Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 58 Медь Выполнил: ученик 11 «А» класса Иванов Иван План 1. Строение атома и простого вещества. 2. Получение. 3. Физические свойства. 4. Химические свойства. 5. Нахождение в природе. 6. Влияние на природу и человека. 7. Использованные источники и литература 1. Строение атома и простого вещества. Медь — элемент четвертого периода I группы побочной (B) подгруппы Периодической таблицы. Относится к элементам d — семейства. Металл. Обозначение – Cu. Порядковый номер – 29. Относительная атомная масса – 63,546 а.е.м. Простое вещество. Атом меди состоит из положительно заряженного ядра (+29), внутри которого есть 29 протонов и 35 нейтронов, а вокруг, по четырем орбитам движутся 29 электронов. Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом: +29 Сu)2)8)18)1; 1s22s22p63s23p63d104s1. Состояние считается более энергетически выгодным, если на d-подуровне находится 5 или 10 электронов, поэтому в случае меди мы наблюдаем проскок: один электрон sподуровня переходит на d-подуровень для того, чтобы положение было устойчивым. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид: Схематическое строение атома меди. 2. Получение. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Пирометаллургический метод. Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2. Халькопиритное сырьё содержит 0,5-2,0 % Cu. После флотационного обогащения исходной руды концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 1400 °C : CuFeS2 + O2 + SiO2 → Cu + FeSiO3 + SO2 ↑ 2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO2 ↑ Затем обожжённый концентрат подвергают плавке на штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезём: FeO + SiO2 → FeSiO3 Образующийся силикат в виде шлака всплывает, и его отделяют. Оставшийся на дне штейн — сплав сульфидов FeS и Cu2S — подвергают бессемеровской плавке. Для этого расплавленный штейн переливают в конвертер, в который продувают кислород. При этом оставшийся сульфид железа окисляется до оксида и с помощью кремнезёма выводится из процесса в виде силиката. Сульфид меди частично окисляется до оксида и затем восстанавливается до металлической (черновой) меди: 2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2 2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2 Получаемая металлическая (черновая) медь содержит 90,95 % металла и подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкисленного раствора медного купороса. Образующаяся на катоде электролитическая медь имеет высокую чистоту до 99,99 % и используется для изготовления проводов, электротехнического оборудования, а также сплавов. Также, чистую медь можно получить и в процессе экзотермической реакции восстановления оксида медиводородом: CuO + H2↑ → Cu + H2O + Q↑ Гидрометаллургический метод. Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом: CuSO4 + Fe → Cu↓ + FeSO4 Электролизный метод. Электролиз раствора сульфата меди: CuSO4 ⇄ Cu2+ + SO2-4 K‾ : Cu2+ + 2e → Cu0 A+ : 2H2O – 4e → O2 + 4H+ 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu↓ + O2↑ + 2H2SO4 3. Физические свойства. Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет. Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота. Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4. Медь обладает высокой тепло[13] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м[14]. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком. Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелеми другие. Атомная плотность меди (N0) = 8,52 ∙ 1028 (атом/м³). Изотопы меди Природная медь состоит из двух стабильных изотопов — 63Cu (изотопная распространённость 69,1 %) и 65Cu (30,9 %). Известны более двух десятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых 67Cu с периодом полураспада 62 часа[15]. 4. Химические свойства. Взаимодействие с неметаллами С кислородом в зависимости от температуры взаимодействия медь образует два оксида: при 400–500°С образуется оксид двухвалентной меди: 2Cu + O2 = 2CuO при температуре выше 1000°С получается оксид меди (I): 4Cu + O2 = 2Cu2O. Аналогично реагирует с серой: при 400°С образуется сульфид меди (II): Cu + S = CuS при температуре выше 400°С получается сульфид меди (I): 2Cu + S = Cu2S. При нагревании с фтором, хлором, бромом образуются галогениды меди (II): Cu + Br2 = CuBr2 с йодом – образуется йодид меди (I): 2Cu + I2 = 2CuI. Медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом и кремнием. Взаимодействие с кислотами В электрохимическом ряду напряжений металлов медь расположена после водорода, поэтому она не взаимодействует с растворами разбавленной соляной и серной кислот и щелочей. Растворяется в разбавленной азотной кислоте с образованием нитрата меди (II) и оксида азота (II): 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. Реагирует с концентрированными растворами серной и азотной кислот с образованием солей меди (II) и продуктов восстановления кислот: Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O. С концентрированной соляной кислотой медь реагирует с образованием трихлорокупрата (II) водорода: Cu + 3HCl = H[CuCl3] + H2 Взаимодействие с аммиаком Медь растворяется в водном растворе аммиака в присутствии кислорода воздуха с образованием гидроксида тетраамминмеди (II): 2Cu + 8NH3 + 2H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2 Восстановительные свойства Медь окисляется оксидом азота (IV) и хлоридом железа (III): 2Cu + NO2 = Cu2O + NO Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2 5. Нахождение в природе. Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,75,5)·10−3% (по массе)[2]. В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10−7 % и 10−7 % (по массе) соответственно[2]. Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(O H)2. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн[11]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Забайкальском крае, Жезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси)[12]. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %. Самородная медь 6. Влияние на природу и человека. Требуется для превращения железа организма в гемоглобин. Делает возможным использование аминокислоты тирозин, позволяя ей проявлять свое действие как фактору пигментации волос и кожи. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. Медь также участвует в процессах роста и размножения. Принимает участие в образовании коллагена и эластина и синтезе эндорфинов – гормонов «счастья». Рассмотрены виды экологической нагрузки на окружающую среду, создаваемую горными предприятиями по добыче и переработке медных руд. Приведен обзор по объемам добычи меди в мире, России и на Южном Урале. На примере Карабашского промышленного узла оценена экологическая нагрузка на компоненты природной среды. Сделан вывод о необходимости улучшения экологической ситуации как основного условия повышения качества жизни и здоровья населения. При открытом способе добычи после её прекращения карьер становится источником токсичных веществ. Самое токсичное озеро в мире — Беркли Пит — образовалось в карьере медного рудника. 7. Использованные источники и литература https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B4%D1%8C http://mineralpro.ru/minerals/copper/ https://ido.tsu.ru/schools/chem/data/res/neorg/uchpos/text/g4_5_4.h tml http://www.nanonewsnet.ru/blog/nikst/fiziologicheskoe-vozdeistvienanochastits-medi-na-organizm-cheloveka http://www.calorizator.ru/element/cu
