В.Н. Подчайнова, Л.Н. Симонова - Аналитическая химия Меди, страница 2

Михантьева, за что авторы книги выражают им сердечную благодарность. ПОЛОЖЕНИЕ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА Медь (Сцргцгп), Сп — химический элемент побочной подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Латинское название происходит от о-ва Кипр, где древние греки добывали медную руду.

Порядковый номер 29, атомная масса 63,54. Распределение электронов в атоме меди — !з'24'2р'34~3р'3ИИ44~. Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных изотопов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%). Сечение захвата тепловых нейтронов атомов меди 3,59 !О" м '. Путем бомбардировки никеля протонами или дейтронами искусственно получают радиоактивные изотопы меди "Сд и ' Сп с периодамн полураспада 3,3 и 12,8 ч соответственно. Эти изотопы обладают высокой удельной активностью и используются в качестве меченых атомов.

В химическом отношении медь занимает промежуточное положение между элементами первой плеяды УП! группы и щелочными элементами 1 группы периодической системы. Ниже приведены значения Таблица 1 Состояние окнсвення и стереохямия соединений меди Ляяеяявя Плоская Тетрвэдр Тетрвэдр (искажен- ный) Трнгоявдьнвя бя- пярвыядв Квадратная пнрвмндв Квадрат Октвздр (искажен- ный) Сц(!П) вв 4 (?) Квадрат (?) КСцО1 б Октвэдр К Сцр П р им е ч в я не. Елру — дяпнрядял' ДМà — двметилгдноксим. «Нвябодсе распространенные состояния, Формула Название Формула Название потенциалов ионизации атомов меди (в эВ) [2891: 1-й 2-й 3-й 4-0 5-0 7,72 20,29 зб бэ 58 9 82 106 140 1б9 Твбпнпа 2 Основные минералы и руды мели [1840] (Си Еп)РЬ[ЧО»][ОН) Купроле- кпуазпт Дпгппрпт Кпапро- твт Виттпхе- Си Медь самородная Хальказяп Хапькопп- Сиэ[РО»]»[ОН]а Си»В»»Б» Си»Б Сире бз рпт Борнпт Мппвкпт Азурит Кубаппт Кврролпт Теппаптвт Тетрюл- рит Эпаргпт Фаматп- Си»ВРБэ СиРЬАвбэ Сиэреб» Сиз[Со»][ОН)з Сиз[со»]»[ОН]з Сирезбэ СиСозба Си»Авбэ С БЬБ нпт Зеппгма- СиРЬБЬБ СиРЬВ!Бэ СиСЬ ЗСи[ОН]з Сиэ[РО»)[ОН]'Нзо Си [РО ][ОН] Н О Си»[Авоа][ОН]э 9Н»0 Си»Авб» Сиз БЬБа ппт Сульванпт Хапьвос- тябпт Эмппек- Си[ВО»]С! 2Н»О Си»[8!»оээ]'бН»О Си»ЧБ» СиБЬБз Сиэсвз[Аво»]»[ОН]эо'10Н»О СиО СиреОз СиВ!Бз Сиб Сиб!Оэ пН»0 С иэ[Авоа]з(ОН]а Сиэ[ЧО»)»[ОН]» Сиэ[РО»](ОН]э Си»О Си»Ав С и» [Б О» ] [ О Н ]э Си (АвО ] [ОН] С\за[БО»][ОН]»'НзО Сна[БО»МОН]г4Н»О зпт Узбевпт Сиэ[ЧО»]з ЗН»0 Бирюза СиАМРО»)4ОН]» 4Н»0 Хапькоси- СиГе»(РО»]»[ОН]э'4Н»О Си»А(э[БО»)(ОН]эз 2Н»О Сш[МоО»]»[ОН]з дерпт Розазпт Ппзапит Бутпт Хвпькап- (Си, гп)»[СО ][ОН]э (Ге, Си)БО, 7Н»О СиБО» 7Н»0 Снбо»5Н»О Сиз(РО»][ОН] Сиз[АвО,)[ОН] СиСв[ЧО»][ОН) тит Доперофа- Сиз[БО»]О ппт Заполненная»э-оболочка меди менее эффективно экраннрует в-электрон от ядра, чем оболочка инертного газа, поэтому первый потенциал ионизации меди выше, чем у щелочных металлов.

Так как в образовании металлической связи принимают участие и электроны »»- оболочки, теплота испарения н температура плавления меди значительно выше, чем у щелочных металлов, что обусловливает более "благородный" характер меди по сравнению с последними.

Второй и третий потенциалы ионизации меньше, чем у щелочных металлов, что в значительной степени объясняет проявление свойств меди как переходного элемента, который в степени окисления П и 1П имеет парамагнитные свойства окрашенных ионов и комплексов. Медь(1) также образует многочисленные соединения по типу комплексов переходных металлов [289, бЗЗ] (табл, 1). РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ Содержание меди в земной коре составляет около 0,01%.

Она встречается в свободном состоянии в виде самородков, достигающих значительных размеров (до нескольких тонн). Однако руды самородной меди сравнительно мало распространены, и в настоящее время из них добывается не более5%в меди от общей ее мировой добычи. Медь является халькофильным элементом. До 80% ее присутствует в земной коре в виде соединений с серой. Около 15% меди находится в виде карбонатов, силикатов, оксидов и т.п., являющихся продуктами выветривания первичных сульфидных медных руд. Медь образует до 240 минералов, однако лишь около 40 имеют промышленное значение (табл.

2). Различают сульфидные и окнсленные руды меди. Промышленное значение имеют сульфидные руды, нз которых наиболее широко используется медный колчедан (халькопирит) СиРеЯз. В природе он встречается главным образом в смеси с железным колчеданом Рейз и пустой породой, состоящей из оксидов Б(, А1, Са и др. Часто сульфидные руды содержат примеси благородных металлов (Аи, АБ), цветных и редких металлов (Еп, РЬ, ]э(1, Со, М о и др ) и рассеянных элементов (Ое и др ). Содержание меди в руде обычно составляет 1 — 5%, но благодаря легкой флотируемости халькопирита его можно обогащать, получая концентрат, содержащий 20% меди и более [!845].

Наиболее крупные запасы медных руд в СССР сосредоточены главным образом на Урале, в Казахстане и Средней Азии, за рубежом — в Африке (Катанта, Замбия), Америке (Чили, США, Канада). ПОЛУЧЕНИЕ Руды и получаемые из ннх путем механического обогащения концентраты перерабатывают на медь пирометаллургическим и гидро- металлургическим методами [1845]. Первый из них применяется преимущественно для переработки сернистых руд. Вторым методом, в тот Ковелпив Хрпзокоп- па Купрпт Домейкпт Брошан- тпт Лвпгпт Верппп- скит Цпвпо- трпхтпт Лпппгре- ппт Лпбетепит Оливе пит Фопьбор- тит явт Бурпоппт Айкпппт Атакам от Тагпппт Элит Хапьво- фиппвт Бапдппит Ашврпт (дпоптаз) Торопит Тенорит Депвфос- сит Эриппт Турапвт Псевдома- пвхпт Кпппокпв- Таблина 3 Сплавы мелю е никелем Содержание, % Сплав Ьй Мп Ре Ео Сн 60 25 — 30 80 65 85 56,5 1 — 2 1,2 в 1,8 39 — 4! 65 — 70 !8 — 20 !3,5 — 16,5 3 43 Константан Монель Мелькнор Пейзильбер Манганнн Копель 2 — 3 18 — 22 12 0,5 По Гольдюмндту 0,095 0,070 Си' Сне 10 получившим небольшое распространение, перерабатывают окисленные и смешанные бедные руды, содержащие около 1% Сп.

Пирометаллургический метод заключается в обжиге концентратов, плавке полученного огарка на штейн (сплав сульфидов меди и железа), продувке штейна в конвертере с получением черновой меди (содержащей около 5% примесей), рафинировании последних огневым процессом или злектролизом для получения чистой меди. Гидрометаллургический метод получения меди заключается в извлечении ее из руд различными растворителями с последующим выделением металла из растворов злектролизом или посредством вытеснения его железом в виде цементной меди. Иногда медь выделяют в виде оксида. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Техническая медь — металл красного, в изломе розового цвета, при просвечивании в тонких слоях — зеленовато-голубой. Имеет гране центрирован ную кубическую решетку с параметром а = 0,36074 им, плотность 8,96 кг/м' (20'С).

Ионные радиусы меди (в нм) приведены ниже !289]; По Белову н Бокию По Полингу 0,098 0,096 0,080 Основные физические свойства меди Температура плавления, 'С 1083 Темлература кипения, 'С 2600 Теплота плавления, кДж/г-ат. 0,7427 Теплота испарения, кДж/г-ат. 17,38 Удельная теплеем кость, Дж/(г град) (20'С) 0,022 Теллонроводность, Дж/(м град е) (20'С) 2,25 !О ' Электрическое сопротивление, Ом м (20'С) !,68.!О Удельиак магнитная восприимчивость, 0,086 !О або. зл.-маги.

ед./г (!8'С) Медь — вязкий, мягкий и ковкий металл, уступающий только серебру высокими теплопроводностью и электропроводностью. Эти качества, а также пластичность и сопротивление коррозии обусловили широкое применение меди в промышленности. СПЛАВЫ Небольшие примеси висмута (0,001%к) и свинца (0,0!%) делают медь ломкой, а примесь серы вызывает хрупкость на холоду (1845!. С металлами медь образует различные сплавы. В двухкомпонентных медных сплавах с 4.п, Яп, А1, )ч/1, Ре, Мп, Я, Ве, Сг, РЬ, Р и др. легирующий элемент входит в твердый раствор замещения на основе Сп, а также может образовывать электронные соединения, характеризующиеся определенной электронной концентрацией.

В многокомпо- *Здесь н далее, кроме специально оговоренных случаев, приведены лроленты по массе. нентных сплавах часто присутствуют сложные металлические соединения точно неустановленного состава. Легирующие элементы вводят в медь для повышения прочности и твердости, улучшения антифрикционных свойств и стойкости против коррозии и для получения сплавов с заданными физическими свойствами. Медные сплавы делят на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы (1845!. Латунямн называют сплавы меди и цинка. Медь может растворять цинк в любом количестве. При добавлении к меди до 45 — 47% Хп увеличивается предел прочности сплава при растяжении; дальнейшее увеличение содержания цинка вызывает снижение предела прочности. Вязкость (пластичность) сплава возрастает при добавлении к меди до 30 — 32% Еп, а затем уменьшается, достигая очень малой величины при содержании 47 — 50% Еп.

Ковкая латунь (мунц-металл) содержит 60% Сп и 40% к.п, томпак— 90 — 80% Сп и 10 — 20% Еп. Состав специальных латуней: алюминиевая (66 — 68% Сп, -3% А!, -30% 7п), марганцовисто-свинцовая (57 — 60% Сп, 1,5 — 2,5% РЬ; 1,5 — 2,5% Мп, -38% к.п). Бронзами называют сплавы меди с оловом. В присутствии олова улучшаются механические свойства меди, бронзы обладают хорошими литейными свойствами. Обычно содержание олова не превышает 10%. Алюминиевая бронза содержит 82 — 90% Сп, 4 — 10% А!, 1 — 6% Ре + 81; кремнеоловянная бронза — 99,94% Сп, по 0,03% Бп и %. Сплавы меди с никелем.

Никель сильно повышает твердость меди, Сплав 50% Сп и 50% % обладает наибольшей твердостью. Кроме высокой твердости, зти сплавы обладают пониженной электропроводностью, вследствие чего употребляются в электротехнике (табл. 3). Хорошие механические свойства, высокая стойкость против коррозии во многих средах, ценные физические свойства в сочетании с простотой плавки, литья и обработки давлением обусловили широкое применение медных сплавов в многочисленных отраслях техники: в авиа-, авто-, судостроении, химической промышленности, станкостроении, электротехнике, прибоРостроении, в производстве паровой и водяной арматуры, посуды, художественных и других изделий.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Медь — электроположительный металл. Относительную устойчи- вость ее ионов можно оценить на основании следующих данных [289): Си" +е-+Сц' Е =0!53 В, Сй т е -+ Си' Е' = 0,52 В, Си' + 2е .+ Си' Е' = 0,337 В. Медь вытесняется из своих солей более электроотрицательными эле- ментами и не растворяется в кислотах, не являющихся окислителя- ми.