Свойства меди

Свойства меди, металла, который встречается и в виде довольно больших самородков, люди изучали еще в древности. Тогда из меди и его сплавов создавали предметы посуды, оружие, украшения, разные предметы бытового назначения. Столь высокая популярность этого металла на протяжении столетий была обусловлена не только его особыми качествами, но и легкостью обработки. Медь, присутствующую в руде в форме карбонатов и окислов, довольно легко восстановить, что и научились делать наши предки в древности. В этой статье поговорим о свойствах меди и методах ее определения.

Физические свойства меди

Чистая медь – это металл, цвет которого варьируется от розового до красного оттенка. Радиус положительно заряженных ионов меди, может принимать такие значения:

• при координационном показателе равном 6-ти — до 0,091 нм
• при координационном показателе равном 2 — до 0,06 нм.

Радиус атома меди равняется 0,128 нм. Величина сродства к электрону достигает 1,8 эВ. Процесс ионизации данного атома увеличивает сродство к электрону от 7,726 до 82,7 эВ.
Медь является переходным металлом. Величина показателя его электроотрицательности достигает 1,9 единиц по шкале Полинга. Стоит отметить, что степень окисления способна принимать разные значения. В условиях температуры в пределах от 20 до 100 градусов, показатель теплопроводности равен 394 Вт/м*К. показатель электропроводности меди, уступает по которому она только серебру, колеблется в пределах 55,5–58 МСм/м.
Поскольку медь в потенциальном ряду расположена справа от водорода, то она не способна вытеснять этот элемент из воды и разного типа кислот. Медь имеет кристаллическую решетку кубического гранецентрированного типа, а ее величина достигает 0,36150 нм. Плавление меди начинается при температуре 1083 градусов, а закипает она при 26570 градусах. Плотность меди определяется ее физическими свойствами и составляет 8,92 г/см3.
Кроме вышеперечисленных, стоит выделить еще и такие физические и механические свойства меди:

• показатель термического линейного расширения составляет 0,00000017 единиц
• показатель предела прочности на растяжение достигает 22 кгс/мм2
• уровень твердости меди по шкале Бринелля равен 35 кгс/мм2
• удельная масса составляет 8,94 г/см3
• показатель упругости равен 132000 Мн/м2
• относительное удлинение равняется 60%.

Абсолютно неповторимыми можно назвать магнитные свойства этого металла, который является полностью диамагнитным. Именно благодаря этим показателям, вместе с физическими свойствами, к примеру, удельным весом и удельной проводимостью, можно объяснить такую широкую популярность этого металла в производстве изделий электротехнической отрасли. Несколько похожие свойства имеет алюминий, который тоже активно применяется в изготовлении различной электротехнической продукции, к примеру, проводов, кабелей и прочего.
Единственная характеристика меди, которую можно изменить - это предел прочности. Этот показатель может быть улучшен почти в два раза (до 420–450 МН/м2), путем специальной технологической операции, называемой наклеп.

Химические свойства меди

Химическая характеристика меди определяется ее расположением в периодической таблице элементов Менделеева, где ей присвоен порядковый номер 29. Находится она в четвертом периоде и в одной группе с благородными металлами. Таким образом, лишний раз подтверждается уникальность ее химических качеств, о которых дальше мы расскажем более детально.
Если уровень влажный не высокий, то медь почти не проявляет химической активности. Однако, все кардинально меняется, когда изделия помещают в условия высокой влажности и повышенного содержания углекислого газа. Именно такие условия являются идеальными для начала активного окисления меди. В процессе окисления на поверхности медного предмета создается зеленоватая пленка, которая состоит из CuCO3, Cu(OH)2, а также разных сернистых соединений. Эту пленку называют патиной и она очень важна, поскольку защищает металл от дальнейшего разрушения.
Кроме влажности, процесс окисления запускает и нагревание. В условиях нагревания до температуры 375 градусов, на поверхности предмета формируется оксид меди, если температуру поднять до 1100 градусов, то формируется двухслойная окалина.
Медь довольно легко вступает в реакции с элементами, находящимися в группе галогенов. Под действием паров серы металл воспламеняется. Высокий уровень родства медь демонстрирует и к селену. Общие свойства меди не позволяют ей вступить в реакцию с азотом, углеродом и водородом даже при нагревании.
Взаимодействие с кислотами:

• результатом реакции с серной кислотой является сульфат и чистая медь
• с бромоводородной и иодоводородной кислотой соответственно образуются бромид и иодид меди.

А вот взаимодействие со щелочами позволяет получить купрат. Реакции получения меди, при которых происходит восстановление металла до свободного состояния, невозможны без присутствия оксида углерода, аммиака, метана и некоторых других веществ.
Основные свойства меди позволяют ей вступать во взаимодействие с раствором солей железа. Результатом такой реакции является восстановление железа. Эту реакцию применяют для снятия ранее напыленного медного слоя с разных изделий.

Свойства солей меди

Одно- и двухвалентная медь может формировать комплексные соединения, которые выделяются высоким уровнем устойчивости. К подобным соединениям можно отнести двойные соли меди и аммиачные смеси. Они активно используются в различных отраслях промышленности.
Сульфат меди (II) - CuSO4 в безводном состоянии является белым порошком. При добавлении воды он приобретает синюю окраску. Поэтому его используют для выявления остатков воды в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди отличается сине-голубым оттенком. За этот цвет отвечают гидратированные ионы [Cu(H2O)4]2+, следовательно, такого же цвета и все остальные разбавленные растворы солей меди (II). Исключением являются растворы с содержанием окрашенных анионов.
Из водного раствора сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, путем формирования прозрачных синих кристаллов медного купороса. Полученное соединение используется:

• в процессе электролитического нанесения меди на металлы
• для создания минеральных красок
• как исходный материал для получения прочих соединений меди.

В сельскохозяйственной отрасли разбавленный раствор медного купороса очень популярен для опрыскивания растений и замачивания семян перед посевом, потому что он уничтожает споры вредных грибов.
Хлорид меди (II) - CuCl2. 2H2O. Это легко растворимое в воде соединение темно-зеленого цвета. Высокая концентрация хлорида меди позволяет получить растворы зеленого цвета, а разбавление приводит к окраске в сине-голубой оттенок.
Нитрат меди (II) - Cu(NO3)2.3H2O. Его получают путем растворения меди в азотной кислоте. В процессе нагревания синие кристаллы нитрата меди сначала отдают воду, после чего с легкостью разлагаются, выделяя кислород и бурый диоксид азота, становясь оксидом меди (II).
Гидроксокарбонат меди (II) - (CuOH)2CO3. Данное вещество можно встретить в природе в виде минерала малахита, который отличается красивым изумрудно-зеленым цветом. В лабораторных условиях его можно создать при помощи действия Na2CO3 на растворы солей меди (II).
2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O = (CuOH)2CO3↓ + 2Na2SO4 + CO2↑
Кроме этого, его используют, чтобы получить хлорид меди (II), а также приготовить синие и зеленые минеральные краски.
Ацетат меди (II) - Cu (CH3COO)2.H2O. Это соединение можно получить, если провести обработку металлической меди или оксида меди (II) раствором уксусной кислоты. Чаще всего – это смесь основных солей разного состава и цвета (от зеленого до сине-зеленого).
Помните, что все без исключения соли меди являются ядовитыми. По этой причине, во избежание формирования медных солей, вся медная посуда должна быть изнутри покрыта слоем олова.

Методы определения меди

Определение меди может проводиться такими методами:

• химическими
• количественными
• фотометрическими.

Различные химические составы способны оказывать влияние на расщепление молекул и атомов вещества, следовательно, можно выделить его составные части. Химический метод определения количества заключается в электролитическом методе измерения медной части в сплавах других металлов. Его осуществляют при помощи таких элементов:

• ацетилен
• винная кислота
• водный аммиак
• азотнокислый аммоний
• динатриевая соль
• этиловый спирт
• купризон.

Прежде всего, происходит взвешивание медного состава (навески). После этого ее отправляют в подготовленный раствор реактивов. В этом растворе навеска должна полностью раствориться. Далее весь раствор нужно нагреть, так как в процессе нагревания удаляются окиси азота. Очищенный раствор необходимо разбавить водой и снова нагреть до 40 оС. Теперь массу можно подвергать процессу электролиза. Электроды, погружаемые в раствор создают из платины. Далее включается ток силой 2,2 В и в условиях постоянного помешивания происходит выделение меди.
Контрольным испытанием является повторный процесс электролиза. Необходимо электроды погрузить в раствор, ниже уровня выделенной меди и подключить ток. При правильном проведении первой реакции, во время контрольной процедуры вы не увидите налета металла. Полученный таким образом медный катод нужно промыть водой, не отключая электроток, а потом обработать этиловым спиртом и высушить. После этого катод необходимо взвесить, и сопоставить массу с первоначальным весом. Итак, вы получите удельный вес меди в соединении.
Разработано большое количество видов химических растворов для очистки медных изделий.
Количественное определение массы меди в общем объеме металла целесообразно использовать для сплавов с никелем, бронзой или цинком. При воздействии на вещество происходит осаждение меди и в таком виде ее можно измерить. Осаждение может быть осуществлено неорганическими и органическими элементами. Из неорганических веществ можно выделить:

• тетрароданодиаминхромиат аммония, называемый солью Рейнеке
• тиокарбонат калия способен осадить медь при температуре выше 80 оС
• уксусной кислотой можно осадить медный оксалат.

Из органических веществ применяются:

• оксихинолин-8, который способен осадить медь в комплексе с аммиачным и щелочным раствором. Нагревание осадка приводит к образованию оксида меди
• α-бензоиноксим при участии спирта может осадить металл в форме хлопьев. Реакция невозможна, если в составе есть никель
• йодид калия применяют в нейтральной и кислой среде. Нет смысла использовать его, когда в сплаве имеется железо, сурьма и мышьяк.

Достоинства фотометрического метода заключаются в высоком показателе точности измерения количества меди, а также простота применения. Для реализации этого метода потребуются такие соединения:

• купризон
• диэтилдитиокарбамат свинца.

Смысл фотометрического метода определения меди состоит в фиксации интенсивности цвета материала, прошедшего через концентрированный раствор. Раствор состоит из:

• аммиака
• лимоннокислого раствора аммония
• диэтилдитиокарбамата свинца
• сернокислого натрия.

Вещество, в котором нужно выявить количество меди пропускают через указанные выше растворы. Отметим, что здесь важно соблюдать пропорции. Далее происходит процесс фотометрии.
Определение меди возможно также и в сточных, канализационных, речных, морских водах, и в составе почве. Существует три способа:

• атомноабсорбционный прямой
• атомноабсорбционный при участии хелатообразования
• атомноабсорбционный, подразумевающий использование графитовой печи.

Чтобы определить количество меди в почве самым надежным методом является метод с использованием графитной печи.
Для этого пробу почвы нужно поместить в графитовую трубу, обезводить при помощи сжигания и распылить. Процедура распыления сопряжена с разделением вещества на атомы, с последующей фильтрацией и выделением из них нужного металла. Чтобы оценить пробу грунта можно воспользоваться любым фотометрическим методом определения меди.