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 « ».

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.

Медь (лат. Cuprum), Cu, химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546; мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная М. состоит из смеси двух стабильных изотопов - 63 Cu (69,1 %) и 65 Cu (30,9 %).

Историческая справка. М. относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с М. способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков (см. Медь самородная ), которые иногда достигают значительных размеров. М. и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры (см. Бронзовый век ). Благодаря лёгкой восстановимости окислов и карбонатов М. была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Латинское название М. происходит от названия острова Кипр, где древние греки добывали медную руду. В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется М., и шлака (сплава окислов).

Распространение в природе. Среднее содержание М. в земной коре (кларк) 4,7·10 -3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, её больше (1·10 -2 %), чем в верхней (2·10 -3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. М. энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды М., имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов М. преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная М., карбонаты и окислы.

М. - важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание М. в живом веществе 2·10 -4 %, известны организмы - концентраторы М. В таёжных и других ландшафтах влажного климата М. сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит М. и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) М. малоподвижна; на участках месторождений М. наблюдается её избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало М., 1·10 -7 %. Приносимая в океан со стоком М. сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены М. (5,7·10 -3 %), а морская вода резко недосыщена М. (3·10 -7 %).

В морях прошлых геологических эпох местами происходило значительное накопление М. в илах, приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в ГДР). М. энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление руд М. в песчаниках.

Физические и химические свойства. Цвет М. красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решётку с параметром а = 3,6074 ; плотность 8,96 г/см 3 (20 °C). Атомный радиус 1,28 ; ионные радиусы Cu + 0,98 ; Cu 2+ 0,80 ; t пл. 1083 °C; t кип. 2600 °C; удельная теплоёмкость (при 20 °C) 385,48 дж /(кг·К ), то есть 0,092 кал /(г· °C). Наиболее важные и широко используемые свойства М.: высокая теплопроводность - при 20 °C 394,279 вт /(м·К ), то есть 0,941 кал /(см·сек· °C); малое электрическое сопротивление - при 20 °C 1,68·10 -8 ом·м . Термический коэффициент линейного расширения 17,0·10 -6 . Давление паров над М. ничтожно, давление 133,322 н/м 2 (то есть 1 мм рт. ст. ) достигается лишь при 1628 °C. М. диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27·10 -6 . Твёрдость М. по Бринеллю 350 Мн/м 2 (то есть 35 кгс/мм 2 ); предел прочности при растяжении 220 Мн/м 2 (то есть 22 кгс/мм 2 ); относительное удлинение 60 %, модуль упругости 132·10 3 Мн/м 2 (то есть 13,2·10 3 кгс/мм 2 ). Путём наклёпа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м 2 , при этом удлинение уменьшается до 2 %, а электропроводность уменьшается на 1-3 %. Отжиг наклёпанной М. следует проводить при 600-700 °C. Небольшие примеси Bi (тысячные доли %) и Pb (сотые доли %) делают М. красноломкой, а примесь S вызывает хрупкость на холоде.

По химическим свойствам М. занимает промежуточное положение между элементами первой триады VIII группы и щелочными элементами I группы системы Менделеева. М., как и Fe, Со, Ni, склонна к комплексообразованию, даёт окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и т. д. Сходство с щелочными металлами незначительно. Так, М. образует ряд одновалентных соединений, однако для неё более характерно 2-валентное состояние. Соли одновалентной М. в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2-валентной М.; соли 2-валентной М., напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Гидратированные ионы Cu 2+ окрашены в голубой цвет. Известны также соединения, в которых М. 3-валентна. Так, действием перекиси натрия на раствор куприта натрия Na 2 CuO 2 получен окисел Cu 2 O 3 - красный порошок, начинающий отдавать кислород уже при 100 °C. Cu 2 O 3 - сильный окислитель (например, выделяет хлор из соляной кислоты).

Химическая активность М. невелика. Компактный металл при температурах ниже 185 °C с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и CO 2 на поверхности М. образуется зелёная плёнка основного карбоната. При нагревании М. на воздухе идёт поверхностное окисление; ниже 375 °C образуется CuO, а в интервале 375-1100 °C при неполном окислении М. - двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится CuO, а во внутреннем - Cu 2 O (см. Меди окислы ). Влажный хлор взаимодействует с М. уже при обычной температуре, образуя хлорид CuCl 2 , хорошо растворимый в воде. М. легко соединяется и с другими галогенами (см. Меди галогениды ). Особое сродство проявляет М. к сере и селену; так, она горит в парах серы (см. Меди сульфиды ). С водородом, азотом и углеродом М. не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твёрдой М. незначительна и при 400 °C составляет 0,06 мг в 100 г М. Водород и другие горючие газы (CO, CH 4), действуя при высокой температуре на слитки М., содержащие Cu 2 O, восстановляют её до металла с образованием CO 2 и водяного пара. Эти продукты, будучи нерастворимыми в М., выделяются из неё, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механические свойства М.

При пропускании NH 3 над раскалённой М. образуется Cu 3 N. Уже при температуре каления М. подвергается воздействию окислов азота, а именно NO, N 2 O (с образованием Cu 2 O) и NO 2 (с образованием CuO). Карбиды Cu 2 C 2 и CuC 2 могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей М. Нормальный электродный потенциал М. для реакции Cu 2+ + 2e Сu равен +0,337 в , а для реакции Cu + + е Сu равен +0,52 в . Поэтому М. вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами (в промышленности используется железо) и не растворяется в кислотах-неокислителях. В азотной кислоте М. растворяется с образованием Cu(NO 3) 2 и окислов азота, в горячей концентрации H 2 SO 4 - с образованием CuSO 4 и SO 2 , в нагретой разбавленной H 2 SO 4 - при продувании через раствор воздуха. Все соли М. ядовиты (см. Меди карбонаты , Меди нитрат , Меди сульфат ).

М. в двух- и одновалентном состоянии образует многочисленные весьма устойчивые комплексные соединения. Примеры комплексных соединений одновалентной М.: (NH 4) 2 CuBr 3 ; K 3 Cu(CN) 4 - комплексы типа двойных солей; [Сu {SC (NH 2)} 2 ]CI и другие. Примеры комплексных соединений 2-валентной М.: CsCuCI 3 , K 2 CuCl 4 - тип двойных солей. Важное промышленное значение имеют аммиачные комплексные соединения М.: [Сu (NH 3) 4 ] SO 4 , [Сu (NH 3) 2 ] SO 4 .

Получение. Медные руды характеризуются невысоким содержанием М. Поэтому перед плавкой тонкоизмельчённую руду подвергают механическому обогащению; при этом ценные минералы отделяются от основной массы пустой породы; в результате получают ряд товарных концентратов (например, медный, цинковый, пиритный) и отвальные хвосты.

В мировой практике 80 % М. извлекают из концентратов пирометаллургическими методами, основанными на расплавлении всей массы материала. В процессе плавки, вследствие большего сродства М. к сере, а компонентов пустой породы и железа к кислороду, М. концентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а окислы образуют шлак. Штейн отделяют от шлака отстаиванием.

На большинстве современных заводов плавку ведут в отражательных или в электрических печах. В отражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь пода 300 м 2 и более (30 м ´ 10 м ), необходимое для плавления тепло получают сжиганием углеродистого топлива (естественный газ, мазут, пылеуголь) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах тепло получают пропусканием через расплавленный шлак электрического тока (ток подводится к шлаку через погруженные в него графитовые электроды).

Однако и отражательная, и электрическая плавки, основанные на внешних источниках теплоты, - процессы несовершенные. Сульфиды, составляющие основную массу медных концентратов, обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому всё больше внедряются методы плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, или технический кислород). Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струей кислорода или воздуха в раскалённую до высокой температуры печь. Частицы горят во взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка). Можно окислять сульфиды и в жидком состоянии; эти процессы усиленно исследуются в СССР и за рубежом (Япония, Австралия, Канада) и становятся главным направлением в развитии пирометаллургии сульфидных медных руд.

Богатые кусковые сульфидные руды (2-3 % Cu) с высоким содержанием серы (35-42 % S) в ряде случаев непосредственно направляются на плавку в шахтных печах (печи с вертикально расположенным рабочим пространством). В одной из разновидностей шахтной плавки (медно-серная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних горизонтах печи SO 2 до элементарной серы. Медь в этом процессе также концентрируется в штейне.

Получающийся при плавке жидкий штейн (в основном Cu 2 S, FeS) заливают в конвертер - цилиндрический резервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом, снабженный боковым рядом фурм для вдувания воздуха и устройством для поворачивания вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование штейнов протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для связывания окислов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлической М. и SO 2 . Эту черновую М. разливают в формы. Слитки (а иногда непосредственно расплавленную черновую М.) с целью извлечения ценных спутников (Au, Ag, Se, Fe, Bi и других) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование. Оно основано на большем, чем у меди, сродстве металлов-примесей к кислороду: Fe, Zn, Co и частично Ni и другие в виде окислов переходят в шлак, а сера (в виде SO 2) удаляется с газами. После удаления шлака М. для восстановления растворённой в ней Cu 2 O "дразнят", погружая в жидкий металл концы сырых берёзовых или сосновых брёвен, после чего отливают его в плоские формы. Для электролитического рафинирования эти слитки подвешивают в ванне с раствором CuSO 4 , подкислённым H 2 SO 4 . Они служат анодами. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая М. отлагается на катодах - тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричных ваннах. Для выделения плотных гладких осадков в электролит вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и другие). Полученную катодную М. промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, Se, Te и другие ценные спутники М. концентрируются в анодном шламе, из которого их извлекают специальной переработкой. Никель концентрируется в электролите; выводя часть растворов на упаривание и кристаллизацию, можно получить Ni в виде никелевого купороса.

Наряду с пирометаллургическими применяют также гидрометаллургические методы получения М. (преимущественно из бедных окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах H 2 SO 4 или аммиака. Из раствора М. либо осаждают железом, либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно к смешанным рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при которых кислородные соединения М. растворяются в сернокислых растворах, а сульфиды выделяются флотацией. Получают распространение и автоклавные гидрометаллургические процессы, идущие при повышенных температурах и давлении.

Применение. Большая роль М. в технике обусловлена рядом её ценных свойств и прежде всего высокой электропроводностью, пластичностью, теплопроводностью. Благодаря этим свойствам М. - основной материал для проводов; свыше 50 % добываемой М. применяют в электротехнической промышленности. Все примеси понижают электропроводность М., а потому в электротехнике используют металл высших сортов, содержащий не менее 99,9 % Cu. Высокие теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из М. ответственные детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов и т. п. Около 30-40 % М. используют в виде различных сплавов, среди которых наибольшее значение имеют латуни (от 0 до 50 % Zn) и различные виды бронз ; оловянистые, алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и т. д. (подробнее см. Медные сплавы ). Кроме нужд тяжёлой промышленности, связи, транспорта, некоторое количество М. (главным образом в виде солей) потребляется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительных процессов, а также в кожевенной и меховой промышленности и при производстве искусственного шёлка.

Л. В. Ванюков.

Медь как художественный материал используется с медного века (украшения, скульптура, утварь, посуда). Кованые и литые изделия из М. и сплавов (см. Бронза ) украшаются чеканкой, гравировкой и тиснением. Лёгкость обработки М. (обусловленная её мягкостью) позволяет мастерам добиваться разнообразия фактур, тщательности проработки деталей, тонкой моделировки формы. Изделия из М. отличаются красотой золотистых или красноватых тонов, а также свойством обретать блеск при шлифовке. М. нередко золотят, патинируют (см. Патина ), тонируют, украшают эмалью. С 15 века М. применяется также для изготовления печатных форм (см. Гравюра ).

Медь в организме. М. - необходимый для растений и животных микроэлемент . Основная биохимическая функция М. - участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих ферментов. Количество М. в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05 % (на сухое вещество) и зависит от вида растения и содержания М. в почве. В растениях М. входит в состав ферментов-оксидаз и белка пластоцианина. В оптимальных концентрациях М. повышает холодостойкость растений, способствует их росту и развитию. Среди животных наиболее богаты М. некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15-0,26 % М.). Поступая с пищей, М. всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина возвращается в кровь и доставляется к органам и тканям.

Содержание М. у человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела - от 100 мкг (на 100 мл ) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости; всего М. в организме взрослого человека около 100 мг . М. входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы М. влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и др. Увеличение содержания М. в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина .

При недостатке М. злаковые растения поражаются так называемой болезнью обработки, плодовые - экзантемой; у животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к анемии , сопровождающейся поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения и подкормка животных солями М. (см. Микроудобрения ). Отравление М. приводит к анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения М. Однако в больших дозах М. вызывает рвоту; при всасывании М. может наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние).

И. Ф. Грибовская.

В медицине сульфат М. применяют как антисептическое и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата М. используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат М. применяют как рвотное средство. Нитрат М. употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.

Лит.: Смирнов В. И., Металлургия меди и никеля, Свердловск - М., 1950; Аветисян Х. К., Металлургия черновой меди, М., 1954; Газарян Л. М., Пирометаллургия меди, М., 1960; Справочник металлурга по цветным металлам, под редакцией Н. Н. Мурача, 2 изд., т. 1, М., 1953, т. 2, М., 1947; Левинсон Н. P., [Изделия из цветного и чёрного металла], в книге: Русское декоративное искусство, т. 1-3, М., 1962-65; Hadaway W. S., Illustrations of metal work in brass and copper mostly South Indian, Madras, 1913; Wainwright G. A., The occurrence of tin and copper near bybios, "Journal of Egyptian archaeology", 1934, v. 20, pt 1, p. 29-32; BergsÆe P., The gilding process and the metallurgy of copper and lead among the precolumbian Indians, Kbh., 1938; Фриден Э., Роль соединений меди в природе, в книге: Горизонты биохимии, перевод с английского, М., 1964; его же. Биохимия меди, в книге: Молекулы и клетки, перевод с английского, в. 4, М., 1969; Биологическая роль меди, М., 1970.

Медь — элемент побочной подгруппы первой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum).

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Читинской области, Джезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии.

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,4 до 1,0 %. Физические свойства меди

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Имеет два стабильных изотопа — 63Cu и 65Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.

Цвет Меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 3,6074 Å; плотность 8,96 г/см3 (20 °С). Атомный радиус 1,28 Å; ионные радиусы Cu+ 0,98 Å; Сu2+ 0,80 Å; tпл1083 °С; tкип 2600 °С; удельная теплоемкость (при 20 °С) 385,48 дж/(кг·К), т.е. 0,092 кал/(г·°С). Наиболее важные и широко используемые свойства Меди: высокая теплопроводность - при 20 °С 394,279 вт/(м·К.), то есть 0,941 кал/(см·сек·°С); малое электрическое сопротивление - при 20 °С 1,68·10-8 ом·м. Термический коэффициент линейного расширения 17,0·10-6. Давление паров над Медью ничтожно, давление 133,322 н/м2 (т.е. 1 мм рт.ст.) достигается лишь при 1628 °С. Медь диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27·10-6. Твердость Меди по Бринеллю 350 Мн/м2 (т. е. 35 кгс/мм2); предел прочности при растяжении 220 Мн/м2 (т. е. 22 кгс/мм2); относительное удлинение 60%, модуль упругости 132·103 Мн/м2(т.е. 13,2·103 кгс/мм2). Путем наклепа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м2, при этом удлинение уменьшается до 2% , а электропроводность уменьшается на 1-3.

Медь (лат. cuprum), cu, химический элемент i группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546; мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная М. состоит из смеси двух стабильных изотопов - 63 cu (69,1 %) и 65 cu (30,9 %).

Историческая справка. М. относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с М. способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. М. и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря лёгкой восстановимости окислов и карбонатов М. была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Латинское название М. происходит от названия острова Кипр, где древние греки добывали медную руду. В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется М., и шлака (сплава окислов).

Распространение в природе. Среднее содержание М. в земной коре (кларк) 4,7 · 10 -3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, её больше (1 · 10 -2 %), чем в верхней (2 · 10 -3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. М. энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды М., имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов М. преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная М., карбонаты и окислы.

М. - важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание М. в живом веществе 2 · 10 -4 %, известны организмы - концентраторы М. В таёжных и других ландшафтах влажного климата М. сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит М. и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) М. малоподвижна; на участках месторождений М. наблюдается её избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало М., 1 · 10 -7 %. Приносимая в океан со стоком М. сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены М. (5,7 · 10 -3 %), а морская вода резко недосыщена М. (3 · 10 -7 %).

В морях прошлых геологических эпох местами происходило значительное накопление М. в илах, приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в ГДР). М. энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление руд М. в песчаниках.

Физические и химические свойства. Цвет М. красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решётку с параметром а = 3,6074 å; плотность 8,96 г/см 3 (20 °С). Атомный радиус 1,28 å; ионные радиусы cu + 0,98 å; cu 2+ 0,80 å; t пл. 1083 °С; t кип. 2600 °С; удельная теплоёмкость (при 20 °С) 385,48 дж /(кг · К ) , то есть 0,092 кал /(г · °С). Наиболее важные и широко используемые свойства М.: высокая теплопроводность - при 20 °С 394,279 вт /(м · К ) , то есть 0,941 кал /(см · сек · °С); малое электрическое сопротивление - при 20 °С 1,68 · 10 -8 ом · м . Термический коэффициент линейного расширения 17,0 · 10 -6 . Давление паров над М. ничтожно, давление 133,322 н/м 2 (то есть 1 мм рт. ст. ) достигается лишь при 1628 °С. М. диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27 · 10 -6 . Твёрдость М. по Бринеллю 350 Мн/м 2 (то есть 35 кгс/мм 2 ); предел прочности при растяжении 220 Мн/м 2 (то есть 22 кгс/мм 2 ); относительное удлинение 60 %, модуль упругости 132 · 10 3 Мн/м 2 (то есть 13,2 · 10 3 кгс/мм 2 ). Путём наклёпа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м 2 , при этом удлинение уменьшается до 2 %, а электропроводность уменьшается на 1-3 %. Отжиг наклёпанной М. следует проводить при 600-700 °С. Небольшие примеси bi (тысячные доли %) и pb (сотые доли %) делают М. красноломкой, а примесь s вызывает хрупкость на холоде.

По химическим свойствам М. занимает промежуточное положение между элементами первой триады viii группы и щелочными элементами i группы системы Менделеева. М., как и fe, Со, ni, склонна к комплексообразованию, даёт окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и т. д. Сходство с щелочными металлами незначительно. Так, М. образует ряд одновалентных соединений, однако для неё более характерно 2-валентное состояние. Соли одновалентной М. в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2-валентной М.; соли 2-валентной М., напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Гидратированные ионы cu 2+ окрашены в голубой цвет. Известны также соединения, в которых М. 3-валентна. Так, действием перекиси натрия на раствор куприта натрия na 2 cuo 2 получен окисел cu 2 o 3 - красный порошок, начинающий отдавать кислород уже при 100 °С. cu 2 o 3 - сильный окислитель (например, выделяет хлор из соляной кислоты).

Химическая активность М. невелика. Компактный металл при температурах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и co 2 на поверхности М. образуется зелёная плёнка основного карбоната. При нагревании М. на воздухе идёт поверхностное окисление; ниже 375 °С образуется cuo, а в интервале 375-1100 °С при неполном окислении М. - двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится cuo, а во внутреннем - cu 2 o. Влажный хлор взаимодействует с М. уже при обычной температуре, образуя хлорид cucl 2 , хорошо растворимый в воде. М. легко соединяется и с другими галогенами. Особое сродство проявляет М. к сере и селену; так, она горит в парах серы. С водородом, азотом и углеродом М. не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твёрдой М. незначительна и при 400 °С составляет 0,06 мг в 100 г М. Водород и другие горючие газы (co, ch 4), действуя при высокой температуре на слитки М., содержащие cu 2 o, восстановляют её до металла с образованием co 2 и водяного пара. Эти продукты, будучи нерастворимыми в М., выделяются из неё, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механические свойства М.

При пропускании nh 3 над раскалённой М. образуется cu 3 n. Уже при температуре каления М. подвергается воздействию окислов азота, а именно no, n 2 o (с образованием cu 2 o) и no 2 (с образованием cuo). Карбиды cu 2 c 2 и cuc 2 могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей М. Нормальный электродный потенциал М. для реакции cu 2+ + 2e ® Сu равен +0,337 в , а для реакции cu2+ + е -> Сu равен +0,52 в . Поэтому М. вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами (в промышленности используется железо) и не растворяется в кислотах-неокислителях. В азотной кислоте М. растворяется с образованием cu(no 3) 2 и окислов азота, в горячей концентрации h 2 so 4 - с образованием cuso 4 и so 2 , в нагретой разбавленной h 2 so 4 - при продувании через раствор воздуха. Все соли М. ядовиты.

М. в двух- и одновалентном состоянии образует многочисленные весьма устойчивые комплексные соединения. Примеры комплексных соединений одновалентной М.: (nh 4) 2 cubr 3 ; k 3 cu(cn) 4 - комплексы типа двойных солей; [Сu {sc (nh 2)} 2 ]ci и другие. Примеры комплексных соединений 2-валентной М.: cscuci 3 , k 2 cucl 4 - тип двойных солей. Важное промышленное значение имеют аммиачные комплексные соединения М.: [Сu (nh 3) 4 ] so 4 , [Сu (nh 3) 2 ] so 4 .

Получение. Медные руды характеризуются невысоким содержанием М. Поэтому перед плавкой тонкоизмельчённую руду подвергают механическому обогащению; при этом ценные минералы отделяются от основной массы пустой породы; в результате получают ряд товарных концентратов (например, медный, цинковый, пиритный) и отвальные хвосты.

В мировой практике 80 % М. извлекают из концентратов пирометаллургическими методами, основанными на расплавлении всей массы материала. В процессе плавки, вследствие большего сродства М. к сере, а компонентов пустой породы и железа к кислороду, М. концентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а окислы образуют шлак. Штейн отделяют от шлака отстаиванием.

На большинстве современных заводов плавку ведут в отражательных или в электрических печах. В отражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь пода 300 м 2 и более (30 м ? 10 м ), необходимое для плавления тепло получают сжиганием углеродистого топлива (естественный газ, мазут, пылеуголь) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах тепло получают пропусканием через расплавленный шлак электрического тока (ток подводится к шлаку через погруженные в него графитовые электроды).

Однако и отражательная, и электрическая плавки, основанные на внешних источниках теплоты, - процессы несовершенные. Сульфиды, составляющие основную массу медных концентратов, обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому всё больше внедряются методы плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, или технический кислород). Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струей кислорода или воздуха в раскалённую до высокой температуры печь. Частицы горят во взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка). Можно окислять сульфиды и в жидком состоянии; эти процессы усиленно исследуются в СССР и за рубежом (Япония, Австралия, Канада) и становятся главным направлением в развитии пирометаллургии сульфидных медных руд.

Богатые кусковые сульфидные руды (2-3 % cu) с высоким содержанием серы (35-42 % s) в ряде случаев непосредственно направляются на плавку в шахтных печах (печи с вертикально расположенным рабочим пространством). В одной из разновидностей шахтной плавки (медно-серная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних горизонтах печи so 2 до элементарной серы. Медь в этом процессе также концентрируется в штейне.

Получающийся при плавке жидкий штейн (в основном cu 2 s, fes) заливают в конвертер - цилиндрический резервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом, снабженный боковым рядом фурм для вдувания воздуха и устройством для поворачивания вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование штейнов протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для связывания окислов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлической М. и so 2 . Эту черновую М. разливают в формы. Слитки (а иногда непосредственно расплавленную черновую М.) с целью извлечения ценных спутников (au, ag, se, fe, bi и других) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование. Оно основано на большем, чем у меди, сродстве металлов-примесей к кислороду: fe, zn, co и частично ni и другие в виде окислов переходят в шлак, а сера (в виде so 2) удаляется с газами. После удаления шлака М. для восстановления растворённой в ней cu 2 o «дразнят», погружая в жидкий металл концы сырых берёзовых или сосновых брёвен, после чего отливают его в плоские формы. Для электролитического рафинирования эти слитки подвешивают в ванне с раствором cuso 4 , подкислённым h 2 so 4 . Они служат анодами. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая М. отлагается на катодах - тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричных ваннах. Для выделения плотных гладких осадков в электролит вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и другие). Полученную катодную М. промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, se, te и другие ценные спутники М. концентрируются в анодном шламе, из которого их извлекают специальной переработкой. Никель концентрируется в электролите; выводя часть растворов на упаривание и кристаллизацию, можно получить ni в виде никелевого купороса.

Наряду с пирометаллургическими применяют также гидрометаллургические методы получения М. (преимущественно из бедных окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах h 2 so 4 или аммиака. Из раствора М. либо осаждают железом, либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно к смешанным рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при которых кислородные соединения М. растворяются в сернокислых растворах, а сульфиды выделяются флотацией. Получают распространение и автоклавные гидрометаллургические процессы, идущие при повышенных температурах и давлении.

Применение. Большая роль М. в технике обусловлена рядом её ценных свойств и прежде всего высокой электропроводностью, пластичностью, теплопроводностью. Благодаря этим свойствам М. - основной материал для проводов; свыше 50 % добываемой М. применяют в электротехнической промышленности. Все примеси понижают электропроводность М., а потому в электротехнике используют металл высших сортов, содержащий не менее 99,9 % cu. Высокие теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из М. ответственные детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов и т. п. Около 30-40 % М. используют в виде различных сплавов, среди которых наибольшее значение имеют латуни (от 0 до 50 % zn) и различные виды бронз ; оловянистые, алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и т. д. Кроме нужд тяжёлой промышленности, связи, транспорта, некоторое количество М. (главным образом в виде солей) потребляется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительных процессов, а также в кожевенной и меховой промышленности и при производстве искусственного шёлка.

Л. В. Ванюков.

Медь как художественный материал используется с медного века (украшения, скульптура, утварь, посуда). Кованые и литые изделия из М. и сплавов украшаются чеканкой, гравировкой и тиснением. Лёгкость обработки М. (обусловленная её мягкостью) позволяет мастерам добиваться разнообразия фактур, тщательности проработки деталей, тонкой моделировки формы. Изделия из М. отличаются красотой золотистых или красноватых тонов, а также свойством обретать блеск при шлифовке. М. нередко золотят, патинируют, тонируют, украшают эмалью. С 15 века М. применяется также для изготовления печатных форм.

Медь в организме. М. - необходимый для растений и животных микроэлемент . Основная биохимическая функция М. - участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих ферментов. Количество М. в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05 % (на сухое вещество) и зависит от вида растения и содержания М. в почве. В растениях М. входит в состав ферментов-оксидаз и белка пластоцианина. В оптимальных концентрациях М. повышает холодостойкость растений, способствует их росту и развитию. Среди животных наиболее богаты М. некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15-0,26 % М.). Поступая с пищей, М. всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина возвращается в кровь и доставляется к органам и тканям.

Содержание М. у человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела - от 100 мкг (на 100 мл ) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости; всего М. в организме взрослого человека около 100 мг . М. входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы М. влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и др. Увеличение содержания М. в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина .

При недостатке М. злаковые растения поражаются так называемой болезнью обработки, плодовые - экзантемой; у животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к анемии , сопровождающейся поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения и подкормка животных солями М. Отравление М. приводит к анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения М. Однако в больших дозах М. вызывает рвоту; при всасывании М. может наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние).

И. Ф. Грибовская.

В медицине сульфат М. применяют как антисептическое и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата М. используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат М. применяют как рвотное средство. Нитрат М. употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.

Лит.: Смирнов В. И., Металлургия меди и никеля, Свердловск - М., 1950; Аветисян Х. К., Металлургия черновой меди, М., 1954; Газарян Л. М., Пирометаллургия меди, М., 1960; Справочник металлурга по цветным металлам, под редакцией Н. Н. Мурача, 2 изд., т. 1, М., 1953, т. 2, М., 1947; Левинсон Н. p., [Изделия из цветного и чёрного металла], в книге: Русское декоративное искусство, т. 1-3, М., 1962-65; hadaway w. s., illustrations of metal work in brass and copper mostly south indian, madras, 1913; wainwright g. a., the occurrence of tin and copper near bybios, «journal of egyptian archaeology», 1934, v. 20, pt 1, p. 29-32; bergs ? e p., the gilding process and the metallurgy of copper and lead among the precolumbian indians, kbh., 1938; Фриден Э., Роль соединений меди в природе, в книге: Горизонты биохимии, перевод с английского, М., 1964; его же. Биохимия меди, в книге: Молекулы и клетки, перевод с английского, в. 4, М., 1969; Биологическая роль меди, М., 1970.

cкачать реферат

«Периодический закон Менделеева» - Д.И. Менделеев присутствовал в роли наблюдателя. Съезд химиков в г. Карлсруэ в 1860 г. 1829г. Роль практики в становление теории. Закон «Октав». Основные направления развития теории. Периодический закон Д.И.Менделеева. Предпосылки создания закона. Личные качества ученого. (1834-1907г.Г.). Периодический закон Д.И.Менделеева был открыт в 1869г.

«Менделеев» - Тобольская гимназия. Педагогический институт. Триады элементов Доберейнера. «Органическая химия». Карьерный рост. Награжден медалью французского общества воздухоплаватилей. Газы. «Закон октав» Ньюлендса. Жидкости. Конец жизненного пути. Второй вариант системы элементов Менделеева. Точность Менделеева.

«Менделеев» - Нефть не топливо - топить можно и ассигнациями. Периодический закон Д.И. Менделеев открыл в 1869 году в возрасте всего 35 лет. Объект исследования: личность Д.И.Менделеева. Имя великого географа благодарные потомки нанесли на карту страны и мира. Металлургия. Нефтяная. Интерес к исследованиям экономико-географического характера проявился у Менделеева очень рано.

«Менделеев Дмитрий Иванович» - Великий русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1901). Д.И.Менделеев с детьми –Владимиром и Ольгой. «Много испытал я в жизни, но не знаю ничего лучше детей». Дмитрию Менделееву 17 лет. С 1861 года Дмитрий Иванович преподавал в Петербурге. Строение атома (1911г.Э.Резерфорд). Какой элемент лишний?

«Порядковые числительные» - В каком году вы родились? Разбор числительных в тексте (см. образец устного разбора имени числительного). Зимой темнеет рано. Дополните своими примерами. Вариант I: сделать морфологический разбор числительных в предложении: Дважды два – четыре. В России очень длинная зима. Сколько лет вашей маме? Тысяча девятьсот девяносто седьмой год, шестьдесят первый ученик.

«Жизнь и деятельность Менделеева» - Иван Павлович Менделеев (1783 - 1847), отец ученого. Д.И. Менеделеева (Южно-Казахстанской области, города Шымкента). Библиотеки. 1834, 27 января (6 февраля) – родился Д.И.Менделеев в городе Тобольске, в Сибири. «Если не будешь знать имен, то умрет и познание вещей» К.Линей. География. Д. И. Менделеева (Москва) Благотворительный общественный фонд сохранения наследия Д.И.Менделеева "БОБЛОВО".