Metallisk kobber: elementbeskrivelse, egenskaber og anvendelser. Hvad er kobber? Kobbers egenskaber, historie og oprindelse

Kobber er et element i en sideundergruppe af den første gruppe, den fjerde periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev, med atomnummer 29. Det er betegnet med symbolet Cu (lat. Cuprum). Det simple stof kobber (CAS-nummer: 7440-50-8) er et duktilt overgangsmetal med en gylden lyserød farve (lyserød i fravær af en oxidfilm). Det har været meget brugt af mennesker siden oldtiden.

Navnets historie og oprindelse

Kobber er et af de første metaller, der er bredt mestret af mennesker på grund af dets sammenlignelige tilgængelighed til at opnå fra malm og lavt smeltepunkt. I oldtiden blev det hovedsageligt brugt i form af en legering med tin - bronze til fremstilling af våben osv. (se Bronzealder).
Det latinske navn for kobber Cuprum (gamle Aes cuprium, Aes cyprium) kommer fra navnet på øen Cypern, hvor der allerede i det III årtusinde f.Kr. e. kobberminer eksisterede og kobber blev smeltet.
Strabo kalder kobber chalkos, fra navnet på byen Chalkis på Euboea. Mange gamle græske navne på kobber- og bronzegenstande, smedehåndværk, smedeprodukter og støbegods stammer fra dette ord. Det andet latinske navn for kobber er Aes (sanskrit, ayas, gotisk aiz, tysk erz, engelsk malm) betyder malm eller mine. Tilhængere af den indo-germanske teori om oprindelsen af ​​europæiske sprog stammer det russiske ord kobber (polsk miedz, tjekkisk med) fra det gammeltyske smida (metal) og Schmied (smed, engelsk Smith). Selvfølgelig er forholdet mellem rødderne i dette tilfælde utvivlsomt, men begge disse ord er afledt af det græske. mine, mine uafhængige af hinanden. Fra dette ord kom beslægtede navne - en medalje, en medaljon (fransk medaille). Ordene kobber og kobber findes i de ældste russiske litterære monumenter. Alkymisterne kaldte kobber Venus. I ældre tider findes navnet Mars.

Fysiske egenskaber

Kobber er et gylden-pink duktilt metal, hurtigt dækket af en oxidfilm i luften, hvilket giver det en karakteristisk intens gullig-rød nuance. Tynde film af kobber i lyset har en grønlig-blå farve.
Kobber danner et fladecentreret kubisk gitter, rumgruppe F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Kobber har en høj termisk og elektrisk ledningsevne (ranger på andenpladsen i elektrisk ledningsevne efter sølv).
Den har to stabile isotoper - 63 Cu og 65 Cu, og flere radioaktive isotoper. Den længstlevende af disse, 64 Cu, har en halveringstid på 12,7 timer og to henfaldsvarianter med forskellige produkter.
Der er en række kobberlegeringer: messing - med zink, bronze - med tin og andre elementer, cupronickel - med nikkel, babbits - med bly og andre.

Kemiske egenskaber

Ændres ikke i luften i fravær af fugt og kuldioxid. Det er et svagt reduktionsmiddel, reagerer ikke med vand, fortyndet saltsyre. Det overføres til opløsning med ikke-oxiderende syrer eller ammoniakhydrat i nærvær af oxygen, kaliumcyanid. Oxideret af koncentreret svovlsyre og salpetersyre, aqua regia, oxygen, halogener, chalcogener, ikke-metaloxider. Reagerer ved opvarmning med hydrogenhalogenider.

Moderne minedriftsmetoder

90% af primært kobber opnås ved den pyrometallurgiske metode, 10% - ved den hydrometallurgiske metode. Den hydrometallurgiske metode er fremstilling af kobber ved at udvaske det med en svag opløsning af svovlsyre og derefter adskille metallisk kobber fra opløsningen. Den pyrometallurgiske metode består af flere trin: berigelse, ristning, smeltning til mat, blæsning i konverteren, raffinering.
Til berigelse af kobbermalme anvendes flotationsmetoden (baseret på brug af forskellig befugtning af kobberholdige partikler og gråbjerg), hvilket gør det muligt at opnå kobberkoncentrat indeholdende fra 10 til 35 % kobber.
Kobbermalm og koncentrater med højt svovlindhold udsættes for oxidativ ristning. I processen med at opvarme koncentratet eller malmen til 700-800 °C i nærvær af atmosfærisk oxygen, oxideres sulfider, og svovlindholdet reduceres med næsten halvdelen af ​​det oprindelige. Kun fattige koncentrater (med et kobberindhold på 8 til 25 %) brændes, mens rige koncentrater (fra 25 til 35 % kobber) smeltes uden brænding.
Efter ristningen smeltes malmen og kobberkoncentratet til mat, som er en legering indeholdende kobber og jernsulfider. Matten indeholder fra 30 til 50% kobber, 20-40% jern, 22-25% svovl, derudover indeholder måtten urenheder af nikkel, zink, bly, guld, sølv. Oftest udføres smeltning i flamme efterklangsovne. Temperaturen i smeltezonen er 1450 °C.
For at oxidere sulfider og jern udsættes den resulterende kobbersten for at blæse med trykluft i vandrette omformere med sideblæsning. De resulterende oxider omdannes til slagger. Temperaturen i konverteren er 1200-1300 °C. Det er interessant, at varmen i konverteren frigives på grund af forekomsten af ​​kemiske reaktioner uden brændstofforsyning. Således opnås blisterkobber i konverteren, indeholdende 98,4 - 99,4% kobber, 0,01 - 0,04% jern, 0,02 - 0,1% svovl og en lille mængde nikkel, tin, antimon, sølv, guld. Dette kobber hældes i en øse og hældes i stålforme eller på en hældemaskine.
Yderligere, for at fjerne skadelige urenheder, raffineres blisterkobber (brand og derefter elektrolytisk raffinering udføres). Essensen af ​​brandraffinering af blisterkobber er oxidation af urenheder, deres fjernelse med gasser og deres omdannelse til slagge. Efter brandraffinering opnås kobber med en renhed på 99,0 - 99,7%. Det hældes i forme, og barrer opnås til yderligere smeltning af legeringer (bronze og messing) eller barrer til elektrolytisk raffinering.
Elektrolytisk raffinering udføres for at opnå rent kobber (99,95%). Elektrolyse udføres i bade, hvor anoden er lavet af ildraffineret kobber, og katoden er lavet af tynde plader af rent kobber. Elektrolytten er en vandig opløsning. Når en jævnstrøm passerer, opløses anoden, kobber går i opløsning, og renset for urenheder aflejres på katoderne. Urenheder sætter sig på bunden af ​​badet i form af slagger, som bearbejdes til at udvinde værdifulde metaller. Katoderne aflæses på 5-12 dage, når deres masse når 60 til 90 kg. De vaskes grundigt og smeltes derefter ned i elektriske ovne.

§en. Et simpelt stofs kemiske egenskaber (st. ok. = 0).

a) Relation til ilt.

I modsætning til sine undergruppe naboer, sølv og guld, reagerer kobber direkte med ilt. Kobber udviser ringe aktivitet over for ilt, men i fugtig luft oxiderer det gradvist og bliver dækket af en grønlig film, der består af basiske kobbercarbonater:

I tør luft er oxidationen meget langsom, et tyndt lag kobberoxid dannes på kobberoverfladen:

Udadtil ændres kobber ikke, da kobber(I)oxid, ligesom kobber selv, er lyserødt. Derudover er oxidlaget så tyndt, at det transmitterer lys, dvs. skinner igennem. På en anden måde oxiderer kobber ved opvarmning, for eksempel ved 600-800 0 C. I de første sekunder går oxidationen til kobber(I)oxid, som fra overfladen bliver til sort kobber(II)oxid. Der dannes en to-lags oxidbelægning.

Q-dannelse (Cu20) = 84935 kJ.

Figur 2. Strukturen af ​​kobberoxidfilmen.

b) Interaktion med vand.

Metallerne i kobberundergruppen er i slutningen af ​​den elektrokemiske serie af spændinger, efter hydrogenionen. Derfor kan disse metaller ikke fortrænge brint fra vand. Samtidig kan brint og andre metaller fortrænge kobber undergruppemetaller fra opløsninger af deres salte, for eksempel:

Denne reaktion er redox, da der sker en overførsel af elektroner:

Molekylær brint fortrænger metallerne i kobberundergruppen med stort besvær. Dette forklares med, at bindingen mellem brintatomer er stærk, og der bruges meget energi på at bryde den. Reaktionen foregår kun med brintatomer.

Kobber i fravær af ilt interagerer praktisk talt ikke med vand. I nærvær af ilt reagerer kobber langsomt med vand og bliver dækket af en grøn film af kobberhydroxid og basisk carbonat:

c) Interaktion med syrer.

At være i en række spændinger efter brint, fortrænger kobber det ikke fra syrer. Derfor virker salt og fortyndet svovlsyre ikke på kobber.

Men i nærvær af oxygen opløses kobber i disse syrer for at danne de tilsvarende salte:

Den eneste undtagelse er jodbrintesyre, som reagerer med kobber for at frigive brint og danner et meget stabilt kobber (I) kompleks:

2 Cu + 3 HEJ → 2 H[ CuI 2 ] + H 2

Kobber reagerer også med syrer - oxidationsmidler, for eksempel med salpetersyre:

Cu+4HNO 3( konc .) → Cu(NO 3 ) 2 +2NEJ 2 +2H 2 O

3Cu + 8HNO 3( have fortyndet .) → 3Cu(NEJ 3 ) 2 +2NO+4H 2 O

Og også med koncentreret kold svovlsyre:

Cu + H 2 SÅ 4 (konc.) → CuO + SO 2 + H 2 O

Med varm koncentreret svovlsyre :

Cu+2H 2 SÅ 4( konc ., hed ) → CuSO 4 + SÅ 2 + 2H 2 O

Med vandfri svovlsyre ved en temperatur på 200 0 C dannes kobber(I)sulfat:

2Cu+2H 2 SÅ 4( vandfri .) 200°C → Cu 2 SÅ 4 ↓+SO 2 + 2H 2 O

d) Relation til halogener og nogle andre ikke-metaller.

Q-dannelse (CuCl) = 134300 kJ

Q-dannelse (CuCl2) = 111700 kJ

Kobber reagerer godt med halogener, giver to typer halogenider: CuX og CuX 2 .. Under påvirkning af halogener ved stuetemperatur sker der ingen synlige ændringer, men der dannes først et lag af adsorberede molekyler på overfladen, og derefter et meget tyndt lag af halogenider. Ved opvarmning er reaktionen med kobber meget voldsom. Vi opvarmer kobbertråden eller folien og sænker den varmt ned i en krukke med klor - brune dampe vil dukke op nær kobberet, bestående af kobber (II) chlorid CuCl 2 blandet med kobber (I) chlorid CuCl. Reaktionen sker spontant på grund af frigivelse af varme. Monovalente kobberhalogenider opnås ved at omsætte metallisk kobber med en opløsning af divalent kobberhalogenid, for eksempel:

I dette tilfælde udfælder monochloridet ud af opløsningen i form af et hvidt bundfald på kobberoverfladen.

Kobber reagerer også ret let med svovl og selen ved opvarmning (300-400 ° C):

2Cu+S→Cu 2 S

2Cu+Se→Cu 2 Se

Men kobber reagerer ikke med brint, kulstof og nitrogen selv ved høje temperaturer.

e) Interaktion med oxider af ikke-metaller

Når det opvarmes, kan kobber fortrænge simple stoffer fra nogle ikke-metaloxider (f.eks. svovl(IV)oxid og nitrogen(II,IV)oxider), mens det danner et termodynamisk mere stabilt kobber(II)oxid):

4 Cu+SO 2 600-800°C →2CuO + Cu 2 S

4Cu+2NO 2 500-600°C →4CuO + N 2

2 Cu+2 INGEN 500-600° C →2 CuO + N 2

§2. Kemiske egenskaber af monovalent kobber (st.c. = +1)

I vandige opløsninger er Cu + ionen meget ustabil og uforholdsmæssig:

Cu + ↔ Cu 0 + Cu 2+

Imidlertid kan kobber i oxidationstilstand (+1) stabiliseres i forbindelser med meget lav opløselighed eller gennem kompleksdannelse.

a) Kobberoxid (jeg) Cu 2 O

amfotert oxid. Brun-rød krystallinsk stof. Det forekommer naturligt som mineralet cuprit. Det kan opnås kunstigt ved at opvarme en opløsning af et kobber(II)salt med alkali og et eller andet stærkt reduktionsmiddel, for eksempel formalin eller glucose. Kobber(I)oxid reagerer ikke med vand. Kobber(I)oxid overføres til en opløsning med koncentreret saltsyre for at danne et chloridkompleks:

Cu 2 O+4 HCl→2 H[ CuCl2]+ H 2 O

Vi opløser også i en koncentreret opløsning af ammoniak og ammoniumsalte:

Cu 2 O+2NH 4 + →2 +

I fortyndet svovlsyre står det i misforhold til divalent kobber og metallisk kobber:

Cu 2 O+H 2 SÅ 4 (udd.) → CuSO 4 + Cu 0 ↓+H 2 O

Også kobber(I)oxid indgår i følgende reaktioner i vandige opløsninger:

1. Langsomt oxideret af oxygen til kobber(II)hydroxid:

2 Cu 2 O+4 H 2 O+ O 2 →4 Cu(Åh) 2 ↓

2. Reagerer med fortyndede hydrogenhalogenidsyrer og danner de tilsvarende kobber(I)-halogenider:

Cu 2 O+2 HG→2CuG↓ +H 2 O(G=Cl, Br, J)

3.Reduceret til metallisk kobber med typiske reduktionsmidler, for eksempel natriumhydrosulfit i en koncentreret opløsning:

2 Cu 2 O+2 NaSO 3 →4 Cu↓+ Na 2 SÅ 4 + H 2 SÅ 4

Kobber(I)oxid reduceres til metallisk kobber i følgende reaktioner:

1. Ved opvarmning til 1800 °C (nedbrydning):

2 Cu 2 O - 1800° C →2 Cu + O 2

2. Ved opvarmning i en strøm af brint, carbonmonoxid, aluminium og andre typiske reduktionsmidler:

Cu 2 O+H 2 - >250°C →2Cu+H 2 O

Cu 2 O+CO - 250-300°C →2Cu+CO 2

3 Cu 2 O + 2 Al - 1000° C →6 Cu + Al 2 O 3

Også ved høje temperaturer reagerer kobber(I)oxid:

1. Med ammoniak (dannes kobber(I)nitrid)

3 Cu 2 O + 2 NH 3 - 250° C →2 Cu 3 N + 3 H 2 O

2. Med alkalimetaloxider:

Cu 2 O+M 2 O- 600-800°C →2 MCuO (M= Li, Na, K)

I dette tilfælde dannes kuprater af kobber (I).

Kobber(I)oxid reagerer markant med alkalier:

Cu 2 O+2 NaOH (konc.) + H 2 O↔2 Na[ Cu(Åh) 2 ]

b) Kobberhydroxid (jeg) CuOH

Kobber(I)hydroxid danner et gult stof og er uopløseligt i vand.

Nedbrydes let ved opvarmning eller kogning:

2 CuOH → Cu 2 O + H 2 O

c) HalogeniderCuF, CuFRAl, CuBrogCuJ

Alle disse forbindelser er hvide krystallinske stoffer, dårligt opløselige i vand, men letopløselige i overskud af NH3, cyanidioner, thiosulfationer og andre stærke kompleksdannende midler. Jod danner kun forbindelsen Cu +1 J. I den gasformige tilstand dannes cyklusser af typen (CuГ) 3. Reversibelt opløseligt i de tilsvarende hydrogenhalogensyrer:

CuG + HG ↔H[ CuG 2 ] (G=Cl, Br, J)

Kobber(I)chlorid og -bromid er ustabile i fugtig luft og bliver gradvist til basiske kobber(II)salte:

4 CuD+2H 2 O + O 2 →4 Cu(Åh)G (G=Cl, Br)

d) Andre kobberforbindelser (jeg)

1. Kobber(I)acetat (CH 3 COOCu) - en kobberforbindelse, har form af farveløse krystaller. I vand hydrolyseres det langsomt til Cu 2 O, i luft oxideres det til divalent kobberacetat; Modtag CH 3 COOSu ved reduktion (CH 3 COO) 2 Cu med brint eller kobber, sublimering (CH 3 COO) 2 Cu i vakuum eller interaktion (NH 3 OH) SO 4 med (CH 3 COO) 2 Cu i p-re i nærvær af H3COOH3. Stoffet er giftigt.

2. Kobber(I)acetylenid - rødbrune, nogle gange sorte krystaller. Når de er tørre, detonerer krystallerne ved stød eller varme. Vådbestandig. Detonation i fravær af ilt producerer ingen gasformige stoffer. Nedbrydes under påvirkning af syrer. Det dannes som et bundfald, når acetylen ledes ind i ammoniakopløsninger af kobber(I)-salte:

FRA 2 H 2 +2[ Cu(NH 3 ) 2 ](Åh) → Cu 2 C 2 ↓ +2 H 2 O+2 NH 3

Denne reaktion bruges til kvalitativ påvisning af acetylen.

3. Kobbernitrid - en uorganisk forbindelse med formlen Cu 3 N, mørkegrønne krystaller.

Nedbrydes ved opvarmning:

2 Cu 3 N - 300° C →6 Cu + N 2

Reagerer voldsomt med syrer:

2 Cu 3 N +6 HCl - 300° C →3 Cu↓ +3 CuCl 2 +2 NH 3

§3. Kemiske egenskaber af bivalent kobber (st.c. = +2)

Den mest stabile oxidationstilstand af kobber og den mest karakteristiske for den.

a) Kobberoxid (II) CuO

CuO er det grundlæggende oxid af divalent kobber. Sorte krystaller, under normale forhold ret stabile, praktisk talt uopløselige i vand. I naturen forekommer det i form af mineralet tenorit (melaconit) af sort farve. Kobber(II)oxid reagerer med syrer og danner de tilsvarende salte af kobber(II) og vand:

CuO + 2 HNO 3 → Cu(INGEN 3 ) 2 + H 2 O

Når CuO er fusioneret med alkalier, dannes cuprater af kobber (II):

CuO+2 KOH- t ° → K 2 CuO 2 + H 2 O

Når det opvarmes til 1100 °C, nedbrydes det:

4 CuO- t ° →2 Cu 2 O + O 2

b) Kobber(II)hydroxidCu(Åh) 2

Kobber(II)hydroxid er et blåt amorft eller krystallinsk stof, praktisk talt uopløseligt i vand. Ved opvarmning til 70-90 °C nedbrydes Cu(OH)2-pulver eller dets vandige suspensioner til CuO og H2O:

Cu(Åh) 2 → CuO + H 2 O

Det er et amfotert hydroxid. Reagerer med syrer og danner vand og det tilsvarende kobbersalt:

Det reagerer ikke med fortyndede alkaliopløsninger, men opløses i koncentrerede og danner lyseblå tetrahydroxocuprater (II):

Kobber(II)hydroxid med svage syrer danner basiske salte. Det opløses meget let i overskydende ammoniak for at danne kobberammoniak:

Cu(OH) 2 +4NH 4 OH→(OH) 2 +4H 2 O

Kobberammoniak har en intens blåviolet farve, så det bruges i analytisk kemi til at bestemme små mængder Cu 2+ -ioner i opløsning.

c) Kobbersalte (II)

Simple salte af kobber (II) er kendt for de fleste anioner, bortset fra cyanid og iodid, som, når de interagerer med Cu 2+ kationen, danner kovalente kobber (I) forbindelser, der er uopløselige i vand.

Kobbersalte (+2) er for det meste vandopløselige. Den blå farve af deres opløsninger er forbundet med dannelsen af ​​2+ ionen. De krystalliserer ofte som hydrater. Tetrahydrat krystalliserer således fra en vandig opløsning af kobber(II)chlorid under 15 0 C, trihydrat ved 15-26 0 C og dihydrat over 26 0 C. I vandige opløsninger er kobber(II)-salte i ringe grad udsat for hydrolyse, og der udfældes ofte basiske salte.

1. Kobber(II)sulfatpentahydrat (kobbersulfat)

CuSO 4 * 5H 2 O, kaldet kobbersulfat, er af den største praktiske betydning. Tørt salt har en blå farve, men når det opvarmes let (200 0 C), mister det krystallisationsvand. Vandfrit hvidt salt. Ved yderligere opvarmning til 700 0 C bliver det til kobberoxid og mister svovltrioxid:

CuSO 4 ­-- t ° → CuO+ SÅ 3

Kobbersulfat fremstilles ved at opløse kobber i koncentreret svovlsyre. Denne reaktion er beskrevet i afsnittet "Kemiske egenskaber for et simpelt stof". Kobbersulfat bruges til elektrolytisk produktion af kobber, i landbruget til at bekæmpe skadedyr og plantesygdomme og til at opnå andre kobberforbindelser.

2. Kobber(II)chloriddihydrat.

Disse er mørkegrønne krystaller, let opløselige i vand. Koncentrerede opløsninger af kobberchlorid er grønne, og fortyndede opløsninger er blå. Dette skyldes dannelsen af ​​et grønt chloridkompleks:

Cu 2+ +4 Cl - →[ CuCl 4 ] 2-

Og dens yderligere ødelæggelse og dannelsen af ​​et blåt akvakompleks.

3. Kobber(II)nitrattrihydrat.

Blåt krystallinsk fast stof. Opnået ved at opløse kobber i salpetersyre. Ved opvarmning mister krystallerne først vand, hvorefter de nedbrydes med frigivelse af ilt og nitrogendioxid og bliver til kobber(II)oxid:

2 Cu(NO 3 ) 2 -- t° →2CuO+4NO 2 +O 2

4. Hydroxomedi(II)carbonat.

Kobberkarbonater er ustabile og bruges næsten aldrig i praksis. Af en vis betydning for produktionen af ​​kobber er kun det basiske kobbercarbonat Cu 2 (OH) 2 CO 3, som forekommer i naturen i form af mineralet malakit. Når det opvarmes, nedbrydes det let med frigivelse af vand, kulilte (IV) og kobberoxid (II):

Cu 2 (ÅH) 2 CO 3 -- t° →2 CuO+H 2 O+CO 2

§fire. Kemiske egenskaber af trivalent kobber (st.c. = +3)

Denne oxidationstilstand er den mindst stabile for kobber, og derfor er kobber(III)-forbindelser undtagelsen snarere end "reglen". Der findes dog nogle trivalente kobberforbindelser.

a) Kobberoxid (III) Cu 2 O 3

Det er et krystallinsk stof, mørk granat farve. Opløses ikke i vand.

Opnået ved oxidation af kobber(II)hydroxid med kaliumperoxodisulfat i et alkalisk medium ved lave temperaturer:

2Cu(OH) 2 +K 2 S 2 O 8 +2KOH -- -20°C → Cu 2 O 3 ↓+2K 2 SÅ 4 +3H 2 O

Dette stof nedbrydes ved en temperatur på 400 0 C:

Cu 2 O 3 -- t ° →2 CuO+ O 2

Kobber(III)oxid er et stærkt oxidationsmiddel. Ved interaktion med hydrogenchlorid reduceres klor til frit klor:

Cu 2 O 3 +6 HCl-- t ° →2 CuCl 2 + Cl 2 +3 H 2 O

b) Kobberkuprater (W)

Det er sorte eller blå stoffer, de er ikke stabile i vand, de er diamagnetiske, anionen er et bånd af firkanter (dsp 2). Dannet ved vekselvirkning mellem kobber(II)hydroxid og alkalimetalhypochlorit i et alkalisk miljø:

2 Cu(Åh) 2 + MClO + 2 NaOH→2MCuO 3 + NaCl +3 H 2 O (M= Na- Cs)

c) Kaliumhexafluorkuprat(III)

Grønt stof, paramagnetisk. Oktaedrisk struktur sp 3 d 2 . Kobberfluoridkompleks CuF 3, som nedbrydes i fri tilstand ved -60 0 C. Det dannes ved opvarmning af en blanding af kalium- og kobberchlorider i en fluoratmosfære:

3KCl + CuCl + 3F 2 → K 3 + 2Cl 2

Nedbryder vand med dannelse af frit fluor.

§5. Kobberforbindelser i oxidationstilstand (+4)

Indtil videre er kun ét stof kendt af videnskaben, hvor kobber er i +4 oxidationstilstand, dette er cæsiumhexafluorcuprat (IV) - Cs 2 Cu +4 F 6 - et orange krystallinsk stof, stabilt i glasampuller ved 0 0 C Den reagerer voldsomt med vand. Fremstillet ved fluorering ved højt tryk og temperatur af en blanding af cæsium og kobberchlorider:

CuCl 2 +2CsCl +3F 2 -- t ° s → Cs 2 CuF 6 +2Cl 2

Kobber

Kobber(lat. Cuprum) - et kemisk grundstof af gruppe I i Mendeleevs periodiske system (atomnummer 29, atommasse 63.546). I forbindelser udviser kobber sædvanligvis oxidationstilstande +1 og +2, og nogle få forbindelser af trivalent kobber er også kendt. De vigtigste kobberforbindelser: oxider Cu 2 O, CuO, Cu 2 O 3; hydroxid Cu (OH) 2, nitrat Cu (NO 3) 2. 3H 2 O, sulfid CuS, sulfat (kobbersulfat) CuSO 4. 5H 2 O, CuCO 3 Cu(OH) 2 carbonat, CuCl 2 chlorid. 2H2O.

Kobber- et af de syv metaller kendt fra oldtiden. Overgangsperioden fra stenalder til bronzealder (4. - 3. årtusinde f.Kr.) blev kaldt kobberalderen eller kalkolitisk(fra det græske chalkos - kobber og lithos - sten) el Kalkolitisk(fra latin aeneus - kobber og græsk lithos - sten). I denne periode vises kobberværktøjer. Det er kendt, at kobberværktøjer blev brugt til konstruktionen af ​​Cheops-pyramiden.

Rent kobber er et formbart og blødt metal af rødlig farve, i en lyserød brud, på steder med brun og broget nuance, tung (densitet 8,93 g / cm 3), en fremragende leder af varme og elektricitet, næst efter sølv i denne henseende (smeltepunkt 1083°C). Kobber trækkes let ind i en tråd og rulles til tynde plader, men er relativt lidt aktivt. I tør luft og ilt under normale forhold oxiderer kobber ikke. Men det reagerer ret let: allerede ved stuetemperatur med halogener, for eksempel med vådt klor, danner det CuCl 2 chlorid, når det opvarmes med svovl, danner det Cu 2 S sulfid, med selen. Men kobber interagerer ikke med brint, kulstof og nitrogen selv ved høje temperaturer. Syrer, der ikke har oxiderende egenskaber, virker ikke på kobber, for eksempel saltsyre og fortyndet svovlsyre. Men i nærvær af atmosfærisk oxygen opløses kobber i disse syrer med dannelsen af ​​de tilsvarende salte: 2Cu + 4HCl + O 2 = 2CuCl 2 + 2H 2 O.

I en atmosfære, der indeholder CO 2, H 2 O-dampe osv., bliver den dækket af en patina - en grønlig film af basisk carbonat (Cu 2 (OH) 2 CO 3)), et giftigt stof.

Kobber indgår i mere end 170 mineraler, hvoraf kun 17 er vigtige for industrien, herunder: bornit (broget kobbermalm - Cu 5 FeS 4), chalcopyrit (kobberkis - CuFeS 2), chalcocit (kobberglans - Cu 2 S) covellin (CuS), malakit (Cu2(OH)2CO3). Der er også indfødt kobber.

Densitet af kobber, massefylde af kobber og andre egenskaber af kobber

Massefylde - 8,93 * 103 kg/m3;
Vægtfylde - 8,93 g/cm3;
Specifik varme ved 20 °C - 0,094 cal/grad;
Smeltetemperatur - 1083°C;
Specifik fusionsvarme - 42 cal/g;
Kogetemperatur - 2600°C;
Lineær ekspansionskoefficient(ved en temperatur på omkring 20 ° C) - 16,7 * 10 6 (1 / grader);
Koefficient for varmeledningsevne - 335 kcal / m * time * hagl;
Resistivitet ved 20 °C - 0,0167 Ohm * mm 2/m;

Elastisk modul af kobber og Poissons forhold

KOBBERFORBINDELSER

Kobber(I)oxid Cu 2 O 3 og kobberoxid (I) Cu2O ligesom andre kobber(I)-forbindelser, er mindre stabile end kobber(II)-forbindelser. Kobber(I)oxid, eller kobberoxid Cu 2 O, forekommer naturligt i form af mineralet cuprit. Derudover kan det opnås som et bundfald af rødt kobber(I)oxid ved at opvarme en opløsning af kobber(II)salt og alkali i nærværelse af et stærkt reduktionsmiddel.

Kobber(II)oxid, eller kobberoxid, CuO- et sort stof, der findes i naturen (f.eks. i form af mineralet tenerit). Det opnås ved at kalcinere kobber (II) hydroxocarbonat (CuOH) 2 CO 3 eller kobber (II) nitrat Cu(NO 2) 2 .
Kobber(II)oxid er et godt oxidationsmiddel. Kobberhydroxid (II) Cu (OH) 2 udfældet fra opløsninger af kobber (II) salte under påvirkning af alkalier i form af en blå gelatinøs masse. Allerede ved lav opvarmning, selv under vand, nedbrydes det og bliver til sort oxid af kobber (II).
Kobber(II)hydroxid er en meget svag base. Derfor er opløsninger af kobber (II) salte i de fleste tilfælde sure, og med svage syrer danner kobber basiske salte.

Kobber(II)sulfat CuSO 4 i vandfri tilstand er det et hvidt pulver, som bliver blåt, når vandet absorberes. Derfor bruges det til at påvise spor af fugt i organiske væsker. En vandig opløsning af kobbersulfat har en karakteristisk blå-blå farve. Denne farve er karakteristisk for hydrerede 2+ ioner, derfor har alle fortyndede opløsninger af kobber (II) salte samme farve, medmindre de indeholder farvede anioner. Fra vandige opløsninger krystalliserer kobbersulfat med fem molekyler vand og danner gennemsigtige blå krystaller af kobbersulfat. Kobbersulfat anvendes til elektrolytisk belægning af metaller med kobber, til fremstilling af mineralske malinger og også som udgangsmateriale ved fremstilling af andre kobberforbindelser. I landbruget bruges en fortyndet opløsning af kobbersulfat til at sprøjte planter og klæde korn før såning for at dræbe sporer af skadelige svampe.

Kobber(II)chlorid CuCl2. 2H2O. Danner mørkegrønne krystaller, let opløselige i vand. Meget koncentrerede opløsninger af kobberchlorid (II) er grønne, fortyndede - blå-blå.

Kobber (II) nitrat Cu (NO 3) 2. 3H2O. Opnået ved at opløse kobber i salpetersyre. Når de opvarmes, mister blå krystaller af kobbernitrat først vand og nedbrydes derefter let med frigivelse af ilt og brunt nitrogendioxid og bliver til kobber(II)oxid.

Kobber (II) hydroxocarbonat (CuOH) 2 CO 3. Det forekommer naturligt i form af mineralet malakit, som har en smuk smaragdgrøn farve. Det fremstilles kunstigt ved indvirkning af Na 2 CO 3 på opløsninger af kobber (II) salte.
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d (CuOH) 2 CO 3 ↓ + 2Na 2 SO 4 + CO 2
Det bruges til at opnå kobberchlorid (II), til fremstilling af blå og grønne mineralske malinger samt i pyroteknik.

Kobber(II)acetat Cu (CH3COO) 2. H2O. Fremstillet ved at behandle metallisk kobber eller kobber(II)oxid med eddikesyre. Normalt er det en blanding af basiske salte af forskellig sammensætning og farve (grøn og blågrøn). Under navnet ir er det brugt til fremstilling af oliemaling.

Komplekse forbindelser af kobber dannes som et resultat af kombinationen af ​​dobbeltladede kobberioner med ammoniakmolekyler.
Forskellige mineralske malinger opnås fra kobbersalte.
Alle kobbersalte er giftige. For at undgå dannelsen af ​​kobbersalte er kobberfade derfor belagt indefra med et lag tin (på dåse).

KOBBERPRODUKTION

Kobber udvindes fra oxid- og sulfidmalme. 80% af alt udvundet kobber smeltes fra sulfidmalme. Som regel indeholder kobbermalme meget gråberg. Derfor bruges en berigelsesproces til at opnå kobber. Kobber opnås ved at smelte det fra sulfidmalme. Processen består af en række operationer: ristning, smeltning, konvertering, brand og elektrolytisk raffinering. Under ristningsprocessen omdannes størstedelen af ​​urenhedssulfiderne til oxider. Så hovedurenheden i de fleste kobbermalm pyrit FeS 2 bliver til Fe 2 O 3. De gasser, der dannes under ristning, indeholder CO 2, som bruges til at producere svovlsyre. Oxiderne af jern, zink og andre urenheder opnået under ristningsprocessen udskilles i form af slagger under smeltning. Flydende kobbermat (Cu 2 S med en blanding af FeS) kommer ind i konverteren, hvor luft blæses igennem den. Under omdannelsen frigives svovldioxid, og der opnås blister eller råkobber. For at udvinde værdifulde (Au, Ag, Te, etc.) og for at fjerne skadelige urenheder, udsættes blisterkobber først for ild og derefter elektrolytisk raffinering. Under brandraffinering er flydende kobber mættet med ilt. I dette tilfælde oxideres urenheder af jern, zink og kobolt, går over i slagger og fjernes. Og kobber hældes i forme. De resulterende støbegods tjener som anoder til elektrolytisk raffinering.
Hovedkomponenten i opløsningen under elektrolytisk raffinering er kobbersulfat - det mest almindelige og billige kobbersalt. For at øge den lave elektriske ledningsevne af kobbersulfat tilsættes svovlsyre til elektrolytten. Og for at opnå et kompakt bundfald af kobber indføres en lille mængde additiver i opløsningen. Metalliske urenheder indeholdt i rå ("blister") kobber kan opdeles i to grupper.

1) Fe, Zn, Ni, Co. Disse metaller har meget flere negative elektrodepotentialer end kobber. Derfor opløser de anode sammen med kobber, men udfælder ikke på katoden, men akkumuleres i elektrolytten i form af sulfater. Derfor skal elektrolytten udskiftes med jævne mellemrum.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Ædelmetaller (Au, Ag) gennemgår ikke anodisk opløsning, men under processen sætter de sig ved anoden og danner sammen med andre urenheder anodeslam, som periodisk fjernes. Tin og bly opløses sammen med kobber, men i elektrolytten danner de dårligt opløselige forbindelser, der udfældes og også fjernes.

KOBBERLEGERINGER

Legeringer, som øger styrken og andre egenskaber af kobber, opnås ved at indføre additiver i det, såsom zink, tin, silicium, bly, aluminium, mangan, nikkel. Mere end 30 % af kobberet går til legeringer.

Messing- legeringer af kobber med zink (kobber fra 60 til 90% og zink fra 40 til 10%) - stærkere end kobber og mindre modtagelige for oxidation. Når silicium og bly tilsættes messing, øges dets anti-friktionsegenskaber, og når tin, aluminium, mangan og nikkel tilsættes, øges anti-korrosionsbestandigheden. Plader og støbte produkter anvendes inden for maskinteknik, især inden for kemiteknik, inden for optik og instrumentering og til fremstilling af net til papirmasse- og papirindustrien.

Bronze. Tidligere blev bronzer kaldt legeringer af kobber (80-94%) og tin (20-6%). I øjeblikket produceres der tinfri bronzer, opkaldt efter hovedkomponenten efter kobber.

Aluminium bronze indeholder 5-11% aluminium, har høje mekaniske egenskaber kombineret med anti-korrosionsbestandighed.

Bly bronze, der indeholder 25-33 % bly, bruges hovedsageligt til fremstilling af lejer, der arbejder ved høje tryk og høje glidehastigheder.

silicium bronzer indeholdende 4-5% silicium anvendes som billige erstatninger for tinbronze.

Beryllium bronze, der indeholder 1,8-2,3% beryllium, udmærker sig ved hårdhed efter hærdning og høj elasticitet. De bruges til fremstilling af fjedre og fjederprodukter.

Cadmium bronze- kobberlegeringer med en lille mængde cadmium (op til 1%) - bruges til fremstilling af fittings til vand- og gasledninger og i maskinteknik.

Loddemidler- ikke-jernholdige metallegeringer, der anvendes til lodning for at opnå en monolitisk loddet søm. Blandt hårde lodninger kendes en kobber-sølv-legering (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; resten er zink).

ANVENDELSE AF KOBBER

Kobber, dets forbindelser og legeringer er meget udbredt i forskellige industrier.

Inden for elektroteknik bruges kobber i sin rene form: i produktionen af ​​kabelprodukter, blank- og kontakttrådsdæk, strømgeneratorer, telefon- og telegrafudstyr og radioudstyr. Varmevekslere, vakuumapparater, rørledninger er lavet af kobber. Mere end 30 % af kobberet går til legeringer.

Legeringer af kobber med andre metaller bruges i maskinteknik, i bil- og traktorindustrien (radiatorer, lejer) og til fremstilling af kemisk udstyr.

Metallets høje viskositet og duktilitet gør det muligt at bruge kobber til fremstilling af forskellige produkter med et meget komplekst mønster. Rød kobbertråd i udglødet tilstand bliver så blød og duktil, at alle slags ledninger let kan snos fra den, og de mest komplekse elementer i ornamentet kan bøjes. Derudover loddes kobbertråd nemt med scannet sølvlodde, den er godt forsølvet og forgyldt. Disse egenskaber af kobber gør det til et uundværligt materiale i produktionen af ​​filigranprodukter.

Koefficienten for lineær og volumetrisk ekspansion af kobber under opvarmning er omtrent den samme som for varme emaljer, og derfor ved afkøling klæber emaljen godt til kobberproduktet, revner ikke, springer ikke tilbage. På grund af dette foretrækker mestre til produktion af emaljeprodukter kobber frem for alle andre metaller.

Som nogle andre metaller er kobber et af de vitale sporstoffer. Hun er involveret i processen. fotosyntese og assimilering af nitrogen af ​​planter, fremmer syntesen af ​​sukker, proteiner, stivelse, vitaminer. Oftest påføres kobber på jorden i form af pentahydratsulfat - kobbersulfat CuSO 4. 5H 2 O. I store mængder er det giftigt, ligesom mange andre kobberforbindelser, især for lavere organismer. I små doser er kobber nødvendigt for alt levende.

De fleste industrier bruger et metal som kobber. På grund af dets høje elektriske ledningsevne kan intet område inden for elektroteknik undvære dette materiale. Fra det dannes ledere med fremragende operationelle funktioner. Ud over disse egenskaber har kobber duktilitet og ildfasthed, modstandsdygtighed over for korrosion og aggressive miljøer. Og i dag vil vi overveje metallet fra alle sider: vi vil angive prisen for 1 kg kobberskrot, vi vil fortælle om dets brug og produktion.

Koncept og funktioner

Kobber er et kemisk grundstof, der tilhører den første gruppe af Mendeleevs periodiske system. Dette duktile metal har en gylden-pink farve og er et af tre metaller med en udtalt farve. Siden oldtiden har det været aktivt brugt af mennesker i mange områder af industrien.

Metalets hovedtræk er dets høje elektriske og termiske ledningsevne. Sammenlignet med andre metaller er ledningen af ​​elektrisk strøm gennem kobber 1,7 gange højere end for aluminium og næsten 6 gange højere end jerns.

Kobber har en række karakteristiske træk i forhold til andre metaller:

1. Plast. Kobber er et blødt og duktilt metal. Hvis vi tager kobbertråden i betragtning, bøjes den let, tager enhver stilling og deformeres ikke. Selve metallet er nok til at trykke lidt for at kontrollere denne funktion.
2. Korrosionsbestandighed. Dette fotofølsomme materiale er meget modstandsdygtigt over for korrosion. Hvis kobber efterlades i et fugtigt miljø i lang tid, begynder en grøn film at dukke op på overfladen, som beskytter metallet mod de negative virkninger af fugt.
3. Reaktion på stigende temperatur. Kobber kan skelnes fra andre metaller ved at opvarme det. I processen vil kobberet begynde at miste sin farve og derefter blive mørkere. Som et resultat, når metallet opvarmes, vil det nå en sort farve.

Takket være disse funktioner kan dette materiale skelnes fra og andre metaller.

Videoen nedenfor fortæller dig om kobbers gavnlige egenskaber:

Fordele og ulemper

Fordelene ved dette metal er:

• Høj varmeledningsevne;
• Korrosionsbestandighed;
• Tilstrækkelig høj styrke;
• Høj plasticitet, som holdes op til en temperatur på -269 grader;
• God elektrisk ledningsevne;
• Mulighed for legering med forskellige tillægskomponenter.

Læs om karakteristika, fysiske og kemiske egenskaber af stoffet-metallet af kobber og dets legeringer nedenfor.

Egenskaber og karakteristika

Kobber, som et lavaktivt metal, interagerer ikke med vand, salte, alkalier og også med svag svovlsyre, men samtidig er det genstand for opløsning i koncentreret svovlsyre og salpetersyre.

Metals fysiske egenskaber:

• Smeltepunktet for kobber er 1084°C;
• Kobberets kogepunkt er 2560°C;
• Densitet 8890 kg/m³;
• Elektrisk ledningsevne 58 MΩ/m;
• Termisk ledningsevne 390 m*K.

Mekaniske egenskaber:

• Trækstyrken i deformeret tilstand er 350-450 MPa, i udglødet tilstand - 220-250 MPa;
• Den relative indsnævring i den deforme tilstand er 40-60%, i den udglødede tilstand - 70-80%;
• Den relative forlængelse i den deformerede tilstand er 5-6 δ ψ%, i den udglødede tilstand - 45-50 δ ψ%;
• Hårdheden i deformeret tilstand er 90-110 HB, i udglødet tilstand - 35-55 HB.

Ved temperaturer under 0°C har dette materiale højere styrke og duktilitet end ved +20°C.

Struktur og sammensatte

Kobber, som har en høj elektrisk ledningsevne, har det laveste indhold af urenheder. Deres andel i sammensætningen kan være lig med 0,1%. For at øge styrken af ​​kobber tilsættes forskellige urenheder til det: antimon og så videre. Afhængigt af dets sammensætning og indholdsgraden af ​​rent kobber skelnes flere af dets kvaliteter.

Den strukturelle type kobber kan også omfatte krystaller af sølv, calcium, aluminium, guld og andre komponenter. Alle af dem er kendetegnet ved sammenlignende blødhed og plasticitet. En partikel af kobber i sig selv har en kubisk form, hvis atomer er placeret i toppen af ​​F-cellen. Hver celle består af 4 atomer.

For information om hvor man kan få kobber, se denne video:

Materialeproduktion

Under naturlige forhold findes dette metal i indfødte kobber- og sulfidmalme. Udbredt i produktionen af ​​kobber modtaget malme kaldet "kobber glans" og "kobberkis", som indeholder op til 2% af den nødvendige komponent.

Det meste (op til 90%) af det primære metal skyldes den pyrometallurgiske metode, som omfatter mange stadier: berigelsesproces, ristning, smeltning, forarbejdning i en konverter og raffinering. Resten opnås ved den hydrometallurgiske metode, som består i dens udvaskning af fortyndet svovlsyre.

Anvendelsesområder

på følgende områder:

• Elektrisk industri, som først og fremmest består i produktion af elektriske ledninger. Til disse formål skal kobber være så rent som muligt uden urenheder.
• Fremstilling af filigranprodukter. Kobbertråd i udglødet tilstand er kendetegnet ved høj duktilitet og styrke. Det er derfor, det bruges aktivt i produktionen af ​​forskellige ledninger, ornamenter og andre designs.
• Omsmeltning af katodekobber til tråd. En lang række kobberprodukter smeltes om til barrer, som er ideelle til videre valsning.

Kobber bruges aktivt i forskellige industrier. Det kan være en del af ikke kun tråd, men også våben og endda smykker. Dens egenskaber og brede anvendelsesområde påvirkede dens popularitet positivt.

Videoen nedenfor viser dig, hvordan kobber kan ændre dets egenskaber:

Kobbers historie

Kobber kaldes et af de første metaller, som mennesket mestrede i antikken og bruger det den dag i dag. Kobberminedrift var overkommelig, fordi malmen skulle smeltes ved en relativt lav temperatur. Den første malm, hvorfra der blev udvundet kobber, var malakitmalm (kalorisator). Stenalderen i menneskehedens historie har ændret sig præcist kobber, da husholdningsartikler, værktøj og våben lavet af kobber var mest udbredt.

Kobber er et grundstof i XI-gruppen i IV-perioden i det periodiske system af kemiske elementer af D.I. Mendeleev, har et atomnummer på 29 og en atommasse på 63.546. Den accepterede betegnelse er Cu(fra det latinske Cuprum).

At være i naturen

Kobber er ret bredt repræsenteret i jordskorpen, i sedimentære bjergarter, i vandet i marine og ferskvandsområder og i skifer. Det distribueres både i form af forbindelser og i en uafhængig version.

Fysiske og kemiske egenskaber

Kobber er et duktilt, såkaldt overgangsmetal, har en gylden-pink farve. Ved kontakt med luft dannes en oxidfilm på kobberoverfladen, hvilket giver metallet en gullig-rød farvetone. De vigtigste legeringer af kobber er kendt - med zink (messing), med tin (bronze), med nikkel (cupronickel).

Dagligt behov for kobber

Behovet for kobber hos en voksen er 2 mg om dagen (ca. 0,035 mg / 1 kg kropsvægt).

Kobber er et af de vigtigste sporstoffer for kroppen, så fødevarer rige på kobber bør være i alles kost. Det:

• nødder, korn,
• fisk,
• korn (især og),
• mejeriprodukter
• , bær og

Tegn på kobbermangel

Tegn på en utilstrækkelig mængde kobber i kroppen er: anæmi og forværret vejrtrækning, appetitløshed, fordøjelsesbesvær, nervøsitet, depressive tilstande, træthed, hud- og hårpigmenteringsforstyrrelser, skørhed og hårtab, hududslæt, hyppige infektioner. Mulig indre blødning.

Tegn på overskydende kobber

Et overskud af kobber er karakteriseret ved søvnløshed, nedsat hjerneaktivitet, epilepsi, problemer med menstruationscyklussen.

Interaktioner med andre

Det antages, at kobber og konkurrerer med hinanden i processen med assimilering i fordøjelseskanalen, så et overskud af et af disse elementer i mad kan forårsage en mangel på et andet element.

Kobber er af stor betydning i den nationale økonomi, dets hovedanvendelse er elektroteknik, men metallet er meget brugt til at præge mønter, ofte i kunstværker. Kobber bruges også i medicin, arkitektur og byggeri.

Nyttige egenskaber af kobber og dets virkning på kroppen

Nødvendig for at omdanne kroppen til hæmoglobin. Muliggør brugen af ​​aminosyren tyrosin, så den kan fungere som en faktor i hår- og hudpigmentering. Efter absorption af kobber i tarmene transporteres det til leveren ved hjælp af albumin. Kobber er også involveret i vækst- og reproduktionsprocesserne. Det tager del i dannelsen af ​​kollagen og elastin og syntesen af ​​endorfiner - hormoner af "lykke".