к катоду, принимают от катода электроны и переходят в атомы. Чистая медь оседает на катоде.

Примеси, входящие в состав черновой меди ведут себя по-разному. Более электроотрицательные элементы цинк, железо, кадмий и другие растворяются на аноде. Но на катоде эти металлы не выделяются, так как электрохимическом ряду напряжений они находятся левее меди и имеют более отрицательные потенциалы. 1, с.70 Металлотермический метод получения. Пирометаллургический способ получения меди. Поскольку содержание меди не превышает 1.5-2, их подвергают обогащению, т.е. отделяют соединения меди от пустой породы, применяя флотационный метод.

Для этого руду размалывают до тончайшего порошка и смешивают его с водой, добавив в не предварительно флоторагенты сложные органические вещества. Они покрывают мельчайшие крупинки соединений меди и сообщают им несмачиваемость. В воду добавляют ещ вещества, создающие пену. Затем через взвесь пропускают сильный поток воздуха. Поскольку частички крупинки соединений меди водой не смачиваются, они прилипают к пузырькам воздуха и всплывают наверх.

Вс это происходит во флотационных аппаратах. Пену, которая содержит крупинки соединений меди, собирают, отфильтровывают, отжимают от воды и высушивают. Так получают концентрат, из которого выделяется медь. В зависимости от состава руды существует несколько методов е переработки. Сульфидную руду сначала обжигают при свободном токе воздуха для удаления части серы. Этот обжиг проводят в механических печах, похожих на устройства для обжига серного колчедана. В последнее время начали применять обжиг в кипящем слое. Продукты обжига затем переплавляют совместно с флюсами в отражательной печи. При этом протекает множество химических процессов, например. Пустая порода, часть сульфидов и окислов железа переходит в шлак, а на дне печи скапливается штейн расплав сульфида меди Cu2S и сульфида железа FeS. Штейн сливают из печи и перерабатывают в конвекторе, который по устройству похож на конвектор для переработки стали.

Частичное удаление серы происходит за счет продувки воздуха через расплавленный штейн. Сульфид меди и закись меди дают металлическую черновую медь Она содержит около 95-98 меди. При последующей переплавке на поду отражательной печи содержание меди может быть повышено до 99,7. Дальнейшая очистка меди проводится электролизом.

Более просто перерабатывают окисные руды меди, состоящие из закиси меди, окиси меди и карбонатов меди Cu2O, CuO, CuCO3CuOH2. Эти руды обогащения прокаливают с коксом при высокой температуре . 1, с.74-75 7. Добыча и получение солей меди из природных месторождений.

Около 15 всех руд меди перерабатывается гидрометаллургическим методом на измельченную руду действуют растворителем, который переводит медь в раствор. На руды, содержащие оксид меди, действуют разбавленной серной кислотой По сравнению со многими другими оксидами, встречающимися в руде, оксид меди растворяется сравнительно хорошо. Выделение металлической меди из раствора проводят электролизом. Если медь находится в руде в виде сульфида, то ее в раствор можно перевести, обрабатывая ее руду раствором сульфата железа 1, с.64 8.