Медь

Введение

Медь (лат.Cuprum) химический элемент. Один из семи металлов,известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р.Хр. Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе,чем с железом; это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состаянии на поверхности земли, а с другой сравнительной легкостью получения ее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum),откуда и название ее Cuprum. Особенно важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из аллюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее.Если в 19 в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди. Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому.

Химические и физические свойства элемента,определяющие его миграцию.

Медь химический элемент I группы периодической системы Менделеева;атомный номер 29, атомная масса 63,546. По геохимической классификации В.М. Гольдшмидта,медь относится к 6халькофильным 0элементам с высоким сродством к S,Se,Te, занимающим восходящие части на кривой атомных объемов; они сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфиднооксидную оболочку. Халькофилы имеют ионы с 18-электронной оболочкой (также как Zn,Pb,Ag,Hg,Sb и др.) Вернадским в первой половине 1930 г были проведены исследования изменения изотопного состава воды, входящего в состав разных минералов, и опыты по разделению изотопов под влиянием биогеохимических процессов, что и было подтверждено последующими тщательными исследованиями. Как элемент нечетный состоит из двух нечетных изотопов 63 и 65 На долю изотопа Cu(63) приходится 69,09% , процентное содержание изотопа Cu (65) 30,91%. В соединениях медь проявляет валентность +1 и +2,известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди. К валентности 1 относятся лишь глубинные соединения, первичные сульфиды и минерал куприт Cu 42 0O. Все остальные минералы, около сотни отвечают валентности два. Радиус одноволентной меди +0.96, этому отвечает и эк 0,70.Величина атомного радиуса двухвалентной меди 1,28; ионного радиуса 0,80. Очень интересна величена потенциалов ионизации: для одного электрона 7,69, для двух 20,2. Обе цифры очень велики, особенно вторая, показывающая большую трудность отрыва наружных электронов. Одновалентная медь является равноквантовой и потому ведет к бесцветным солям и слабо окрашенным комплексам, тогда как разноквантовя двух валентная медь характеризуется окрашенностью солей в соединении с водой. Медь металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой,селеном. А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют. Электроотрицательность атомов способность при вступлении в соединения притягивать электроны.Электроотрицательность Cu 52+ 0 984 кДЖ/моль, Cu 5+ 0-753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭО образуют ионную связь, а элементы с близкой ЭО ковалентую.Сульфиды тяжелых металлов имеют промежуточную связь, с большей долей ковалентной связи ( ЭО у S-1571,Cu-984,Pb-733).Медь является амфотерным элементом образует в земной коре катионы и анионы. По расчетам Г.А.Голевой,в сильнокислых водах зоны окисления медных месторождений Cu находится в форме Cu 52+ 0(14-30%),CuHSO 44 5+ 0(1-25%),недиссоциированныой молекулы CuSO 50 44 0(70-90%).В щелочных хлоридно-гидрокарбонатных водах зоны востановительных процессов Cu находится в формах CuCO 43 50 0(15-40%),Cu(CO 43)2 52(5-20%),Cu(OH) 5+ 0(5-10%).B кислых хлоридных водах нефтегазоносных структур преобладает анион Cu(OH) 43 5 0(45-65%),хотя имеются и катионные формыCu 5+ 0(20-46%),CuCL 5+ 0(20-35%). Некоторые термические свойства меди.Температура плавления-1083 C; температура кипения2595 C;плотность-8,98 г/см 53 0.

Среднее содержание меди в различных геосферах.

в земной коре составляет 5,5*10 5-3 0(вес %) литосфере континентальной 2*10 5-3 гранитной оболочки 3*10 5-3 в живом веществе 3,2*10 5-4 в морской воде 3*10 5-7 хондриты 1*10 5-2 ультраосновные 2*10 5-3 (дуниты и др.) основные 1*10 5-2 (базальты,габбро и др.) средние 3,5*10 5-3 (диориты,андезиты) кислые 2*10 5-3 (граниты,гранодиориты) щелочные 5*10 5-4

Среднее содержание меди в осадочных породах.

глины 4,5*10 5-3 сланцы 4,5*10 5-3 песчаники 0,1*10 5-3 карбонатные породы 0,4*10 5-3

Среднее содержание меди в глубоководных осадках.

известковистые 3*10 5-3 глинистые 2,5*10 5-2



Вывод:содержание меди больше в основных породах,чем в кислых.

Минералы.

Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленности важны только 17,преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов,карбонатов,сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeS 42 0,ковеллин CuS,борнит Cu 45 0FeS 44, 0халькозин Cu 42 0S.

Окислы: тенорит ,куприт Карбонаты: малахит ,азурит Сульфаты: халькантит ,брошантит Сульфиды: ковеллин ,халькозин ,халькопирит, борнит

Чистая медь тягучии,вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состаянии, так и в растворах. Понижение окраски при повышении валентности видно из следующих двух примеров:

CuCl белый Cu 42 0O красный CuCl 42 0+H 42 0O голубой CuO черный

Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем намечается интересный практический признак для поисков. Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосоли,и карбонаты(силикаты). С.С.Смирнов так характеризует парагенетические ряды меди: при окислении сульфид куприт + лимонит (кирпичная медная руда) мелаконит (смоляная медная руда) малахит + хризоколла.

Геохимия меди.

Из приведенной характеристики ионов вытекает общии тип миграции меди: слабая миграция ионов w=1 и очень сильная ионов w=2 с рядом довольно легко растворимых солей галоидов и аниона(So 44 0); равным образом осаждаемость благодаря активной поляризации ионами: (Co 43 0),(SiO 44 0),(PO 44 0), (AsO 44 0). Типы распределения и концентрации меди весьма многочисленны и разнообразны. Мы можем выделить шесть главных типов, причем в основе будут лежать следующие гохимические положения: 1) легкое отщепление меди из магм с переходом в пневматолиты еще при дифференцации основных пород и даже может быть при ликвации ультраосновных; 2) при гидротермальном процессе главное осаждение меди в геофазы прцессов G-H, т.е. около 400-300 50 0; 3) в гипергенной обстановке фиксация меди преимущественно анионами (So 43 0),(SiO 43 0) при общей большой миграционной способности меди (особенно в виде легкорастворимого сульфата). С.С. Смирнов характеризует миграцию так: "миграция меди тем более облегчается, чем выше в рудах отношение серы к меди, чем менее активна обстановка, чем менее влажен климат и чем более проницаема рудная масса".

Рассмотрим более подробно геохимическую миграцию элемента.

В гидротермах Cu мигрирует в форме различных комплексов Cu 5+ 0и Cu 52+ и концентрируется на геохимических барьерах в виде халькопирита и других сульфидов (меднопорфировые,медноколчеданные и др. месторождения). В поверхностных водах обычно содержится n*10 5-6 0г/л Cu, что соответствует коэффиценту водной миграции 0,n. Большая часть Cu мигрирует с глинистыми частицами, которые энергично ее адсорбируют. Наиболее энергично мигрирует в сернокислых водах зоны окисления сульфидных руд, где образуется легко растворимый CuSO 44 0. Содержание Cu в таких водах достигает n г/л, на участках месторождений возникают купоросные ручьи и озера. Однако такая миграция непродолжительна: при нейтрализации кислых вод на барьере Д1 осождаются вторичные минералы Cu, она адсорбируется глинами, гидроксидами марганца, гумусом, кремнеземом. Так образуется повышенное содержание меди в почвах и континентальных отложениях ландшафтов на участках месторождений. Медь здесь активно вовлекается в биологический круговорот, появляются растения, обогощенные медью, крупные размеры приобретают моллюски и другие животные с голубой кровью.Многие растения и животные плохо переносят высокие концентрации меди и болеют. Значительно слабее миграция Cu в ландшафтах влажного климата со слабокислыми водами. Медь здесь частично выщелачивется из почв. Известны болезни животных а растений, вызванные недостатком меди. Особенно бедны Cu пески и трфянники, где эффективны медные удобрения и подкормка животных. Медь энергично мигрирует и в пластовых водах, откуда она осаждается на восстановительном сероводородном барьере. Эти процессы особенно характкрны для красноцветной формации, к которым приурочены месторождения и рудопроявления типа "медистых песчаников".

_Основные типы генезиса наиболее крупных месторождений.

1) В ультраосновных породах и наритах вместе с пирротином и, следовательно, в ассоциации с никелем, кобальтом, частично с палладием. Обычно халькопирит является последним сульфидом в этом ряду кристаллизации и следовательно приурочен преимущественно или к эндоконтактовым или даже к экзаконтактовым зонам. 2) Выделение меди в пустотах мелафиров и вообще в основных эффузивах вместе с циолитами в начале геофазы H. 3) Выделение пирита вместе с халькопиритом из дериватов гранодиоритовой магмы и связанных с ними альбитофиров.Колчиданные линзы с цинком и золотом (например Урал). 4) Медно-жильный комплекс в связи с кислыми гранитами, с выделением меди в геофазах G-H, между комплексами Au-W-B и B-Zn-F. К этому типу относятся ивзрывные месторождения меди в парфировых рудах и во вторичных кварцитах. В этом случае интересна связь с молебденом и бором.Окварцевание с выносом всех катионов, очевидно, перегретыми гидролизирующими водами и эманациями. Генетический тип представляет огромный интерес, но самый ход процесса остается не ясным. Большое промышленное значение, несмотря на низкое содержание (1-2%)Cu. 5) Контактный тип кислых и гранодиоритовых магм обычно во вторую фазу коктактового процесса накопления гранато-пироксенного скарна;медь обычно накапливется в геофазы G-H с молебденитом, пиритом, шеелитом, иногда гематитом среди магнитита более ранней кристаллизации. Этот тип в небольших количествах всегда присутствует в контактных магнетитах. Очень типичен для Срдней Азии (Тянь-Шань). 6) Очень многочисленна и своеобразна осадочные скопления меди в песчаниках, сланцах, песках, битуминозных осадках. Весьма возможен в отдельных случаях билогический процесс образования (Мансфильд в Тюрингии,пермские песчаники в Приуралье). Геохимически изучен плохо. Интересна связь с молебденов, хромом, ванадий, обуславливающие особые рудные концетрации. Иногда наблюдаются корелляция между Cu и С; однако, далеко не всегда и, как показали исследования А.Д.Архангельского, наибольшие концентрации меди вызваны чисто химическими процессами.

Четыре типа колчеданных месторождений:

1. Месторождения Кипорского и Уральского типа

отношение Pb:Zn:Cu 1:10:50

2. Рудно-Алтайский 1:3:1

3. Малый Кавказ 1:5:10

4. Курака 1:4:1

(схема строения колчеданного месторождения см. рис 1) К зонам химического выветривния относятся медно-сульфидные месторождения (строение зоны окисления медно-сульфидных месторождений см. рис 2)

Другие записи

10.06.2016. Углерод
Углерод (лат. Carboneum), С - химический элемент IV группы периодической системы Менделеева. Известны два стабильных изотопа 12С (98,892 %) и 13С (1,108 %).Углерод известен с глубокой древности. Древесный…
10.06.2016. Технологические и экономические аспекты получения диметилового эфира терефталевой кислоты
ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ, ДИМЕТИЛТЕРЕФТАЛАТ, ТЕРЕФТАЛЕВАЯ КИСЛОТА, СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА, ПАРАКСИЛОЛ, РЕКТИФИКАЦИЯ, ЦЕЛЕВОЙ ПРОДУКТ, ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ, СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ…
10.06.2016. Строение атома
В далёком прошлом философы Древней Греции предполагали, что вся материя едина, но приобретает те или иные свойства в зависимости от её «сущности». Некоторые из них утверждали, что вещество состоит из мельчайших…
10.06.2016. Строение атома
       Существование закономерной связи между всеми химическими элементами, ярко выраженное в периодической системе, наталкивает на мысль о том, что в основе всех атомов лежит нечто общее, что все они…
10.06.2016. Сплавы
Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволка имеют чистоту около 99,9%. В большин-стве же других случаев люди имеют дело со сплавами.…