Загрузил diana200601

Реферат "Медь"

реклама
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
Скачать