додати матеріал


Мідь і е природні сполуки синтез малахіту

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

скачати

Мета роботи.. 2
Літературний огляд.. 3
Введення .. 3
Властивості Міді .. 5
Хімічні властивості міді .. 7
Малахіт .. 10
Малахіт як мінерал .. 12
Малахіт як прикраса .. 14
Штучний малахіт .. 15
Природні сполуки міді .. 18
З'єднання Міді (1):. 18
З'єднання Міді (II). 19
Експериментальна частина.. 20
Хід роботи.. 21
Висновок.. 22
Література.. 23

 

Мета роботи.

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

 

Літературний огляд.

Мідь та її природні сполуки.

Введення.


Мідь - елемент 1В групи Періодичної системи, щільність 8,9 г см -3, один з перших 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 виготовлені перші металеві знаряддя праці. У індіанців, що 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 отримувати 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 перше місце. Так почався "бронзовий вік".
Вироби з бронзи були у ассірійців, єгиптян, індусів та інших народів давнини. Однак цільні бронзові статуї стародавні майстри навчилися відливати не раніше 5 ст. 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 в 223 н.е.
Предки древніх слов'ян, які жили в басейні Дону і в Придніпров'ї, застосовували мідь для виготовлення зброї, прикрас і предметів домашнього ужитку. Російське слово «мідь», на думку деяких дослідників, походить від слова «Демида», яке у древніх племен, що населяли Східну Європу, позначало метал взагалі.
Символ Cu походить від латинського aes cyproum (пізніше, Cuprum), так як на Кіпрі (Cyprus) знаходилися мідні рудники древніх римлян. Відносний вміст 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 CuFeS 2, який, за оцінками, становить близько 50% всіх родовищ цього елемента, мідний блиск (халькоціт) Cu 2 S, Купрій Cu 2 O і малахіт Cu 2 CO 3 (OH) 2. Великі родовища мідних руд знайдені 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 у Петербург. 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 проводиться 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 м 3 та вантажівки вантажопідйомністю до 250 т. Сировина розмелюють і концентрують (до змісту 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 з'являтися у вигляді:
2CuFeS 2 + 5O 2 + 2SiO 2 = 2Cu + 2FeSiO 3 + 4SO 2
Cu +1 + 1e - = Cu 0 |
Fe +3 + 1e - = Fe +2 | -10 e -
2S -2 - 12E - = 2S +4 |
O 2 + 4e - = 2O -2
Більшу частину отриманої чорнової міді очищають електрохімічним методом, переливаючись з неї аноди, які потім підвішують у підкисленою розчині сульфату міді CuSO 4, а катоди покривають листами очищеної міді. У процесі електролізу чиста 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 є вторинну мідь, виплавлену з брухту. Річне виробництво нового металу становить 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 Меді.

У вигляді простої речовини мідь має характерною червонуватою забарвленням. Мідь метал м'який і пластичний. За електро-та теплопровідності мідь поступається тільки сріблу. Металева мідь, як і срібло, володіє антибактеріальними 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 неокісляющуюся кислотами. Метал розчиняється в гарячій концентрованої сірчаної кислоти, а також в розведеною та концентрованої азотної кислоти. Крім того, мідь можна перевести в розчин дією водних розчинів ціанідів або аміаку:
2Cu + 8NH 3 · H 2 O + O 2 = 2 [Cu (NH 3) 4] (OH) 2 + 6H 2 O
Відповідно до положення міді в Періодичній системі, 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 переносу електрона, можливо, бере участь мідь (III). Цей ступінь окислення рідко зустрічається і дуже легко знижується під дією навіть слабких відновників. Відомо кілька з'єднань міді (+ IV).
При нагріванні металу на повітрі або в кисні утворюються оксиди міді: жовтий або червоний Cu 2 O та чорний CuO. Підвищення температури сприяє утворенню переважно оксиду міді (I) Cu 2 O. У лабораторії цей оксид зручно отримувати відновленням лужного розчину солі міді (II) глюкозою, гідразином або гідроксиламіном:
2CuSO 4 + 2NH 2 OH + 4NaOH = Cu 2 O + N 2 + 2Na 2 SO 4 + 5H 2 O
Ця реакція - основа чутливого тесту Фелінга на цукру і інші відновники. До випробують речовини додають розчин солі міді (II) в лужному розчині. Якщо речовина є відновником, з'являється характерний червоний осад. [5]
Оскільки катіон Cu + у водному розчині нестійкий, при дії кислот на Cu 2 O відбувається або дисмутації, або комплексоутворення:
Cu 2 O + H 2 SO 4 = Cu + CuSO 4 + H 2 O
Cu 2 O + 4HCl = 2 H [CuCl 2] + H 2 O
Оксид Cu 2 O помітно взаємодіє з лугами. При цьому утворюється комплекс:
Cu 2 O + 2NaOH + H 2 O = 2Na [Cu (OH) 2]
Для отримання оксиду міді (II) CuO найкраще використовувати розкладання
нітрату або основного карбонату міді (II):
2Cu (NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O
Оксиди міді не розчиняються 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 амфотерні властивості (здатність хімічних сполук проявляти або основні, або кислотні властивості), можна розчинити не тільки в кислотах, але і в концентрованих лугах. При цьому утворюються темно-сині розчини, які містять частки типу [Cu (OH) 4] 2 -. Гідроксид міді (II) розчиняється також у розчині аміаку:
Cu (OH) 2 + 4NH 3 H 2 O = [Cu (NH 3) 4] (OH) 2 + 4H 2 O
Гідроксид міді (II) термічно нестійкий і при нагріванні розкладається:
Cu (OH) 2 = CuO + H 2 O
Є відомості про існування темно-червоного оксиду Cu 2 O 3, що утворюється при дії K 2 S 2 O 8 на Cu (OH) 2. Він є сильним окислювачем, при нагріванні до 400 ° С розкладається на CuO і О 2.
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 (H 2 O) 4] 2 +. Вони часто кристалізуються у вигляді гідратів. Водні розчини в невеликій мірі 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 основне 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. У залежності від способу отримання вона може бути зеленого або блакитного кольору. Нею були пофарбовані стіни царських палат в Коломенському в Москві.
Найбільш відому просту сіль - пентагідрат сульфату міді (II) CuSO 4 · 5H 2 O - часто називають мідним купоросом. Слово купорос, мабуть, походить від латинського Cipri Rosa - троянда Кіпру. У Россі мідний купорос називали синім, кіпрським, потім турецьким. Те, що купорос містить мідь, було вперше встановлено в 1644 Ван Гельмонтом. У 1848 Р. Глаубер вперше отримав мідний купорос з міді та сірчаної кислоти. Сульфат міді широко використовується в електролітичних процесах, при очищенні води, для захисту рослин. Він є вихідною речовиною для одержання багатьох інших сполук 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 обложити при підкисленні, що використовується в одному з процесів для отримання віскози. Пріліваніем етанолу до розчину викликає осадження [Cu (NH 3) 4] SO 4 · H 2 O. Перекристалізація тетрааммінов з концентрованого розчину аміаку приводить до утворення фіолетово-синіх пентааммінов, проте п'ята молекула NH 3, легко губиться. Гексаамміни можна отримати тільки в рідкому аміаку, і їх зберігають в атмосфері аміаку. Мідь (II) утворює плоско-квадратний комплекс з макроциклічних лігандів фталоцианинов. Його похідні використовуються для одержання ряду пігментів від синього до зеленого, які стійкі аж до 500 ° С і широко використовуються в чорнилі, фарбах, пластиках і навіть у кольоровому цементі. [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 велике 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 у крові інших тварин. У складі білка гемоцианин вона бере участь в переносі кисню. Неокислених гемоцианин безбарвний, а в окисленому стані він набуває блакитно-синього 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, проте надлишок міді також небезпечний для здоров'я.

Хімічні властивості міді.

Мідь - електропозитивних метал. Відносну стабільність її іонів можна оцінити на підставі наступних даних:
Cu 2 + + e → Cu + E0 = 0,153 B,
Сu + + е → Сu 0 E0 = 0,52 В,
Сu 2 + + 2е → Сu 0 E0 = 0,337 В.
Мідь витісняється зі своїх солей більше електронегативними елементами і не розчиняється в кислотах, що не є окислювачами. Мідь розчиняється в азотній кислоті з утворенням Cu (NO 3) 2 та оксидів азоту, в гарячій конц. H 2 SO 4 - з утворенням CuSO 4 і SO 2. У нагрітої розведеною H 2 SO 4 мідь розчиняється тільки при продуванні через розчин повітря.
Хімічна активність міді невелика, при температурах нижче 185 ° С з сухим повітрям і киснем не реагує. У присутності вологи і СО 2 на поверхні міді утворюється зелена плівка основного карбонату. При нагріванні міді на повітрі йде поверхневе окислення; нижче 375 ° С утворюється СuО, а в інтервалі 375-1100 ° С при неповному окисненні міді - двошарова окалина (СuО + Сu 2 О). Вологий хлор взаємодіє з міддю вже при кімнатній температурі, утворюючи хлорид міді (II), добре розчинний у воді. Мідь реагує і з іншими галогенами.
Особливу спорідненість проявляє мідь до сірки: у парах сірки вона горить. З воднем, азотом, вуглецем мідь не реагує навіть при високих температурах. Розчинність водню у твердій міді незначна і при 400 ° С становить 0,06 г в 100 г міді. Присутність водню в міді різко погіршує її механічні властивості (так звана "воднева хвороба"). При пропущенні аміаку над розпеченою міддю утворюється Cu 2 N. Вже при температурі розжарювання мідь піддається впливу оксидів азоту: N2O і NO взаємодіють з утворенням Сu 2 О, a NO 2 - з утворенням СuО. Карбіди Сu 2 З 2 і СuС 2 можуть бути отримані дією ацетилену на аміачні розчини солей міді. Окислювально-відновні рівноваги в розчинах солей міді в обох ступенях окислення ускладнюються легкістю диспропорціонування міді (I) в мідь (0) і мідь (II), тому комплекси міді (I) зазвичай утворюються тільки в тому випадку, якщо вони нерозчинні (наприклад, CuCN і Cul) або якщо зв'язок метал-ліганд має ковалентний характер, а просторові чинники сприятливі.
Мідь (II). Двозарядний позитивний іон міді є її найбільш поширеним станом. Більшість сполук міді (I) дуже легко окислюється у сполуки двухвалентной міді, але подальше окислення до міді (Ш) ускладнене.
Конфігурація 3d 9 робить іон міді (II) легко деформується, завдяки чому він утворює міцні зв'язки з серосодержащими реагентами (ДДТК, етілксантогенатом, рубеановодневої кислотою, дитизоном). Основним координаційним поліедрів для двухвалентной міді є симетрично подовжена квадратна біпіраміда. Тетраедрично координація для міді (П) зустрічається досить рідко і в з'єднаннях з тіолами, мабуть, не реалізується.
Більшість комплексів міді (II) має октаедричні структуру, в якій чотири координаційних місця зайняті лігандами, розташованими до металу ближче, ніж два інших ліганда, що знаходяться вище і нижче металу. Стійкі комплекси міді (II) характеризуються, як правило, плоскоквадратной або октаедричній конфігурацією. У граничних випадках деформації октаедричні конфігурація перетворюється на плоскоквадратную. Велике аналітичне застосування мають зовнішньосферно комплекси міді.
Гідроксид міді (II) Сu (ОН) 2 у вигляді об'ємистого осаду блакитного кольору може бути отриманий при дії надлишку водного розчину лугу на розчини солей міді (II). ПР (Сu (ОН) -) = 1,31.10 -20. У воді цей осад малорастворим, а при нагріванні переходить в СuО, отщепляя молекулу води. Гідроксид міді (II) має слабо вираженими амфотерними властивостями і легко розчиняється у водному розчині аміаку з утворенням осаду темно-синього кольору. Осадження гідроксиду міді відбувається при рН 5,5.
Послідовні значення констант гідролізу для іонів міді (II) рівні: рК 1 гідр = 7,5; рК 2 гідр = 7,0; рК 3 гідр = 12,7; рК 4 гідр = 13,9. Звертає на себе увагу незвичайне співвідношення pK1гідр> рК 2 гідр. Значення рК = 7,0 цілком реально, так як рН повного осадження Сu (ОН) 2 одно 8-10. Однак рН початку осадження Сu (ОН) 2 одно 5,5, тому величина рК1гндр = 7,5, очевидно, завищена
Мідь (III). Доведено, що мідь (III) з конфігурацією 3d 8 може існувати в кристалічних з'єднаннях і в комплексах, утворюючи аніони - купрати. Купрати деяких лужних і лужноземельних металів можна отримати, наприклад, нагріванням суміші оксидів в атмосфері кисню. КСuО 2 - це діамагнітне з'єднання блакитно-сталевого кольору.
При дії фтору на суміш КСl і СuСl 2 утворюються світло-зелені кристали парамагнітного з'єднання До 3 СuF 6.
При окисленні лужних розчинів міді (II), що містять перйодатом або теллурати, гіпохлоритом або іншими окислювачами утворюються діамагнітні комплексні солі складу K 7 [Cu (IO 6) 2] 7 H 2 O. Ці солі є сильними окислювачами і при підкисленні виділяють кисень.
Сполуки міді (Ш). При дії спиртового розчину лугу та пероксиду водню на охолоджений до 50 ° спиртовий розчин хлориду міді (II) випадає коричнево-чорний осад пероксиду міді СuО 2. Це поєднання в гідратованої формі можна отримати при дії пероксиду водню на розчин солі сульфату міді, що містить в невеликих кількостях Na 2 CO 3. Суспензія Сu (ОН) 2 в розчині КОН взаємодіє з хлором, утворюючи осад Сu 2 О 3 червоного кольору, частково переходить у розчин.

Малахіт.


Малахіт - є з'єднанням міді, склад природного малахіту нескладний: це основний карбонат міді (СuОН) 2 СО 3, або СuСО 3 · Сu (ОН) 2. Це з'єднання термічно нестійка і легко розкладається при нагріванні, навіть не дуже сильному. Якщо нагріти малахіт вище 200 о С, він почорніє і перетвориться на чорний порошок оксиду міді, одночасно виділяться пари води і вуглекислий газ: (СuОН) 2 СО 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O. Однак отримати знову малахіт - дуже важке завдання: це не могли зробити протягом багатьох десятиліть, навіть після успішного синтезу алмазу. Непросто отримати навіть з'єднання того ж складу, що і малахіт. Якщо злити розчини сульфату міді і карбонату натрію, то вийде пухкий об'ємистий блакитний осад, дуже схожий на гідроксид міді Сu (OH) 2; одночасно виділиться вуглекислий газ. Але приблизно через тиждень пухкий блакитний осад сильно ущільниться і прийме зелений колір. Повторення досвіду з гарячими розчинами реагентів призведе до того, що ті ж зміни з осадом відбудуться вже через годину.
Реакцію солей міді з карбонатами лужних металів вивчали багато хіміки різних країн, проте результати аналізу отриманих опадів у різних дослідників розрізнялися і іноді істотно. Якщо взяти занадто багато карбонату, осад взагалі не випаде, а вийде розчин красивого синього кольору, у якому мідь у вигляді комплексних аніонів, наприклад, [Cu (CO 3) 2] 2 -. Якщо карбонату взяти менше, випадає об'ємистий желеподібний осад світло-синього кольору, спінений бульбашками вуглекислого газу. Подальші перетворення залежать від співвідношення реагентів. При надлишку СuSО 4, навіть невеликому, осад з часом не змінюється. При надлишку ж карбонату натрію синій осад через 4 дні різко (в 6 разів) зменшується в об'ємі і перетворюється на кристали зеленого кольору, які можна відфільтрувати, висушити і розтерти в тонкий порошок, який за складом близький до малахіту. Якщо збільшити концентрацію СuSO 4 від 0,067 до 1,073 моль / л (при невеликому надлишку Nа 2 СО 3), то час переходу синього осаду в зелені кристали зменшується від 6 днів до 18 годин. Очевидно, в блакитному студне з часом утворюються зародки кристалічної фази, які поступово зростають. А зелені кристали набагато ближче до малахіту, ніж безформний холодець.
Таким чином, щоб отримати осад певного складу, відповідного малахіту, треба взяти 10%-ний надлишок Nа 2 СО 3, високу концентрацію реагентів (близько 1 моль / л) і витримувати синій осад під розчином до його переходу в зелені кристали. До речі, суміш, що отримується додаванням соди до мідного купоросу, здавна використовували проти шкідливих комах у сільському господарстві під назвою «бургундська суміш».
Відомо, що розчинні сполуки міді отруйні. Основний карбонат міді розчинимо, але в шлунку під дією соляної кислоти він легко переходить у розчинний хлорид: (СuОН) 2 СО 3 + 2HCl = 2CuCl 2 + CO 2 + H 2 O. Чи небезпечний в такому випадку малахіт? Колись вважалося дуже небезпечним вколотися мідної шпилькою або шпилькою, кінчик якої позеленів, що вказувало на освіту солей міді - головним чином основного карбонату під дією вуглекислого газу, кисню і вологи повітря. У дійсності токсичність основного карбонату міді, в тому числі і того, який у вигляді зеленої патини утворюється на поверхні мідних і бронзових виробів, дещо перебільшена. Як показали спеціальні дослідження, смертельна для половини піддослідних щурів доза основного карбонату міді становить 1,35 г на 1 кг маси для самця і 1,5 г - для самок. Максимальна безпечна одноразова доза складає 0,67 г на 1 кг. Звичайно, людина - не щур, але і малахіт - явно не ціаністий калій. І важко уявити, щоб хто-небудь з'їв півсклянки розтертого в порошок малахіту. Те ж можна сказати про основний ацетат міді (історична назва - ярь-мідянка), який виходить при обробці основного карбонату оцтовою кислотою і використовується, зокрема, як пестицид. Значно небезпечніше інший пестицид, відомий під назвою «паризька зелень», який являє собою суміш основного ацетату міді з її арсенатів Cu (AsO 2) 2.
Хіміків давно цікавило питання - існує чи не основною, а простий карбонат міді СuСО 3. У таблиці розчинності солей на місці СuCO 3 коштує прочерк, що означає одне з двох: або ця речовина повністю розкладається водою, або його зовсім не існує. Дійсно, протягом цілого століття нікому не вдавалося отримати це речовина, і у всіх підручниках писали, що карбонат міді не існує. Проте в 1959 ця речовина було отримано, хоча й за особливих умовах: при 150 ° С в атмосфері вуглекислого газу під тиском 60-80 атм.

Малахіт як мінерал.

Природний малахіт завжди утворюється там, де є поклади мідних руд, якщо ці руди залягають в карбонатних породах - вапняках, доломітах та ін Часто це сульфідні руди, з яких найбільш поширені халькозин (інша назва - халькокіт) Cu 2 S, халькопірит CuFeS 2, борніт Cu 5 FeS 4 або 2Cu 2 S · CuS · FeS, ковеллін CuS. При вивітрюванні мідної руди під дією підземних вод, у яких розчинені кисень і вуглекислий газ, мідь переходить в розчин. Цей розчин, що містить іони міді, повільно просочується через пористий вапняк і реагує з ним з утворенням основного карбонату міді - малахіту. Іноді крапельки розчину, випаровуючись в порожнинах, утворюють натікання, щось на кшталт сталактитів і сталагмітів, тільки не кальцитових, а малахітових. Всі стадії утворення цього мінералу добре видно на стінках величезного міднорудної кар'єра глибиною до 300 - 400 м в провінції Катанга (Заїр). Мідна руда на дні кар'єру дуже багата - містить до 60% міді (в основному у вигляді халькозину). Халькозин - темно-сріблястий мінерал, але у верхній частині рудного пласта всі його кристалики позеленіли, а порожнечі між ними заповнилися суцільний зеленою масою - малахітом. Це було саме в тих місцях, де поверхневі води проникали через породу, що містить багато карбонатів. При зустрічі з халькозином вони окислюються сірку, а мідь у вигляді основного карбонату осідала тут же, поруч із зруйнованим кришталиком халькозину. Якщо ж поблизу була порожнеча в породі, малахіт виділявся там у вигляді красивих напливів. [9]
Отже, для утворення малахіту потрібно сусідство вапняку і мідної руди. А чи не можна використовувати цей процес для штучного отримання малахіту в природних умовах? Теоретично в цьому немає нічого неможливого. Було, наприклад, запропоновано використовувати такий прийом: в відслужили своє підземні виробки мідної руди засипати дешевий вапняк. У міді теж не буде недоліку, тому що навіть при зробленому технології видобутку неможливо обійтися без втрат. Для прискорення процесу до вироблення треба підвести воду. Скільки може продовжитися такий процес? Зазвичай природне утворення мінералів - процес вкрай повільний і йде тисячоліттями. Але іноді кристали мінералів ростуть швидко. Наприклад, кристали гіпсу можуть у природних умовах рости зі швидкістю до 8 мкм на добу, кварцу - до 300 мкм (0,3 мм), а залізний мінерал гематит (кровавік) може за одну добу вирости на 5 см. Лабораторні дослідження показали, що і малахіт може рости зі швидкістю до 10 мкм на добу. При такій швидкості в сприятливих умовах десятисантиметрові кірка чудового самоцвіту виросте років за тридцять - це не такий вже великий термін: навіть лісопосадки розраховані на 50, а то й на 100 років і навіть більше.
Однак бувають випадки, коли знахідки малахіту в природі нікого не тішать. Наприклад, в результаті багаторічної обробки грунтів виноградників бордоської рідиною під орним шаром іноді утворюються справжні малахітові зерна. Виходить цей рукотворний малахіт так само, як і природний: бордоська рідина (суміш мідного купоросу з вапняним молоком) просочується в грунт і зустрічається з вапняними відкладеннями під нею. У результаті вміст міді в грунті може досягати 0,05%, а в золі виноградного листя - більше 1%!
Утворюється малахіт і на виробах з міді та її сплавів - латуні, бронзи. Особливо швидко такий процес йде у великих містах, в яких повітря містить оксиди сірки та азоту. Ці кислотні агенти, спільно з киснем, вуглекислим газом і вологою, сприяють корозії міді та її сплавів. При цьому колір утворюється на поверхні основного карбонату міді відрізняється землистим відтінком.
Малахіту в природі часто супроводжує синій мінерал азурит - мідна лазур. Це теж основний карбонат міді, але іншого складу - 2СuСО 3 · Сu (ОН) 2. Азуріт і малахіт нерідко знаходять разом; їх полосчатиє зрощення називають азуромалахітом. Азуріт менш стійкий і у вологому повітрі поступово зеленіє, перетворюючись на малахіт. Таким чином, малахіт в природі зовсім не рідкісний. Він покриває навіть старовинні бронзові речі, які знаходять під час археологічних розкопках. Більш того, малахіт часто використовують як мідну руду: адже він містить майже 56% міді. Однак ці крихітні малахітові зернятка не представляють інтересу для шукачів каменів. Більш-менш великі кристали цього мінералу трапляються дуже рідко. Зазвичай кристали малахіту дуже тонкі - від сотих до десятих часток міліметра, а в довжину мають до 10 мм, і лише зрідка, у сприятливих умовах, можуть утворитися величезні багатотонні натікання щільної речовини, що складається з маси як би злиплих кристаликів. Саме такі напливи і утворюють ювелірний малахіт, який зустрічається дуже рідко. Так, в Катанге для отримання 1 кг ювелірного малахіту треба переробити близько 100 т руди.
Дуже багаті родовища малахіту були колись на Уралі; на жаль, в даний час вони практично виснажені. Уральський малахіт був виявлений ще в 1635, а в 19 ст. там добували в рік до 80 т неперевершеного за якістю малахіту, при цьому малахіт часто зустрічався у вигляді досить важких брил. Найбільша з них, масою 250 т, була виявлена ​​в 1835, а в 1913 знайшли брилу масою понад 100 т. Суцільні маси щільного малахіту йшли на прикраси, а окремі зерна, розподілені в породі, - так званий землистий малахіт, і дрібні скупчення чистого малахіту використовувалися для вироблення високоякісної зеленої фарби, «малахітової зелені» (цю фарбу не слід плутати з «малахітовим зеленим», що є органічним барвником, а з малахітом його ріднить хіба що колір). До революції в Єкатеринбурзі та Нижньому Тагілі дахи багатьох особняків були пофарбовані малахітом в красивий синювато-зелений колір. Привертав малахіт і уральських майстрів виплавки міді. Але мідь добували тільки з мінералу, який представляє інтересу для ювелірів і художників. Суцільні шматки щільного малахіту йшли тільки на прикраси.

Малахіт як прикраса.

Всі, хто бачив вироби з малахіту, погодяться, що це один з найкрасивіших каменів. Переливи всіляких відтінків від блакитного до густо-зеленого у поєднанні з химерним малюнком надають мінералу неповторну своєрідність. У залежності від кута падіння світла одні ділянки можуть здаватися світліше інших, а при повороті зразка спостерігається «перебеганіе» світла - так званий муаровий або шовковистий відлив. За класифікацією академіка А. Є. Ферсмана і німецького мінералога М. Бауера малахіт займає вищий перший розряд серед напівдорогоцінного каміння, поряд з гірським кришталем, лазуритом, яшмою, агатом.
Свою назву мінерал веде від грецького malache - мальва, листя цієї рослини мають, як і малахіт, яскраво-зелений колір. Термін «малахіт» введений в 1747 шведським мінералогом Ю. Г. Валлеріус.
Малахіт відомий з доісторичних часів. Найдавніше з відомих малахітових виробів - підвіска з неолітичного могильника в Іраку, якої більше 10,5 тис. років. Малахітовим бусам, знайденим в околицях древнього Єрихону, 9 тис. років. У Стародавньому Єгипті малахіт, змішаний з жиром, застосовували у косметиці та в гігієнічних цілях. Їм фарбували в зелений колір повіки: мідь, як відомо, має бактерицидні властивості. Розтертий в порошок малахіт використовували для виготовлення кольорового скла і глазурі. Використовували малахіт в декоративних цілях і в Древньому Китаї.
У Росії малахіт відомий з 17 ст., Але масове його використання в якості ювелірного каменю почалося тільки в кінці 18 ст., Коли на Гумешевском руднику були знайдені величезні малахітові моноліти. З тих пір малахіт став парадним облицювальним каменем, що прикрашає палацові інтер'єри. З середини 19 ст. на ці цілі з Уралу щорічно привозили десятки тонн малахіту. Відвідувачі Державного Ермітажу можуть милуватися Малахітовий залом, для прикрашення якого пішло дві тонни малахіту, там же знаходиться і величезна малахітова ваза. Вироби з малахіту можна бачити і в Єкатерининському залі Великого Кремлівського палацу в Москві. Та найкращим за красою та розмірами виробом з малахіту можуть вважатися колони біля вівтаря Ісаакіївського собору в Санкт-Петербурзі висотою близько 10 м. Невтаємниченим здається, що і ваза, і колони виготовлені з величезних суцільних шматків малахіту. Насправді це не так. Самі вироби виготовлені з металу, гіпсу, інших матеріалів, і лише зовні облицьовані плитками малахіту, вирізаними з відповідного шматка - своєрідної «малахітової фанерою». Чим більше був вихідний шматок малахіту, тим більшого розміру плитки вдавалося з нього вирізати. А для економії цінного каменю плитки робили дуже тонкими: їх товщина іноді доходила до 1 мм! Але головна хитрість була навіть не в цьому. Якщо просто викласти такими плитками яку-небудь поверхню, то нічого доброго не вийде: адже краса малахіту визначається багато в чому його візерунком. Необхідно було, щоб візерунок кожної плитки був продовженням візерунка попередньої. [8]
Особливий спосіб різання малахіту довели до досконалості майстра-малахітчікі Уралу й Петергофа і тому він у всьому світі відомий як «російська мозаїка». Відповідно з цим способом шматок малахіту розпилюється перпендикулярно шаруватої структурі мінералу, причому отримувані плитки як би «розгортаються» у вигляді гармошки. У такому разі візерунок кожної наступної плитки є продовженням візерунка попередньої. При такій розпилюванні з порівняно невеликого шматка мінералу може бути отримана облицювання великої площі з єдиним триваючим візерунком. Потім за допомогою спеціальної мастики отриманими плиточка обклеювали виріб, і ця робота теж вимагала найбільшого уміння і мистецтва. Майстрам іноді вдавалося «протягнути» малахітовий візерунок через виріб досить великого розміру.
У 1851 Росія взяла участь у Всесвітній виставці в Лондоні. Серед інших експонатів була, звичайно, і «російська мозаїка». Особливо вразили лондонців двері в російській павільйоні. Одна з місцевих газет писала з цього приводу: «Перехід від брошки, яку прикрашає малахіт як дорогоцінний камінь, до колосальних дверей здавався незбагненним: люди відмовлялися повірити, що ці двері були зроблені з того ж матеріалу, який всі звикли вважати коштовністю». З уральського малахіту виготовлена ​​також маса прикрас (Малахітова скринька Бажова).

Штучний малахіт.

Доля будь-якого великого родовища малахіту (а їх у світі можна перерахувати по пальцях) однакова: спочатку там видобувають великі шматки, з яких роблять вази, письмові прилади, шкатулки, потім розміри цих шматків поступово зменшуються, і з них роблять в основному вставки в кулони, брошки, персні, сережки та інші дрібні ювелірні вироби. Зрештою родовище виробної малахіту повністю виснажується, як це і сталося з Уральськими. І хоча в даний час відомі родовища малахіту в Африці (Заїр, Замбія), Австралії (штат Квінсленд), США (штати Теннесі, Арізона), що видобувається там малахіт і за кольором, і за красою малюнка поступається уральському. Не дивно, що значні зусилля були спрямовані на отримання штучного малахіту. Але якщо синтезувати основний карбонат міді порівняно легко, то отримати справжній малахіт дуже важко - адже отриманий в пробірці або реакторі осад, за складом відповідний малахіту, і красивий самоцвіт відрізняються один від одного не менше, ніж непоказний шматочок крейди від шматка білосніжного мармуру
Здавалося, що великих проблем тут не буде: за плечима дослідників вже були такі досягнення, як синтез алмазу, смарагду, аметисту, безлічі інших дорогоцінних каменів і мінералів. Проте численні спроби отримати гарний мінерал, а не просто зелений порошок, ні до чого не привели, і ювелірно-виробне малахіт довгий час залишався одним з небагатьох природних самоцвітів, отримання яких вважали майже неможливим.
У принципі, існує кілька способів отримання штучних мінералів. Один з них - це створення композитних матеріалів спіканням порошку природного мінералу в присутності інертного сполучного при високому тиску. При цьому відбувається багато процесів, з яких головні - це ущільнення і перекристалізація речовини. Цей метод отримав широке поширення в США для отримання штучної бірюзи. Так само були отримані жадеїт, лазурит, інші напівкоштовні камені. У нашій країні композити отримували цементуванням дрібних уламків природного малахіту розміром від 2 до 5 мм за допомогою органічних затверджувачів (на кшталт епоксидних смол) з додаванням в них барвників відповідного кольору і тонкого порошку того ж мінералу в якості наповнювача. Робочу масу, складену із зазначених компонентів у певному процентному відношенні, піддавали стиску при тиску до 1 ГПа (10000 атм.) При одночасному нагріванні понад 100 ° С. У результаті різних фізичних і хімічних процесів відбувалося міцне цементування всіх компонентів в суцільну масу, яка добре полірується. За один робочий цикл таким чином отримують чотири платівки зі стороною 50 мм і товщиною 7 мм. Правда, їх досить легко відрізнити від природного малахіту.
Інший можливий спосіб - гідротермальний синтез, тобто отримання кристалічних неорганічних сполук в умовах, що моделюють процеси утворення мінералів в земних надрах. Він заснований на здатності води розчиняти при високих температурах (до 500 ° С) і тисках до 3000 атм. речовини, які в звичайних умовах практично нерозчинні - оксиди, силікати, сульфіди. Щорічно цим способом отримують сотні тонн рубінів і сапфірів, з успіхом синтезують кварц і його різновиди, наприклад, аметист. Саме цим способом було отримано малахіт, який майже не відрізняється від природного. При цьому кристалізацію ведуть у більш м'яких умовах - з слабколужних розчинів при температурі близько 180 ° С і атмосферному тиску. [6]
Складність отримання малахіту полягала в тому, що для цього мінералу головне - не хімічна чистота і прозорість, важлива для таких каменів як алмаз або смарагд, а його колірні відтінки і текстура - неповторний малюнок на поверхні відполірованого зразка. Ці властивості каменю визначаються розміром, формою, і взаємної орієнтацією окремих кристалів, з яких він складається. Одна малахітова «нирка» утворена серією концентричних шарів різної товщини - від часток міліметра до 1,5 см різних відтінків зеленого кольору. Кожен шар складається з безлічі радіальних волокон ("голочок»), щільно прилеглих один до одного і часом нерозпізнаних простим оком. Від товщини волокон залежить інтенсивність кольору. Наприклад, тонкокристаллическая малахіт помітно світліше крупнокристалічного, тому зовнішній вигляд малахіту, як природного, так і штучного, залежить від швидкості зародження нових центрів кристалізації в процесі його утворення. Регулювати такі процеси дуже важко, саме тому цей мінерал довго не піддавався синтезу.
Отримати штучний малахіт, який не поступається природному, вдалося трьом групам російських дослідників - у Науково-дослідному інституті синтезу мінеральної сировини (місто Александров Володимирській області), в Інституті експериментальної мінералогії Російської Академії наук (Черноголовка Московської області) і в Петербурзькому державному університеті. Відповідно було розроблено декілька методів синтезу малахіту, що дозволяють отримати в штучних умовах практично всі текстурні різновиди, характерні для природного каменю - полосчатиє, плисові, ниркоподібні. Відрізнити штучний малахіт від природного можна було хіба що методами хімічного аналізу: в штучному Малахов не було домішок цинку, заліза, кальцію, фосфору, характерних для природного каменю. Розробка методів штучного отримання малахіту вважається одним з найбільш істотних досягнень в області синтезу природних аналогів дорогоцінних і виробних каменів. Так, в музеї згаданого інституту в Александрові стоїть велика ваза, виготовлена ​​з синтезованого тут же малахіту. В інституті навчилися не просто синтезувати малахіт, але навіть програмувати його малюнок: атласний, бірюзовий, зірчастий, плисові ... За всіма своїми властивостями синтетичний малахіт здатний замінити природний камінь у ювелірному і камнерезном справі. Його можна використовувати для облицювання архітектурних деталей як всередині, так і зовні будинків.
Штучний малахіт з гарним тонкослоістих малюнком проводиться також в Канаді, в ряді інших країн.

Природні сполуки міді.

Мідь входить до складу більш ніж у 198 мінералів, з яких для промисловості важливі тільки 17, переважно сульфідів, фосфатів, силікатів, карбонатів, сульфатів. Головними рудними мінералами є халькопірит
CuFeS, ковеллін CuS, борніт CuFeS, халькозин CuS.
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.
Карбонати характеризуються синім і зеленим кольором за умови утримання води, чим намічається цікавий практичний ознака для пошуків.
Практичне значення мають: самородна мідь, сульфіди, сульфосолі, і карбонати (силікати).
С. С. Смирнов так характеризує парагенетичних ряди міді:
при окисленні сульфід - Купрій + лимоніт (цегляна мідна руда)
- Мелаконіт (смоляна мідна руда) - малахіт + хрізоколла.

З'єднання Міді (1):

Сульфід міді - Cu 2 S в природі зустрічається у вигляді ромбічних кристалів мідного блиску; питома вага його 5,785, температура плавлення 1130 0 С. З розплаву Cu 2 S твердне в кубічних кристалах. Cu 2 S досить добре проводить електричний струм, однак гірше, ніж сульфід міді (2)
Окис міді (I) Cu 2 O зустрічається в природі у вигляді мінералу купритом - щільною маси кольору від червоного до чорно - коричневого, іноді вона має кристали правильної кубічної форми. При взаємодії сильних лугів із солями міді (I) випадає жовтий осад, який при нагріванні в осад червоного кольору, мабуть, Cu 2 O. Гідроксид міді (I) має слабкі основними властивостями, він кілька розчинний в концентрованих розчинах лугів. Штучно Cu 2 O отримують додаванням натрієвого лугу і не дуже сильного відновника, наприклад виноградного цукру, гідразину або гідроксиламіну, до розчину сульфіту міді (2) або до фелінговой рідини. [7]
У воді окис міді (I) практично нерозчинні. Вона однак, легко розчиняється у водному розчині аміаку і в концентрованих розчинах галогеноводородних кислот з утворенням безбарвних комплексних сполук [Cu (NH 3) 2] OH і відповідно H [CuX 2] (де Х - галоген).
У розчинах лугів окис міді (I) помітно розчинна. Під дією розбавлених галогеноводородних кислот окис міді (I), перетворюється на галогенід міді (I), також не розчинний у воді. У розведеної кисневої кислоті, наприклад сірчаної, окис міді (I) розчиняється, однак при цьому розпадається на сіль міді (II) і метал: Cu 2 O + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O + Cu.
Також в природі зустрічаються такі сполуки Міді (I) як: Cu 2 О, в природі званий берцеліанітом (Умангіт). Який искуство отримують взаємодією парів Se або H 2 Se з Cu або її солями при високих температурах.

З'єднання Міді (II)

Окис міді (II) CuO зустрічається в природі у вигляді чорного землистого продукту вивітрювання мідних руд (мелаконіт). У лаві Везувію вона знайдена закристалізованій у вигляді чорних тріклінной табличок (тенор). Штучно окис міді отримують нагріванням міді у вигляді стружок або дроту на повітрі при температурі червоного розжарювання або прожарюванням нітрату або карбонату. Отримана таким шляхом окис міді аморфна і має яскраво виражену здатність адсорбувати гази.
Також зустрічаються сполуки: дігідроксокарбонат міді (гірська зелень) Cu 2 (OH) 2 CO 3 темно-зелені кристали. Утворюється в зоні окиснення мідних родовищ. [7]

Експериментальна частина.

Синтез [Cu (OH)] 2 CO 3
1) Прилади і реактиви.
Реактиви:
· NaHCO 3 - 8,13 м.
· CuSO 4 · 5 H 2 O - 11 гр
Прилади:
· Фарфорова ступка з товкачиком - 1.
· Термічний склянка - 250 мл.
· Штатив.
· Азбестова сітка - 1.
· Скляна паличка - 2.
· Воронка Бюхнера - 1.
· Колба Бунзана - 1.
· Фільтрувальний папір.
· Вакуумний насос.
· Пробірка.
· Пальник.
2) Розрахунок і матеріальний баланс.
* (Малий) = = = 0.022 моль
* (CuSO 4) = 2 · (Малий) = 0.044 моль
м (CuSO4) = * (CuSO4) · М (CuSO4) = 0,044 - 250 = 1911
* (NaHCO 3) = 4 · * (Малий) = 4 · 0,022 = 0,088 моль
м (NaHCO 3) = * (NaHCO 3) · М (NaHCO 3) = 0,088 · 84 = 7,39 м.
м (NaHCO3) = 7,39 · 0,739 = 8,13 м.

Хід роботи.

У фарфоровій ступці змішали 1911 тонко стертою сухої солі CuSO 4 · 5 H 2 O з гідрокарбонатом натрію 8,13 м.
У склянці нагріли до кипіння 200 мл. води. Суміш висипали невеликими порціями в киплячу воду, швидко перемішуючи. При цьому спостерігається спінювання. Наступну порцію суміші вносили після припинення спінювання. Вміст склянки кип'ятили 10-15 хв для видалення з розчину СО 2. У результаті реакції утворюються гідроксокарбонат міді:
 

2CuSO 4 + 4NaHCO 3 = CuCО 3 · Cu (OH) 2 + 2Na 2 SO 4 +3 CO 2 + H 2 O
Осадку давали відстоятися, потім промивали декантацією гарячою водою, відмиваючи від іона SO 4 2 -; робили пробу на повноту промивання (4 рази). Основну сіль відсмоктували на воронці Бюхнера і сушили між листям фільтрувального паперу, а потім висушували в ексикаторі при кімнатній температурі.

Висновок.

Отримали заданий речовина, навчилися користуватися допоміжною літературою.
Практичний вихід - 94%

Помилка склала 0,947%

Література.

1. Подчайнова В.М., Мідь, (М., Свердловськ: Металургіздат, 1991. - 249с.);
2. Смирнов В. І., Металургія міді та нікелю, (М., Свердловськ, 1950. - 234с.);
3. Газарян Л. М., Пирометаллургия міді, (М., 1960. - 189с.);
4. Довідник металурга за кольоровим металам, під редакцією М.
Н. Мурачев, (2 вид., Т. 1, М., 1953, т. 2, М., 1947. - 211с
5. Стьопін Б.Д., Алікберова Л.Ю. Книга з хімії для домашнього читання. М., Хімія, 1994.
6. Карякін Ю.В., Ангелів І.І. «Чисті хімічні речовини», Видавництво «Хімія», Москва, 1974 р.
7. Ремі Р. «Курс неорганічної хімії» том 1. Видавництво «Хімія», Москва 1967
8. Г. Сміт. Коштовне каміння. М., «Світ», 1980
9. Здорик Т.Б., Фельдман Л.Г. Мінерали і гірські породи, т. 1. М, «ABF», 1998 р.

 

 

 

 

 

 

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
92.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Мідь і її природні сполуки синтез малахіту
Найпростіші біфункціональність природні сполуки - місток до масиву природних сполук
Природні зони України Природні умови і ресурси Чорного та Азовського морів
Отримання і властивості малахіту
Природні комплекси і природні умови великих територій Росії
Природні умови та природні ресурси у макроекономічній моделі
Мідь
Мідь і її властивості
Мідь і е властивості
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru