Медь (Cu) — химический элемент¶

Медь (лат. Cuprum, химический символ Cu, атомный номер 29) — химический элемент десятой группы (по старой классификации — побочной подгруппы первой группы) четвёртого периода периодической системы Д. И. Менделеева. Относится к переходным металлам. Первый элемент в ряду халькогенов, обладает характерной красновато-розовой окраской в чистом виде. Один из древнейших металлов, освоенных человеком, и один из наиболее распространённых металлов в земной коре.

¶Физические свойства

Медь — мягкий, ковкий и тягучий металл с характерным красновато-розовым (свежий разрез) или буровато-красным цветом. При обычных условиях покрывается тонкой плёнкой оксида Cu₂O, из-за чего приобретает тусклый бурый оттенок.

Медь — один из лучших проводников электрического това после серебра, что определяет её широкое применение в электротехнике. Обладает высокой теплоёмкостью и теплопроводностью, устойчивостью к коррозии в сухом воздухе, легко сплавляется с другими металлами.

¶Нахождение в природе

Медь — распространённый элемент: в земной коре её содержание составляет около 55 г/т (0,0055 %). Встречается в виде самородной меди, а также в составе более 170 минералов, важнейшие из которых:

• медный колчедан (CuFeS₂, халькопирит) — основной рудный минерал;
• медный блеск (Cu₂S, ковеллин);
• малахит (Cu₂CO₃(OH)₂);
• азурит (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂);
• куприт (Cu₂O);
• борнит (Cu₅FeS₄).

Крупнейшие месторождения меди сосредоточили в Чили, Перу, Китае, ДР Конго, США, России (Удоканское, Октябрьское, Дальнегорское месторождения). Морская вода содержит растворённые ионы меди, однако их извлечение экономически невыгодно.

¶Получение

Промышленное получение меди связано преимущественно с сульфидными рудами. Основные стадии:

1. Обжиг руды для частичного удаления серы.
2. Плавка с получением медного штейка (сплав Cu и FeS).
3. Конвертерная плавка — продувка штейка воздухом, в результате чего железо окисляется в шлак, а остающийся сульфид меди окисляется до оксида и восстанавливается до черновой меди (99 % Cu).
4. Электролитическая очистка — анодная черновая медь служит анодом, на катод осаждается чистая медь (99,99 % Cu).

При переработке окисленных руд применяют гидрометаллургический способ: выщелачивание серной кислотой с последующей электролитической осаждением.

¶Химические свойства

В ряду активности медь расположена после водорода, поэтому не вытесняет его из кислот. Окислительные свойства проявляются в основном в кислой среде.

Основные реакции:

• При нагревании с кислородом образует оксид меди(II): 2Cu + O₂ → 2CuO (чёрный).
• Реагирует с галогенами: Cu + Cl₂ → CuCl₂.
• Растворяется в разбавленной азотной кислоте с выделением оксидов азота: 3Cu + 8HNO₃ (разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
• С концентрированной серной кислотой: Cu + 2H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O.
• С растворами солей более активных металлов вытесняет их из растворов: Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag.
• Образует комплексные соединения, например тетраамминмедный гидроксид [Cu(NH₃)₄](OH)₂ — реакция на ион Cu²⁺ (интенсивно-синее окрашивание).

Характерные степени окисления — +1 и +2. Соединения Cu(I) неустойчивы в растворах (кроме нерастворимых солей, например CuCl, CuI) и склонны к диспропорционированию.

¶Сплавы и применение

Чистая медь (марки М0, М1) применяется в электротехнике, кабельной промышленности, производстве теплообменного оборудования. Основные сплавы:

• Латунь — сплав меди с цинком (до 45 % Zn), широко используется в приборостроении, сантехнике, производстве музыкальных инструментов.
• Бронза — сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием и другими элементами. Алюминиевые бронзы обладают повышенной прочностью и коррозионной стойкостью.
• Мельхиор — сплав меди с никелем, применяется в монетном деле и приборостроении.
• Константан — сплав Cu и Ni с высоким удельным сопротивлением, используется в термопарах и реостатах.

Медь и её соединения применяются в электротехнике (проводники, шины, трансформаторы), строительстве (кровля, водопроводные трубы), сельском хозяйстве (фунгициды — бордоская жидкость, медный купорос), медицине (противомикробные средства), ювелирном деле.

¶Биологическая роль

Медь — эссенциальный микроэлемент для живых организмов. Входит в состав ферментов цитохром-с-оксидазы, супероксиддисмутазы, тирозиназы, а также белков гемоцерулоплазмина и церулоплазмина, участвующих в транспорте железа. Дефицит меди приводит к анемии, нарушениям соединительной ткани, снижению иммунитета. Избыток, напротив, вызывает токсические эффекты; генетическое нарушение обмена меди лежит в основе болезни Вильсона — Коновалова, при которой медь накапливается в печени и головном мозге.

¶Интересные факты

• Медь — один из трёх металлов (наряду с золотом и серебром), известных человеку с древнейших времён; первые медные изделия датируются около 9000 года до н. э.
• Античная медь, содержащая мышьяк, была прочнее современной чистой; после удаления олова из бронзовых изделий в эпоху раннего железного века наступило так называемое «медное потемнение».
• Медные поверхности обладают бактерицидным действием: на меди и её сплавах патогенные микроорганизмы погибают в течение нескольких часов.

¶Источники

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• Некрасов Б. А. «Общая химия»
• Кузьменко Н. Е., Еременко В. Е., Лебедев Б. И. «Химия для поступающих в вузы»
• Глинка Н. Л. «Общая химия»
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона