Купрум как химический элемент¶
Купрум (лат. Cuprum, от лат. cuprum — медь) — систематическое название химического элемента с атомным номером 29 в периодической системе Д. И. Менделеева, обозначаемого символом Cu. В русскоязычной традиции закрепилось тривиальное название «медь», тогда как «купрум» используется преимущественно как международное латинское наименование, принятое ИЮПАК и применяемое в научной, фармацевтической и технической литературе. Элемент относится к группе переходных металлов, расположен в 11-й группе (по старой классификации — побочная подгруппа первой группы) и четвёртом периоде. Простое вещество купрум — пластичный металл красно-розового цвета с высокой тепло- и электропроводностью.
¶Общие сведения
Атомный номер купрума — 29, атомная масса — 63,546 а. е. м. Электронная конфигурация внешнего и предпоследнего уровней — 3d¹⁰4s¹, что объясняет характерную для меди степень окисления +1 и +2, реже +3 и +4. Природный купрум представлен двумя стабильными изотопами: ⁶³Cu (около 69,2 %) и ⁶⁵Cu (около 30,8 %). Температура плавления составляет 1084,6 °C, температура кипения — около 2562 °C, плотность — 8,92 г/см³.
По распространённости в земной коре купрум занимает примерно 25-е место среди элементов, его кларк оценивается в 0,005 %. В самородном виде металл встречается редко; основными минералами являются халькопирит (CuFeS₂), халькозин (Cu₂S), борнит, ковеллин, малахит и азурит.
¶История
Медь — один из первых металлов, освоенных человеком. Археологические находки свидетельствуют, что изделия из самородной меди появляются на Ближнем Востоке уже в неолите, около X–IX тысячелетий до н. э. Период с IV по III тысячелетие до н. э. получил название энеолита (медного века) — переходной эпохи между каменным и бронзовым веками. Открытие сплава меди с оловом — бронзы — дало начало бронзовому веку и стимулировало развитие металлургии, торговли и ремёсел.
Латинское название cuprum происходит от лат. aes cyprium — «кипрский металл», поскольку в античности медь добывали главным образом на острове Кипр. От этого корня образованы английское copper, немецкое Kupfer и французское cuivre. Русское слово «медь» имеет общеславянские корни.
¶Физические и химические свойства
Купрум — диамагнитный металл, уступающий по электропроводности среди чистых металлов только серебру. Именно это свойство определило его ключевую роль в электротехнике. Металл хорошо поддаётся обработке: прокатке, волочению, штамповке, пайке; образует сплавы с цинком (латунь), оловом (бронза), никелем (мельхиор, нейзильбер), алюминием и другими элементами.
Химическая активность меди невысока. На сухом воздухе при обычной температуре она покрывается тонкой плёнкой оксида, а во влажной среде и при наличии углекислого газа образует зелёный налёт — патину, основу которой составляет малахит. Металл не взаимодействует с водой и разбавленными кислотами-неокислителями, но растворяется в азотной и горячей концентрированной серной кислотах. В электрохимическом ряду напряжений купрум расположен правее водорода, что определяет его относительно низкую восстановительную способность.
¶Получение
Основной источник купрума — сульфидные медные руды. Технологический цикл включает обогащение (флотацию), обжиг концентрата, плавку на штейн, конвертирование и рафинирование. Черновая медь содержит примеси, поэтому её подвергают электролитическому рафинированию в растворе серной кислоты: на катоде осаждается медь чистотой 99,95 % и выше, а примеси переходят в шлам или электролит. Значительная часть металла производится также гидрометаллургическим способом — выщелачиванием бедных руд и последующей электролитической экстракцией.
Крупнейшие производители меди — Чили, Перу, Китай, Демократическая Республика Конго, США. В России медеплавильные и медеобрабатывающие предприятия сосредоточены на Урале, в Норильске и на Кольском полуострове.
¶Применение
Благодаря сочетанию высокой проводимости, коррозионной стойкости и технологичности купрум применяется в нескольких крупных отраслях:
- Электротехника и электроника — кабели, обмоточные провода, токоведущие шины, печатные платы, обмотки электродвигателей и трансформаторов.
- Строительство — кровельные листы, водосточные системы, водопроводные трубы, архитектурные элементы.
- Машиностроение и транспорт — радиаторы, теплообменники, подшипники, тормозные колодки, детали двигателей.
- Химическая промышленность — катализаторы, реакционная аппаратура.
- Сплавы — латуни, бронзы, мельхиор, константан, используемые в приборостроении, монетном деле, ювелирном искусстве.
Соединения купрума применяются в сельском хозяйстве как фунгициды (медный купорос, бордоская жидкость), в гальванотехнике, пигментах и медицине.
¶Биологическая роль
Купрум — незаменимый микроэлемент для живых организмов. Он входит в состав ряда ферментов, в том числе цитохром-c-оксидазы, супероксиддисмутазы и церулоплазмина, участвующих в клеточном дыхании, антиоксидантной защите и метаболизме железа. Суточная потребность человека в меди оценивается в 1–2 мг. Недостаток элемента приводит к анемии, нарушениям соединительной ткани и костной системы; избыток токсичен и вызывает поражение печени и нервной системы.
¶Значение и перспективы
Медь остаётся одним из наиболее востребованных промышленных металлов. Рост электроэнергетики, электротранспорта и возобновляемых источников энергии поддерживает устойчивый спрос. Одновременно развиваются направления по рециклингу медного лома и замене меди в отдельных узлах более дешёвыми материалами, что связано с ограниченностью и неравномерностью распределения её запасов.
Источники: Большая российская энциклопедия; Химическая энциклопедия; периодическая система элементов Д. И. Менделеева; данные Геологической службы США по минеральным ресурсам.