Медь - один из древнейших металлов, освоенных человеком. Благодаря доступности руд и относительно невысокой температуре плавления, медь стала использоваться еще в глубокой древности для изготовления орудий труда, оружия и украшений.
Происхождение названия
Латинское название меди "cuprum" произошло от названия острова Кипр, где в древности были богатые месторождения этого металла. Другое латинское название "aes" означает просто "руда" или "металл".
Физические свойства
В чистом виде медь представляет собой мягкий пластичный металл от розовато-золотистого до красноватого цвета. На воздухе поверхность меди покрывается слоем оксидов, придающих ей характерный красноватый оттенок.
Медь обладает высокими электро- и теплопроводностью, что определяет ее широкое применение в электротехнике и промышленности. Молекулярная масса меди составляет 63,546 г/моль.
Месторождения в природе
В земной коре среднее содержание меди составляет около 0,01%. Основные запасы меди в природе сосредоточены в Казахстане, США, Чили, Канаде и ряде африканских стран.
Медь встречается в виде самородков, а также в составе различных минералов. Наиболее распространены малахит и медный колчедан. Руды, содержащие медь, часто также содержат примеси никеля, кобальта, свинца, золота и серебра.
История применения
Благодаря доступности, медь стала одним из первых металлов, освоенных человеком. Первые изделия из меди, а также шлаки от выплавки меди найдены археологами на Ближнем Востоке и датируются 8-7 тысячелетием до н.э. В Европе появились около 5 тысяч лет до н.э.
После каменного века наступил медный век, когда медь стала активно использовать в изготовлении орудий труда, оружия и украшений. Эксперименты показали, что медные орудия значительно повышают производительность труда по сравнению с каменными.
Молекулярная масса меди составляет 63,546 г/моль.
Затем последовал бронзовый век, когда на смену меди пришел ее сплав с оловом - бронза. Бронза обладала большей твердостью и износостойкостью. В дальнейшем, в железном веке, медь постепенно стала вытесняться железом в орудиях труда, однако продолжала активно использоваться для производства украшений, посуды, скульптур и колоколов.
Химические свойства
Медь образует соединения в степенях окисления +1 и +2, реже +3 и +4. Наиболее распространены и устойчивы соединения меди в степени окисления +2.
Важнейшие соединения меди
- Оксид меди(I) Cu2O
- Оксид меди(II) CuO
- Гидроксид меди(II) Cu(OH)2
- Сульфат меди(II) CuSO4
- Хлорид меди(II) CuCl2
Оксид и гидроксид меди(II) используются для получения многих других соединений меди. Например, при взаимодействии оксида меди(II) с кислотами образуются соли:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
А в реакции гидроксида меди(II) с кислотой выделяется вода:
Cu(OH)2 + 2HCl → CuCl2 + 2H2O
Получение
Получение меди в промышленности включает следующие основные стадии:
- Добыча и обогащение медной руды
- Обжиг концентрата
- Пирометаллургическая плавка
- Рафинирование
На завершающем этапе рафинирования получают высокочистую медь, пригодную для проводов, кабелей и электроники. Относительная молекулярная масса меди при этом составляет 63,55 г/моль.
Электролитическое рафинирование
Электролиз водного раствора сульфата меди(II) позволяет получить особо чистую (99,95%) медь. В процессе электролиза медь осаждается на катоде, а примеси осаждаются на дне ванны.
Таким образом можно извлечь попутно до 3 кг серебра и 200 г золота на каждую 1000 тонн меди.
Применение меди
Благодаря уникальному сочетанию физико-химических свойств, медь находит широкое применение в различных областях.
Электротехника и электроника
Высокая электропроводность определяет использование меди для изготовления проводов, кабелей, обмоток электродвигателей и генераторов, элементов печатных плат и других устройств, в которых важен низкий удельный электрический сопротивление.
Примеси в меди, особенно алюминия, значительно снижают ее проводимость. Поэтому для электротехнических изделий применяют особо чистую, электролитически рафинированную медь.
Теплообменное оборудование
Высокая теплопроводность меди используется в производстве разнообразных теплообменных аппаратов - паровых конденсаторов, водяных холодильников, радиаторов отопления, систем охлаждения электронной техники.
Медь позволяет быстро отводить тепло от нагретых элементов оборудования, не допуская их перегрева.
Трубопроводы
Из меди производят трубы для систем водоснабжения, отопления, кондиционирования и холодоснабжения. Медные трубы обладают высокой коррозионной стойкостью, что в сочетании с хорошей пластичностью и возможностями механической обработки определяет их применение.
Сплавы на основе меди
Наиболее распространенные сплавы меди:
- Бронза (медь + олово)
- Латунь (медь + цинк)
- Мельхиор (медь + никель)
Эти сплавы отличаются повышенной прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью по сравнению с чистой медью. Их используют для изготовления деталей машин и механизмов, фурнитуры, художественных изделий, кулинарной посуды.
Архитектура и строительство
Тонкие листы меди применяют для производства черепицы, фасадных панелей, элементов внутренней отделки зданий, так как медь с течением времени приобретает эффектную благородную патину. Кроме того, медь устойчива к коррозии.
