Медь это щелочной металл
Элементами группы IA являются литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Их называют также щелочными металлами. Некоторые их физические свойства приведены в таблице 6.
Для щелочных металлов наблюдается общая для периодической системы закономерность: с увеличением порядкового номера возрастает радиус атома элемента и его металлические свойства, электроотрицательность уменьшается.
Общий способ получения щелочных металлов — электролиз расплавов их хлоридов, например:
Калий получают также с помощью натрийтермического метода:
Щелочные металлы химически очень активны, легко реагируют с простыми и сложными веществами, в своих соединениях проявляют степень окисления +1. Хранят щелочные металлы в герметичной таре под слоем обезвоженного керосина, а литий — под слоем вазелина.
Ниже представлены общие для всех щелочных металлов реакции (Me = Li, Na, K, Rb, Cs):
Исключением является реакция с кислородом, в которой щелочные металлы ведут себя по-разному:
Оксиды щелочных металлов Э2O являются типичными основными оксидами, а гидроксиды ЭОН — сильными основаниями (щелочами), сила которых возрастает от лития к цезию.
Элементами IIА-группы являются бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Последние три называют элементами подгруппы кальция или щёлочноземельными металлами. Некоторые свойства элементов IIА-группы приведены в таблице 7.
Свойства бериллия и магния несколько отличаются от свойств, характерных для щёлочноземельных металлов. Бериллий по многим свойствам близок к алюминию, а магний — к цинку (диагональное сходство).
Для щёлочноземельных металлов наблюдается общая для периодической системы закономерность: с увеличением порядкового номера возрастает радиус атома элемента и его металлические свойства, электроотрицательность уменьшается.
Магний и кальций получают электролизом расплавов их хлоридов, например:
Стронций и барий получают восстановлением их оксидов алюминием или кремнием, например:
Щёлочноземельные металлы химически активны; они легко реагируют с простыми и сложными веществами, в своих соединениях проявляют степень окисления +2.
Ниже приведены характерные для щёлочноземельных металлов реакции с простыми и сложными веществами (Me = Ca, Sr, Ba):
Оксиды щёлочноземельных металлов представляют собой типичные основные оксиды. Они реагируют с кислотами с образованием солей и воды, с кислотными оксидами с образованием солей. Реакция с водой протекает по-разному. Если оксид бария легко реагирует с водой при комнатной температуре с образованием сильной щёлочи Ba(OH)2, то оксид магния может реагировать с водой только при кипячении. Химические свойства оксидов щёлочноземельных металлов (Me = Ca, Sr, Ba):
Гидроксиды щёлочноземельных металлов проявляют основные свойства: реагируют с кислотами с образованием основных или средних солей и воды, с кислотными оксидами с образованием солей и воды. Химические свойства гидроксидов щёлочноземельных металлов (Me = Ca, Sr, Ba):
Сила оснований увеличивается с увеличением порядкового номера элемента.
Алюминий — химический элемент, расположенный в 3-м периоде IIIA группе. Его электронная формула 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .
Алюминий пассивируется в воде, концентрированной азотной кислоте из-за образования устойчивой оксидной пленки. Сильный восстановитель.
Оксид алюминия — типичный амфотерный оксид, гидроксид алюминия — типичный амфотерный гидроксид.
Железо находится в 4-м периоде VIIIБ группе. Его электронная формула 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 . Металл средней активности, в своих соединениях проявляет степени окисления +2 и +3. Известны ряд соединений железа со степенью окисления +6.
Химически чистое железо получают разложением его пентакарбонила:
Основная масса железа используется не в чистом виде, а в виде сплавов с углеродом (сталь, чугун) и другими элементами. Эти сплавы получают в доменных печах.
Упрощённо этот процесс можно описать уравнением:
Характерные для железа химические реакции:
FeO проявляет основные, а Fe2O3 — амфотерные с преобладанием основных свойства. Оба оксида вступают в окислительно-восстановительные реакции.
Для двойного оксида железа (II) — железа (III) Fe3O4 (магнетит) характерны в первую очередь окислительно-восстановительные реакции, а также реакции обмена, которые идут так же, как и у входящих индивидуально в его состав оксидов:
Гидроксид железа (II) практически проявляет только основные свойства, при нагревании разлагается, вступает в окислительно-восстановительные реакции:
Гидроксид железа (III) проявляет амфотерные с преобладанием основных свойства, при нагревании разлагается, вступает в окислительно-восстановительные реакции:
Тренировочные задания
1. Литий при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ
1) кислородом и алюминием
2) серой и хромом
3) оксидом углерода (II) и оксидом меди (I)
4) азотом и фосфором
2. Верны ли следующие утверждения о литии?
А. Литий хранят под слоем вазелина. Б. Взаимодействие лития с кислородом приводит к пероксиду лития.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
3. Натрий при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:
1) ртутью и алюминием
2) фосфором и оксидом кальция
3) оксидом серы (IV) и оксидом кальция
4) азотной кислотой и водой
4. Верны ли следующие утверждения о натрии?
А. Натрий не реагирует с фосфором даже при нагревании.
Б. Натрий используют в технике при получении калия.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
5. Калий при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:
1) водой и магнием
2) серой и разбавленной серной кислотой
3) оксидом фосфора (V) и оксидом магния
4) азотной кислотой и оксидом серы (VI)
6. Верны ли следующие утверждения о калии?
А. Калий не реагирует с водой.
Б. Гидрид калия нельзя получить прямой реакцией калия с водородом.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
7. Магний при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:
1) в одой и железом
2) серой и разбавленной серной кислотой
3) оксидом фосфора (V) и оксидом кремния
4) азотной кислотой и оксидом серы (VI)
8. Верны ли следующие утверждения о магнии?
А. Магний на воздухе покрывается оксидной пленкой.
Б. Магний реагирует с соляной кислотой.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
9. Кальций при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:
1) водой и углеродом
2) фосфором и литием
3) оксидом фосфора (V) и оксидом азота (IV)
4) оксидом бария и оксидом серы (VI)
10. Верны ли следующие утверждения о кальции?
А. Кальций реагирует с азотом при нагревании.
Б. Кальций не реагирует с оксидом фосфора (V).
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
11. Барий при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:
1) водой и соляной кислотой
2) фосфором и натрием
3) оксидом фосфора (V) и оксидом лития
4) оксидом углерода (IV) и оксидом серы (VI)
12. Верны ли следующие утверждения о барии?
А. Барий не вступает в реакцию с бромом.
Б. Барий вступает в реакцию с водой.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
13. Алюминий при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:
1) серой и соляной кислотой
2) фосфором и оксидом калия
3) оксидом фосфора (V) и водой
4) железом и оксидом серы (VI)
14. Верны ли следующие утверждения об алюминии?
А. Алюминий вступает в реакцию с Fe2O3.
Б. Алюминий реагирует с соляной кислотой.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
15. Железо при соответствующих условиях вступает в реакцию с каждым из двух веществ:
1) серой и соляной кислотой
2) фосфором и оксидом калия
3) оксидом фосфора (V) и водой
4) кислородом и оксидом серы (VI)
16. Верны ли следующие утверждения о железе?
А. Железо вступает в реакцию с Fe2O3.
Б. Железо реагирует с соляной кислотой.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
17. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакции
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Li + HNO3 (разб.) →
Б) Li + S →
В) Li + H2O →
18. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Li + O2 →
Б) Li + Cl2 →
В) Li + HNO3 (разб.) →
19. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Na + O2 →
Б) Na + H2SO4 →
В) Na + HCl →
20. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Na + HNO3 (разб.) →
Б) Na + O2 →
В) Na + H2O →
21. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) K + O2 →
Б) K + HCl →
В) K + S →
22. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
23. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Mg + HNO3 (разб.) →
Б) Mg + N2 →
В) Mg + HCl →
24. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
25. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Ca + HNO3 (разб.) →
Б) Ca + P →
В) Ca + HCl →
26. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Ca + N2 →
Б) Ca + C →
В) Ca + HCl →
27. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Ba + HNO3 (разб.) →
Б) Ba + H2 →
В) Ba + H2O →
28. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Ba + N2 →
Б) Ba + O2 →
В) Ba + C →
29. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Al + HCl →
Б) Al + C →
В) Al + Fe2O3 →
30. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Al + NaOH + H2O →
Б) Al + P →
В) Al + HI →
31. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Fe + HCl →
Б) Fe + H2SO4 (разб.) →
В) Fe + S →
32. Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами реакций.
РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
А) Fe + H2O (пар) →
Б) Fe + HNO3 (разб.) →
В) Fe + CuSO4 →
33. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
34. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
35. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для второго превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
36. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
37. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для второго превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
38. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для второго превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
39. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
40. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
41. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
42. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для второго превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
43. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
44. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для второго превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
45. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для первого превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
46. Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Для третьего превращения составьте сокращённое ионное уравнение реакции.
Щелочные металлы — группа неорганических веществ, простых элементов 
таблицы Менделеева. Все они обладают похожим атомным строением и соответственно, похожими свойствами. В группу входят калий, натрий, литий, цезий, рубидий, франций и теоретически описанный, но еще не синтезированный элемент унуне́нний. Первые пять веществ существуют в природе, франций — искусственно созданный, радиоактивный элемент. Свое название щелочные металлы получили из-за способности образовывать щелочи в реакции с водой.
Вся элементы группы химически активны, поэтому на Земле встречаются только в составе различных минералов, например, каменной, калийной, поваренной соли, буры, полевого шпата, морской воды, подземных рассолов, чилийской селитры. Франций часто сопутствует урановым рудам; рубидий и цезий — минералам с натрием и калием.
Свойства
Все представители группы — мягкие металлы, их можно резать ножом, сгибать руками. Внешне — блестящие, белого цвета (кроме цезия). Цезий отливает золотистым блеском. Легкие: натрий и калий легче воды, литий всплывает даже в керосине. Классические металлы с хорошей электро- и теплопроводностью. Горят, придают пламени характерный цвет, являющийся одним из аналитических способов определить тип металла. Легкоплавкие, самым «тугоплавким» является литий (+180,5 °С). Цезий тает прямо в руках при температуре +28,4 °С.
Активность в группе увеличивается по мере роста атомной массы: Li →Cs. Обладают восстановительными свойствами, в том числе в реакции с водородом. Проявляют валентность -1. Бурно реагируют с водой (все кроме лития — со взрывом); с кислотами, кислородом. Взаимодействуют с неметаллами, спиртами, водным аммиаком и его производными, карбоновыми кислотами, многими металлами.
Калий и натрий являются биогенными элементами, участвуют в водно-солевом и кислотно-щелочном балансе человеческого организма, необходимы для нормальной циркуляции крови и функционирования многих энзимов. Калий важен для растений.
В нашем организме есть и рубидий. Его нашли в крови, костях, головном мозге, легких. Он оказывает противовоспалительное, противоаллергическое действие, притормаживает реакции нервной системы, усиливает иммунитет, положительно влияет на состав крови.
Меры предосторожности
Щелочные металлы очень опасны, способны воспламеняться и взрываться просто от контакта с водой или воздухом. Многие реакции протекают бурно, поэтому работать с ними допускается только после тщательного инструктажа, с применением всех мер предосторожностей, в защитной маске и защитных очках.
Растворы калия, натрия и лития в воде являются сильными щелочами (гидроксиды калия, натрия, лития); контакт с кожей приводит к глубоким болезненным ожогам. Попадание щелочей, даже низкой концентрации, в глаза может привести к слепоте. Реакции с кислотами, аммиаком, спиртами проходят с выделением пожаро- и взрывоопасного водорода.
Щелочные металлы хранят под слоем керосина или вазелина в герметичных емкостях. Манипуляции с чистыми реактивами проводят в аргоновой атмосфере.
Следует тщательно следить за утилизацией остатков после опытов со щелочными металлами. Все остатки металлов предварительно должны быть нейтрализованы.
Выдержка из учебника по общей химии.
К подгруппе меди относятся три элемента — медь, серебро и золото. Подобно атомам щелочных металлов, атомы всех этих элементов имеют в наружном слое по одному электрону; но предпоследний их электронный слой содержит, в отличие от атомов щелочных металлов, восемнадцать электронов. Структуру двух внешних электронных оболочек атомов этих элементов можно изобразить формулой ( n — 1) s 2 ( n — 1) р 6 ( n — 1) d 10 ns1 1 (где n — номер периода, в котором находится данный элемент). Все элементы подгруппы меди — предпоследние члены декад d-элементов . Однако, как видно из приведенной формулы, их атомы содержат на (n — 1) d-подуровне не 9, а 10 электронов. Это объясняется тем, что структура ( n — 1) d 10 s 1 более устойчива, чем структура ( n — 1) d 9 s 2 .
В табл. 31 приведены некоторые физические константы, характеризующие элементы подгруппы меди.
Некоторые свойства элементов побочной подгруппы 1 группы
| Cu | Ag | Au |
|---|
Строение внешнего и предвнешнего электронных слоев атома
3s 2 Зр 6 Зd 10 4s 1
4s 2 4p 6 4d 10 5s 1
s 2 5p 6 5d 10 6s 1
Энергия ионизации Э → Э+, эВ
Радиус иона Э + , Å
Стандартная энтальпия атомизации металла при 25 ° С , ккал/г-атом
Плотность, г/см 3
Температура плавления, ° С
Температура кипения, ° С
Стандартный электродный потенциал процесса Э=Э + +е –
Сравнивая данные табл. 31 с соответствующими величинами для щелочных металлов (табл. 30), можно видеть, что радиусы атомов меди, серебра и золота меньше радиусов атомов металлов главной подгруппы. Это обусловливает значительно большую плотность, высокие температуры плавления и большие величины энтальпии атомизации рассматриваемых металлов: меньшие по размеру атомы располагаются в решетке более плотно, вследствие чего силы притяжения между ними велики.
Малый радиус атомов объясняет также более высокие значения энергии ионизации металлов этой подгруппы, чем щелочных металлов. Это приводит к большим различиям в химических свойствах металлов обеих подгрупп. Элементы подгруппы меди — малоактивные металлы. Они с трудом окисляются и, наоборот, их ионы легко восстанавливаются; они не разлагают воду, гидроксиды их являются сравнительно слабыми основаниями. В ряду напряжений они стоят после водорода. В то же время восемнадцатиэлектронный слой, устойчивый у других элементов, здесь еще не вполне стабилизировался и способен к частичной потере электронов. Так, медь наряду с однозарядными катионами образует и двухзарядные, которые для нее даже более характерны. Точно так же для золота степень окисленности +3 более характерна, чем +1. Степень окисленности серебра в его обычных соединениях равна +1; однако известны и соединения со степенью окисленности серебра +2 и +3.
200. Медь (Cuprum). Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико (0,01 вес.%), однако она чаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем самородки меди достигают значительной величины. Этим, а также сравнительной легкостью обработки меди объясняется то, что она ранее других металлов была использована человеком.
В настоящее время медь добывают из руд. Последние, в зависимости от характера входящих в их состав соединений, подразделяют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды имеют наибольшее значение, поскольку из них выплавляется 80% всей добываемой меди.
Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд, являются: халькозина или медный блеск, Cu2S; халькопирит, или медный колчедан, Си F е S 2 ; малахит ( СuОН )2СО 3 .
В СССР богатые месторождения медных руд находятся на Урале, в Казахстане и в Закавказье.
Медные руды, как правило, содержат большое количество пустой породы, так что непосредственное получение из них меди экономически невыгодно. Поэтому в металлургии меди особенно важную роль играет обогащение (обычно флотационный метод), позволяющее использовать руды с небольшим содержанием меди.
Выплавка меди из ее сульфидных руд или концентратов представляет собою сложный процесс. Обычно он слагается из следующих операций: обжиг, плавка, конвертирование, огневое и электролитическое рафинирование. В ходе обжига большая часть сульфидов примесных элементов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeS 2 превращается в Fe 2 O 3 . Газы, отходящие при обжиге, содержат SO 2 и используются для получения серной кислоты.
Получающиеся в ходе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Основной же продукт плавки — жидкий штейн ( Сu 2 S с примесью F е S ) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сырая медь.
Для извлечения ценных спутников (Au, Ag, Те и др.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергается огневому, а затем электролитическому рафинированию. В ходе огневого рафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка, кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. Медь же разливают в формы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании (см. § 103).
Чистая медь — тягучий вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемый в тонкие листы. Она очень хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. В сухом воздухе медь почти не изменяется, так как образующаяся на ее поверхности тончайшая пленка оксидов (придающая меди более темный цвет) служит хорошей защитой от дальнейшего окисления. Но в присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым налетом гидроксокарбоната меди (CuOH)2CO3. При нагревании на воздухе в интервале температур 200 — 375 ° С медь окисляется до черного оксида меди ( II ) Cu O . При более высоких температурах на ее поверхности образуется двухслойная окалина: поверхностный слой представляет собой оксид меди ( II ), а внутренний — красный оксид меди ( I ) Cu 2 0.
Ввиду высокой тепло- и электропроводности, ковкости, хороших литейных качеств, большого сопротивления на разрыв и химической стойкости медь широко используется в промышленности.
Большие количества чистой электролитической меди (около 40% всей добываемой меди) идут на изготовление электрических проводов и кабелей. Из меди изготовляют различную промышленную аппаратуру: котлы, перегонные кубы и т. п.
Широкое применение в машиностроительной промышленности, а также в электротехнике и других производствах имеют различные сплавы меди с другими металлами. Важнейшими из них являются латуни (сплавы меди с цинком), медноникелевые сплавы и бронзы.
Латунь содержит до 45% цинка. Различают прост ы е и специальные латуни. В состав последних, кроме меди и цинка, входят другие элементы, например, железо, алюминий, олово, кремний. Латунь находит разнообразное применение. Из нее изготовляют трубы для конденсаторов и радиаторов, детали механизмов, в частности, часовых. Некоторые специальные латуни обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде и применяются B судостроении. Латунь с высоким содержанием меди — томпак — благодаря своему внешнему сходству с золотом используется для ювелирных и декоративных изделий.
Медноникелевые сплавы подразделяются на конструкционные и электротехнические. К конструкционным относятся мельхиоры и нейзильберы. Мельхиоры содержат 20-30% никеля и небольшие количества железа и марганца, а нейзильберы содержат 5-35% никеля и 13-45% цинка. Благодаря стойкости против коррозии в воде, в том числе в морской, конструкционные медноникелевые сплавы получили широкое распространение в судостроении и в энергетической промышленности. Из них изготовляют радиаторы, трубопроводы, дистилляционные установки для получения питьевой воды из морской. К электротехническим медноникелевым сплавам относятся константан (40% Ni , 1,5% М n ) и манганин (3% Ni, 12% М n ), обладающие низким температурным коэффициентом электросопротивления и служащие для изготовления магазинов сопротивления, а также термопарный сплав копель (43% Ni, 0,5 % М n ), применяемый для изготовления термопар.
Бронзы подразделяются по основному входящему в их состав компоненту (кроме меди) на оловянные, алюминиевые, кремнистые и др. Из них оловянные представляют собой самые древние сплавы. На протяжении столетий они занимали ведущее место во многих отраслях производства. Сейчас применение их в машиностроении сокращается. Более широко применяются алюминиевые бронзы (5 – 10% А l и добавки Fe, Мп, Ni). Бериллиевые бронзы очень прочны и применяются для изготовления пружин и других ответственных деталей.
Все медные сплавы обладают высокой стойкостью против атмосферной коррозии.
В химическом отношении медь является малоактивным металлом. Однако с галогенами она реагирует уже при комнатной температуре, например, с влажным хлором образует хлорид CuCl 2 . О взаимодействии меди с кислородом воздуха говорилось выше.
При нагревании медь взаимодействует и с серой, образуя сульфид Cu 2 S .
Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислоты на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:
2Cu + 4НС l + О 2 = 2CuCl 2 + 2Н 2 О
Летучие соединения меди окрашивают несветящее пламя газовой горелки в сине-зеленый цвет.
Известны соединения, в которых медь имеет степень окисленности один, два и три. Их можно рассматривать как производные соответствующих оксидов: Си 3 О 2 C u O и Си2О 3 .
Соединения меди (I) в общем менее устойчивы, чем соединения меди( II ). Оксид С u 2О 3 и его производные весьма нестойки.
Соединения меди (I). Оксид меди( I ), или закись меди, Сu 2 О встречается в природе в виде минерала купрата. Искусственно она может быть получена путем нагревания раствора соли меди( II ) со щелочью и каким-нибудь сильным восстановителем, например, формалином или глюкозой. При нагревании образуется осадок красного оксида меди ( I ).
В паре с металлической медью Сu 2 О применяется в купроксных выпрямителях переменного тока.
При действии на Сu 2 О соляной кислоты получается бесцветный раствор хлорида меди (I) СuСl . Если разбавить этот раствор водой, то хлорид меди( I ) выпадает в виде белого творожистого осадка, нерастворимого в воде. Он может быть получен также кипячением раствора хлорида меди( II ) СuСl 2 с металлической медью в солянокислой среде:
CuC l 2+ Cu = 2CuCl
Соединения меди( II ). Оксид меди( II ), или окись меди, СuО — черное вещество, встречающееся в природе (например в виде минерала тенери та ). Его можно легко получить прокаливанием гидроксокарбоната меди ( II ) (CuOH) 2 СО 3 или нитрата меди (II) Cu(NO3)2. Оксид меди( II ) проявляет окислительные свойства. При нагревании с различными органическими веществами С u О окисляет их, превращая углерод. в диоксид углерода, а водород — в воду и восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.
Гидроксид меди( II ) Cu(OH)2 осаждается из растворов солей меди( II ) при действии щелочей в виде голубой студенистой массы. Уже при слабом нагревании даже под водой он разлагается, превращаясь в черный оксид меди( II ).
Гидроксид меди( II ) — очень слабое основание. Поэтому растворы солей меди( II ) в большинстве случаев имеют кислую реакцию, а со слабыми кислотами медь образует основные соли.
Важнейшими из солей меди( II ) являются,следующие.
Сульфат меди( II ) CuSO4 в безводном состоянии представляет собой белый порошок, который при поглощении воды синеет. Поэтому он применяется для обнаружения следов влаги в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди имеет характерный сине-голубой цвет. Эта окраска свойственна гидратированным ионам [Cu(HgO)4] 2+ , поэтому такую же окраску имеют все разбавленные растворы солей меди( II ), если только они не содержат каких-либо окрашенных анионов. Из водных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, образуя прозрачные синие кристаллы. В таком виде он называется медным купоросом (см. стр. 398).
Хлорид меди( II ) СuСl 2 • 2Н 2 О. Образует темно-зеленые кристаллы, легко растворимые в воде. Очень концентрированные растворы хлорида меди( II ) имеют зеленый цвет, разбавленные — сине-голубой.
Нитрат меди( II ) Cu(NO 3 ) 2 • ЗН 2O . Получается при растворении меди в азотной кислоте. При нагревании синие кристаллы нитрата меди сначала теряют воду, а затем легко разлагаются с выделением кислорода и бурого диоксида азота, переходя в оксид меди(II).
Гидроксокарбонат меди( II ) (CuOH)2CO 2 . Встречается в природе в виде минерала малахита, имеющего красивый изумрудно-зеленый цвет. Искусственно приготовляется действием Na 2 COЗ на растворы солей меди( II ):
Применяется для получения хлорида меди( II ), для приготовления синих и зеленых минеральных красок, а также в пиротехнике.
Ацетат меди( II ) Cu(CH3COO) 2 · Н2 O . Получается обработкой металлической меди или оксида меди ( II ) уксусной кислотой. Обычно представляет собой смесь основных солей различного состава и цвета (зеленого и сине-зеленого). Под названием ярь-медянка применяется для приготовления масляной краски.
Смешанный ацетат-арсенат меди(II) С u (СНзСОО)2 · С u 3 (А s О 3 ) 2 . Применяется под названием парижская зелень для уничтожения вредителей растений.
Из солей меди вырабатывают большое количество минеральных красок, разнообразных по цвету : зеленых, синих, коричневых, фиолетовых и черных. Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят, т. е. покрывают внутри слоем олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей.
Комплексные соединения меди. Характерное свойство двухзарядных ионов меди — их способность соединяться с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.
Если к раствору сульфата меди приливать раствор аммиака, то выпадает голубой осадок основной соли, который легко растворяется в избытке аммиака, окрашивая жидкость в интенсивный синий цвет. Прибавление щелочи к полученному раствору не вызывает образования осадка гидроксида меди С u (ОН) 2 , следовательно, в этом растворе так мало ионов Cu 2+ , что даже при большом количестве ионов ОН — не достигается произведение растворимости С u (ОН) 2 . Отсюда можно заключить, что ионы меди вступают во взаимодействие с прибавленным аммиаком и образуют какие-то новые ионы, которые не дают нерастворимого соединения с ионами ОН — . В то же время ионы S O 4 остаются неизмененными, так как прибавление к аммиачному раствору хлорида бария тотчас же вызывает образование осадка сульфата бария (характерная реакция на ион SO 4).
Исследованиями установлено, что темно-синяя окраска аммиачного раствора обусловлена присутствием в нем сложных ионов [Cu(NH 3 ) 4 ] 2 + , образовавшихся путем присоединения к иону меди четырех молекул аммиака. При испарении воды ионы [Cu(NH3)4] 2 + связываются с ионами S O 4 2 · и из раствора выделяются темно-синие кристаллы, состав которых выражается формулой [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 · Н 2 О.
Таким образом, при взаимодействии сульфата меди( II ) с аммиаком происходит реакция
или в ионной форме:
Ионы, которые, подобно [Cu(NH3)4] 2 + , образуются путем присоединения к данному иону нейтральных молекул или других ионов противоположного знака, называются комплексными ионами. Соли, в состав которых входят такие ионы, получили название комплексных солей. Известны также комплексные кислоты, комплексные основания и комплексные неэлектролиты*.
Пр и написании формул комплексный ион обычно заключает в квадратные скобки. Этим отмечается, что при растворении данного соединения в воде комплексный ион практически не диссоциирует.
Подобно сульфату меди( II ) реагируют с аммиаком и другие соли двухвалентной меди. Во всех этих случаях получаются темно-синие растворы, содержащие комплексные ионы [С u ( N НЗ)4] 2 + .
Гидроксид меди( II ) тоже растворяется в аммиаке с образованием темно-синего раствора, содержащего ионы [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ :
* Приведенное определение комплексных соединений не является исчерпывающим, Подробнее комплексные соединения рассматриваются в главе X VIII.
Получающийся раствор обладает способностью растворять цел-люлозу (вату, фильтровальную бумагу и т. п.) и применяется при изготовлении одного из видов искусственного волокна (см. стр. 506)
Гидроксид меди( II ) растворяется также в очень концентрированных растворах щелочей, образуя сине-фиолетовые растворы купритов — солей, содержащих комплексный ион [С u (ОН)4] 2–
или в ионной форме:
В отличие от аммиачных комплексов меди, в этом случае ион меди присоединяет к себе не нейтральные молекулы, а ионы ОН – , вследствие чего образуются комплексные анионы, а не катионы. Куприты очень нестойки и при разбавлении щелочных растворов водой разлагаются, выделяя гидроксид меди( II ) в осадок.
Из других комплексных анионов меди( II ) отметим ионы [CuC l 4] 2– , образующиеся в концентрированных растворах хлорида меди( II ) и обусловливающие их зеленую окраску:
При разбавлении растворов водой ионы [CuC14] 2– превращаются
в обычные гидратированные ионы меди [Cu(Н20)4] 2 + и зеленая
окраска растворов переходит в сине-голубую:
Медь принадлежит к числу микроэлементов. Такое название получили Fe, Cu, Мп, Мо, В, Zn, Со в связи с тем, что малые количества их необходимы для нормальной жизнедеятельности растений. Микроэлементы повышают активность ферментов, способствуют синтезу сахара, крахмала, белков, нуклеиновых кислот, витаминов и ферментов. Микроэлементы вносят в почву с микроудобрениями. Удобрения, содержащие медь, способствуют росту растений на некоторых малоплодородных почвах, повышают их устойчивость против засухи, холода и некоторых заболеваний.
Проект разработан под контролем ООО НПП «Гидриатика»®.
Источник
