Медь — химический элемент¶

Медь (Cu, лат. Cuprum) — химический элемент 11-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы I группы) четвёртого периода периодической системы Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Относится к переходным металлам; в природе встречается в самородном виде и в составе руд. Один из немногих металлов с характерной красновато-розовой окраской. Важнейший конструкционный и электро- и тепло-проводящий материал, один из первых металлов, освоенных человечеством.

¶Свойства

Медь — мягкий, ковкий и пластичный металл с плотностью 8960 кг/м³, температурой плавления 1084,62 °C и кипения 2562 °C. Обладает высокой тепло- (390 Вт/(м·К)) и электропроводностью (удельное электрическое сопротивление 0,0175 Ом·мм²/м при 20 °C), уступая среди металлов лишь серебру. Химически относительно инертна в сухом воздухе, но на воздухе при повышенной влажности покрывается плёнкой оксида и карбоната — патиной, защищающей металл от дальнейшего разрушения.

В природе медь проявляет степени окисления +1 и +2; соединения Cu(I) бесцветны, а Cu(II) окрашены в синие и зелёные тона. Медь устойчива к коррозии в воде, морской воде и многих кислотах, кроме азотной и горячей концентрированной серной.

¶История

Медь — один из древнейших металлов, известных человеку. Самородная медь использовалась ещё в неолите для изготовления украшений и орудий. Сплав меди с оловом — бронза — дал название целой эпохе бронзового века (III—II тысячелетия до н. э.). В Древнем Египте медь добывали на Синайском полуострове, в Европе — на Урале и в Карпатах.

В Древней Руси медь применялась для изготовления посуды, зеркал, монет и церковной утвари. В XVI—XVII веках крупнейшими российскими центрами медеплавильного производства стали Невьянск, Верхотурье и заводы Урала; в XVIII веке значительную роль играла Сибирь — Нерчинский и Красноярский медеплавильные заводы. В 1700 году в России была введена медная монета, чеканившаяся до конца XVIII века. В 1929 году в СССР на базе уральских и кузбасских месторождений развернулось масштабное медеплавильное производство.

¶Месторождения и добыча

Медь относится к относительно распространённым элементам в земной коре (содержание около 55 г/т). Крупнейшие мировые производители — Чили, Перу, ДР Конго, Китай, США и Россия. Основные типы месторождений:

• Медно-порфировые — крупнейшие по запасам, связаны с интрузивными породами (Чили, Перу, Россия — Удокан, Федорово-Панкрашевское);
• Медно-никелевые сульфидные — Норильск и Талнах в России, Судбери в Канаде;
• Медно-сланцевые — Казахстан (Джезказган), Узбекистан (Алмалык);
• Самородная медь — месторождения Кольского полуострова, Медногорск.

В России крупнейшими действующими предприятиями являются Норильский никель, «Уралмедьпром» (Медногорск), «Рафал» (Красноярск), «Байкальский цветной металлургический комбинат» (Удокан, введён в эксплуатацию в 2023 году).

¶Получение

Основной промышленный способ — пирометаллургия. Руду обжигают, затем плавят в шахтных или отражательных печах, получая штейн — сплав сульфидов меди, железа и серы. Штейн продувают кислородом в конвертере, в результате чего железо окисляется в шлак, а медь концентрируется в так называемом черновом металле (98—99,8 % Cu). Далее медь рафинируют электролитически до чистоты 99,99 % (катодная медь).

Важнейшие руды меди: халькопирит (CuFeS₂), борнит (Cu₅FeS₄), ковеллин (CuS), малахит (Cu₂CO₃(OH)₂), азурит, куприт (Cu₂O).

¶Применение

Медь — один из самых массово применяемых металлов. Основные сферы:

• Электротехника — провода, кабели, обмотки трансформаторов и электродвигателей (около 60 % мирового потребления);
• Строительство — кровельные и водопроводные трубы, отопительные системы;
• Машиностроение — подшипники скольжения, бронзовые и латунные детали;
• Сплавы — латунь (сплав с цинком), бронза (с оловом, алюминием, кремнием), мельхиор, константан;
• Монетное дело — в России медные монеты 1, 2, 5 и 10 рублей;
• Архитектура и искусство — кровли, скульптуры, предметы декоративно-прикладного искусства.

¶Биологическая роль

Медь — жизненно необходимый микроэлемент для человека и животных: входит в состав ферментов (цитохромоксидаза, супероксиддисмутаза), участвует в образовании гемоглобина и обмене железа. Суточная потребность взрослого человека — 1,5—3 мг. Избыток или дефицит меди вызывает тяжёлые заболевания (болезнь Вильсона — Коновалова, гепатолентикулярная дегенерация).

¶Интересные факты

• Медь — единственный металл, окрашивающий пламя в зелёный цвет (при испытании на чистоту);
• Патина на медных крышах (например, на зданиях Санкт-Петербурга и Кремля) образуется за десятилетия и служит защитным слоем;
• Медные сплавы применялись в космической программе СССР — в конструкциях космических аппаратов «Восток» и «Союз».

¶Источники

• Гурьевич И. С. «Металлургия цветных металлов», М.: Металлургия, 1983.
• Перельман А. И. «Медь», М.: Недра, 1988.
• «Большая советская энциклопедия», ст. «Медь».
• Минералогический словарь, Геологический институт РАН.
• Статистика Международного медного комитета (ICSG).