Мідь і її характеристики
Загальна характеристика міді
Мідь - двадцять дев'ятий елемент періодичної таблиці. Позначення - Cu від латинського «cuprum». Розташований в четвертому періоді, IB групі. Відноситься до металів. Заряд ядра дорівнює 29.
Найважливішими мінералами, що входять до складу мідних руд, є: халькозин, або мідний блиск Cu2 S; халькопирит, або мідний колчедан CuFeS2; малахіт (CuOH) 2 CO3.
Чистий мідь - тягучий в'язкий метал світло-рожевого кольору (рис. 1), легко прокатуваний в тонкі листи. Вона дуже добре проводить теплоту і електричний струм, поступаючись в цьому відношенні тільки сріблу. У сухому повітрі мідь майже не змінюється, так як утворюється на її поверхні найтонша плівка оксидів (надає міді більш темний колір) служить хорошим захистом від подальшого окислення. Але в присутності вологи і діоксиду вуглецю поверхню міді покривається зеленуватим нальотом карбонату гідроксомеді (CuOH) 2 CO3.
Мал. 1. Мідь. Зовнішній вигляд.
Атомна і молекулярна маса міді
Відносної молекулярна маса речовини (Mr) - це число, яке показує, у скільки разів маса даної молекули більше 1/12 маси атома вуглецю, а відносна атомна маса елемента (Ar) - у скільки разів середня маса атомів хімічного елемента більше 1/12 маси атома вуглецю.
Оскільки у вільному стані хром існує у вигляді одноатомних молекул Cu, значення його атомної і молекулярної мас збігаються. Вони рівні 63,546.
ізотопи міді
Відомо, що в природі мідь може перебувати у вигляді двох стабільних ізотопів 63 Cu (69,1%) і 65 Cu (30,9%). Їх масові числа рівні 63 і 65 відповідно. Ядро атома ізотопу міді 63 Cu містить двадцять дев'ять протонів і тридцять чотири нейтрона, а ізотоп 65 Cu - стільки ж протонів і тридцять шість нейтронів.
Існують штучні нестабільні ізотопи міді з масовими числами від 52-х до 80-ти, а також сім ізомерних станів ядер, серед яких найбільш довготривалим є ізотоп 67 Cu з періодом напіврозпаду рівним 62 години.
Електронна формула, що демонструє розподіл по орбиталям електронів міді виглядає наступним чином:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1.
В результаті хімічної взаємодії мідь віддає свої валентні електрони, тобто є їх донором, і перетворюється в позитивно заряджений іон:
Cu 0 -1e → Cu +;
Cu 0 -2e → Cu 2+.
Молекула і атом міді
У вільному стані мідь існує у вигляді одноатомних молекул Cu. Наведемо деякі властивості, що характеризують атом і молекулу міді:
сплави міді
Найважливішими сплавами міді з іншими металами є латуні (сплави міді з цинком), меднонікелевие сплави і бронзи.
Латуні містять до 45% цинку. Розрізняють прості і спеціальні латуні. До складу останніх входять інші елементи, наприклад залізо, алюміній, олово, кремній.
Меднонікелевие сплави підрозділяються на конструкційні та електротехнічні. До конструкційних відносяться Мельхіор і нейзильберу. Мельхіор містять 20-30% нікелю і невеликі кількості заліза і марганцю, а нейзильбери містять 5-35% нікелю і 13-45% цинку. До електротехнічним міднонікелевого сплавів ставляться константан (40% нікелю, 1,5% марганцю), манганин (3% нікелю і 12% марганцю) і копель (43% нікелю і 0,5% марганцю).
Бронзи підрозділяються за основним входить в їх склад компоненту (крім міді) на олов'яні, алюмінієві, крем'янисті і т.д.
Приклади розв'язання задач
Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі реакції:
При розчиненні оксиду міді (II) в розведеної сірчаної кислоти утворюються сульфат міді (II) і вода:
Мідь з сульфату міді (II) можна отримати гідрометалургійним методом:
При температурі понад 337 o С мідь взаємодіє з киснем з утворенням оксиду міді (II):
2Cu + O2 → 2CuO;
Оксид міді (II) розчиняється в розведеною азотної кислоти з утворенням нітрату міді (II) і води:
У водний розчин хлориду міді (II) опустили мідні електроди по 20 г кожен і підключили їх до джерела постійного струму. Через деякий час катод вийняли і розчинили при нагріванні в концентрованої сірчаної кислоти, а потім додали в розчин надлишок гідроксиду натрію, в результаті чого випав осад масою 49 г. Визначте масу анода після електролізу.
Запишемо рівняння реакцій:
катод: Cu 2+ + 2e → Cu 0; (1)
анод: Cu 0 - 2e → Cu 2+. (2)
Розрахуємо кількість речовини гідроксиду міді (II) (осаду) (молярна маса дорівнює 98г / моль):
n (Cu (OH) 2) = 49/98 = 0,5 моль.
Визначимо кількість речовини і масу міді (катода) після закінчення реакції (молярна маса - 64 г / моль):
mfinal (Cu) = n (Cu) × M (Cu);
mfinal (Cu) = 0,5 × 64 = 32 м
Знайдемо масу міді, обложеної на катоді:
m (Cu) = 32 - 20 = 12 м
Обчислимо масу анода після закінчення реакції. Маса анода зменшилася рівно настільки, наскільки збільшилася маса катода:
manode = 20 - 12 = 8 м