Подгруппа меди — Абросимова Елена Владимировна учитель химии и биологии

Физические и химические свойства меди. Способы получения и сферы применения меди и медных изделий.

Основные свойства меди

1. Физические свойства.

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

Свойства меди

2. Химические свойства.

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Химические свойства

История и происхождение названия

Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для изготовления оружия и т. п. (см бронзовый век).

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

У Страбона медь именуется халкосом, от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди Aes (санскр, ayas, готское aiz, герм. erz, англ. ore) означает руда или рудник. Сторонники индогерманской теории происхождения европейских языков считают русское слово медь (польск. miedz, чешск. med) родственным древненемецкому smida (металл) и Schmied (кузнец, англ. Smith). От этого слова произошли и родственные названия — медаль, медальон (франц. medaille). Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Алхимики именовали медь «венера» (Venus). В более древние времена встречается название «марс» (Mars).

См. также: История меди и бронзы

Медь: польза для здоровья

Дефицит меди

Пероральное или внутривенное введение меди эффективно при дефиците меди, который может вызвать анемию, болезни сердца, деформации костей и т.д. Дефицит меди встречается редко и обычно ограничивается болеющими людьми, получающими парентеральное (внутривенное) питание. (12, 13)

Добавки с медью помогают в лечении костных аномалий и стимулирует образование костей у детей с дефицитом меди и у пожилых пациентов. (14, 15)

Влияние меди на беременных женщинВлияние цинка (Zn), меди (Cu) и железа (Fe) на беременных женщин. Большое количество меди может привести к болезни Вильсона и реактиву Фентона, а также может способствовать преждевременным родам, низкому весу при рождении и гестационному диабету. Недостаток меди может привести к гипохромной анемии, ограничению внутриутробного роста (IUGR), самопроизвольным родам и самопроизвольному аборту. (источник)

Микроэлемент улучшает работу сердца и может обратить вспять синдром увеличения сердца, вызываемого дефицитом меди. (16, 17, 18, 19, 20, 21)

Здоровье кожи

Медь увеличивает выработку коллагена (который обеспечивает прочность и структуру) и эластина (обеспечивает эластичность и упругость кожи). (22, 23)

Пропитанные медью носки, благодаря антимикробным и противогрибковым свойствам, были эффективны против инфекций грибка Tinea pedis на стопах у спортсменов в исследовании с участием 56 пациентов. (24)

Пропитанные медью носки также могут использоваться для предотвращения кожных инфекций трещин, порезов и ран, что часто приводит к трудноизлечимым язвам у больных сахарным диабетом. (25)

Согласно двум исследованиям с общим числом в 118 добровольцев, сон на наволочках, содержащих оксид меди, может уменьшить мелкие морщины и вызвать общее улучшение внешнего вида кожи. (26, 27)

Добавка, содержащая медь (1-4 таблетки ежедневно в течение 8 недель), уменьшила воспаление и улучшила внешний вид кожи у 257 пациентов с воспалительными вульгарными угрями. Однако в этом исследовании отсутствовала контрольная группа, что делает результаты сомнительными. (28)

Медь, используемая в раневых повязках, может помочь улучшить заживление ран, увеличивая регенерацию кожи и образование новых кровеносных сосудов. Кроме того, этот микроэлемент обладает мощными антимикробными свойствами, что позволяет снизить риск заражения ран. (8, 29)

Различные продукты для кожи с оксидом меди не вызывают раздражения и безопасны для использования как на неповрежденной, так и на поврежденной коже. (30)

Плотность костей

Медь играет важную роль в формировании костной ткани. (31) Она является кофактором фермента лизилоксидазы, необходимого для формирования крепких костей. (32, 33)

В одном эксперименте 73 женщины в менопаузе получали добавку меди 3 мг/сут в течение 2-х лет. У них замедлилась потеря минеральной плотности костной ткани, которая обычно сопровождает менопаузу. (34)

Кроме того, исследование, проведенное с участием 59 женщин в постменопаузе, показало, что прием комбинации дополнительного кальция и микроэлементов, включая медь, может замедлить потерю костной массы. Однако вклад меди в эти эффекты не ясен. (35)

Медь может уменьшить скорость развития остеопорозаЧто влияет на скорость и степень развития остеопороза

Добавление меди обращает вспять костные аномалии у детей с дефицитом меди. (14)

Еще в одном исследовании у 10 пациентов пожилого возраста с дефицитом меди добавка улучшала общий статус этого микроэлемента и маркеры резорбции и  формирования костной ткани. (15)

Недостаточные доказательства

Нет достоверных клинических доказательств, подтверждающих использование добавок меди при любом из состояний, описанных в этом разделе. Ниже приводится краткое изложение современных исследований на животных, на клетках, или клинических исследований с низким качеством. Вы не должны интерпретировать их как поддержку какой-либо пользы для здоровья.

Здоровье сердечно-сосудистой системы

Медь необходима для прочности и целостности клеток сердца и кровеносных сосудов. Добавка этого микроэлемента улучшает измененную функцию сердца и способствует регрессии увеличения сердца вызванного его дефицитом. (16, 17, 18, 19, 20, 21)

В исследовании с 16 здоровыми молодыми женщинами добавление меди (6 мг/сут в течение 4 недель) привело к 30%-ному снижению ингибитора активатора плазминогена-1 (PAI-1), что потенциально снизило риск развития атеросклероза. Однако это микроэлемент не оказывал явного влияния на другие факторы риска развития сердечно-сосудистых заболеваний. (36, 37)

У крыс добавление меди снижало уровень общего холестерина, триглицеридов и “плохого” холестерина ЛПНП в крови при незначительном повышении “хорошего” холестерина ЛПВП. (38) Клиническое исследование подтвердило эти данные у 73 пациентов, из которых 28 имели дефицит меди. (39)

Ученые наблюдали потенциал добавок с медью для предотвращения атеросклероза в одном исследовании на кроликах. (40)

Иммунитет

В исследовании с участием 33 добровольцев добавка меди увеличила секрецию цитокина IL-2, но только у людей с нормально-низким содержанием церулоплазмина (основного медьсодержащего белка). Добавка не влияла на уровень вызывающего воспаление цитокина ФНО-альфа. (41)

Интересно, что рабочие, подвергшиеся воздействию солей меди, не заболели холерой во время эпидемий холеры в XIX веке. (42)

Адекватная добавка меди быстро восстанавливает количество и функцию лимфоцитов у крыс с дефицитом вещества. (43)

Тревога и депрессия

Дополнительное получение меди во время беременности (в дозе 1 г/сут) значительно уменьшило симптомы депрессии и тревоги в исследовании с 238 беременными женщинами. Но необходимы дальнейшие изучение. (44)

С другой стороны, некоторые пациенты с депрессией имеют более высокий уровень меди в крови. (45, 46)

Повышенный уровень этого микроэлемента также ассоциируется с депрессией у вахтовых медсестер и с послеродовой депрессией. (47, 48)

Дальнейшие исследования должны пролить больше света на противоречивое воздействие меди на психическое здоровье.

Болезнь Альцгеймера

Добавки с медью не оказали благотворного влияния на когнитивные функции в исследовании с участием 68 пациентов с болезнью Альцгеймера. (49)

Исследования показали потенциальную полезную роль меди в лечении, но не в предотвращении развития болезни Альцгеймера. (49)

Медь при болезни Альцгеймера может ускорить и ухудшить заболеваниеНарушение в регуляции уровня цинка и меди при болезни Альцгеймера (источник)

Согласно метаанализу из 27 клинических исследований (более 3500 пациентов), люди с болезнью Альцгеймера имеют значительно более высокий уровень меди в крови по сравнению со здоровыми. (50)

Химия 7,8,9,10,11 класс, ЕГЭ, ГИА

Основная информация по курсу химии для обучения и подготовки в экзаменам, ГВЭ, ЕГЭ, ОГЭ, ГИА Химия 7,8,9,10,11 класс, ЕГЭ, ГИА
  

Способы получения меди

В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды — это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.

Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.

Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.

В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.

Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.

2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.

Получение меди

Химические свойства

В условия низкой влажности медь почти не демонстрирует каких-либо особенных химических свойств. Однако при контакте с водой и углекислым газом она быстро вступает в окислительную реакцию, на ее поверхности образуется пленка, защищающая ее от разрушения. Также окисление происходит при нагреве до 375 градусов.

Металл вступает в активную реакцию с неметаллами галогеновой группы, селеном и серой. В паре с последней, к примеру, он воспламеняется. Медь с валентностью I и II участвует в создании комплексных соединений (двойных солей и аммиачных смесей), обладающих высокой стойкостью и применяемых во многих промышленных сферах.

429c00a1bc944be942ad8771831110b7.png

Медь: вред избытка

Причины роста уровня меди

  • Воспаление (51)
  • Инфекции (туберкулез, проказа, вирусный гепатит, пневмония, ветряная оспа) (52, 53)
  • Гематологические заболевания (железодефицитная анемия, апластическая и пернициозная анемия, серповидноклеточная анемия, бета-талассемия) (54, 55)
  • Диабет (56)
  • Болезни сердца и кровеносных сосудов (57, 58)
  • Злокачественные заболевания (острый и хронический лейкоз, болезнь Ходжкина, множественная миелома, рак молочной железы и рак легких) (59, 60, 62)
  • Заболевания печени (цирроз, гепатит, обструкция желчевыводящих путей) (63, 64)
  • Контрацепция (использование оральных контрацептивов, медная внутриматочная спираль) (65, 66)
  • Беременность (67)
  • Тиазидные диуретики (68)

Схема поглощения медиАбсорбция и биодоступность меди. Всасывание и распределение меди из желудочно-кишечного тракта человека в периферические ткани. (источник)

Признаки избытка меди

Сильная токсичность

Сильнейшая токсичность возникает при приеме соединений меди, как правило, с суицидальными намерениями или при случайном употреблении загрязненных медью пищевых продуктов или воды. Прием внутрь более 1 г меди может привести к такой токсичность. Однако это лишь приблизительный порог токсичности и зависит от индивидуальных факторов. (69)

Симптомы включают боль в животе, тошноту, рвоту, диарею, головокружение и боль в мышцах. Более серьезные признаки токсичности включают тяжелые повреждения печени и почек, гемолитическую анемию, массивное кишечное кровотечение и даже смерть. (70, 71, 69)

Хроническая токсичность

Длительная токсичность меди не часто встречается у пациентов, не обладающих наследственными нарушениями обмена этого микроэлемента.

Длительный прием добавок с медью в дозировке 30-60 мг/сут в течение 3 лет вызывал тяжелые заболевания печени. (72)

Различные добавки с медью не следует применять людям с генетическими нарушениями, влияющими на метаболизм меди:

  • Болезнь Вильсона
  • Идиопатический медный токсикоз (74)
  • Синдромы детского цирроза печени (75, 74)

Добавка меди в адекватных дозах, вероятно, безопасна для здоровых людей, включая детей и беременных женщин. Убедитесь, что вы не превышаете безопасный верхний предел в 10 мг/сут. (76)

Изотопы меди

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов — 63Cu 65Cu с распространённостью 69 и 31 атомных процентов соответственно. Известны более двух деясятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых 67Cu с периодом полураспада 62 часа.

Медь в природе

В природе выявлено два проявления элемента – самородки и компонент соединений с другими элементами.

Самородок медиСамородок меди

Чаще это соединения: оксиды, сульфиды, гидрокарбонаты. Самое распространенное сырье – медный колчедан.

Медь придает глубокие синие, голубые, зеленоватые оттенки малахиту, бирюзе, хризоколле, другим минералам ювелирно-декоративного сегмента.

Негативное влияние меди на заболевания

Уровень меди является маркером антиоксидантного статуса и общего состояния здоровья. Низкий или высокий уровень не обязательно указывает на проблему, если нет никаких симптомов или если ваш врач говорит вам не беспокоиться об этом.

Высокий уровень мели повреждает ткани организмаПовышенный уровень меди приводит к окислительному стрессу и росту воспаления, что увеличивает риски различных заболеваний. (источник)

Окислительное повреждение клеток

Повышенный уровень меди может увеличить выработку свободных радикалов, что приводит к повреждению клеток и тканей тела. (77, 78)

Болезнь Альцгеймера

Считается, что медь способствует развитию болезни Альцгеймера, поскольку рост уровня этого микроэлемента, как правило, предшествуют симптомам болезни у некоторых, но не у всех пациентов. (79)

Как правило, пациенты с болезнью Альцгеймера имеют более высокие концентрации меди в крови или в головном мозге. (80, 81, 82, 83)

Медь, по-видимому, связана с ухудшением симптомов болезни Альцгеймера и снижение её потребления с пищей и из добавок может помочь пожилым людям с этим заболеванием. (84, 85, 86)

Одно исследование показало, что медь является компонентом бета-амилоидных бляшек, которые находятся в мозге людей с болезнью Альцгеймера. (87)

Болезнь Паркинсона

Клинические исследования показали, что длительное воздействие меди и марганца повышают риск развития болезни Паркинсона. (88)

Свободная медь в крови обладает способностью продуцировать свободные радикалы и усиливать образование тел Леви, что является чертой болезни Паркинсона. (8)

Антиоксиданты способны снижать воспаление, связанное с избытком медиНеферментативные и ферментативные антиоксиданты. На рисунке представлены все молекулы антиоксидантов, которые, как сообщается, способны противодействовать окислительному стрессу и воспалению при хронических заболеваниях.(источник)

Сердечно-сосудистые заболевания

Согласно предварительным исследованиям, избыточное содержание меди и церулоплазмина может быть связано с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний. (57, 58)

Уровень меди в крови и в стенках кровеносных сосудов повышен у некоторых людей с атеросклерозом. Кроме того, уровень меди растёт с тяжестью атеросклероза. (90, 91)

Диабет

Уровень меди в крови значительно повышен у некоторых больных сахарным диабетом 1-го и 2-го типа. (92) Медь участвует в выработке свободных радикалов, играющих важную роль в развитии диабетических осложнений. (93, 94)

Никель и его соединения.

Никель — ковкий и пластичный металл. Никель — ферромагнетик. На воздухе — стабилен.
Никель и его соединения.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Hey’s CIM Ref1.1

Strunz (8-ое издание) 1/A.01-10
Nickel-Strunz (10-ое издание) 1.AA.05
Dana (7-ое издание) 1.1.1.3
Dana (8-ое издание) 1.1.1.3

Стоимость

На 2011 год стоимость меди составляет около $8900 за тонну[10].

Преимущества и недостатки

Преимущества:

  1. Устойчивость к образованию ржавчины.
  2. Привлекательный вид.
  3. Высокий показатель теплопроводности.
  4. Пластичность, гибкость, прочность.
  5. Низкое сопротивление.

Главный недостаток — высокая цена.

Биологическая ценность для человека

Медь относится к категории жизненно-необходимых элементов, и в организме взрослого человека, содержится около 100 граммов этого металла. Переоценка токсичности данного вещества проводилась в 2003 году Всемирной Организацией Здравоохранения. Исследования установили, что медь не является причиной заболеваний пищеварительного тракта, и не провоцирует развитие болезни Вильсона-Коновалова (гепатоцеребральная дистрофия, поражающая печень и головной мозг), как считалось ранее. Учёные пришли к выводу, что для здоровья человека больше вреден недостаток меди, а не её переизбыток.

Бактерицидность меди известна давно, а последние исследования в этой области подтвердили эффективность металла в профилактике свиного гриппа, поражения золотистым стафилококком. В экспериментах было установлено, что на медной поверхности погибает 99% болезнетворных бактерий в течение 2-х часов. Поэтому медь и её сплавы широко применяется для обеззараживания воды. В Европе из этого металла изготавливаются дверные ручки, замки, петли и перила, которые устанавливаются в медучреждениях и местах общего пользования.

Способы обработки

Механическую обработку можно выполнить путем:

  1. Протяжки. Технологический процесс, применяющийся при изготовлении проводов, проволоки разного диаметра. Для производства применяется экструдерный механизм.
  2. Прокатки. Технологический процесс производства плоских изделий из меди. Заготовки прокатываются через установку с подвижными вальцами.
  3. Полировки. Для придания медным изделиям характерного металлического блеска, применяются войлочные, тканевые диски.
  4. Шлифования. Применяется для снятия определенного слоя металла, его очистки от налета, загрязнений. Шлифовка осуществляется с помощью абразивов.

Также внимания заслуживает токарный способ обработки медных заготовок. С его помощью изготавливаются шайбы, шпильки, штуцера, втулки, фланцы.

Медь — востребованный цветной металл с хорошими физическими и химическими свойствами. Металл подходит для изготовления украшений, деталей промышленных станков, бытовой техники, радиодеталей.

( 2 оценки, среднее 3 из 5 )

Металлой

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Точечная группа m3m (4/m 3 2/m) — гексоктаэдрический
Пространственная группа Fm3m (F4/m 3 2/m)
Сингония кубическая
Параметры ячейки a = 3.615Å
Морфология кубы, додекаэдры и тетрагексаэдры; редко октаэдры и сложные комбинации; нитевидные, древовидные
Двойникование Двойники по {111} по шпинелевому закону
mineralpro.ru   28.07.2016  

Литература

  • Данные на начало XX века : Медь // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Фримантл М. Химия в действии. — М.: «Мир», 1991. — Т. 2.
  • Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева. Химические свойства неорганических веществ. — «Химия», 2000. — С. 286.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки