Купрум. Знаходження в періодичній системі презентация

Купрум

Знаходження в періодичній системі Природна мідь складається з двох стабільних нуклідів 63 Cu (69,09% по масі) і 65 Cu (30,91%). Конфігурація двох зовнішніх електронних шарів нейтрального атома міді 3s 2 p 6 d 10 4s 1. Утворює сполуки в ступенях окислення +2 (валентність II) і +1 (валентність I), дуже рідко проявляє ступені окислення +3 і +4..У періодичній системі Менделєєва Купрум розташований в четвертому періоді і входить до групи IВ, до якої належать такі шляхетні метали, як срібло (Ag) і золото (Au).

 Відкриття (походження назви)  Латинська назва міді походить від назви острова Кіпру (Cuprus), де в давнину добували мідну руду; однозначного пояснення походження цього слова в українській мові немає.

Знаходження в природі У земній корі вміст міді складає близько 5.10 -3% по масі. Дуже рідко мідь зустрічається в самородному вигляді (найбільший самородок в 420 тонн знайдено в Північній Америці). З руд найбільш широко поширені сульфідні руди: халькопірит, або мідний колчедан, CuFeS 2 (30% міді), ковеллін CuS (64,4% міді), халькозін, або мідний блиск, Cu 2 S (79,8% міді), борної Cu 5 FeS 4 (52-65% міді). Існує також багато і оксидних руд міді, наприклад: Купрій Cu 2 O, (81,8% міді), малахіт CuCO 3 · Cu (OH) 2 (57,4% міді) та інші. Відомо 170 мідовмісних мінералів, з яких 17 використовуються в промислових масштабах.  Різних руд міді багато, а от багатих родовищ на земній кулі мало, до того ж мідні руди добувають вже багато сотень років, так що деякі родовища повністю вичерпані. Часто джерелом міді служать поліметалічні руди, в яких, крім міді, присутні залізо (Fe), цинк (Zn), свинець (Pb), та інші метали. Як домішки мідні руди зазвичай містять розсіяні елементи (кадмій, селен, телур, Галій, германій та інші), а також срібло, а іноді й золото. Для промислових розробок використовують руди, в яких вміст міді становить трохи більше 1% за масою, а то і менше. У морській воді міститься приблизно 1.10 -8% міді.

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

Хімічні Властивості При 20°C і у відсутності вологи і діоксиду вуглецю, мідь не реагує з киснем повітря. При прожарюванні міді у повітрі, на поверхні міді утворюється плівка чорного кольору купрум(II) оксиду; в присутності вологи, карбон(ІІ) оксиду та інших компонентів повітря, з плином часу, на поверхні виробів з міді і її сплавів утворюється патина. Мідь – электропозитивний (благородний) метал, в електрохімічному ряді напруги стоїть після гідрогену, тому переводиться в розчин тільки кислотами-окислювачами або в присутності кисню, гідроген пероксиду або іншого окислювача: Cu + HCl ≠ ; Cu + 2HCl + O2 = CuCl2 + 2H2O; Cu + 2HCl + H2O2 = CuCl2 + 2H2O 6Cu + 12HCl + KClO3 = 6H[CuCl2] + 2KCl + 3H2O З киснем повітря реагує в залежності від температури і умов: 4Cu + O2 = 2Cu2O (при нестачі кисню і 200°C) 2Cu + O2 = 2CuO (при надлишку кисню і 400°C) З сульфатною кислотою Cu + H2SO4 = CuO + SO2 + H2O З нітратною кислотою Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Добування Промислове отримання міді - складний багатоступеневий процес. Здобуту руду дроблять, а для відділення порожньої породи використовують, як правило, флотаційний метод збагачення. Отриманий концентрат (містить 18-45% міді по масі) піддають випалу в печі з повітряним дуттям. У результаті випалу утворюється недогарок - тверда речовина, що містить, крім міді, також і домішки інших металів. Огарок плавлять у відбивних печах або електропечах. Після цієї плавки, крім шлаку, утвориться так званий штейн, в якому вміст міді становить до 40-50%. Далі штейн піддають конвертування - через розплавлений штейн продувають стиснене повітря, збагачене киснем. У штейн додають кварцовий флюс (пісок SiO 2). В процесі конвертації міститься в штейн як небажана домішка сульфід заліза FeS переходить в шлак і виділяється у вигляді сірчистого газу SO 2:  2FeS + 3O 2 + 2 = 2SiO 2FeSiO 3 + 2SO 2  Одночасно сульфід міді (I) Cu2S окислюється:  2Cu 2 S + 3О 2 = 2Cu 2 О + 2SO 2  Утворений на цій стадії Cu 2 О далі реагує з Cu 2 S:  2Cu 2 О + Cu 2 S = 6Cu + SО 2  В результаті виникає так звана чорнова мідь, в якій зміст самої міді становить уже 98,5-99,3% за масою. Далі чорнову мідь піддають рафінуванню. Рафінування на першій стадії - вогняна, воно полягає в тому, що чорнову мідь розплавляють і через розплав пропускають кисень. Домішки більш активних металів, які містяться в чорнової міді, активно реагують з киснем і переходять в оксидні шлаки. На заключній стадії мідь піддають електрохімічного рафінуванню в сірчанокисле розчині, при цьому чорнова мідь служить анодом, а очищена мідь виділяється на катоді. При такій очищення домішки менш активних металів, які були присутні в чорнової міді, випадають в осад у вигляді шламу, а домішки більш активних металів залишаються в електроліті. Чистота рафінованої (катодного) міді досягає 99,9% і більше

Застосування Мідь, як вважають, - перший метал, який людина навчилася обробляти і використовувати для своїх потреб. Знайдені в верхів'ях річки Тигр вироби з міді датуються десятим тисячоліттям до нашої ери. Пізніше широке застосування сплавів міді визначило матеріальну культуру бронзового століття (кінець 4 - початок 1 тисячоліття до нашої ери) і надалі супроводжувало розвиток цивілізації на всіх етапах. Мідь і її використовувалися для виготовлення посуду, начиння, прикрас, різних художніх виробів. Особливо велика була роль бронзи.  З 20 століття головне застосування міді обумовлено її високою електропровідністю. Більше половини що добувається міді використовується в електротехніці для виготовлення різних проводів, кабелів, струмопровідних частин електротехнічної апаратури. З-за високої теплопровідності мідь - незамінний матеріал різних теплообмінників і холодильної апаратури. Широко застосовується мідь в гальванотехніки - для нанесення мідних покриттів, для одержання тонкостінних виробів складної форми, для виготовлення кліше в поліграфії та ін  Велике значення мають мідні сплави - латуні (основна добавка цинк (Zn)), бронзи (сплави з різними елементами, головним чином металами - оловом (Sn), алюмінієм (Al), берилієм (Be), свинцем (Pb), кадмієм (Cd ) та іншими, крім цинку (Zn) і нікелю (Ni)) та мідно-нікелеві сплави, у тому числі мельхіор і нейзильбер. Залежно від марки (складу) сплави використовуються в самих різних областях техніки як конструкційні, антідікціонние, стійкі до корозії матеріали, а також як матеріали із заданою електро-і теплопровідністю Так звані монетні сплави (мідь із "алюмінієм (Al) і мідь з нікелем (Ni)) застосовують для карбування монет - «міді» і «срібла», та мідь входить до складу і справжніх монетного срібла і монетного золота.

Купрум в інших сполуках Мідний купорос (у природі зустрічається у вигляді мінералу халькантит, хімічна формула CuSO4 • 5Н2О) використовується як окремо в 1…2. так і в суміші із свіжогашеним вапном в 1…4 % концентрації (бордоська рідина) у сільському господарстві для боротьби з хворобами рослин. У промисловості мідний купорос використовується при виробництві штучних волокон, органічних барвників, мінеральних фарб, миш'якових хімікатів, для збагачення руди при флотації.  Оксиди міді (Cu2O, CuO) використовуються для отримання оксиду ітрію-барію-міді YBa 2 Cu 3O7-δ, який є основою для отримання високотемпературних надпровідників.  Оксид міді (іноді з додаванням оксиду барію або оксиду бісмуту для збільшення ємності) використовується як катод у мідно-окисидному гальванічному елементі (винайденому в 1882 році Лаландом) — хімічному джерелі електричного струму в якому анодом є цинк (рідше олово), а електролітом служить гідроксид калію

Підготував Кух Сергій Учень 10-В Класу