Měď

Měď(lat. Cuprum) - chemický prvek I. skupiny periodická tabulka Mendělejev (atomové číslo 29, atomová hmotnost 63,546). Ve sloučeninách má měď obvykle oxidační stavy +1 a +2, je také známo několik sloučenin trojmocné mědi. Nejdůležitější sloučeniny mědi: oxidy Cu 2 O, CuO, Cu 2 O 3; hydroxid Cu(OH) 2, dusičnan Cu(NO 3) 2. 3H 2 O, sulfid CuS, síran (síran měďnatý) CuSO 4. 5H 2 O, uhličitan CuCO 3 Cu(OH) 2, chlorid CuCl 2. 2H20.

Měď- jeden ze sedmi kovů známých od starověku. Přechodné období z doby kamenné do doby bronzové (4. – 3. tisíciletí př. n. l.) bylo tzv doba měděná nebo chalkolitické(z řeckého chalkos – měď a lithos – kámen) popř chalkolitické(z latinského aeneus - měď a řeckého lithos - kámen). V tomto období se objevily měděné nástroje. Je známo, že při stavbě Cheopsovy pyramidy byly použity měděné nástroje.

Čistá měď je poddajný a měkký načervenalý kov, když se rozbije Barva růžová, místy s hnědým a skvrnitým nádechem, těžký (hustota 8,93 g/cm3), výborný vodič tepla a elektřiny, v tomto ohledu druhý za stříbrem (bod tání 1083 °C). Měď se snadno vtahuje do drátu a válcuje do tenkých plátů, ale má relativně malou aktivitu. V suchém vzduchu a kyslíku za normálních podmínek měď neoxiduje. Reaguje ale celkem snadno: již při pokojová teplota s halogeny např. s vlhkým chlorem tvoří chlorid CuCl 2, zahřátím se sírou tvoří sulfid Cu 2 S, se selenem. Ale měď neinteraguje s vodíkem, uhlíkem a dusíkem ani při vysokých teplotách. Kyseliny, které nemají oxidační vlastnosti, nepůsobí na měď, například kyselina chlorovodíková a zředěná kyselina sírová. Ale v přítomnosti vzdušného kyslíku se měď v těchto kyselinách rozpouští za vzniku odpovídajících solí: 2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.

V atmosféře obsahující CO 2, páry H 2 O atd. se pokryje patinou - nazelenalým filmem zásaditého uhličitanu (Cu 2 (OH) 2 CO 3)), toxické látky.

Měď je obsažena ve více než 170 minerálech, z nichž pouze 17 je důležitých pro průmysl, včetně: bornitu (pestrobarevná měděná ruda - Cu 5 FeS 4), chalkopyritu (pyrit měďnatý - CuFeS 2), chalkocitu (lesk mědi - Cu 2 S) , covellit (CuS), malachit (Cu 2 (OH) 2 CO 3). Nalezena je také přírodní měď.

Hustota mědi, měrná hmotnost mědi a další vlastnosti mědi

Hustota - 8,93*103 kg/m3;
Specifická gravitace - 8,93 g/cm3;
Měrná tepelná kapacita při 20 °C - 0,094 cal/deg;
Teplota tání - 1083 °C;
Specifické teplo tání - 42 cal/g;
Teplota varu - 2600 °C;
Lineární expanzní koeficient(při teplotě asi 20 °C) - 16,7 x 106 (1/deg);
Součinitel tepelné vodivosti - 335 kcal/m*hodina*stupeň;
Odolnost při 20 °C - 0,0167 Ohm*mm2/m;

Moduly pružnosti mědi a Poissonův poměr

SLOUČENINY MĚDI

Oxid měďnatý Cu 2 O 3 a oxid měďný (I) Cu2O, stejně jako ostatní sloučeniny mědi (I), jsou méně stabilní než sloučeniny mědi (II). Oxid měďnatý (I) nebo oxid měďnatý Cu 2 O se v přírodě vyskytuje jako minerál cuprit. Kromě toho jej lze získat jako sraženinu červeného oxidu měďnatého zahříváním roztoku měďnaté soli a alkálie v přítomnosti silného redukčního činidla.

Oxid měďnatý (II). nebo oxid měďnatý, CuO- černá látka vyskytující se v přírodě (například ve formě minerálu teneritu). Získává se kalcinací hydroxykarbonátu měďnatého (CuOH) 2 CO 3 nebo dusičnanu měďnatého Cu(NO 2) 2.
Oxid měďnatý (II) je dobré oxidační činidlo. Hydroxid měďnatý Cu(OH) 2 sráží se z roztoků měďnatých (II) solí působením alkálií ve formě modré želatinové hmoty. I při nízkém zahřívání, dokonce i pod vodou, se rozkládá a mění se na černý oxid měďnatý (II).
Hydroxid měďnatý je velmi slabá báze. Proto mají roztoky měďnatých (II) solí ve většině případů kyselou reakci a se slabými kyselinami tvoří měď zásadité soli.

Síran měďnatý CuSO 4 v bezvodém stavu je to bílý prášek, který při nasávání vody zmodrá. Proto se používá k detekci stop vlhkosti v organických kapalinách. Vodný roztok síranu měďnatého má charakteristickou modromodrou barvu. Tato barva je charakteristická pro hydratované ionty 2+, proto všechny zředěné roztoky měďnatých (II) solí mají stejnou barvu, pokud neobsahují žádné barevné anionty. Z vodných roztoků krystalizuje síran měďnatý s pěti molekulami vody a tvoří průhledné modré krystaly síran měďnatý. Síran měďnatý se používá k elektrolytickému povlékání kovů mědí, k přípravě minerálních barev a také jako výchozí materiál při přípravě dalších sloučenin mědi. V zemědělství zředěný roztok síranu měďnatého se používá k postřiku rostlin a ošetření obilí před setím, aby se zničily spory škodlivých hub.

Chlorid měďnatý CuCl 2. 2H20. Tvoří tmavě zelené krystaly, snadno rozpustné ve vodě. Velmi koncentrované roztoky chloridu měďnatého mají zelená barva, zředěný - modro-modrý.

Dusičnan měďnatý Cu(NO 3) 2. 3H20. Získává se rozpuštěním mědi v kyselině dusičné. Při zahřátí modré krystaly dusičnanu měďnatého nejprve ztrácejí vodu a pak se snadno rozkládají, přičemž se uvolňuje kyslík a hnědý oxid dusičitý, čímž se mění na oxid měďnatý (II).

Hydroxykarbonát měďnatý (CuOH)2CO3. Přirozeně se vyskytuje ve formě minerálu malachit, který má krásnou smaragdově zelenou barvu. Uměle se připravuje působením Na 2 CO 3 na roztoky měďnatých (II) solí.
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 ↓ + 2Na 2 SO 4 + CO 2
Používá se k výrobě chloridu měďnatého, k přípravě modrých a zelených minerálních barev a také v pyrotechnice.

Octan měďnatý Cu (CH3COO) 2. H2O. Získává se zpracováním kovové mědi nebo oxidu měďnatého kyselinou octovou. Obvykle se jedná o směs zásaditých solí různého složení a barev (zelená a modrozelená). Pod názvem měděnka se používá k přípravě olejové barvy.

Komplexní sloučeniny mědi se tvoří jako výsledek kombinace dvojitě nabitých iontů mědi s molekulami amoniaku.
Ze solí mědi se získávají různé minerální barvy.
Všechny soli mědi jsou jedovaté. Proto, aby se zabránilo tvorbě solí mědi, je měděné nádobí zevnitř potaženo vrstvou cínu (pocínováno).

VÝROBA MĚDI

Měď se těží z oxidových a sulfidových rud. 80 % veškeré vytěžené mědi se vytaví ze sulfidických rud. Měděné rudy obvykle obsahují velké množství hlušiny. Proto se k získání mědi používá proces zušlechťování. Měď se získává tavením ze sulfidických rud. Proces se skládá z řady operací: pražení, tavení, konverze, oheň a elektrolytická rafinace. Během procesu vypalování se většina sulfidů nečistot přemění na oxidy. Hlavní nečistota většiny měděných rud, pyrit FeS 2, se tak mění na Fe 2 O 3. Plyny vznikající při pražení obsahují CO 2, který se používá k výrobě kyseliny sírové. Vzniklé oxidy železa, zinku a dalších nečistot při procesu výpalu se při tavení oddělují ve formě strusky. Tekutý měděný kamínek (Cu 2 S s příměsí FeS) vstupuje do konvertoru, kde je profukován vzduch. Při přeměně se uvolňuje oxid siřičitý a získává se surová nebo surová měď. Pro extrakci cenných (Au, Ag, Te atd.) a pro odstranění škodlivých nečistot se měď z puchýřků nejprve podrobí ohni a poté elektrolytické rafinaci. Během zušlechťování ohněm je tekutá měď nasycena kyslíkem. V tomto případě se nečistoty železa, zinku a kobaltu oxidují, mění se ve strusku a jsou odstraněny. A měď se nalévá do forem. Výsledné odlitky slouží jako anody při elektrolytické rafinaci.
Hlavní složkou roztoku při elektrolytické rafinaci je síran měďnatý – nejběžnější a nejlevnější sůl mědi. Pro zvýšení nízké elektrické vodivosti síranu měďnatého se do elektrolytu přidává kyselina sírová. A abyste získali kompaktní sraženinu mědi, nezadávejte do roztoku velký počet přísady Kovové nečistoty obsažené v nerafinované (“blank”) mědi lze rozdělit do dvou skupin.

1) Fe, Zn, Ni, Co. Tyto kovy mají výrazně více záporných elektrodových potenciálů než měď. Proto se anodicky rozpouštějí spolu s mědí, ale neukládají se na katodě, ale hromadí se v elektrolytu ve formě síranů. Proto musí být elektrolyt pravidelně vyměňován.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Ušlechtilé kovy (Au, Ag) nepodléhají anodickému rozpouštění, ale během procesu se usazují na anodě a tvoří spolu s dalšími nečistotami anodový kal, který je periodicky odstraňován. Cín a olovo se rozpouštějí společně s mědí, ale v elektrolytu tvoří špatně rozpustné sloučeniny, které se vysrážejí a také se odstraňují.

SLITINY MĚDI

Slitiny, které zvyšují pevnost a další vlastnosti mědi, se získávají přidáním přísad do ní, jako je zinek, cín, křemík, olovo, hliník, mangan a nikl. Více než 30 % mědi se používá na slitiny.

Mosaz- slitiny mědi a zinku (měď od 60 do 90 % a zinek od 40 do 10 %) - pevnější než měď a méně náchylné k oxidaci. Přidáním křemíku a olova do mosazi se zvýší jeho kluzné vlastnosti, přidáním cínu, hliníku, manganu a niklu se zvýší jeho antikorozní odolnost. Plechy a lité výrobky nacházejí uplatnění ve strojírenství, zejména v chemickém, optickém a přístrojovém průmyslu a při výrobě sítí pro celulózový a papírenský průmysl.

Bronz. Dříve byly bronzy slitiny mědi (80-94 %) a cínu (20-6 %). V současnosti se vyrábějí bronzy bez cínu, pojmenované podle hlavní složky po mědi.

Hliníkové bronzy obsahují 5-11% hliníku, mají vysoké mechanické vlastnosti kombinované s antikorozní odolností.

Olověné bronzy, obsahující 25-33% olova, se používají především pro výrobu ložisek pracujících při vysoké tlaky a vysoké posuvné rychlosti.

Silikonové bronzy, obsahující 4-5% křemíku, se používají jako levné náhražky cínových bronzů.

Berylliové bronzy, obsahující 1,8-2,3 % berylia, se vyznačují tvrdostí po vytvrzení a vysokou elasticitou. Používají se k výrobě pružin a pružinových produktů.

Kadmiové bronzy- slitiny mědi s malým množstvím kadmia (do 1%) - používají se k výrobě armatur pro vodovodní a plynové rozvody a ve strojírenství.

Pájky- slitiny neželezných kovů používané při pájení k získání monolitického pájeného švu. Mezi tvrdými pájkami je známá slitina mědi a stříbra (44,5-45,5 % Ag; 29-31 % Cu; zbytek tvoří zinek).

POUŽITÍ MĚDI

Nachází se měď, její sloučeniny a slitiny široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích.

V elektrotechnice se měď používá v čistá forma: při výrobě kabelových výrobků, přípojnic z holých a trolejových drátů, elektrických generátorů, telefonních a telegrafních zařízení a rádiových zařízení. Výměníky tepla, vakuová zařízení a potrubí jsou vyrobeny z mědi. Více než 30 % mědi jde do slitin.

Slitiny mědi s jinými kovy se používají ve strojírenství, v automobilovém a traktorovém průmyslu (radiátory, ložiska) a pro výrobu chemických zařízení.

Vysoká viskozita a tažnost kovu umožňuje použití mědi pro výrobu různých výrobků s velmi složitými vzory. Červený měděný drát se v žíhaném stavu stává tak měkkým a pružným, že z něj snadno stočíte všechny druhy šňůr a ohnete ty nejsložitější ozdobné prvky. Měděný drát se navíc snadno pájí tvrdou stříbrnou pájkou a je dobře postříbřený a pozlacený. Tyto vlastnosti z mědi činí nepostradatelný materiál při výrobě filigránových výrobků.

Koeficient lineární a objemové roztažnosti mědi při zahřátí je přibližně stejný jako u horkých smaltů, a proto po ochlazení smalt dobře přilne k měděnému výrobku a nepraská ani neodskakuje. Díky tomu řemeslníci upřednostňují pro výrobu smaltovaných výrobků měď před všemi ostatními kovy.

Stejně jako některé jiné kovy je i měď jedním z životně důležitých mikroelementy. Je zapojena do procesu fotosyntéza a absorpce dusíku rostlinami, podporuje syntézu cukru, bílkovin, škrobu a vitamínů. Nejčastěji se měď do půdy přidává ve formě síranu pentahydrátu – síranu měďnatého CuSO 4. 5H 2 O. Ve velkém množství je jedovatý, jako mnoho jiných sloučenin mědi, zejména pro nižší organismy. V malých dávkách je měď nezbytná pro všechny živé věci.

Historie mědi

Dobré odpoledne, milý čtenáři, v tomto článku chci mluvit o mědi a jejích vlastnostech. Co je měď? Odpověď na tuto otázku zná téměř každý. V tabulce VI má označení Cu (vyslovováno cuprum) Nachází se na atomovém čísle 29. Měď– chemický prvek, který je kovem. Název Cuprum měď je latinský a pochází z názvu ostrova Kypr.

Tento kov je široce používán lidmi dlouhá léta. Existují spolehlivá fakta, že Indiáni, kteří žili v Ekvádoru již v 15. století, věděli, jak těžit a využívat měď. Z toho vyráběli mince ve formě seker.

Po velmi dlouhou dobu byla tato mince jedinou měnou, která existovala na pobřeží Jižní Ameriky. Tato mince byla dokonce používána při obchodu s Inky. Na ostrově Kypr byly měděné doly objeveny již ve 3. století před naším letopočtem. Slavný zajímavý faktže staří alchymisté nazývali měď - Venuše.

Původ mědi

Měď v přírodě se vyskytuje buď v nugetech nebo ve sloučeninách. V průmyslu mají zvláštní význam chalkocit, bornit a pyrit měďnatý. Nicméně tak oblíbené polodrahokamy jako lapis lazuli a malachit jsou téměř stoprocentně měděné.

Měď má zlatou barvu. Na vzduchu tento kov velmi rychle oxiduje a pokrývá se oxidovým filmem zvaným patina. Právě kvůli patině získává měď žlutočervenou barvu. Tento kov je součástí mnoha slitin, které jsou široce používány v průmyslu.

Běžné slitiny mědi

Nejznámější slitinou je dural, který se skládá z slitina mědi a hliníku. Měď hraje v duralu hlavní role. Cupronickel také obsahuje měď v kombinaci s niklem, bronz - sloučenina cínu a mědi, mosaz – slitina mědi a zinku.

Měď má poměrně vysokou tepelnou a elektrickou vodivost. Ve srovnání s ostatními kovy je v elektrické vodivosti na druhém místě za stříbrem. Zlato a měď se často používají při výrobě šperků. Měď v této slitině je potřebná pro zvýšení odolnosti šperků proti deformaci a oděru.

V dávných dobách to bylo známo slitina mědi s cínem a zinkem, kterému se říkalo gun metal. Jak už asi tušíte, z této slitiny se vyráběly dělové koule, ale s rozvojem nových technologií se již kanóny nepoužívaly a nevyráběly, ale tato slitina se stále používá při výrobě pouzder zbraní.

Měď má baktericidní vlastnosti, a proto je široce používána v lékařství, které se velmi často používá v lékařství. Tato skutečnost byla prokázána vědeckými experimenty a výzkumy. Měď je zvláště dobrá v odolnosti proti Staphylococcus aureus. Tento mikrob způsobuje velké množství hnisavých onemocnění.

Toxicita mědi

Přitom jsou známá fakta, že měď může být velmi toxický. Na planetě Zemi je jezero Berkeley Pit, které se nachází v USA ve státě Montana. Toto jezero je tedy považováno za nejjedovatější na světě. Důvodem je měděný důl, na jehož místě vzniklo jezero.

Voda v jezeře je velmi toxická, nejsou v ní téměř žádné živé organismy a hloubka jezera je více než 0,5 kilometru. Silnou toxicitu vody dokazuje jeden příklad, který se stal jednou na jezeře. Na hladinu jezera přistálo hejno divokých hus skládající se z 35 dospělých jedinců a po 2,5 hodinách byli všichni ptáci nalezeni mrtví.

Poměrně nedávno však byly na dně jezera objeveny zcela nové mikroorganismy a řasy, které se dříve v přírodě nevyskytovaly. V důsledku mutací se tito obyvatelé cítí dobře v toxické vodě jezera.

Měď je prvkem sekundární podskupiny první skupiny, čtvrté periody periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejeva, s atomovým číslem 29. Označuje se symbolem Cu (lat. Cuprum). Jednoduchá látka měď (číslo CAS: 7440-50-8) je tažný přechodový kov zlatorůžové barvy (růžová v nepřítomnosti oxidového filmu). C na dlouhou dobuširoce využívaný lidmi.

Historie a původ jména

Měď je jedním z prvních kovů široce ovládaných lidmi kvůli její srovnatelné dostupnosti z rudy a nízké teplotě tání. Ve starověku se používal především ve formě slitiny s cínem - bronzem k výrobě zbraní apod. (viz doba bronzová).
Latinský název pro měď Cuprum (starověký Aes cuprium, Aes cyprium) pochází z názvu ostrova Kypr, kde již ve 3. tisíciletí př.n.l. E. Byly zde měděné doly a prováděla se tavba mědi.
Strabón nazývá měď chalkos, od jména města Chalkis na Euboea. Z tohoto slova vzešlo mnoho starořeckých názvů pro měděné a bronzové předměty, kovářství, kovářství a odlévání. Druhý latinský název pro měď Aes (sanskrt, ayas, gótský aiz, německy erz, anglicky ore) znamená ruda nebo důl. Produkují zastánci indogermánské teorie původu evropských jazyků ruské slovo měď (polsky miedz, česky med) ze staroněmeckého smida (kov) a Schmied (kovář, angl. Smith). Samozřejmě příbuznost kořenů v tomto případě nepochybně je, nicméně obě tato slova jsou odvozena z řečtiny. moje, moje nezávisle na sobě. Z tohoto slova vznikly příbuzné názvy - medaile, medailon (francouzská medaile). Slova měď a měď se nacházejí v nejstarších ruských literárních památkách. Alchymisté měděnou říkali Venuše. Ve starověku bylo nalezeno jméno Mars.

Fyzikální vlastnosti

Měď je zlatorůžový tažný kov, na vzduchu se rychle pokryje oxidovým filmem, který jí dodává charakteristický intenzivní žlutočervený odstín. Tenké filmy mědi mají při vystavení světlu zelenomodrou barvu.
Měď tvoří kubickou plošně centrovanou mřížku, prostorová grupa F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Měď má vysokou tepelnou a elektrickou vodivost (zaujímá druhé místo v elektrické vodivosti po stříbře).
Má dva stabilní izotopy - 63 Cu a 65 Cu a několik radioaktivních izotopů. Nejdelší z nich, 64 Cu, má poločas rozpadu 12,7 hodiny a dva režimy rozpadu s různými produkty.
Existuje řada slitin mědi: mosaz - se zinkem, bronz - s cínem a dalšími prvky, cupronickel - s niklem, babbit - s olovem a další.

Chemické vlastnosti

Nemění se na vzduchu za nepřítomnosti vlhkosti a oxidu uhličitého. Je to slabé redukční činidlo a nereaguje s vodou zředěnou kyselinou chlorovodíkovou. Převádí se do roztoku s neoxidačními kyselinami nebo hydrátem amoniaku za přítomnosti kyslíku, kyanidu draselného. Je oxidován koncentrovanými kyselinami sírovou a dusičnou, aqua regia, kyslíkem, halogeny, chalkogeny a oxidy nekovů. Reaguje při zahřívání s halogenovodíky.

Moderní metody těžby

90% primární mědi se získává pyrometalurgickou metodou, 10% - hydrometalurgickou metodou. Hydrometalurgický způsob je výroba mědi jejím loužením slabým roztokem kyseliny sírové a následným oddělením kovové mědi z roztoku. Pyrometalurgická metoda se skládá z několika fází: obohacení, pražení, tavení na kamínek, čištění v konvertoru, rafinace.
K obohacení měděných rud se používá flotační metoda (založená na použití různé smáčivosti částic obsahujících měď a odpadní horniny), která umožňuje získat měděný koncentrát obsahující od 10 do 35 % mědi.
Měděné rudy a koncentráty s vysokým obsahem síry podléhají oxidačnímu pražení. V procesu zahřívání koncentrátu nebo rudy na 700-800 °C za přítomnosti vzdušného kyslíku dochází k oxidaci sulfidů a ke snížení obsahu síry téměř na polovinu původní hodnoty. Vypalují se pouze chudé koncentráty (s obsahem mědi 8 až 25 %) a bohaté koncentráty (25 až 35 % mědi) se taví bez vypalování.
Po upražení se ruda a měděný koncentrát přetaví na kamínek, což je slitina obsahující sulfidy mědi a železa. Mat obsahuje od 30 do 50 % mědi, 20-40 % železa, 22-25 % síry, navíc mat obsahuje nečistoty niklu, zinku, olova, zlata a stříbra. Nejčastěji se tavení provádí v ohnivých dozvukových pecích. Teplota v zóně tání je 1450 °C.
Aby došlo k oxidaci sulfidů a železa, je výsledný měděný kamínek foukán stlačeným vzduchem v horizontálních konvertorech s bočním otryskáváním. Vzniklé oxidy se přeměňují na strusku. Teplota v měniči je 1200-1300 °C. Zajímavé je, že teplo v konvertoru se uvolňuje díky proudění chemické reakce, bez přívodu paliva. Konvertor tak vyrábí měď ve formě puchýřků obsahující 98,4 - 99,4 % mědi, 0,01 - 0,04 % železa, 0,02 - 0,1 % síry a malé množství niklu, cínu, antimonu, stříbra, zlata. Tato měď se nalévá do pánve a nalévá do ocelových forem nebo licího stroje.
Dále se k odstranění škodlivých nečistot rafinuje měď z puchýřků (provádí se rafinace ohněm a poté elektrolytická rafinace). Podstatou požární rafinace puchýřkové mědi je oxidace nečistot, jejich odstranění plyny a jejich přeměna na strusku. Po rafinaci ohněm se získá měď o čistotě 99,0 - 99,7 %. Lije se do forem a získávají se ingoty pro další tavení slitin (bronz a mosaz) nebo ingoty pro elektrolytickou rafinaci.
Elektrolytická rafinace se provádí za účelem získání čisté mědi (99,95 %). Elektrolýza se provádí v lázních, kde anoda je vyrobena z mědi rafinované ohněm a katoda je vyrobena z tenkých plátů čisté mědi. Elektrolyt je vodný roztok. Když projde stejnosměrný proud, anoda se rozpustí, měď přejde do roztoku a očištěná od nečistot se uloží na katody. Nečistoty se usazují na dně lázně ve formě strusky, která se zpracovává k získávání cenných kovů. Katody se vykládají po 5-12 dnech, kdy jejich hmotnost dosáhne 60 až 90 kg. Důkladně se promyjí a poté roztaví v elektrických pecích.

Lidé zkoumali vlastnosti mědi, která se v přírodě nachází ve formě poměrně velkých nugetů, již v dávných dobách, kdy se z tohoto kovu a jeho slitin vyrábělo nádobí, zbraně, šperky a různé výrobky pro domácnost. Aktivní používání tohoto kovu po mnoho let je způsobeno nejen jeho speciálními vlastnostmi, ale také snadností zpracování. Měď, která je v rudě přítomna ve formě uhličitanů a oxidů, se celkem snadno redukuje, což se naučili naši dávní předkové.

Zpočátku proces získávání tohoto kovu vypadal velmi primitivně: měděná ruda se jednoduše zahřála nad ohněm a pak se podrobila náhlému ochlazení, což vedlo k praskání kousků rudy, ze kterých již mohla být měď extrahována. Další vývoj této technologie vedl k tomu, že se do ohňů začal vhánět vzduch: tím se zvýšila teplota ohřevu rudy. Poté se ruda začala ohřívat ve speciálních konstrukcích, které se staly prvními prototypy šachtových pecí.

O tom, že měď lidstvo využívalo od pradávna, svědčí archeologické nálezy, v jejichž důsledku byly nalezeny výrobky z tohoto kovu. Historici zjistili, že první výrobky z mědi se objevily již v 10. tisíciletí před naším letopočtem a nejaktivněji se začala těžit, zpracovávat a využívat o 8–10 tisíc let později. Předpokladem pro takové aktivní využití tohoto kovu byla samozřejmě nejen relativní snadnost jeho těžby z rudy, ale také jeho jedinečné vlastnosti: měrná hmotnost, hustota, magnetické vlastnosti, elektrická a měrná vodivost atd.

V dnešní době se již obtížně shání ve formě nugetů, většinou se těží z rudy, která se dělí na následující druhy.

• Bornit - tato ruda může obsahovat měď v množství až 65%.
• Chalkocit, nazývaný také měděný lesk. Taková ruda může obsahovat až 80 % mědi.
• Pyrit měďnatý, nazývaný také chalkopyrit (obsah do 30 %).
• Covelline (obsah až 64 %).

Měď lze také extrahovat z mnoha dalších minerálů (malachit, kuprit atd.). Obsahují ho v různém množství.

Fyzikální vlastnosti

Měď ve své čisté formě je kov, jehož barva se může lišit od růžové po červenou.

Poloměr měděných iontů s kladným nábojem může nabývat následujících hodnot:

• pokud koordinační index odpovídá 6 - až 0,091 nm;
• pokud tento indikátor odpovídá 2 - až 0,06 nm.

Poloměr atomu mědi je 0,128 nm a vyznačuje se také elektronovou afinitou 1,8 eV. Když je atom ionizován, může tato hodnota nabývat hodnoty od 7,726 do 82,7 eV.

Měď je přechodný kov s hodnotou elektronegativity 1,9 na Paulingově stupnici. Navíc jeho oxidační stav může nabývat různých hodnot. Při teplotách od 20 do 100 stupňů je jeho tepelná vodivost 394 W/m*K. Elektrická vodivost mědi, kterou předčí pouze stříbro, se pohybuje v rozmezí 55,5–58 MS/m.

Protože měď v potenciálové řadě je napravo od vodíku, nemůže tento prvek vytěsnit z vody a různých kyselin. Jeho krystalová mřížka má kubický plošně centrovaný typ, její hodnota je 0,36150 nm. Měď taje při teplotě 1083 stupňů a její bod varu je 26570. Fyzikální vlastnosti mědi určuje také její hustota, která je 8,92 g/cm3.

Z jeho mechanických vlastností a fyzikálních ukazatelů stojí za zmínku také:

• tepelná lineární roztažnost - 0,00000017 jednotek;
• pevnost v tahu, které odpovídají měděné výrobky, je 22 kgf/mm2;
• tvrdost mědi na Brinellově stupnici odpovídá hodnotě 35 kgf/mm2;
• měrná hmotnost 8,94 g/cm3;
• modul pružnosti je 132000 Mn/m2;
• hodnota prodloužení je 60 %.

Magnetické vlastnosti tohoto kovu, který je zcela diamagnetický, lze považovat za zcela unikátní. Právě tyto vlastnosti spolu s fyzikálními parametry: měrná hmotnost, měrná vodivost a další plně vysvětlují širokou poptávku po tomto kovu při výrobě elektrotechnických výrobků. Podobné vlastnosti má i hliník, který se také úspěšně používá při výrobě různých elektrických výrobků: drátů, kabelů atd.

Hlavní část vlastností mědi je téměř nemožné změnit, s výjimkou její pevnosti v tahu. Tuto vlastnost lze zlepšit téměř dvakrát (až na 420–450 MN/m2), pokud se provede technologická operace, jako je kalení.

Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti mědi jsou dány tím, jakou pozici zaujímá v periodické tabulce, kde má sériové číslo 29 a nachází se ve čtvrté periodě. Pozoruhodné je, že je ve stejné skupině jako ušlechtilé kovy. To opět potvrzuje jedinečnost jeho chemických vlastností, které by měly být probrány podrobněji.

V podmínkách nízké vlhkosti nevykazuje měď prakticky žádnou chemickou aktivitu. Vše se změní, pokud je výrobek umístěn v podmínkách vyznačujících se vysokou vlhkostí a vysokým obsahem oxidu uhličitého. Za takových podmínek začíná aktivní oxidace mědi: na jejím povrchu se vytváří nazelenalý film skládající se z CuCO3, Cu(OH)2 a různých sloučenin síry. Tento film, zvaný patina, účinkuje důležitou funkci chrání kov před dalším zničením.

Oxidace začíná aktivně probíhat při zahřívání produktu. Pokud se kov zahřeje na teplotu 375 stupňů, pak se na jeho povrchu vytvoří oxid mědi, pokud je vyšší (375-1100 stupňů), pak dvouvrstvé měřítko.

Měď poměrně snadno reaguje s prvky, které jsou součástí halogenové skupiny. Pokud je kov umístěn do sirné páry, vznítí se. Vykazuje také vysoký stupeň afinity k selenu. Měď nereaguje s dusíkem, uhlíkem a vodíkem ani při vysokých teplotách.

Pozornost si zaslouží interakce oxidu měďnatého s různými látkami. Když tedy reaguje s kyselinou sírovou, vzniká síran a čistá měď, s kyselinou bromovodíkovou a jodovodíkovou - bromid a jodid měďnatý.

Reakce oxidu měďnatého s alkáliemi, které mají za následek vznik měďnatého, vypadají jinak. Výroba mědi, při které se kov redukuje do volného stavu, se provádí pomocí oxidu uhelnatého, čpavku, metanu a dalších materiálů.

Měď při interakci s roztokem solí železa přechází do roztoku a železo se redukuje. Tato reakce se používá k odstranění usazené vrstvy mědi z různých produktů.

Mono- a divalentní měď je schopna vytvářet komplexní sloučeniny, které jsou vysoce stabilní. Takovými sloučeninami jsou podvojné soli mědi a směsi amoniaku. Oba našly široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích.

Aplikace mědi

Použití mědi, stejně jako hliníku, který je jí svými vlastnostmi nejpodobnější, je dobře známé - při výrobě kabelových výrobků. Měděné dráty a kabely se vyznačují nízkým elektrickým odporem a speciálními magnetickými vlastnostmi. Pro výrobu kabelových výrobků se používají druhy mědi vyznačující se vysokou čistotou. Pokud se do jeho složení přidá i malé množství cizích kovových nečistot, například pouze 0,02 % hliníku, pak se elektrická vodivost původního kovu sníží o 8–10 %.

Nízká a její vysoká pevnost, stejně jako schopnost poddat se různé typy mechanické zpracování - to jsou vlastnosti, které z něj umožňují vyrábět trubky, které se s úspěchem používají pro dopravu plynu, horké a studené vody a páry. Není náhodou, že tyto trubky se používají jako součást inženýrských komunikací obytných a administrativních budov ve většině evropských zemí.

Měď se kromě mimořádně vysoké elektrické vodivosti vyznačuje schopností dobře vést teplo. Díky této vlastnosti se úspěšně používá jako součást následujících systémů:

• tepelné trubky;
• Chladiče používané k chlazení prvků osobních počítačů;
• systémy vytápění a chlazení vzduchu;
• systémy, které zajišťují redistribuci tepla v různých zařízeních (výměníky tepla).

Kovové konstrukce, ve kterých jsou použity měděné prvky, se vyznačují nejen nízkou hmotností, ale také výjimečným dekorativním efektem. Právě to je důvodem jejich aktivního využití v architektuře i pro tvorbu různých interiérových prvků.

Měď je jedním z prvních kovů, které člověk začal využívat pro technické účely. Spolu se zlatem, stříbrem, železem, cínem, olovem a rtutí je měď známá lidem již od pradávna a dodnes si zachovává svůj důležitý technický význam.

Měď nebo Cu (29)

Měď je růžovo-červený kov, patří do skupiny těžké kovy, je výborným vodičem tepla a elektrický proud. Elektrická vodivost mědi je 1,7krát vyšší než u hliníku a 6krát vyšší než u železa.

Latinský název pro měď Cuprum pochází z názvu ostrova Kypr, kde již ve 3. stol. před naším letopočtem E. Byly tam měděné doly a měď se tavila. Kolem 2. - 3. stol. tavení mědi se ve velkém měřítku provádělo v Egyptě, Mezopotámii, na Kavkaze a v dalších zemích starověk. Nicméně měď není zdaleka nejběžnějším prvkem v přírodě: obsah mědi v zemské kůře je 0,01%, a to je pouze 23. místo mezi všemi nalezenými prvky.

Výroba mědi

V přírodě je měď přítomna ve formě sloučenin síry, oxidů, hydrouhličitanů, sloučenin oxidu uhličitého, jako součást sulfidových rud a přírodní kovové mědi.

Nejběžnější rudy jsou pyrit měďnatý a měděný lesk obsahující 1-2 % mědi.

90% primární mědi se získává pyrometalurgickou metodou, 10% - hydrometalurgickou metodou. Hydrometalurgický způsob je výroba mědi jejím loužením slabým roztokem kyseliny sírové a následným oddělením kovové mědi z roztoku. Pyrometalurgická metoda se skládá z několika fází: obohacení, pražení, tavení na kamínek, čištění v konvertoru, rafinace.

K obohacení měděných rud se používá flotační metoda (založená na použití různé smáčivosti částic obsahujících měď a odpadní horniny), která umožňuje získat měděný koncentrát obsahující od 10 do 35 % mědi.

Měděné rudy a koncentráty s vysokým obsahem síry podléhají oxidačnímu pražení. V procesu zahřívání koncentrátu nebo rudy na 700-800°C za přítomnosti vzdušného kyslíku dochází k oxidaci sulfidů a snížení obsahu síry téměř na polovinu původního obsahu. Vypalují se pouze chudé koncentráty (s obsahem mědi 8 až 25 %) a bohaté koncentráty (25 až 35 % mědi) se taví bez vypalování.

Po upražení se ruda a měděný koncentrát přetaví na kamínek, což je slitina obsahující sulfidy mědi a železa. Mat obsahuje od 30 do 50 % mědi, 20-40 % železa, 22-25 % síry, navíc mat obsahuje nečistoty niklu, zinku, olova, zlata a stříbra. Nejčastěji se tavení provádí v ohnivých dozvukových pecích. Teplota v zóně tání je 1450 °C.

Aby došlo k oxidaci sulfidů a železa, je výsledný měděný kamínek foukán stlačeným vzduchem v horizontálních konvertorech s bočním otryskáváním. Vzniklé oxidy se přeměňují na strusku. Teplota v měniči je 1200-1300°C. Zajímavé je, že teplo se v konvertoru uvolňuje v důsledku chemických reakcí, bez přívodu paliva. Konvertor tak vyrábí měď ve formě puchýřků obsahující 98,4 - 99,4 % mědi, 0,01 - 0,04 % železa, 0,02 - 0,1 % síry a malé množství niklu, cínu, antimonu, stříbra, zlata. Tato měď se nalévá do pánve a nalévá do ocelových forem nebo licího stroje.

Dále se k odstranění škodlivých nečistot rafinuje měď z puchýřků (provádí se rafinace ohněm a poté elektrolytická rafinace). Podstatou požární rafinace puchýřkové mědi je oxidace nečistot, jejich odstranění plyny a jejich přeměna na strusku. Po rafinaci ohněm se získá měď o čistotě 99,0 - 99,7 %. Lije se do forem a získávají se ingoty pro další tavení slitin (bronz a mosaz) nebo ingoty pro elektrolytickou rafinaci.

Elektrolytická rafinace se provádí za účelem získání čisté mědi (99,95 %). Elektrolýza se provádí v lázních, kde anoda je vyrobena z mědi rafinované ohněm a katoda je vyrobena z tenkých plátů čisté mědi. Elektrolyt je vodný roztok. Když projde stejnosměrný proud, anoda se rozpustí, měď přejde do roztoku a očištěná od nečistot se uloží na katody. Nečistoty se usazují na dně lázně ve formě strusky, která se zpracovává k získávání cenných kovů. Katody se vykládají po 5-12 dnech, kdy jejich hmotnost dosáhne 60 až 90 kg. Důkladně se promyjí a poté roztaví v elektrických pecích.

Kromě toho existují technologie pro získávání mědi ze šrotu. Zejména rafinovaná měď se získává ze šrotu rafinací ohněm.
Podle čistoty se měď dělí na jakosti: M0 (99,95 % Cu), M1 (99,9 %), M2 (99,7 %), M3 (99,5 %), M4 (99 %).

Chemické vlastnosti mědi

Měď je nízkoaktivní kov, který nereaguje s vodou, alkalickými roztoky, chlorovodíkovou a zředěnou kyselinou sírovou. Měď se však rozpouští v silných oxidačních činidlech (například dusík a koncentrovaná síra).

Měď má poměrně vysokou odolnost proti korozi. Avšak ve vlhké atmosféře obsahující oxid uhličitý se povrch kovu pokryje nazelenalým povlakem (patinou).

Základní fyzikální vlastnosti mědi

Mechanické vlastnosti mědi

Při záporných teplotách má měď vyšší pevnostní vlastnosti a vyšší tažnost než při teplotě 20°C. Komerční měď nemá žádné známky křehkosti za studena. S klesající teplotou roste mez kluzu mědi a prudce roste odolnost proti plastické deformaci.

Aplikace mědi

Vlastnosti mědi jako elektrická vodivost a tepelná vodivost určily hlavní oblast použití mědi - elektrotechnický průmysl, zejména pro výrobu drátů, elektrod atd. K tomu se používá čistý kov (99,98-99,999%) účel.prošel elektrolytickou rafinací.

Měď má četné jedinečné vlastnosti: odolnost proti korozi, dobrou zpracovatelnost, poměrně dlouhou životnost a dobře se hodí ke dřevu, přírodnímu kameni, cihlám a sklu. Pro své jedinečné vlastnosti se tento kov používá ve stavebnictví již od starověku: pro zastřešení, zdobení fasád budov atd. Životnost mědi stavební konstrukce pochází stovky let. Dále jsou z mědi vyráběny části chemických zařízení a nářadí pro práci s výbušnými nebo hořlavými látkami.

Velmi důležitou aplikací mědi je výroba slitin. Jednou z nejužitečnějších a nejčastěji používaných slitin je mosaz (nebo žlutá měď). Jeho hlavními složkami jsou měď a zinek. Přidání dalších prvků umožňuje získat mosaz s širokou škálou vlastností. Mosaz je tvrdší než měď, tvárná a houževnatá, takže ji lze snadno válcovat do tenkých plechů nebo lisovat do široké škály tvarů. Jeden problém: časem zčerná.

Bronz je znám již od starověku. Je zajímavé, že bronz je tavitelnější než měď, ale jeho tvrdost je lepší než jednotlivá čistá měď a cín. Jestliže se před 30-40 lety nazývaly bronzem pouze slitiny mědi a cínu, dnes jsou již známy hliníkové, olověné, křemíkové, manganové, beryliové, kadmiové, chromové a zirkonové bronzy.

Slitiny mědi, stejně jako čistá měď, se odedávna používají k výrobě různých nástrojů, náčiní, nacházejí uplatnění v architektuře a umění.

Měděné mince a bronzové sochy zdobily domovy lidí již od starověku. Bronzové výrobky od mistrů přežily dodnes. Starověký Egypt, Řecko, Čína. Japonci byli velcí mistři v oboru odlévání bronzu. Obří postava Buddhy v chrámu Todaiji, vytvořená v 8. století, váží více než 400 tun. Odlévat takovou sochu vyžadovalo skutečně vynikající zručnost.

Mezi zbožím, se kterým alexandrijští kupci obchodovali ve starověku, byla velmi oblíbená „měděná zelenina“. Móda používala tuto barvu k přidávání zelených kruhů pod očima - v té době to bylo považováno za známku dobrého vkusu.

Od pradávna lidé věřili v zázračné vlastnosti mědi a používali tento kov k léčbě mnoha neduhů. Věřilo se, že měděný náramek nošený na ruce přinese svému majiteli štěstí a zdraví, normalizuje krevní tlak a zabrání usazování soli.

Mnoho národů stále připisuje mědi léčivé vlastnosti. Obyvatelé Nepálu například považují měď za posvátný kov, který podporuje koncentraci myšlenek, zlepšuje trávení a léčí gastrointestinální onemocnění (pacienti dostávají vodu k pití ze sklenice obsahující několik měděných mincí). Jeden z největších a nejkrásnějších chrámů v Nepálu se nazývá „Copper“.

Došlo k případu, kdy se měděná ruda stala... viníkem nehody, kterou utrpěla norská nákladní loď Anatina. Nákladní prostory lodi, mířící k japonským břehům, byly naplněny měděným koncentrátem. Najednou se ozval poplach: na lodi došlo k úniku.

Ukázalo se, že měď obsažená v koncentrátu tvořila s ocelovým tělem Anatiny galvanický pár a odpařování mořské vody sloužilo jako elektrolyt. Vzniklý galvanický proud korodoval trup lodi natolik, že se v něm objevily díry, do kterých se nalévala oceánská voda.