Медь

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Медь
← Никель |Цинк →
29Cu

Ag
Внешний вид простого вещества
Самородная медь
Свойства атома
Название, символ, номерМедь/Cuprum (Cu), 29
Группа,период, блок11 (устар. IB), 4,
d-элемент
Атомная масса
(молярная масса)
63,546(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация[Ar] 3d104s1
1s22s22p63s23p63d104s1
Радиус атома128пм
Химические свойства
Ковалентный радиус117 пм
Радиус иона(+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм
Электроотрицательность1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал+0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления0; +1; +2; +3; +4
Энергия ионизации
(первый электрон)
745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (прин. у.)8,92 г/см3
Температура плавления1356,6 K (1083,4 °С)
Температура кипения2840 К (2567 °С)
Мол. теплота плавления13,01 кДж/моль
Мол. теплота испарения304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость24,44[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём7,1 см3/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решёткиКубическая гранецентрированая
Параметры решётки3,615 Å
Температура Дебая315 K
Прочие характеристики
Теплопроводность(300 K) 401 Вт/(м·К)
Номер CAS7440-50-8
Наиболее долгоживущие изотопы
Основная статья:Изотопы меди
ИзотопРаспростра-
нённость
Период полураспадаКанал распадаПродукт распада
63Cu69,15%стабилен--
64Cuсинт.12,70 чЭЗ64Ni
β64Zn
65Cu30,85%стабилен--
67Cuсинт.61,83 чβ67Zn
29
Медь
63,546
3d104s1

Медь (химический символ —Cu, отлат. Cuprum) —химический элемент11-й группы (поустаревшей классификации — побочной подгруппы первой группы, IB)четвёртого периодапериодической системы химических элементовД. И. Менделеева, сатомным номером 29.

В видепростого веществамедь —пластичныйметалл золотисто-розового цвета (при отсутствииоксидной плёнки — розового).

C давних пор (древнейшие изделия датируют 9-м тыс. до н. э.) широко используется человеком[3].

Содержание

История

[править |править код]

Медь — один из первыхметаллов, хорошо освоенных человеком из-за доступности для получения изруды и малой температуры плавления. Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чемзолото,серебро ижелезо. Одни из самых древних изделий из меди, а такжешлак — свидетельство выплавки её из руд — найдены на территории Турции, при раскопках поселенияЧатал-Гююк[4].Медный век, когда значительное распространение получили медные предметы, следует во всемирной истории закаменным веком. Экспериментальные исследованияС. А. Семёнова с сотрудниками показали, что, несмотря на мягкость меди, медные орудия труда по сравнению с каменными дают значительный выигрыш в скорости рубки, строгания, сверления и распилки древесины, а на обработку кости затрачивается примерно такое же время, как для каменных орудий[5].

В древности медь применялась также в виде сплава соловом —бронзы — для изготовления оружия и т. п.,бронзовый век пришёл на смену медному. Впервыебронзу получили на Ближнем Востоке за 3000 лет до н. э. Этот сплав меди привлекал людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало его пригодным для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопках. На смену бронзовому веку относительно орудий труда пришёлжелезный век.

Первоначально медь добывали измалахитовой руды, а не изсульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды иугля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийсяугарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

2CO+(CuOH)2CO32Cu+3CO2+H2O{\displaystyle {\mathsf {2CO+(CuOH)_{2}CO_{3}\rightarrow 2Cu+3CO_{2}+H_{2}O}}}
Медный слитокминойской эпохи вАрхеологическом музее Ираклиона

НаКипре уже в 3 тысячелетии до нашей эры существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

Индейцы культуры Чонос (Эквадор) ещё вXVXVI веках выплавляли медь с содержанием 99,5 % и использовали её для изготовления монет в виде топориков 2 см по сторонам и 0,5 мм толщиной. Монета имела хождение по всему западному побережью Южной Америки, в том числе и в государствеИнков[6].

На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н. э. Остатки их находят на Урале (наиболее известное месторождение —Каргалы), в Закавказье, в Сибири, на Алтае, на территории Украины.

В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основанПушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров. Много меди шло на изготовление колоколов. Из бронзы были отлиты такие произведения литейного искусства, какЦарь-пушка (1586 г.),Царь-колокол (1735 г.),Медный всадник (1782 г.), в Японии была отлита статуя Большого Будды (храмТодай-дзи) (752 г.).

В XVII веке благодаря огромнейшим запасам меди вблизи городаФалунШвеция вошла в число ведущих мировых держав с одной из самых развитых экономик. В этот периодБольшая Медная гора[англ.] вблизи Фалуна давала две трети общемирового производства меди[7][8].

В начале XIX века более половины мировой добычи меди приходилось наВеликобританию, большая часть ее приходилась наКорнуолл[9]. В первой половине XIX века началась масштабная добыча меди наКубе и вЧили[10]. Многочисленные крупные медные рудникиСША, начали эксплуатироваться в основном в 1850-х годах. Разработка медных рудниковКанады началась в основном на рубеже XIX-XX веков, а медных рудниковЗамбии — вскоре послеПервой мировой войны[9].

С открытиемэлектричества в XVIII—XIX вв. большие объёмы меди стали идти на производство проводов и других связанных с ним изделий. И хотя в XX в. провода часто стали делать из алюминия, медь не потеряла значения вэлектротехнике[11].

Происхождение названия

[править |править код]

Латинское название меди Cuprum (древнелат.aes cuprium,aes cyprium) произошло от названия островаКипр, где было богатое месторождение.

УСтрабона медь именуетсяχαλκός, от названия городаХалкиды наЭвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных ибронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название медиaes (санскр.ayas,гот. aiz,нем. erz,англ. ore) означает руда или рудник.

Медь обозначаласьалхимическим символом «» — «зеркало Венеры», и иногда сама медь именовалась алхимиками тоже как «венера». Это связано с тем, что богиня красотыВенера (Афродита), являлась богиней Кипра[12], а также тем, что из меди делали зеркала. Этот символ Венеры также был изображён набрэндеПолевского медеплавильного завода, им с 1735 по 1759 годыклеймилась полевская медь, и изображён на современномгербе городаПолевской[12][13]. СГумёшевским рудникомПолевского, — крупнейшим в XVIII−XIX веках месторождением медныхрудРоссийской империи наСреднем Урале, — связан известный персонаж сказовП. П. Бажова —Хозяйка медной горы, покровительница добычи малахита и меди. По одной из гипотез, она является преломлённым народным сознанием образом богиниВенеры[12].

Русское словомедьмедный) встречается в древнейших русских литературных памятниках:ст.‑слав. *mědь, «медь» не имеет чёткой этимологии, возможно,исконное слово[14][15].В. И. Абаев предполагал, что, возможно,слово«Медь» произошло от названия страныМидия: *Мѣдь из иранского Мādа — через посредствогреч.Μηδία[16]. Согласно этимологииМ. Фасмера, слово «медь» родственно др-герм. smid «кузнец», smîdа «металл»[16].

Нахождение в природе

[править |править код]
Самородная медь

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (0,78-1,5)·10−4[17]% (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 имеютхалькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан,халькозин Cu2S иборнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди:ковеллин CuS,куприт Cu2O,азурит Cu3(CO3)2(OH)2,малахит Cu2CO3(OH)2. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн[18].

Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди восадочных породах — медистые песчаники исланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа —Удокан вЗабайкальском крае,Жезказган вКазахстане, меденосный поясЦентральной Африки иМансфельд вГермании. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси)[19].

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Физические свойства

[править |править код]
Кристаллы меди

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 сосмием,цезием изолотом, 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 кристаллыкубической сингонии (гранецентрированная решётка),пространственная группаFm3m, параметры ячейки a = 0,36150 нм,Z = 4.

Медь обладает высокойтепло-[20] иэлектропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов послесеребра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5—58МСм[21]. Медь имеет относительно большойтемпературный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры.Медь являетсядиамагнетиком.

Существует рядсплавов меди:латунь — сцинком,бронза — соловом и другими элементами,мельхиор — сникелем и другие.

Атомная плотность медиN0 = 8,52 · 1028 атом/м3.

Изотопы меди

[править |править код]
Основная статья:Изотопы меди

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов —63Cu (изотопная распространённость 69,1 %) и65Cu (30,9 %). Известны более двух десятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых67Cu спериодом полураспада 62 часа[22].

Получение

[править |править код]
Информация должна бытьпроверяема, иначе она может быть удалена. Вы можетеотредактировать статью, добавив ссылки наавторитетные источники в видесносок.(30 апреля 2025)

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди —пирометаллургия,гидрометаллургия иэлектролиз.

Пирометаллургический метод

[править |править код]
  • 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 :
2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2{\displaystyle {\mathsf {2CuFeS_{2}+O_{2}\longrightarrow Cu_{2}S+2FeS+SO_{2}\uparrow }}}
2FeS+3O22FeO+2SO2{\displaystyle {\mathsf {2FeS+3O_{2}\longrightarrow 2FeO+2SO_{2}\uparrow }}}

Затем обожжённый концентрат подвергают плавке на штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезём:

FeO+SiO2FeSiO3{\displaystyle {\mathsf {FeO+SiO_{2}\longrightarrow FeSiO_{3}}}}

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+3O22Cu2O+2SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}S+3O_{2}\longrightarrow 2Cu_{2}O+2SO_{2}}}}
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+Cu_{2}S\longrightarrow 6Cu+SO_{2}}}}

Получаемая металлическая (черновая) медь содержит 90,95 % металла и подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкислённого раствора медного купороса. Образующаяся на катоде электролитическая медь имеет высокую чистоту до 99,99 % и используется для изготовления проводов, электротехнического оборудования, а также сплавов.

CuO+H2↑⟶Cu+H2O+Q{\displaystyle {\mathsf {CuO+H_{2}\uparrow \longrightarrow Cu+H_{2}O+Q\uparrow }}}

Гидрометаллургический метод

[править |править код]

Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в раствореаммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом:

CuSO4+FeCu+FeSO4{\displaystyle {\mathsf {CuSO_{4}+Fe\longrightarrow Cu\downarrow +FeSO_{4}}}}

Электролизный метод

[править |править код]

Электролиз растворасульфата меди:

CuSO4Cu2++SO42{\displaystyle {\mathsf {CuSO_{4}\rightleftarrows Cu^{2+}+SO_{4}^{2-}}}}
K:Cu2++2eCu0{\displaystyle {\mathsf {K^{-}:Cu^{2+}+2e\longrightarrow Cu^{0}}}}
A+:2H2O4eO2+4H+{\displaystyle {\mathsf {A^{+}:2H_{2}O-4e\longrightarrow O_{2}+4H^{+}}}}
2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4{\displaystyle {\mathsf {2CuSO_{4}+2H_{2}O\longrightarrow 2Cu\downarrow +O_{2}\uparrow +2H_{2}SO_{4}}}}

Химические свойства

[править |править код]
Информация должна бытьпроверяема, иначе она может быть удалена. Вы можетеотредактировать статью, добавив ссылки наавторитетные источники в видесносок.(30 апреля 2025)

Возможные степени окисления

[править |править код]
Диаграмма Пурбе для меди

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu2O,CuCl,CuI и т. п.) иликомплексах (например, [Cu(NH3)2]+). Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях и комплексах можно получить соединения со степенью окисления +3, +4 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B11H11)23−, полученных в 1994 году.

Простое вещество

[править |править код]

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги идиоксида углерода. Является слабымвосстановителем, не вступает в реакцию сводой и разбавленнойсоляной кислотой. Окисляетсяконцентрированнымисерной иазотнойкислотами, Концентрированной селеновой и хлорной кислотами, «царской водкой»,кислородом,галогенами,халькогенами,оксидаминеметаллов. Вступает в реакцию при нагревании сгалогеноводородами.

На влажном воздухе медь окисляется, образуяосновный карбонат меди(II) (внешний слой патины):

2Cu+H2O+CO2+O2 (CuOH)2CO3{\displaystyle {\mathsf {2Cu+H_{2}O+CO_{2}+O_{2}\longrightarrow \ (CuOH)_{2}CO_{3}\downarrow }}}

Реагирует с концентрированной холодной серной кислотой:

Cu+H2SO4 CuO+SO2 +H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu+H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ CuO+SO_{2}\uparrow \ +H_{2}O}}}

С концентрированной горячей серной кислотой:

Cu+2H2SO4 CuSO4+SO2 +2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}\longrightarrow \ CuSO_{4}+SO_{2}\uparrow \ +2H_{2}O}}}

С безводной горячей серной кислотой:

2Cu+2H2SO4 200oC Cu2SO4+SO2 +2H2O{\displaystyle {\mathsf {2Cu+2H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {200^{o}C}}\ Cu_{2}SO_{4}\downarrow +SO_{2}\uparrow \ +2H_{2}O}}}

C разбавленной серной кислотой при нагревании в присутствии кислорода в воздухе:

2Cu+2H2SO4+O2t 2CuSO4+2H2O{\displaystyle {\mathsf {2Cu+2H_{2}SO_{4}+O_{2}{\xrightarrow {t^{\circ }}}\ 2CuSO_{4}+2H_{2}O}}}

С концентрированной азотной кислотой:

Cu+4HNO3 Cu(NO3)2+2NO2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu+4HNO_{3}\longrightarrow \ Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}

С разбавленной азотной кислотой:

3Cu+8HNO3 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O{\displaystyle {\mathsf {3Cu+8HNO_{3}\longrightarrow \ 3Cu(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}

С «царской водкой»:

3Cu+2HNO3+6HCl 3CuCl2+2NO+4H2O{\displaystyle {\mathsf {3Cu+2HNO_{3}+6HCl\longrightarrow \ 3CuCl_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}

С концентрированной горячей соляной кислотой:

2Cu+4HCl 2H[CuCl2]+H2{\displaystyle {\mathsf {2Cu+4HCl\longrightarrow \ 2H[CuCl_{2}]+H_{2}\uparrow }}}

C разбавленной соляной кислотой в присутствии кислорода:

2Cu+4HCl+O2 2CuCl2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {2Cu+4HCl+O_{2}\longrightarrow \ 2CuCl_{2}+2H_{2}O}}}

C разбавленной соляной кислотой в присутствии перекиси водорода:

Cu+2HCl+H2O2 CuCl2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu+2HCl+H_{2}O_{2}{}\longrightarrow \ CuCl_{2}+2H_{2}O}}}

С газообразным хлороводородом при 500—600 °C:

2Cu+4HCl+O2 500600oC 2CuCl2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {2Cu+4HCl+O_{2}\ {\xrightarrow {500-600^{o}C}}\ 2CuCl_{2}+2H_{2}O}}}

С бромоводородом:

2Cu+4HBr 2H[CuBr2]+H2{\displaystyle {\mathsf {2Cu+4HBr\longrightarrow \ 2H[CuBr_{2}]+H_{2}\uparrow }}}

Также медь реагирует с концентрированнойуксусной кислотой в присутствии кислорода:

2Cu+4CH3COOH+O2 [Cu2(H2O)2(CH3COO)4]{\displaystyle {\mathsf {2Cu+4CH_{3}COOH+O_{2}\longrightarrow \ [Cu_{2}(H_{2}O)_{2}(CH_{3}COO)_{4}]}}}

Медь растворяется в концентрированном гидроксиде аммония, с образованиемаммиакатов:

CuNH3H2O,O2 [Cu(NH3)2]OH [Cu(NH3)4](OH)2{\displaystyle {\mathsf {Cu{\xrightarrow {NH_{3}\cdot H_{2}O,O_{2}}}\ [Cu(NH_{3})_{2}]OH\rightleftarrows \ [Cu(NH_{3})_{4}](OH)_{2}}}}

Окисляется дооксида меди(I) при недостатке кислорода при температуре 200 °C и дооксида меди(II) при избытке кислорода при температурах порядка 400—500 °C:

4Cu+O2 200oC 2Cu2O{\displaystyle {\mathsf {4Cu+O_{2}\ {\xrightarrow {200^{o}C}}\ 2Cu_{2}O}}}
2Cu+O2 400500oC 2CuO{\displaystyle {\mathsf {2Cu+O_{2}\ {\xrightarrow {400-500^{o}C}}\ 2CuO}}}

Медный порошок реагирует схлором,серой (в жидкомсероуглероде) ибромом (в эфире), при комнатной температуре:

Cu+Cl2 CuCl2{\displaystyle {\mathsf {Cu+Cl_{2}\longrightarrow \ CuCl_{2}}}}
Cu+Br2 CuBr2{\displaystyle {\mathsf {Cu+Br_{2}\longrightarrow \ CuBr_{2}}}}
Cu+S CS2 CuS{\displaystyle {\mathsf {Cu+S\ {\xrightarrow {CS_{2}}}\ CuS}}}

С йодом (йодида меди(II) не существует):

2Cu+I2 2CuI{\displaystyle {\mathsf {2Cu+I_{2}\longrightarrow \ 2CuI}}}

При 300—400 °C реагирует с серой иселеном:

2Cu+S 300400oC Cu2S{\displaystyle {\mathsf {2Cu+S\ {\xrightarrow {300-400^{o}C}}\ Cu_{2}S}}}
2Cu+Se 300400oC Cu2Se{\displaystyle {\mathsf {2Cu+Se\ {\xrightarrow {300-400^{o}C}}\ Cu_{2}Se}}}

C оксидами неметаллов:

4Cu+SO2 600800oC Cu2S+2CuO{\displaystyle {\mathsf {4Cu+SO_{2}\ {\xrightarrow {600-800^{o}C}}\ Cu_{2}S+2CuO}}}
2Cu+2NO 500600oC 2CuO+N2{\displaystyle {\mathsf {2Cu+2NO\ {\xrightarrow {500-600^{o}C}}\ 2CuO+N_{2}\uparrow }}}
4Cu+2NO2 500600oC 4CuO+N2{\displaystyle {\mathsf {4Cu+2NO_{2}\ {\xrightarrow {500-600^{o}C}}\ 4CuO+N_{2}\uparrow }}}
Cu+2N2O4 80oC,CH3COOCH2CH3 Cu(NO3)2+2NO{\displaystyle {\mathsf {Cu+2N_{2}O_{4}\ {\xrightarrow {80^{o}C,CH_{3}-COO-CH_{2}-CH_{3}}}\ Cu(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow }}}

С концентрированной соляной кислотой ихлоратом калия:

6Cu+12HCl+KClO3 6H[CuCl2]+KCl+3H2O{\displaystyle {\mathsf {6Cu+12HCl+KClO_{3}\longrightarrow \ 6H[CuCl_{2}]+KCl+3H_{2}O}}}

С хлоридом железа(III):

Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2{\displaystyle {\ce {Cu + 2FeCl3 -> CuCl2 + 2FeCl2}}}

Вытесняет менее активные металлы из их солей:

Cu+2AgNO3 2Ag+Cu(NO3)2{\displaystyle {\mathsf {Cu+2AgNO_{3}{}\longrightarrow \ 2Ag+Cu(NO_{3}{})_{2}{}}}}

Соединения меди(I)

[править |править код]

Свойства соединений меди (I) похожи на свойства соединений серебра (I). В частности,CuCl,CuBr иCuI нерастворимы.Также присутствую не растворимые в воде комплексы. Например, дихлорокупрат(I)-ион [CuCl2] устойчив:

CuCl+Cl[CuCl2]{\displaystyle {\mathsf {CuCl+Cl^{-}\rightarrow [CuCl_{2}]^{-}}}}

Следует обратить внимание на то, чтосульфат меди(I) нестабилен Он мгновенно разлагается и переходит в устойчивыйсульфат меди(II).

  • Большинство соединений имеют белую окраску либо бесцветны.

Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легкодиспропорционируют:

2Cu+Cu2++Cu{\displaystyle {\mathsf {2Cu^{+}\rightarrow Cu^{2+}+Cu\downarrow }}}

Примером диспропорционирования может служить реакцияоксида меди(I) с разбавленной серной кислотой:

Cu2O+H2SO4CuSO4+Cu+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+H_{2}SO_{4}\rightarrow CuSO_{4}+Cu\downarrow +H_{2}O}}}

Степени окисления +1 соответствует оксид Cu2O красно-оранжевого цвета, которыйразлагается при температуре 1800°С:

2Cu2O1800oC 4Cu+O2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O\xrightarrow {1800^{o}C} \ 4Cu+O_{2}}}}

Можно восстановить до элементарной меди:

Cu2O+H2260oC 2Cu+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+H_{2}\xrightarrow {260^{o}C} \ 2Cu+H_{2}O}}}
Cu2O+C260oC 2Cu+CO{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+C\xrightarrow {260^{o}C} \ 2Cu+CO}}}
Cu2O+CO250300oC 2Cu+CO2{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+CO\xrightarrow {250-300^{o}C} \ 2Cu+CO_{2}}}}

Также протекает процессалюминотермии:

3Cu2O+2Al1000oC 6Cu+Al2O3{\displaystyle {\mathsf {3Cu_{2}O+2Al\xrightarrow {1000^{o}C} \ 6Cu+Al_{2}O_{3}}}}

Реагирует с концентрированными растворами щелочей:

Cu2O+H2O+2OH 2[Cu(OH)2]{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+H_{2}O+2OH^{-}\rightarrow \ 2[Cu(OH)_{2}]^{-}}}}

С концентрированной соляной кислотой:

Cu2O+4HCl 2H[CuCl2]+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+4HCl\rightarrow \ 2H[CuCl_{2}]+H_{2}O}}}

С разбавленными галоген кислотами(Hal =Cl,Br,I):

Cu2O+2HHal 2CuHal+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+2HHal\rightarrow \ 2CuHal+H_{2}O}}}

С разбавленной соляной кислотой в присутствии кислорода:

2Cu2O+8HCl+O2 4CuCl2+4H2O{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+8HCl+O_{2}\rightarrow \ 4CuCl_{2}+4H_{2}O}}}

С концентрированной азотной кислотой:

Cu2O+6HNO3 2Cu(NO3)2+2NO2+3H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+6HNO_{3}\rightarrow \ 2Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}+3H_{2}O}}}

С концентрированной серной кислотой:

Cu2O+3H2SO4 2CuSO4+SO2+3H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+3H_{2}SO_{4}\rightarrow \ 2CuSO_{4}+SO_{2}+3H_{2}O}}}

С разбавленной серной кислотой:

Cu2O+H2SO4 CuSO4+Cu+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+H_{2}SO_{4}\rightarrow \ CuSO_{4}+Cu+H_{2}O}}}

С гидросульфитом натрия:

2Cu2O+2NaHSO3 4Cu+Na2SO4+H2SO4{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+2NaHSO_{3}\rightarrow \ 4Cu+Na_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}}}}

С аммиаком:

3Cu2O+2NH3250oC 2Cu3N+3H2O{\displaystyle {\mathsf {3Cu_{2}O+2NH_{3}\xrightarrow {250^{o}C} \ 2Cu_{3}N+3H_{2}O}}}

С раствором аммиака:

Cu2O+4NH3H2O 2[Cu(NH3)2]OH+3H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+4NH_{3}*H_{2}O\rightarrow \ 2[Cu(NH_{3})_{2}]OH+3H_{2}O}}}

С азотистоводородной кислотой в разных условиях при охлаждении:

Cu2O+5HN31015oC 2Cu(N3)2+H2O+NH3+N2{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+5HN_{3}\xrightarrow {10-15^{o}C} \ 2Cu(N_{3})_{2}+H_{2}O+NH_{3}+N_{2}}}}
Cu2O+2HN32025oC 2CuN3+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+2HN_{3}\xrightarrow {20-25^{o}C} \ 2CuN_{3}+H_{2}O}}}

С серой:

2Cu2O+3S610oC 2Cu2S+SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+3S\xrightarrow {610^{o}C} \ 2Cu_{2}S+SO_{2}}}}

С Сульфидом меди(I):

2Cu2O+Cu2S12001300oC 6Cu+SO2{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+Cu_{2}S\xrightarrow {1200-1300^{o}C} \ 6Cu+SO_{2}}}}

С кислородом:

2Cu2O+O2500oC 4CuO{\displaystyle {\mathsf {2Cu_{2}O+O_{2}\xrightarrow {500^{o}C} \ 4CuO}}}

С хлором:

Cu2O+Cl2250oC 2Cu2OCl2{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+Cl_{2}\xrightarrow {250^{o}C} \ 2Cu_{2}OCl_{2}}}}

С оксидами щелочных металлов(Ме =Li,Na,K,Rb,Cs):

Cu2O+Me2O600800oC 2MeCuO{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+Me_{2}O\xrightarrow {600-800^{o}C} \ 2MeCuO}}}

Соксидом бария:

Cu2O+BaO500600oC Ba(CuO)2{\displaystyle {\mathsf {Cu_{2}O+BaO\xrightarrow {500-600^{o}C} \ Ba(CuO)2}}}

Соответствующий гидроксидCuOH (жёлтого цвета) разлагается при температуре 100°С с образованием оксида меди(I).

2CuOH100oC Cu2O+H2O{\displaystyle {\mathsf {2CuOH\xrightarrow {100^{o}C} \ Cu_{2}O+H_{2}O}}}

Гидроксид CuOH проявляет основные свойства.

CuOH+2HClH[CuCl2]+H2O{\displaystyle {\mathsf {CuOH+2HCl\rightarrow H[CuCl_{2}]+H_{2}O}}}

Также реагирует с раствором аммиака:

CuOH+xNH3H2OCu(NH3)x(OH)+xH2O{\displaystyle {\mathsf {CuOH+xNH_{3}*H_{2}O\rightarrow Cu(NH_{3})_{x}(OH)+xH_{2}O}}}

Реагирует с гидроксидом калия:

CuOH+KOHK[Cu(OH)2]{\displaystyle {\mathsf {CuOH+KOH\rightarrow K[Cu(OH)_{2}]}}}

Соединения меди(II)

[править |править код]

Степень окисления II — наиболее стабильная степень окисления меди. Ей соответствует оксидCuO чёрного цвета, который разлагается при температуре 1100 °С:

4CuO1100oC 2Cu2O+O2{\displaystyle {\mathsf {4CuO\xrightarrow {1100^{o}C} \ 2Cu_{2}O+O_{2}}}}

Реагирует с раствором аммиака с образованиемРеактива Швейцера:

CuO+4NH3H2O [Cu(NH3)4](OH)2+3H2O{\displaystyle {\mathsf {CuO+4NH_{3}*H_{2}O\rightarrow \ [Cu(NH_{3})_{4}](OH)_{2}+3H_{2}O}}}
CuO+4NH3+H2O [Cu(NH3)4](OH)2{\displaystyle {\mathsf {CuO+4NH_{3}+H_{2}O\rightarrow \ [Cu(NH_{3})_{4}](OH)_{2}}}}

Растворяется в концентрированных щелочах с образованием комплексов:

CuO+2OH+H2O [Cu(OH)4]2+{\displaystyle {\mathsf {CuO+2OH^{-}+H_{2}O\rightarrow \ [Cu(OH)_{4}]^{2+}}}}

При сплавлении с щелочами образуютсякупраты металлов:

CuO+2KOH K2CuO2+H2O{\displaystyle {\mathsf {CuO+2KOH\xrightarrow {\ } K_{2}CuO_{2}+H_{2}O}}}

С азотной кислотой:

CuO+2HNO3 Cu(NO3)2+H2O{\displaystyle {\mathsf {CuO+2HNO_{3}\rightarrow \ Cu(NO_{3})_{2}+H_{2}O}}}

Реагирует с йодоводородной кислотой с образованием йодида меди(I), так как йодида меди(II) не существует:

2CuO+4HI 2CuI+I2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {2CuO+4HI\rightarrow \ 2CuI+I_{2}+2H_{2}O}}}

Протекают процессы магниетермии и алюминотермии:

CuO+Mg Cu+MgO{\displaystyle {\mathsf {CuO+Mg\rightarrow \ Cu+MgO}}}
3CuO+2Al 3Cu+Al2O3{\displaystyle {\mathsf {3CuO+2Al\rightarrow \ 3Cu+Al_{2}O_{3}}}}

Также можно восстановить до элементарной меди следующими способами:

CuO+H2 Cu+H2O{\displaystyle {\mathsf {CuO+H_{2}\rightarrow \ Cu+H_{2}O}}}
CuO+C Cu+CO{\displaystyle {\mathsf {CuO+C\rightarrow \ Cu+CO}}}
CuO+CO Cu+CO2{\displaystyle {\mathsf {CuO+CO\rightarrow \ Cu+CO_{2}}}}

Оксид меди(II) используются для получения оксидаиттриябария меди (YBa2Cu3O7-δ), который является основой для получениясверхпроводников.

Соответствующий гидроксидCu(OH)2 (голубого цвета), который при длительном стоянии разлагается, переходя в оксид меди(II) чёрного цвета:

Cu(OH)2CuO+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}\rightarrow CuO+H_{2}O}}}

Также в избытке влаги возможно окисление меди, и переход в гидроксид куприла, в котором степень окисления меди +3:

4Cu(OH)2+O24CuO(OH)+2H2O{\displaystyle {\mathsf {4Cu(OH)_{2}+O_{2}\rightarrow 4CuO(OH)+2H_{2}O}}}

При нагревании до 70 °С разлагается:

Cu(OH)270oC CuO+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}\xrightarrow {70^{o}C} \ CuO+H_{2}O}}}

Реагирует с растворами концентрированных щелочей с образованием гидроксокомплексов синего цвета (это подтверждает преимущественно основный характер Cu(OH)_2):

Cu(OH)2+OH[Cu(OH)4]2{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}+OH^{-}\rightarrow [Cu(OH)_{4}]^{2-}}}}

С образованием солей меди(II) растворяется во всех кислотах(в том числе кислотах окислителях) кромейодоводородной:

Cu(OH)2+H2SO4CuSO4+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}+H_{2}SO_{4}\rightarrow CuSO_{4}+2H_{2}O}}}
Cu(OH)2+HNO3Cu(NO3)2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}+HNO_{3}\rightarrow Cu(NO_{3})_{2}+2H_{2}O}}}
Cu(OH)2+2HClCuCl2+2H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}+2HCl\rightarrow CuCl_{2}+2H_{2}O}}}

Реакция с йодоводородной кислотой отличается тем, что образуется йодид меди(I), так как йодида меди(II) не существует:

2Cu(OH)2+4HI2CuI+I2+4H2O{\displaystyle {\mathsf {2Cu(OH)_{2}+4HI\rightarrow 2CuI+I_{2}+4H_{2}O}}}

Реакция сводным раствором аммиака является из важных в химии, так как образуетсяреактив Швейцера (растворительцеллюлозы):

Cu(OH)2+4NH3H2O[Cu(NH3)4](OH)2+H2O{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}+4NH_{3}*H_{2}O\rightarrow [Cu(NH_{3})_{4}](OH)_{2}+H_{2}O}}}
Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4](OH)2{\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}+4NH_{3}\rightarrow [Cu(NH_{3})_{4}](OH)_{2}}}}

Также суспензия гидроксида меди реагирует с углекислым газом с образованиемдигидроксокарбонатом меди(II):

2Cu(OH)2+CO2(CuOH)2CO3+H2O{\displaystyle {\mathsf {2Cu(OH)_{2}+CO_{2}\rightarrow (CuOH)_{2}CO_{3}+H_{2}O}}}

Большинство солей двухвалентной меди имеют синюю или зелёную окраску.При растворении солей меди(II) в воде образуются голубые аквакомплексы [Cu(H2O)6]2+.Соединения меди(II) обладают слабыми окислительными свойствами, что используется в анализе (например, использование реактива Фелинга).Карбонат меди(II) имеет зелёную окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди и медных сплавов при взаимодействии оксидной плёнки суглекислым газом воздуха в присутствии воды

Медный купорос

Сульфат меди(II) при гидратации даёт синиекристаллымедного купороса CuSO4∙5H2O, используется какфунгицид.

Соединения меди(III) и меди(IV)

[править |править код]

Степени окисления III и IV являются малоустойчивыми степенями окисления и представлены только соединениями с кислородом, фтором или в виде комплексов.

Имеются данные о получении сесквиоксидаCu2O3[23], также известны различныекупраты(III), как в виде смешанных оксидных систем с другими металлами, например, серебром — Ag2Cu2O4[24], так и координационных соединений; наличие у меди конфигурацииd8 в этих соединениях является дискуссионной[25].

Гексафторкупраты(III) и (IV) получают действием фтора на соли меди и щелочных металлов при нагревании под давлением. Они бурно реагируют с водой и являются сильными окислителями.

Комплексы меди(III) с ортопериодатами и теллуратами относительно стабильны и предложены как окислители в аналитической химии. Описано много комплексов меди(III) с аминокислотами и пептидами.

Аналитическая химия меди

[править |править код]
Возбуждённые атомы меди окрашивают пламя в голубовато-зелёный цвет

Медь можно обнаружить в растворе по зелёно-голубой окраске пламенибунзеновской горелки, при внесении в него платиновой проволочки, смоченной исследуемым раствором.

  • Традиционно количественное определение меди в слабокислых растворах проводилось с помощью пропускания через негосероводорода, при этом сульфид меди выпадает в далее взвешиваемый осадок.
  • В растворах, при отсутствии мешающих ионов, медь может быть определена комплексонометрически илипотенциометрически,ионометрически.
  • Микроколичества меди в растворах определяют кинетическими и спектральными методами.

Применение

[править |править код]

В электротехнике

[править |править код]

Из-за низкогоудельного сопротивления (уступает лишьсеребру, удельное сопротивление при 20 °C: 0,01724—0,0180 мкОм·м/[21]), медь широко применяется вэлектротехнике для изготовления силовых и других кабелей,проводов или других проводников, например, припечатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмоткахэлектроприводов (быт: электродвигателях) и силовыхтрансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижаютэлектрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 %алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %[26].

Самое частое применение меди — электротехника

Теплообмен

[править |править код]
Система охлаждения из меди натепловых трубках вноутбуке

Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различныхтеплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известныерадиаторы охлаждения, системахкондиционирования иотопления, компьютерныхкулерах,тепловых трубках.

Для производства труб

[править |править код]

В связи с высокой механической прочностью и пригодностью для механической обработки медные бесшовныетрубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системахводоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии — для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге — для водоснабжения, в Великобритании и Швеции — для отопления.

Всистемах кондиционирования, вхолодильных машинах итепловых насосах на парокомпрессионном цикле (обратныйцикл Ренкина нафреонах или низкомолекулярныхалканах/циклоалканах (изобутан,циклопентан), или их смесях) медь является основным материалом для труб магистралей хладагента.

В России производство водогазопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005[27], а применение в этом качестве федеральным сводом правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.

Музыкальные инструменты

[править |править код]

Избронзы илатуни изготавливаются музыкальные инструменты:

Сплавы

[править |править код]

Сплавы на основе меди

[править |править код]
Латунная игральная кость, рядомцинк и слиток меди
Статуэтка, отлитая из бронзы

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди,самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся вышебронза илатунь.Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов,в которые, помимоолова ицинка, могут входитьникель,висмут и другиеметаллы.Например, в составпушечной бронзы, использовавшейся для изготовления артиллерийских орудий вплоть до XIX века, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия.

Большое количество латуни идёт на изготовление гильзартиллерийских боеприпасов иоружейных гильз, благодаря технологичности и высокой пластичности.

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30—40 кгс/мм² у сплавов и 25—29 кгс/мм² у технически чистой меди.

Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не изменяют механических свойств при термической обработке, и их механические свойства и износостойкость определяются только химическим составом и его влиянием на структуру.Модуль упругости медных сплавов (900—12000 кгс/мм², ниже, чем у стали). Основное преимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред (медно-никелевые сплавы и алюминиевые бронзы) и хорошей электропроводностью. Медь и её сплавы латунь и бронза обладают высокой коррозионной стойкостью, электро- и теплопроводностью, антифрикционными показателями. При этом медь хорошо сваривается и обрабатывается резанием[28].

Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных. Медно-никелевый сплав (мельхиор) используются для чеканки разменной монеты[29].

Медно-никелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении (трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой) и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за высокойкоррозионной устойчивости.

Медь является важным компонентом твёрдыхприпоев — сплавов с температурой плавления 590—880 °C, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей.

Сплавы, в которых медь значима

[править |править код]
Повреждённая пожаром дюралюминиевая деталь дирижабля«Гинденбург» (LZ 129)

Дюраль (дюралюминий) определяют как сплавалюминия и меди (меди в дюрале 4,4 %).

Ювелирные сплавы

[править |править код]

В ювелирном деле часто используются сплавы меди сзолотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото — очень мягкий металл и нестойко к механическим воздействиям.

Соединения меди

[править |править код]

Оксиды меди используются для полученияоксида иттрия-бария-меди (купрата) YBa2Cu3O7-δ, который является основой для получения высокотемпературныхсверхпроводников.

Медь применяется для производствамедно-окисных гальванических элементов и батарей.

Другие сферы применения

[править |править код]

Медь — самый широко употребляемый катализатор полимеризацииацетилена. Из-за того, что медь является катализатором полимеризации ацетилена (образует соединения меди с ацетиленом),трубопроводы из меди для транспортировкиацетилена можно применять только при содержании меди всплаве материала труб не более 64 %.

Широко применяется медь в архитектуре. Кровли и фасады из тонкой листовой меди из-за автозатухания процесса коррозии медного листа служат безаварийно по 100—150 лет. В России использование медного листа для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006[30].

Медь может быть использована для снижения переноса инфекции в лечебных учреждениях через поверхности, к которым прикасается рука человека. Из меди могут быть изготовлены ручки дверей, водозапорной арматуры, перила, поручни кроватей, столешницы[31].

Пары меди используются в качестве рабочего тела в лазерах на парах меди, на длинах волн генерации 510 и 578 нм[32].

Также медь применяется в пиротехнике для окрашивания пламени в синий цвет[33][34][35].


Производство, добыча и запасы меди

[править |править код]

Мировой рынок

[править |править код]
См. также:Список стран по выплавке меди

По объёму мирового производства и потребленияметаллов медь занимает третье место после железа и алюминия.

Разведанные мировые запасы меди на конец 2008 года составляли 1 млрд т, из них подтверждённые — 550 млн т. Причём, оценочно, считается, что глобальные мировые запасы на суше составляют 3 млрд т, а глубоководные ресурсы оцениваются в 700 млн т. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т — подтверждённые запасы[36], в 2021 году — 880 млн тонн[37]. На долю России по состоянию на 2021 год приходилось около 2,2 % общих мировых запасов[37].

Мировая добыча меди в 2000 году составляла около 15 млн т, a в 2004 году — около 14 млн т[36][38].Мировое производство меди в 2007 году составляло[39] 15,4 млн т, а в 2008 году — 15,7 млн т. Добыча меди в 2022 году составила 21,9 млн тонн, производство рафинированной меди — 24,6 млн тонн[40]. Потребление меди в 2021 году — 25 млн тонн[41]. Таким образом, при нынешних темпах потребления текущих запасов меди хватит примерно на 35 лет.

Объём мирового потребления меди в 2023 году, по оценкам компании «Норникель» 2022 года, должен составить 25,4 млн тонн (рост на 2 % по отношению к прошлому году).В то же время «Норникель» прогнозирует объём добычи меди в 2023 году в размере 22,4 млн тонн (рост на 2 % год к 2022 году). Объём дефицита рынка прогнозировался на уровне 160 тыс. тонн.[42]

Лидеры производства (по состоянию на 2022 год, млн. тонн)[43]:

  1.  Чили — 5,200,
  2.  Перу — 2,200,
  3.  Республика Конго — 2,200,
  4.  Китай — 1,900,
  5.  США — 1,300,
  6.  Россия — 1,000,
  7.  Индонезия − 0,920,
  8.  Австралия — 0,830,
  9.  Замбия — 0,770,
  10.  Мексика — 0,740
  11.  Казахстан — 0,580,
  12.  Канада — 0,530,
  13.  Польша — 0,390.
  14.  Армения — 0,308.

На остальные страны приходится ещё около 2,5 млн тонн в год производимой меди[37].

Производство меди в России

[править |править код]

Запасы и добыча в России: см.Добыча полезных ископаемых в России#Медь.

Производство рафинированной меди в России в 2018—2022 годах составляло 0,99—1,04 млн тонн в год году. В России по состоянию на 2020 год свыше 95 % производимой рафинированной меди приходилось на три компании[44]:

Компаниятыс. тонн%
«Уралэлектромедь»44041 %
«Норильский никель»42040 %
«Русская медная компания»20019 %

К указанным производителям меди в России в 2008 году присоединился холдинг «Металлоинвест», выкупивший права на разработку нового месторождения меди «Удоканское»[45]. В настоящее время развитие проекта на данном месторождении ведёт компания «Удоканская медь», которая в 2023 году выпустила первый медный концентрат[46]. При выходе на полную мощность ожидается выпуск 360 тыс. тонн меди в год[44], что может сделать «Удоканскую медь» одним из крупнейших производителей меди в России.

Современные способы добычи

[править |править код]

Сейчас известно более 200 минералов, содержащих медь, но из них только 14—15 имеют промышленное значение. Это —халькопирит (он же медный колчедан),малахит, встречается исамородная медь. Вмедных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже — золото, серебро. Обычно медные руды обогащаются на фабриках, прежде чем поступают на медеплавильные комбинаты. Богаты медью Казахстан, США, Чили, Канада, африканские страны — Заир, Замбия, Южно-Африканская Республика.Эскондида — самый большой в мире карьер, в котором добывают медную руду (расположен вЧили). В зависимости от глубины залегания, руда добывается открытым или закрытым методом[47].

90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10 % — гидрометаллургическим. Гидрометаллургический способ — это получение меди путём её растворения в слабом растворе серной кислоты и последующего выделения металлической (черновой) меди из раствора. Пирометаллургический способ состоит из нескольких этапов: обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.

Для обогащения медных руд используется метод флотации (основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы), который позволяет получать медный концентрат, содержащий от 10 до 35 % меди.

Медные руды и концентраты с большим содержанием серы подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700—800 °C в присутствии кислорода воздуха, сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое от первоначального. Обжигают только бедные (с содержанием меди от 8 до 25 %) концентраты, а богатые (от 25 до 35 % меди) плавят без обжига.

После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа. Штейн содержит от 30 до 50 % меди, 20—40 % железа, 22—25 % серы, кроме того, штейн содержит примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки — 1450 °C.

С целью окисления сульфидов и железа полученный медный штейн подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак. Температура в конвертере составляет 1200—1300 °C. Интересно, что тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций, без подачи топлива. Таким образом, в конвертере получают черновую медь, содержащую 98,4—99,4 % меди, 0,01—0,04 % железа, 0,02—0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота. Эту медь сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине.

Далее, для удаления вредных примесей, черновую медь рафинируют (проводят огневое, а затем электролитическое рафинирование). Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99,0—99,7 %. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой меди (99,95 %). Электролиз проводят в ваннах, где анод — из меди огневого рафинирования, а катод — из тонких листов чистой меди. Электролитом служит раствор серной кислоты с медным купоросом. В ходе электролиза происходит повышение концентрации серной кислоты. При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, и, очищенная от примесей, осаждается на катодах. Примеси оседают на дно ванны в виде шлама, который идёт на переработку с целью извлечения ценных металлов. При получении 1000 тонн электролитической меди можно получить до 3 кг серебра и 200 г золота. Катоды выгружают через 5—12 дней, когда их масса достигнет от 60 до 90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах[48].

Влияние на экологию

[править |править код]

При открытом способе добычи после её прекращения карьер становится источником токсичных веществ. Самое токсичное озеро в мире —Беркли Пит — образовалось в карьере медного рудника.

Стоимость

[править |править код]

В январе 2008 года, впервые за всю историю, на Лондонской бирже металлов цены на медь превысили 8000 долларов за тонну. В начале июля цены возросли до 8940 долларов за тонну, что стало абсолютным рекордом начиная с 1979 года — момента начала ведения торгов на бирже. Цена достигла пика в почти 10,2 тыс. долларов в феврале 2011 года[49].

На 2011 год стоимость меди составляла около 8900 долларов за тонну[50].Вследствиекризиса мировой экономики цена на большинство видов сырья упала, и стоимость 1 тонны меди на 1 сентября 2016 не превышала 4700 долларов[51].

В мае 2021 года цена меди наЛондонской бирже металлов (LME) взлетела до 10 307 долларов за тонну[52].

Пиковая цена зафиксирована в середине октября 2021 — стоимость контракта на одну тонну меди с поставкой через 3 месяца в моменте превышала 10 тыс. долларов[53].

Биологическая роль

[править |править код]
Продукты, богатые медью.
Метаболизм меди у человека. Поступление вэнтероцит с помощью транспортёраCMT1, перенос с помощьюATOX1 в сетьтранс-Гольджи, при росте концентрации — высвобождение с помощьюАТФ-азыATP7A вворотную вену. Поступление вгепатоцит, гдеATP7B нагружает ионами меди белокцерулоплазмин, а избыток выводит вжелчь

Медь является необходимым элементом для всехвысших растений и животных. В токекрови медь переносится главным образом белкомцерулоплазмином. После усваивания медикишечником она транспортируется кпечени с помощью альбумина.

Медь встречается в большом количествеферментов, например, вцитохром-с-оксидазе, в содержащем медь ицинк ферменте супероксид дисмутазе и в переносящем молекулярныйкислород белкегемоцианине. В крови всех головоногих и большинства брюхоногихмоллюсков ичленистоногих медь входит в состав гемоцианина в видеимидазольного комплекса иона меди, роль, аналогичная ролипорфиринового комплексажелеза в молекуле белкагемоглобина в крови позвоночных животных.

Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания впищеварительном тракте, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать недостаток другого элемента. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день.

При недостатке меди вхондро- иостеобластах снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен, в результате замедляется и нарушается рост костных тканей[54].

Токсичность

[править |править код]

Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 1 мг/л (СанПиН 2.1.4.1074-01), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен.Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сформулировала в 1998 году это правило так: «Риски для здоровья человека от недостатка меди в организме многократно выше, чем риски от её избытка».

В 2003 году в результате интенсивных исследований ВОЗ пересмотрела прежние оценки токсичности меди. Было признано, что медь не является причиной расстройств пищеварительного тракта[55].

Существовали опасения, чтогепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона — Коновалова) сопровождается накоплением меди в организме, так как она не выделяетсяпеченью вжелчь. Эта болезнь вызывает повреждениемозга и печени. Однако причинно-следственная связь между возникновением заболевания и приёмом меди внутрь подтверждения не нашла[55]. Установлена лишь повышенная чувствительность лиц, в отношении которых диагностировано это заболевание к повышенному содержанию меди в пище и воде.

Бактерицидность

[править |править код]

Бактерицидные свойства меди и её сплавов были известны человеку давно.В 2008 году после длительных исследований Федеральное агентство по охране окружающей среды США (US EPA) официально присвоило меди и нескольким сплавам меди статус веществ с бактерицидной поверхностью[56] (агентство подчёркивает, что использование меди в качестве бактерицидного вещества может дополнять, но не должно заменять стандартную практику инфекционного контроля). Особенно выраженно бактерицидное действие поверхностей из меди (и её сплавов) проявляется в отношенииметициллин-устойчивого штаммастафилококка золотистого, известного как «супермикроб»MRSA[57]. Летом 2009 была установлена роль меди и сплавов меди в инактивировании вируса гриппа A/H1N1 (т. н. «свиной грипп»)[58].

Органолептические свойства

[править |править код]

Излишняя концентрация ионов меди придаёт воде отчётливый «металлический вкус». У разных людей порог органолептического определения меди в воде составляет приблизительно 2—10мг/л. Естественная способность к такому определению повышенного содержания меди в воде является природным механизмом защиты от приёма внутрь воды с излишним содержанием меди.

См. также

[править |править код]
В родственных проектах

Примечания

[править |править код]
  1. Prohaska T. et al. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report) (англ.) //Pure and Applied Chemistry. — 2022. —Vol. 94,iss. 5. —P. 573—600. —doi:10.1515/pac-2019-0603.
  2. 123Медь // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. —М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди — Полимерные. — С. 7. — 639 с. —48 000 экз. —ISBN 5-85270-039-8.
  3. Discover the Ancient History of Copper and Its Early Uses (англ.). ThoughtCo. Дата обращения: 18 мая 2025. Архивировано 15 мая 2025 года.
  4. Спиридонов, 1989, с. 5—8.
  5. Спиридонов, 1989, с. 20—22.
  6. Soriano W. E. Etnohistoria ecuatoriana: estudios y documentos (исп.). — Quito: Abya-Yala, 1988. — P. 135.
  7. Mining Area of the Great Copper Mountain in Falun
  8. Falun mine
  9. 1260 веков меди
  10. A world of copper: globalizing the Industrial Revolution, 1830-70
  11. Спиридонов, 1989, с. 172.
  12. 123Перфильев А. В. Герб и символы Полевского : [арх. 8 декабря 2015] // Полевской край: Историко-краеведческий сборник. — Екатеринбург : Уралтрейд, 1998. — Вып. 1, № 3. — (Уральское краеведение).
  13. Официальные символыАрхивная копия от 15 октября 2016 наWayback Machine, на сайте Администрации Полевского городского округа
  14. Этимологический словарь славянских языков, том 18. —М.: Наука, 1993. — С. 144−146.
  15. Откупщиков Ю. В. Очерки по этимологии. —СПб.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2001. — С. 127−130.
  16. 12медь // Этимологический словарь русского языка =Russisches etymologisches Wörterbuch :в 4 т. / авт.-сост.М. Фасмер ; пер. с нем. и доп. чл.‑кор. АН СССРО. Н. Трубачёва, под ред. и с предисл. проф.Б. А. Ларина [т. I]. — Изд. 2-е, стер. —М. :Прогресс, 1986—1987.
  17. Григорьев Н. А. Распределение химических элементов в верхней части континентальной коры / отв. ред. д.г.-м.н. Сазонов В.Н.. — Екатеринбург: УрО РАН, 2009. — С. 36. — 383 с. — ISBN isbn 978-5-7691-2038-1.
  18. Медь самородная — статья изБольшой советской энциклопедии
  19. Крупнейшие мономинеральные месторождения (рудные районы, бассейны) . Дата обращения: 29 ноября 2010. Архивировано изоригинала 19 июня 2010 года.
  20. при 20 °С: 394,279 Вт/(м·К), то есть 0,941 кал/(см · с · °С)
  21. 12Электротехнический справочник (рус.) / Сост. И. И. Алиев. —М.: ИП РадиоСофт, 2006. — Т. 1. — С. 246. —ISBN 5-93037-157-1.
  22. Справочник химика :в 7 т. / гл. ред.Б. П. Никольский. — 2-е изд., перераб. и дополн. —М.,Л. :Химия, 1966. — Т. 1 : Общие сведения. Строение вещества. Свойства важнейших веществ. Лабораторная техника. — 1072 с. —20 000 экз.
  23. Чукуров П. М. Меди оксиды // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. —М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа — Меди. — С. [669—670] (стб. 1331). — 671 с. —100 000 экз. —ISBN 5-85270-035-5.
  24. Muñoz-Rojas D. et al. Electronic Structure of Ag2Cu2O4. Evidence of Oxidized Silver and Copper and Internal Charge Delocalization (англ.) // The Journal of Physical Chemistry B. — 2005. —Vol. 109,iss. 13. —P. 6193–6203. —ISSN1520-5207 1520-6106, 1520-5207. —doi:10.1021/jp044493w. Архивировано 26 мая 2023 года.
  25. DiMucci I. M. et al. The Myth ofd8 Copper(III) (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 2019. —Vol. 141,iss. 46. —P. 18508–18520. —ISSN1520-5126 0002-7863, 1520-5126. —doi:10.1021/jacs.9b09016. Архивировано 9 марта 2023 года.
  26. Применение медиАрхивная копия от 14 сентября 2010 наWayback Machine  (недоступная ссылка с 21-05-2013 [4573 дня] —историякопия)
  27. ГОСТ Р 52318-2005 Трубы медные круглого сечения для воды и газа. Технические условия . Дата обращения: 24 июля 2008. Архивировано 14 сентября 2008 года.
  28. Грудев А. П., Машкин Л. Ф., Ханин М. И. Технология прокатного производства. —М.: Металлургия, 1994. — С. 441. — 656 с. —ISBN 5-229-00838-5. — [Архивировано 18 июня 2022 года.]
  29. Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В. Промышленные цветные металлы и сплавы. — 3-е изд. — Металлургия, 1974. — С. 321—488.
  30. СП 31-116-2006 Проектирование и устройство кровель из листовой меди . Дата обращения: 25 декабря 2009. Архивировано 8 ноября 2009 года.
  31. Bloch H. A Copper Bedrail Could Cut Back On Infections For Hospital Patients . Дата обращения: 11 ноября 2020. Архивировано 8 ноября 2020 года.
  32. Исаев А. А. Лазер на парах меди . Дата обращения: 6 января 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
  33. What minerals produce the colors in fireworks? | U.S. Geological Survey . www.usgs.gov. Дата обращения: 3 декабря 2024. Архивировано 4 ноября 2024 года.
  34. Почему фейерверки разного цвета?  (рус.) vektor-tv.ru (27 декабря 2022). Дата обращения: 3 декабря 2024. Архивировано 23 января 2025 года.
  35. Шидловский А. А. Основы пиротехники (рус.). —М.: RUGRAM, 2021. —ISBN 978-5-458-23949-3.
  36. 12Производство меди . Дата обращения: 17 ноября 2007. Архивировано 5 октября 2008 года.
  37. 123Flanagan D. M. Mineral Commodity Summaries 2022 - Copper (англ.). U.S. Geological Survey. U.S. Geological Survey. Дата обращения: 3 февраля 2024. Архивировано 8 февраля 2024 года.
  38. В 2005 г. мировая добыча меди увеличится на 8 % до 15,7 млн т. — Новости металлургии
  39. MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2009 . Дата обращения: 30 сентября 2009. Архивировано 6 августа 2011 года.
  40. Медь (Cu) – Обзор рынка металлов – Стратегический отчет – Годовой отчет ПАО «ГМК «Норильский никель» за 2022 г.  (рус.) ar2022.nornickel.ru. Дата обращения: 3 февраля 2024. Архивировано 3 февраля 2024 года.
  41. Copper mine production worldwide total 2022 (англ.). Statista. Дата обращения: 25 января 2024. Архивировано 25 января 2024 года.
  42. "Норникель" ожидает роста первичного потребления никеля в мире в 2023 году на 11% . TACC. Дата обращения: 26 июня 2023. Архивировано 8 апреля 2023 года.
  43. Copper production by country 2022 (англ.). Statista. Дата обращения: 25 января 2024. Архивировано 28 января 2022 года.
  44. 12Якубчук А. С. Российская добыча меди - 30 лет  (рус.). Вестник золотопромышленника. ПРАЙМ ЗОЛОТО (12 января 2022). Дата обращения: 3 февраля 2024. Архивировано 3 февраля 2024 года.
  45. Металлонвест оплатил лицензию за Удокан
  46. Путин запустил производство меди на крупнейшем в РФ месторождении . TACC. Дата обращения: 3 февраля 2024. Архивировано 18 января 2024 года.
  47. Способы и места добычи меди  (рус.). promzn.ru. Дата обращения: 25 августа 2018. Архивировано 26 августа 2018 года.
  48. Получение меди . Дата обращения: 29 января 2011. Архивировано 11 февраля 2011 года.
  49. Цены на сырьё упали до самого низкого уровня со времён кризиса 2008 г.  Дата обращения: 26 апреля 2015. Архивировано 6 октября 2014 года.
  50. Цена меди . Дата обращения: 28 мая 2011. Архивировано 1 апреля 2013 года.
  51. Графики цены меди за различные периоды . Дата обращения: 1 сентября 2016. Архивировано 29 августа 2016 года.
  52. Цена на медь достигла рекордно высокого значения в ходе торгов // ТАСС . Дата обращения: 13 сентября 2021. Архивировано 13 сентября 2021 года.
  53. Добыча меди в России: крупнейшие компании и месторожденияАрхивная копия от 2 июля 2023 наWayback Machine
  54. Медь и рост человека //Наука и жизнь. —М., 1990. —№ 1. —С. 17.
  55. 12CHEMICAL FACT SHEETS (англ.). Дата обращения: 29 декабря 2009. Архивировано 22 августа 2011 года.
  56. US EPA . Дата обращения: 25 июля 2008. Архивировано 29 сентября 2015 года.
  57. В США наблюдается вспышка инфекции MRSA за пределами госпиталей . Дата обращения: 25 июля 2008. Архивировано 12 октября 2008 года.
  58. British Scientist Shares Expertise on Swine Flu Control in Beijing . Дата обращения: 11 января 2010. Архивировано изоригинала 23 сентября 2012 года.

Литература

[править |править код]

Ссылки

[править |править код]
Перейти к шаблону «External links»
Ссылки на внешние ресурсы
Перейти к шаблону «Внешние ссылки» Перейти к элементу Викиданных
  Словари и энциклопедии
В библиографических каталогах
Перейти к шаблону «Периодическая система элементов»
Перейти к шаблону «Ряд активности металлов»
Перейти к шаблону «Металлы и сплавы, используемые для изготовления монет»
Металлы
Сплавы
Группы монет
Группы металлов
См. также
Источник —https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Медь&oldid=149812948
Категории:
Скрытые категории: