додати матеріал

приховати рекламу

Мідь

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Зміст
Вступ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1
Хімічні властивості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1
Мінерали ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
Мідні сплави ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 4
Марки мідних сплавів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
Мідно-цинкові сплави. Латуні ... ... ... ... ... ... 6
Олов'яні бронзи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
Алюмінієві бронзи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 8
Крем'янисті бронзи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9
Берилієві бронзи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
Мідь у промисловості ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9
Мідь у житті рослин і тварин ... ... ... ... ... 12
Мідь
Вступ
Мідь (лат. Cuprum) - хімічний елемент. Один із семи металів, відомих з глибокої давнини. За деякими археологічними даними мідь була добре відома єгиптянам ще за 4000 років до Р. Христова. Знайомство людства з міддю відноситься до більш ранньої епохи, ніж з залізом; це пояснюється, з одного боку, більш частим перебуванням міді у вільному стані на поверхні землі, а з іншого - порівняльної легкістю отримання її із з'єднань. Стародавня Греція та Рим отримували мідь з острова Кіпру (Cyprum), звідки й назва її Cuprum.
Мідь як художній матеріал використовується з мідного віку (прикраси, скульптура, начиння, посуд). Ковані та литі вироби з міді і сплавів прикрашаються карбуванням, гравіруванням і тисненням. Легкість обробки Міді (обумовлена ​​її м'якістю) дозволяє майстрам домагатися розмаїтості фактур, ретельності опрацювання деталей, тонкої моделировки форми. Вироби з Меді відрізняються красою золотистих або червонуватих тонів, а також властивістю знаходити блиск при шліфуванні. Мідь нерідко золотять, патинують, тонують, прикрашають емаллю. З 15 століття Мідь застосовується також для виготовлення друкарських форм.

Хімічні та фізичні властивості елемента

Мідь - хімічний елемент I групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер - 29, атомна маса - 63,546. Температура плавлення-1083 ° C; температура кипіння - 2595 ° C; щільність - 8,98 г / см 3. За геохімічної класифікації В.М. Гольдшмідт, мідь відноситься до халькофільних елементів з високою спорідненістю до S, Se, Te, що займає висхідні частини на кривій атомних обсягів.
Чиста мідь - тягучий, в'язкий метал червоного, в зламі рожевого кольору, в дуже тонких шарах на просвіт мідь виглядає зеленувато-блакитний. Ці ж кольори, характерні і для багатьох сполук міді, як у твердому стані, так і в розчинах.
Загальний вміст міді в земній корі порівняно невелика (0,01 вага%), однак вона частіше, ніж інші метали, зустрічається в самородному стані, причому самородки міді досягають значної величини. Цим, а також порівняльної легкістю обробки міді пояснюється те, що вона раніше інших металів була використана людиною.
Академіком В.І. Вернадським у першій половині 1930 р були проведені дослідження зміни ізотопного складу води, що входить до складу різних мінералів, і досліди з розділення ізотопів під впливом біогеохімічних процесів, що і було підтверджено подальшими ретельними дослідженнями. Як елемент непарний складається з двох непарних ізотопів 63 і 65 На частку ізотопу Cu (63) припадає 69,09%, процентний вміст ізотопу Cu (65) - 30,91%. У з'єднаннях мідь проявляє валентність +1 та +2, відомі також нечисленні з'єднання тривалентної міді.
До валентності 1 відносяться лише глибинні з'єднання, первинні сульфіди і мінерал Купрій - Cu2O. Всі інші мінерали, близько сотні відповідають валентності два. Радіус одновалентної міді +0.96. Величина атомного радіусу двухвалентной міді - 1,28; іонного радіуса 0,80.
Мідь - метал порівняно мало активний. У сухому повітрі та кисні при нормальних умовах мідь не окислюється. Вона досить легко вступає в реакції з галогенами, сіркою, селеном. А от з воднем, вуглецем і азотом мідь не взаємодіє навіть при високих температурах. Кислоти, що не володіють окисними властивостями, на мідь не діють.
Електронегативність атомів - здатність при вступі до з'єднання притягувати електрони. Електронегативність Cu 2 + - 984 кДж / моль, Cu + - 753 кДж / моль. Елементи з різко різної ЕО утворюють іонну зв'язок, а елементи з близькою ЕО - ковалентний. Сульфіди важких металів мають проміжну зв'язок, з більшою часткою ковалентного зв'язку (ЕО у S-1571, Cu-984, Pb-733). Мідь є амфотерним елементом - утворює в земній корі катіони й аніони.

Мінерали

Мідь входить більш ніж у 198 мінералів, з яких для промисловості важливі тільки 17, переважно сульфідів, фосфатів, силікатів, карбонатів, сульфатів. Головними рудними мінералами є халькопірит CuFeS 2, ковеллін CuS, борніт Cu 5 FeS 4, халькозин Cu 2 S.
Окисли: тенор, Купрій. Карбонати: малахіт, азурит. Сульфати: халькантіт, брошантіт. Сульфіди: ковеллін, халькозин, халькопірит, борніт.
Чиста мідь - тягучий, в'язкий метал червоного, в зламі рожевого кольору, в дуже тонких шарах на просвіт мідь виглядає зеленувато-блакитний. Ці ж кольори, характерні і для багатьох сполук міді, як у твердому стані, так і в розчинах.
Зниження забарвлення при підвищенні валентності видно з наступних двох прикладів:
CuCl - білий, Cu 2 O - червоний, CuCl 2 + H 2 O - блакитний, CuO - чорний
Карбонати характеризуються синім і зеленим кольором за умови утримання води.
Практичне значення мають: самородна мідь, сульфіди, сульфосолі і карбонати (силікати).
Мідні сплави
Для деталей машин використовують сплави міді з цинком, оловом, алюмінієм, кремнієм та ін (а не чисту мідь) через їх більшої міцності: 30-40 кгс / мм 2 у сплавів і 25-29 кгс / мм ^ 2 у технічно чистої міді.
Мідні сплави (крім берилієвої бронзи і деяких алюмінієвих бронз) не приймають термічної обробки, і їх механічні властивості і зносостійкість визначаються хімічним складом і його впливом на структуру. Модуль пружності мідних сплавів (900-12000 кгс / мм 2 нижче, ніж у сталі).
Основна перевага мідних сплавів - низький коефіцієнт тертя (що робить особливо раціональним застосуванням їх в парах ковзання), що поєднується для багатьох сплавів з високою пластичністю й гарною стійкістю проти корозії у ряді агресивних середовищ і хорошою електропровідністю.
Величина коефіцієнта тертя практично однакова у всіх мідних сплавів, тоді як механічні властивості і зносостійкість, а також поведінка в умовах корозії залежать від складу сплавів, а отже, від структури. Міцність вище у двофазних сплавів, а пластичність у однофазних.

Марки мідних сплавів.

Марки позначаються наступним чином.
Перші букви в марці означають: Л - латунь і Бр - бронза.
Літери, наступні за буквою Л в латуні або Бр. У бронзі, означають:
А - алюміній, Б - берилій, Ж - залізо, К - кремній, Мц - марганець,
Н - нікель, О - олово, С - свинець, Ц - цинк, Ф. - фосфор.
Цифри, вміщені після літери, вказують середнє процентний вміст елементів. Порядок розташування цифр, прийнятий для латуней, відрізняється від порядку, прийнятого для бронз.
У марках латуні перші дві цифри (після букви) вказують зміст основного компонента - міді. Останні цифри, відокремлюються один від одного через тире, вказують середній вміст легуючих елементів.
Ці цифри розташовані в тому ж порядку, як і літери, що вказують присутність у сплаві того чи іншого елемента. Таким чином вміст цинку в найменуванні марки латуні не вказується і визначається по різниці. Наприклад, Л68 означає латунь з 68% Cu (в середньому) і не має інших легуючих елементів, крім цинку, його зміст складає (по різниці) 32%. Лаж 60-1-1 означає латунь з 60% Cu, леговану алюмінієм (А) в кількості 1%, з залізом (Ж) у кількості 3% і марганцем (Мц) у кількості 1%. Вміст цинку (у середньому) визначається вирахуванням з 100% суми відсотків вмісту міді, алюмінію, заліза і марганцю.
У марках бронзи (як і в сталях) зміст основного компонента - міді - не вказується, а визначається по різниці. Цифри після букв, відокремлюються один від одного через тире, вказують середній вміст легуючих елементів; цифри розташовані в тому ж порядку, як і літери, що вказують на легування бронзи тим чи іншим компонентом.
Наприклад, Бр.ОЦ10-2 означає бронзу з вмістом олова (О) ~ 4% і цинку (Ц) ~ 3%. Зміст міді визначається по різниці (з 100%). Бр.АЖНЮ-4-4 означає бронзу з 10% Al, 4% Fe і 4% Ni (і 82% Cu). Бр. КМц3-1 означає бронзу з 3% Si, і 1% Mn (і 96% Cu).

Мідно-цинкові сплави. Латуні

За хімічним складом розрізняють латуні прості і складні, а за структурою - однофазні і двофазні. Прості латуні легується одним компонентом: цинком.
Однофазні прості латуні мають високу пластичність; вона найбільша у латуней з 30-32% цинку (латуні Л70, Л67). Латуні з більш низьким вмістом цинку (томпаку і полутомпакі) поступаються латунями Л68 і Л70 в пластичності, але перевершують їх в електро-та теплопровідності. Вони поставляються в прокаті та поковках.
Двофазні прості латуні мають хороші ковкість (але головним чином при нагріванні) і підвищені ливарні властивості і використовуються не тільки у вигляді прокату, а й у виливках. Пластичність їх нижче ніж у однофазних латуней, а міцність і зносостійкість вище за рахунок впливу більш твердих частинок другої фази.
Міцність простих латуней 30-35 кгс / мм 2 при однофазної структурі і 40-45 кгс / мм 2 при двофазної. Міцність однофазної латуні може бути значно підвищена холодною пластичною деформацією. Ці латуні мають достатню стійкість в атмосфері води і пари (за умови зняття напружень, створюваних холодної деформацією).
Олов'яні бронзи
Однофазні та двофазні бронзи перевершують латуні в міцності і опорі корозії (особливо в морській воді).
Однофазні бронзи в катанні стані, особливо після значної холодної пластичної деформації, мають підвищені міцнісні і пружні властивості.
Для двофазних бронз характерна більш висока зносостійкість.
Важлива перевага двофазних оловяністих бронз - високі ливарні властивості; вони отримують при литті найбільш низький коефіцієнт усадки в порівнянні з іншими металами, у тому числі чавунами. Олов'яні бронзи застосовують для литих деталей складної форми. Однак для арматури котлів і подібних деталей вони використовуються лише у випадку невеликих тисків пари. Недолік виливків з олов'яних бронз - їх значна микропористая. Тому для роботи при підвищених тисках пари вони все більше замінюються алюмінієвими бронзами.
Через високу вартість олова частіше використовують бронзи, в яких частина олова замінена цинком (або свинцем).
Алюмінієві бронзи
Ці бронзи (однофазні і двофазні) все більш широко замінюють латуні і олов'яні бронзи.
Однофазні бронзи в групі мідних сплавів мають найбільшу пластичність. Їх використовують для листів (у тому числі невеликої товщини) і штампування зі значною деформацією. Після сильної холодної пластичної деформації досягаються підвищені міцність і пружність. Двофазні бронзи піддають гарячої деформації або застосовують у вигляді відливок. У алюмінієвих бронз ливарні властивості (жидкотекучесть) нижче, ніж в олов'яних; коефіцієнт усадки більше, але вони не утворюють пористості, що забезпечує отримання більш щільних виливків. Ливарні властивості поліпшуються введенням в зазначені бронзи невеликих кількостей фосфору. Бронзи в виливках використовують, зокрема, для котельні арматури порівняно простої форми, але працює при підвищених напругах.
Крім того, алюмінієві двофазні бронзи, мають більш високі міцнісні властивості, ніж латуні і олов'яні бронзи. У складних алюмінієвих бронз, які містять нікель і залізо, міцність становить 55-60 кгс / мм 2.
Всі алюмінієві бронзи, як і олов'яні, добре стійкі проти корозії у морській воді і у вологій тропічної атмосфері.
Алюмінієві бронзи використовують у суднобудуванні, авіації, і т.д. У вигляді стрічок, листів, дроту їх застосовують для пружних елементів, зокрема для струмоведучих пружин.
                                       
Крем'янисті бронзи
Застосування кременистих бронз обмежено. Використовуються однофазні бронзи як більш пластичні. Вони перевершують алюмінієві бронзи і латуні в міцності та стійкості в лужних (в тому числі стічних) середовищах.
Ці бронзи застосовують для арматури і труб, які працюють у зазначених середовищах.
Крем'янисті бронзи, додатково леговані марганцем, в результаті сильної холодної деформації набувають підвищені міцність і пружність і у вигляді стрічки або дроту використовуються для різних пружних елементів.
Берилієві бронзи
Берилієві бронзи поєднують дуже високу міцність (до 120 кгс / мм 2) і корозійну стійкість з підвищеною електропровідністю.
Однак ці бронзи з-за високої вартості берилію використовують лише для особливо відповідальних випадках у виробах невеликого перерізу у вигляді стрічок, дроту для пружин, мембран, сильфонів і контактах в електричних машинах, апаратах і приладах.
Зазначені властивості берилієві бронзи виходять після гартування і старіння, тому що розчинність берилію в міді зменшується з пониженням температури.
Виділення при старінні частинок хімічної сполуки CuBe підвищує міцність і зменшує концентрацію берилію в розчині міді.
Мідь у промисловості
В даний час мідь добувають з руд. Останні, в залежності від характеру входять до їх складу з'єднань, підрозділяють на оксидні і сульфідні. Сульфідні руди мають найбільше значення, оскільки з них виплавляється 80% всієї міді.
Найважливішими мінералами, що входять до складу мідних руд, є: халькозин або мідний блиск - Cu 2 S; халькопірит або мідний колчедан - CuFeS 2; малахіт - (CuOH) 2 CO 3. Мідні руди, як правило, містять велику кількість порожньої породи, так що безпосереднє отримання з них міді економічно невигідно. Тому в металургії міді особливо важливу роль відіграє збагачення (зазвичай флотаційний метод), що дозволяє використовувати руди з невеликим вмістом міді.
Виплавка міді їх її сульфідних руд або концентратів представляє собою складний пpо-цес. Зазвичай він складається з наступних операцій:
· Випал
· Плавка
· Конвертування
· Вогневе рафінування
· Електролітичне рафінування
У ході випалення велика частина сульфідів пpімесних елементів перетворюється в оксиди. Так, головна домішка більшості мідних руд, пірит - FeS 2 - перетворюється на Fe 2 O 3. Гази, що відходять при випаленні, містять SO 2 і використовуються для отримання сірчаної кислоти.
Що виходять в ході випалення оксиди заліза, цинку та інших домішок відокремлюються у вигляді шлаку при плавці. Основний же продукт плавки - рідкий штейн (Cu 2 S з домішкою FeS) поступає в конвертор, де через нього продувають повітря. У ході конвертації виділяється діоксид сірки і виходить чорнова або сира мідь.
Для вилучення цінних супутників (Au, Ag, Te і ін) і для видалення шкідливих домішок чорнова мідь піддається вогневому, а потім електролітичному рафінуванню. У ході вогневого рафінування рідка мідь насичується киснем. При цьому домішок заліза, цинку, кобальту окислюються, переходять в шлак і видаляються. Мідь ж розливають у форми. Отримувані виливки служать анодами при електролітичному рафінуванні.
Чиста мідь - тягучий в'язкий метал світло-рожевого кольору, легко пpокативаемий в тонкі листи. Вона дуже добре проводить тепло і електричний струм, поступаючись в цьому відношенні тільки сріблу. У сухому повітрі мідь майже не змінюється, тому що утворюється на її поверхні найтонша плівка оксидів надає міді більш темний колір і також служить хорошим захистом від подальшого окислення. Але в присутності вологи і діоксиду вуглецю поверхню міді покривається зеленуватим нальотом гідpоксокаpбоната міді - (CuOH) 2 CO 3. При нагріванні на повітрі в інтервалі температур 200-375 o C мідь окислюється до чорного оксиду міді (II) CuO. При більш високих температурах на її поверхні утворюється двошарова окалина: поверхневий шар являє собою оксид міді (II), а внутрішній - червоний оксид міді (I) - Cu 2 O.
Мідь широко використовується в промисловості через:
· Високою теплопровідності
· Високою електропровідності
· Ковкості
· Хороших ливарних якостей
· Великого опору на розрив
· Хімічної стійкості
Близько 40% міді йде на виготовлення різних електричних проводів і кабелів. Широке застосування в машинобудівній промисловості та електротехніці знайшли різні сплави міді з іншими речовинами. Найбільш важливі з них є латуні (сплав міді з цинком), меднонікелівие сплави та бронзи.
Всі мідні сплави мають високу стійкість проти атмосферної корозії.
У хімічному відношенні мідь - малоактивний метал. Однак з галогенами вона реагує вже при кімнатній температурі. Наприклад, з вологим хлором вона утворює хлорид - CuCl 2. При нагріванні мідь взаємодіє і з сіркою, утворюючи сульфід - Cu 2 S.
Перебуваючи в ряду напруги після водню, мідь не витісняє його з кислот. Тому соляна і розбавлена ​​сірчана кислоти на мідь не діють. Однак у присутності кисню мідь розчиняється в цих кислотах з утворенням відповідних солей:
2Cu + 4HCl + O 2 -> 2CuCl 2 + 2H 2 O
Летючі з'єднання міді забарвлюють не світяться полум'я газового пальника в синьо-зелений колір.
Сполуки міді (I) у загальному менш стійкі, ніж сполуки міді (II), оксид Cu 2 O 3 та його похідні дуже нестійкі. У парі з металевою міддю Cu 2 O застосовується в купоросні випрямлячах змінного струму.
Оксид міді (II) (окис міді) - CuO - чорна речовина, що зустрічається в природі (наприклад у вигляді мінералу тенеpіта). Його легко можна отримає прокаливанием гідpоксокаpбоната міді (II) (CuOH) 2 CO 3 або нітрату міді (II) - Cu (NO 3) 2. При нагріванні з різними органічними речовинами CuO окисляє їх, перетворюючи вуглець в діоксид вуглецю, а водень - у воду і відновлюючись при цьому в металеву мідь. Цією реакцією користуються при елементарному аналізі органічних речовин для визначення вмісту в них вуглецю і водню.
Гідроксокарбонат міді (II) - (CuOH) 2 CO 3 - зустрічається в природі у вигляді мінералу малахіту, що має гарний смарагдово-зелений колір, застосовується для отримання хлориду міді (II), для приготування синіх і зелених мінеральних фарб, а також в піротехніці.
Сульфат міді (II) - CuSO 4 - у безводному стані являє собою білий порошок, який при поглинанні води синіє. Тому він застосовується для виявлення слідів вологи в органічних рідинах.
Змішаний ацетат-арсеніт міді (II) - Cu (CH 3 COO) 2 • Cu 3 (AsO 3) 2 - застосовується під назвою "паризька зелень" для знищення шкідників рослин.
З солей міді виробляють велику кількість мінеральних фарб, різноманітних за кольором: зелених, синіх, коричневих, фіолетових і чорних. Усі солі міді отруйні, тому мідний посуд лудять - покривають всередині шаром олова, щоб запобігти можливість утворення мідних солей.
Хаpактеpно властивість двозарядних іонів міді - їх здатність з'єднуватися з молекулами аміаку з утворенням комплексних іонів.
Мідь належить до числа мікроелементів. Таку назву отримали Fe, Cu, Mn, Mo, B, Zn, Co у зв'язку з тим, що малі кількості їх необхідні для нормальної життєдіяльності рослин.

Мідь у житті рослин і тварин
Мідь - необхідний для рослин і тварин мікроелемент. Основна біохімічна функція Міді - участь у ферментативних реакціях в якості активатора або в складі медьсодержащих ферментів. Кількість Міді в рослинах коливається від 0,0001 до 0,05% (на суху речовину) і залежить від виду рослини і змісту Міді в грунті. У рослинах Мідь входить до складу ферментів-оксидів і білка пластоціанін. В оптимальних концентраціях Мідь підвищує холодостійкість рослин, сприяє їх росту та розвитку. Серед тварин найбільш багаті Міддю деякі безхребетні (у молюсків і ракоподібних в гемоцианин міститься 0,15 - 0,26% Міді). Надходячи з їжею, Мідь всмоктується в кишечнику, зв'язується з білком сироватки крові - альбуміном, потім поглинається печінкою, звідки у складі білка церулоплазміну повертається в кров і доставляється до органів і тканин.
Зміст Міді у людини коливається (на 100 г сухої маси) від 5 мг в печінці до 0,7 мг на кістках, в рідинах тіла - від 100 мкг (на 100 мл) в крові до 10 мкг в спинномозковій рідині; всього Міді в організмі дорослої людини близько 100 мг. Мідь входить до складу ряду ферментів (наприклад, тирозинази, цитохромоксидази), стимулює кровотворну функцію кісткового мозку. Малі дози Міді впливають на обмін вуглеводів (зниження вмісту цукру в крові), мінеральних речовин (зменшення в крові кількості фосфору) та інших. Збільшення вмісту Міді в крові призводить до перетворення мінеральних сполук заліза в органічні, стимулює використання накопиченого в печінці заліза при синтезі гемоглобіну.
При недоліку міді злакові рослини вражаються так званої хворобою обробки, плодові - екзантеми; у тварин зменшуються всмоктування і використання заліза, що призводить до анемії, що супроводжується проносом і виснаженням. Застосовуються мідні мікродобрива і підгодівля тварин солями Меді. Отруєння Міддю призводить до анемії, захворювання печінки, хвороби Вільсона. У людини отруєння виникає рідко завдяки тонким механізмам всмоктування і виведення Меді. Проте у великих дозах Мідь викликає блювоту; при всмоктуванні Міді може настати загальне отруєння (пронос, ослаблення дихання та серцевої діяльності, задуха, коматозний стан).
У медицині сульфат міді застосовують як антисептичний і в'яжучий засіб у вигляді очних крапель при кон'юнктивітах і очних олівців для лікування трахоми. Розчин сульфату міді використовують також при опіках шкіри фосфором. Іноді сульфат міді застосовують як блювотний засіб. Нітрат Міді вживають у вигляді очної мазі при трахомі і кон'юнктивітах.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат | 43.8кб. | скачати

Схожі роботи:
Мідь і е властивості
Мідь і її властивості
Хімічний елемент Мідь
Мідь в організмі людини
Мідь і е природні сполуки синтез малахіту
Діаграма стану системи алюміній мідь
Мідь і її природні сполуки синтез малахіту
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru