Купрум. Сполуки купруму.


МідьСамородна мідь зустрічається рідко, в основному мідь знаходиться в земній корі у вигляді сульфідів. Мідні піщаники і сланці не являють собою жодної конкретної руди, вони є битумоподібним мергелем (мергель — осадова гірська порода змішаного глинисто-карбонатного складу), в якому рівномірно розподілено кілька різних руд міді. У природі, Купрум представлено такими мінералами:

Cu2O – куприт, червона мідна руда;
Cu2CO3(OH)2 – малахіт;
2СиСО3·Cu(OH)2 – азурит;
Cu2S – халькозин, мідний блиск;
(CuFe)S2 – халькопірит, мідний колчедан;
(Cu3Fe)S3 – борнит, кольоровий мідний колчедан;
CuS – ковелін.

Для рослин Купрум – найважливіший мікроелемент. Речовиною, яка забарвлює кров молюсків, є органічна сполука Купруму гемоціанін.

Отримання міді.
1. Відновлення оксидних руд коксом;
2. З сульфідних руд; металургійний процес полягає в наступному. Сульфідні руди переплавляють в шахтних печах на мідний штейн Cu2S, FeS та інші сульфіди, наприклад NiS, Ag2S). З нього виготовляють чорнову мідь:

Cu2S + O2 = 2Cu + SO2

Процес проводять в конверторах при вдуванні повітря через фурми; відходить газ SO2 який подають на виробництво сірчаної кислоти. З чорнової міді шляхом переплавки її в окислювальній атмосфері виходить рафінована мідь, придатна для більшості технічних цілей. Для отримання особливо чистого металу проводять очищення електролітичним способом (побічними продуктами будуть срібло, селен, нікол(ІІ) сульфат та ін)
3. Відновленням міді з розчинів солей з допомогою цинку, заліза або алюмінію (див. фото), отримують порошкоподібну мідь (червоного кольору), наприклад:

3CuSO4 + 2Al = 3Cu + Al2(SO4)3;

3Cu2+ + 2Al0 = 3Cu0 + 2Al3+

Флотація. Руди, перед виплавкою з них металу відокремлюють від порожньої породи – процес збагачення руди. Найбільш ефективніше збагачення руди досягається флотацією.
Флотація (флотаційне збагачення) – це спосіб поділу подрібненої суміші речовин, заснований на різній змочуваності компонентів суміші. Суміш, що підлягає поділу, наприклад руда, або порожня порода, піднімається у воді, що містить флотаційні реагенти – колектор (збирач) і піноутворювач. Колектор адсорбується на поверхні одного з компонентів суміші (найчастіше частинки мінералу) і тим самим робить його гідрофобним. При продуванні повітря через суспензію утворюється піна, в якій збирається корисний мінерал, а порожня порода осідає на дно реактора. В якості колекторів використовують ксантогенаты, а в якості піноутворювачів – поверхнево-активні речовини.

Фізичні властивості міді.
Блискучий метал, що має червонувато-жовте забарвлення.
Щільність металевої міді при 20°C становить 8,95 г/см3. Температура плавлення: 1080°C.
Мідь утворює кубічну гранецентровану решітку, просторова група F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4Å.
Мідь – другий (після срібла) метал по тепло – і електропровідності (з температурним коефіцієнтом опору 0,4%/°C). Електропровідність міді, при 20°C становить 55,5-58 МСм/м
Мідь має два стабільних ізотопи: 63Cu 65Cu, і кілька радіоактивних ізотопів. Найстабільшіший 64Cu, має період напіврозпаду 12,7 год та два варіанти розпаду з різними продуктами.
За механічними властивостями, мідь досить м’який і ковкий метал. Після кування стає твердою, а після гарту (нагрівання і різке охолодження) – м’якою. Має гарні ливарні властивості. Іони купруму забарвлюють полум’я в зелений колір.

Хімічні властивості міді.
При 20°C і у відсутності вологи і діоксиду вуглецю, мідь не реагує з киснем повітря. При прожарюванні міді у повітрі, на поверхні міді утворюється плівка чорного кольору купрум(II) оксиду; в присутності вологи, карбон(ІІ) оксиду та інших компонентів повітря, з плином часу, на поверхні виробів з міді і її сплавів утворюється патина (італ. patina) спочатку від бурих до чорних кольорів (оксиди і сульфіди купруму), а при більш тривалому впливі природних чинників, у вологому ґрунті наприклад, утворюється благородна патина зеленого кольору.
Мідь – электропозитивний (благородний) метал, в електрохімічному ряді напруги стоїть після гідрогену, тому переводиться в розчин тільки кислотами-окислювачами або в присутності кисню, гідроген пероксиду або іншого окислювача:

Cu + HCl ≠ ; Cu + 2HCl + O2 = CuCl2 + 2H2O;

Cu + 2HCl + H2O2 = CuCl2 + 2H2O

6Cu + 12HCl + KClO3 = 6H[CuCl2] + 2KCl + 3H2O

З киснем повітря реагує в залежності від температури і умов:

4Cu + O2 = 2Cu2O (при нестачі кисню і 200°C)

2Cu + O2 = 2CuO (при надлишку кисню і 400°C)

З сульфатною кислотою мідь реагує з утворенням різних продуктів, в залежності від умов:
• концентрована холодна сульфатна кислота

Cu + H2SO4 = CuO + SO2 + H2O

• концентрована гаряча сульфатна кислота

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

• безводна сульфатна кислота при 200°C

2Cu + 2H2SO4 = Cu2SO4 + SO2 + 2H2O

• розбавлена сульфатна кислота в присутності кисню повітря при нагріванні

2Cu + 2H2SO4 + O2 = 2CuSO4 + 2H2O

• розбавлена сульфатна кислота холодна

Cu + H2SO4

З нітратною кислотою, мідь реагує з утворенням суміші нітрозних газів. Залежно від концентрації нітратної кислоти, в суміші газоподібних продуктів переважають:
• концентрована нітратна кислота

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

• розбавлена нітратна кислота

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

Мідь розчиняється у водному розчині амоніаку в присутності кисню з утворенням амоніатів:

2Cu + NH3·H2O + O2 → [Cu(NH3)2](OH)2 ↔ [Cu(NH3)4](OH)2

Мідь (порошкоподібна) реагує з хлором, бромом (в ефірі) і сіркою (в рідкому сульфуркарбоні при кімнатній температурі або при 300°C):

Cu + Cl2 = CuCl2; Cu + Br2 = CuBr2; Cu + S = CuS

Мідь реагує з оксидами неметалів (при температурах 500-800°C):

4Cu + SO2 = Cu2S + 2CuO; 2Cu + 2NO = 2CuO + N2; 4Cu + 2NO2 = 4CuO + N2

Мідь реагує з калій ціанідом з утворенням калій диціанокупрат(I):

2Cu + 4KCN + 2H2O = 2K[Cu(CN)2] + 2KOH + H2

Мідь переходить у розчин реагуючи з іонами Fe3+ і Cu2+

Cu + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+; Cu + Cu2+ = 2Cu+

Застосування міді.
Мідь застосовується як провідник в електротехніці для виготовлення труб охолоджувальних систем в радіаторах і теплообмінниках, в якості каталізатора при полімеризації ацетилену, як добавка до ювелірних сплавів на основі срібла і золота. Сполуки купруму застосовують для створення антибактерицидних поверхонь, каталізаторів при автокаталітичній металізації, омідненні, латунуванні, у вигляді сплавів для виготовлення деталей різних механізмів.

Сплави на основі міді.
• латунь – сплави на основі міді і цинку, в яких від 60% до 90% міді решта цинк та домішки, при вмісті міді близько 80% – сплави типу томпак;
• бронза – містить мідь і ще один або кілька металів. Згідно з добавкою розрізняють олов’янисту бронзу (до 10% олова), алюмінієву бронзу (до 11% алюмінію), свинцеву бронзу (8-25% свинець, 5-10% олово), берилієву бронзу (до 5% берилію), а також марганцеву і кремнієву бронзи, існує “фосфорна бронза” – бронза, дезоксидована фосфором, містить не більше 0,5% фосфору. В бронзі БрОФ10-1 (10% олова і 1% фосфору);
• ливарна бронза – Cu + до 11% Sn і до 5% Zn;
• нейзильбер – 45-67%Cu + 12-45 Zn + 10-26% Ni;
• твердий припой – Cu + 1-70% Ag плавиться в інтервалі температур 600-1000°C;
• сплав Деварда – 50% Cu + 45% Al + 5% Zn використовується в лабораторній практиці як відновник;
• сплави опору (електричний опір майже не залежить від температури): манганін – 82-84% Cu, 12-15% Mn + 2-4% Ni; константан – 57% Cu + 41% Ni + 1% Fe + 1% Mn; нікелін – 56%Cu + 31% Ni + 13% Zn.

Сполуки купруму(I).
Сполуки купруму(І) на повітрі майже завжди переходять у сполуки купруму(II). Стійкими є: купрум(І) ціанід CuCN; купрум(І) тіоціанат CuSCN; купрум(І) йодид CuI; купрум(І) сульфід Cu2S; купрум(І) оксид Cu2O.
Купрум(І) оксид Cu2O
Порошок червоного кольору, випадає в осад з фелінгової рідини для виявлення альдегідів. Раніше застосовувався для виготовлення випрямлячів електричного струму, сьогодні використовується тільки для забарвлення скла та емалей.
Купрум(І) хлорид CuCl
Порошок білого кольору, не розчинний у воді.

З органічних сполук купруму(І) найбільш відомим є купрум(І) ацетіленід Cu-C≡C-Cu.

Сполуки купруму(II).
Кристалогідрати солей купрум(II) (аквакомплекси) зазвичай мають блакитний або зелений колір, безводні солі – білі, оксид і сульфат – чорні. З розчинів, що містять катіони купрум(II), залізо та цинк осаджують мідь у вигляді червоно-коричневого порошку. Аміачна вода забарвлює розчини солей купрум(II) в інтенсивно-синій колір, властивий катиону тетраамінкупрум(II)[Cu(NH3)4]2+.
Купрум(II) сульфат CuSO4 Кристали білого кольору. Кристалогідрат CuSO4·5H2O – кристали блакитного кольору, добре розчинні у воді. При нагріванні вода відщеплюється до того як почне розкладатися безводний купрум(II) сульфат. Безводний купрум(II) сульфат при дії води (навіть у слідових кількостях) знову забарвлюється в блакитний колір, що використовується для виявлення води, наприклад у спиртах. CuSO4·5H2O – мідний купорос, застосовують як засіб захисту рослин (в суміші з вапняним молоком) від виноградної попелиці. Крім того, він використовується як компонент електролітичних ванн для покриття мідью і складовою частиною прядильних розчинів у виробництві ацетатного волокна.
Купрум(II) гідроксид Cu(OH)2 випадає у вигляді блакитного пластівчастого осаду з розчинів Cu2+ при додаванні лугів, при нагріванні (навіть у теплій воді), швидко розкладається до чорного купрум(II) оксиду.
Купруму(II) нітрат Cu(NO3)2·3H2O використовується для створення штучної патини на мідних виробах.
Гидроксоацетаты купрум(II) – сировина для виробництва мідних фарб (суміш відома під назвою ярь-мідянка). Карбонат, ортофосфат і арсенит купрум(II) (останній частіше у складі так званої швейнфуртскої зелені включає ацетат-іони) які осідають при обмінних реакціях з водного розчину у вигляді блакитного або зеленого осадів.

Виявлення.
Сполуки купруму забарвлюють полум’я газового пальника, особливо після змочування їх соляної кислотою в інтенсивно-синій або зелений колір. Солі купрум(II) фарбують у темно-синій колір аміачну воду.


Comments are closed.