Мідь і її природні сполуки, синтез малахіту

Мета роботи.

Синтезувати 5 р. малахітом, розрахувати практичний вихід продукту, навчитися користуватися необхідною літературою, вибирати з неї необхідну інформацію, і представляти отримані результати.

Літературний огляд.

Мідь і її природні з'єднання.

Введення.

Мідь - Елемент 1В групи періодичної системи, щільність 8,9 г см-3, одна з перший металів, які стали відомими людині. Вважають, що мідь почали використовувати близько 5000 до н.е. У природі мідь зрідка зустрічається у вигляді металу. З мідних самородків, можливо, за допомогою кам'яних сокир, були виготовлено перші металеві знаряддя праці. В індіанців, які жили на його берегах оз. Верхнє (Півн. Америка), де є дуже чиста самородна мідь, способи її холодної обробки були відомі до часів Колумба. Близько 3500 до н.е. на Близькому Сході мідь навчилися видобувати з руд, її отримували відновленням вугіллям. Мідні рудники були і в Давньому Єгипті. Відомо, що брили для знаменитої піраміди Хеопса обробляли мідним інструментом. [1]

До 3000 до н.е. в Індії, Месопотамії і Греції для виплавки більш твердої бронзи в мідь стали додавати олово. Відкриття бронзи могло статися випадково, проте її переваги в порівнянні з чистою міддю швидко вивели цей сплав на першу місце. Так розпочався «бронзове століття».

Вироби з бронзи були в ассірійців, єгиптян, індусів та інших народів давнини. Однак цільні бронзові статуї стародавні майстри навчилися виливати не раніше 5 в. до н.е. Близько 290 до н.е. Харесом на честь бога сонця Геліоса був створений Колос Родоський. Він мав висоту 32 м і стояв над входом у внутрішню гавань древнього порту острова Родосу в східній частині Егейського моря. Гігантська бронзова статуя була зруйнована землетрусом у 223 н.е.

Предки древніх слов'ян, що жили в басейні Дону і в Придніпров'ї, застосовували мідь для виготовлення зброї, прикрас і предметів домашнього ужитку. Русское слово «Мідь», на думку деяких дослідників, походить від слова «Демида», яке у стародавніх племен, що населяли Східну Європу, позначало метал взагалі.

Символ Cu походить від латинського aes cyproum (пізніше, Cuprum), так як на Кіпрі (Cyprus) знаходилися мідні копальні стародавніх римлян. Відносне зміст міді в земній корі складає 6,8 · 10-3%. Самородна мідь зустрічається дуже рідко. Зазвичай елемент знаходиться у вигляді сульфіду, оксиду або карбонату. Найважливішими рудами міді є Халькопірит CuFeS2, який, за оцінками, становить близько 50% всіх родовищ цього елемента, мідний блиск (халькоціт) Cu2S, Купрій Cu2O і малахіт Cu2CO3 (OH) 2. Великі родовища мідних руд знайдено в різних частинах Північної та Південної Америк, в Африці і на території нашої країни. У 18-19 ст. поблизу Онезького озера добували самородну мідь, яку відправляли на монетний двір до Петербурга. Відкриття промислових родовищ міді на Уралі і в Сибіру пов'язано з ім'ям Микити Демидова. Саме він за указом Петра I в 1704 почав карбувати мідні гроші.

Багаті родовища міді давно вироблені. Сьогодні майже весь метал видобувається з низькосортних руд, що містять не більше 1% міді. Деякі оксидні руди міді можуть бути відновлені безпосередньо до металу нагріванням з коксом. Однак більша частина міді виробляється з залізовмісних сульфідних руд, що вимагає більш складної переробки. Ці руди порівняно бідні, і економічний ефект при їх експлуатації може забезпечуватися лише зростанням масштабів видобутку. Руду зазвичай видобувають у величезних кар'єрах, де використовуються екскаватори з ковшами до 25 м3 і вантажівки вантажопідйомністю до 250 т. Сировина розмелюють і концентрують (до вмісту міді 15-20%) з використанням пінної флотації, при цьому серйозною проблемою є скидання багатьох мільйонів тонн тонко подрібнених відходів в навколишнє середовище. До концентрату додають кремнезем, а потім суміш нагрівають у відбивних печах (доменні печі для тонко подрібненої руди незручні) до температури 1400 ° С, при якій вона плавиться. [3] Сумарне рівняння протікають реакцій можна поставати у вигляді:

2CuFeS2 + 5O2 + 2SiO2 = 2Cu + 2FeSiO3 + 4SO2

Cu +1 + 1e-= Cu0 |

Fe +3 + 1e-= Fe 2 | -10 e-

2S-2 - 12e-= 2S 4 |

O2 + 4e-= 2O-2

Велику частину отриманого чорнової міді очищають електрохімічним методом, відливаючи з неї аноди, які потім підвішують у підкисленою розчині сульфату міді CuSO4, а катоди покривають листами очищеної міді. У процесі електролізу чистий мідь осідає на катодах, а домішки збираються близько анодів у вигляді анодного шламу, який є цінним джерелом срібла, золота та інших дорогоцінних металів. Близько 1/3 використовуваної міді являє собою вторинну мідь, виплавлену з лому. Річне виробництво нового металу складає близько 8 млн. т. Лідирують з виробництва міді Чилі (22%), США (20%), СНД (9%), Канада (7,5%), Китай (7,5%) і Замбія (5%). [2]

Головне застосування металу - як провідник електричного струму. Крім того, мідь використовується в монетних сплавах, тому її часто називають «монетним металом ». Вона також входить до складу традиційних бронзи (сплави міді з 7-10% олова) і латуні (сплав міді з цинком) і спеціальних сплавів, таких як монель (сплав нікелю з міддю). Металообробний інструмент з мідних сплавів не породжувати може використовуватися у вибухонебезпечних цехах. Сплави на основі міді служать для виготовлення духових інструментів і дзвонів. [4]

Властивості Меди.

В вигляді простої речовини мідь володіє характерною червонуватою забарвленням. Мідь метал м'який і пластичний. За електро-та теплопровідності мідь поступається тільки сріблу. Металева мідь, як і срібло, має антибактеріальні властивостями.

Мідь стійка в чистому сухому повітрі при кімнатній температурі, однак при температурі червоного розжарювання утворює оксиди. Вона реагує також з сіркою і галогенами. В атмосфері, яка містить сполуки сірки, мідь покривається зеленою плівкою основного сульфату. У електрохімічному ряді напруг мідь знаходиться правіше водню, тому вона практично не взаємодіє з неокісляющімі кислотами. Метал розчиняється в гарячій концентрованої сірчаної кислоти, а також у розбавленій і концентрованої азотної кислоти. Крім того, мідь можна перевести в розчин дією водних розчинів ціанідів або аміаку:

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

В Відповідно до положення міді в періодичної системи, її єдина стійка ступінь окислення повинна бути (+ I), але це не так. Мідь здатні приймати більш високі ступені окислення, причому найбільш стійкою, особливо у водних розчинах, є ступінь окислення (+ II). У біохімічних реакціях перенесення електрона, можливо, бере участь мідь (III). Цей ступінь окислення рідко зустрічається і дуже легко знижується під дією навіть слабких відновників. Відомо кілька сполук міді (+ IV).

При нагріванні металу на повітрі або в кисні утворюються оксиди міді: жовтий або червоний Cu2O і чорний CuO. Підвищення температури сприяє утворенню переважно оксиду міді (I) Cu2O. У лабораторії цей оксид зручно отримувати відновленням лужного розчину солі міді (II) глюкозою, гідразин або гідроксиламін:

2CuSO4 + 2NH2OH + 4NaOH = Cu2O + N2 + 2Na2SO4 + 5H2O

Ця реакція - основа чутливого тесту Фелінга на цукру та інші відновлювачі. До випробовуваному речовини додають розчин солі міді (II) в лужному розчині. Якщо речовина є відновлювачем, з'являється характерний червоний осад. [5]

Оскільки катіон Cu + у водному розчині нестійкий, при дії кислот на Cu2O відбувається або дісмутація, або комплексоутворення:

Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O

Cu2O + 4HCl = 2 H [CuCl2] + H2O

Оксид Cu2O помітно взаємодіє з лугами. При цьому утворюється комплекс:

Cu2O + 2NaOH + H2O = 2Na [Cu (OH) 2]

Для одержання оксиду міді (II) CuO краще всього використовувати розкладання

нітрату або основного карбонату міді (II):

2Cu (NO3) 2 = 2CuO + 4NO2 + O2

(CuOH) 2CO3 = 2CuO + CO2 + H2O

Оксиди міді не розчинні у воді і не реагують з нею. Єдиний гідроксид міді Cu (OH) 2 зазвичай отримують додаванням лугу до водного розчину солі міді (II). Блідо-блакитний осад гідроксиду міді (II), що виявляє амфотарні властивості (здатність хімічних сполук проявляти або основні, або кислотні властивості), можна розчинити не тільки в кислотах, а й у концентрованих лугах. При цьому утворюються темно-сині розчини, що містять частинки типу [Cu (OH) 4] 2 -. Гідроксид міді (II) розчиняється також в розчині аміаку:

Cu (OH) 2 + 4NH3 H2O = [Cu (NH3) 4] (OH) 2 + 4H2O

Гідроксид міді (II) термічно нестійкий і при нагріванні розкладається:

Cu (OH) 2 = CuO + H2O

Є відомості про існування темно-червоного оксиду Cu2O3, що утворюється при дії K2S2O8 на Cu (OH) 2. Він є сильним окислювачем, при нагріванні до 400 ° С розкладається на CuO і О2.

Катіон міді (II), навпаки, у водному розчині досить стійкий. Солі міді (II), в основному, розчинні у воді. Блакитний колір їх розчинів пов'язаний з утворенням іона [Cu (H2O) 4] 2 +. Вони часто кристалізуються у вигляді гідратів. Водні розчини незначною мірою схильні до гідролізу і з них часто осідають основні солі. Основний карбонат є в природі - це мінерал малахіт, основні сульфати і хлориди утворюються при атмосферної корозії міді, а основний ацетат (Ярь-мідянка) використовується в якості пігменту.

Ярь-мідянка відома з часів Плінія Старшого (23-79 н.е.). У російських аптеках її почали отримувати на початку 17 ст. Залежно від способу отримання вона може бути зеленого або синього кольору. Нею були пофарбовані стіни царських палат в Коломенському в Москві.

Найбільш відому просту сіль - пентагідрат сульфату міді (II) CuSO4 · 5H2O - часто називають мідним купоросом. Слово купорос, мабуть, походить від латинського Cipri Rosa - троянда Кіпру. У Росії мідний купорос називали синім, кіпрським, потім турецьким. Те, що купорос містить мідь, було вперше встановлено в 1644 Ван Гельмонт. У 1848 Р. Глаубер вперше отримав мідний купорос з міді і сірчаної кислоти. Сульфат міді широко використовується в електролітичних процесах, при очищення води, для захисту рослин. Він є вихідним речовиною для одержання багатьох інших з'єднань міді.

Тетраамміни легко утворюються при додаванні аміаку до водних розчинів міді (II) до повного розчинення спочатку випав осаду. Темно-сині розчини тетрааммінов міді розчиняють целюлозу, яку можна знову осадити при підкисленні, що використовується в одному з процесів для отримання віскози. Пріліваніе етанолу до розчину викликає осадження [Cu (NH3) 4] SO4 · H2O. Перекристалізація тетрааммінов з концентрованого розчину аміаку приводить до утворення фіолетово-синіх пентааммінов, однак п'ятого молекула NH3, легко губиться. Гексаамміни можна отримати тільки в рідкому аміаку, і їх зберігають в атмосфері аміаку. Мідь (II) утворює плоско-квадратний комплекс з макроциклічні лігандом фталоціаніном. Його похідні використовуються для одержання ряду пігментів від синього до зеленого, які стійкі аж до 500 ° С і широко використовуються в чорнило, фарбах, пелюстках і навіть у кольорових цементах. [6]

Мідь має важливе біологічне значення. Її окислювально-відновні перетворення беруть участь у різних біохімічних процесах рослинного і тваринного світу.

Вищі рослини легко переносять порівняно велика надходження сполук міді з зовнішнього середовища, нижчі ж організми, навпаки, надзвичайно чутливі до цього елементу. Самі незначні сліди сполук міді їх знищують, тому розчини сульфату міді або їх суміші з гідроксидом кальцію (бордоська рідина) застосовують як протигрибкові засоби.

З представників тваринного світу найбільші кількості міді містяться в тілах восьминогів, устриць і інших молюсків. У їх крові вона відіграє ту ж роль, що залізо в крові інших тварин. У складі білка Гемоціанін вона бере участь у перенесення кисню. Неокисленого Гемоціанін безбарвний, а в окисленні стані він набуває блакитно-синє забарвлення. Тому не дарма кажуть, що у восьминогів - блакитна кров.

Організм дорослої людини містить близько 100 мг міді, зосередженої, в основному, в білках, тільки вміст заліза і цинку вище. Щоденна потреба людини у міді складає близько 3-5 мг. Дефіцит міді проявляється в анемії, однак надлишок міді також небезпечний для здоров'я.

Хімічні властивості міді.

Мідь - Електропозитивні метал. Відносну стійкість її іонів можна оцінити на підставі наступних даних:

Cu2 + + E