Miedź

Łacińska nazwa miedzi cuprum pochodzi od nazwy wyspy Cypr, gdzie eksploatowano ten pierwiastek już w starożytności. Miedź znana była już w czasach prehistorycznych, prawdopodobnie była pierwszym metalem jaki wykorzystywali ludzie. Samorodków tego metalu używano do robienia grotów broni.
Miedź jest brązowo-czerwonym, średniotwardym, kowalnym i ciągliwym metalem przejściowym. Jest doskonałym przewodnikiem ciepła i elektryczności, ustępuje jedynie srebru. Jej własności fizyczne zależą w dużej mierze od zawartości tlenu i technologii produkcji. Domieszki pogarszającej przewodnictwo, lecz zwiększają wytrzymałość. Wykazuje, jako metal półszlachetny, dużą odporność na korozję. Pod wpływem tlenu atmosferycznego pokrywa się chroniącą warstwą tlenku. Reaguje z fluorowcami, wilgotnymi fluorowcowodorami, siarką i dwutlenkiem siarki. W wyniku działania substancji zawartych w atmosferze, pokrywa się charakterystyczną zielonkawą patyną będącą mieszaniną zasadowego węglanu (CuCO3(OH)2), siarczanu (VI) miedzi (CuSO4(OH)6) oraz chlorku miedzi(II) (CuCl2). Kwasy nieutleniające atakują miedź tylko w obecności powietrza. Szybko rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym i azotowym. Miedź i jej związki są zabójcze dla wielu mikroorganizmów.

Występowanie: Występuje głównie w postaci siarczków, czasem tlenków. Sporadycznie spotyka się grudki czystego metalu (około 1 % ogólnej ilości miedzi) głównie na terenach Ameryki Północnej (Jezioro Górne, USA). Znajdowano tam bryły miedzi o wadze dochodzącej nawet kilkudziesięciu ton. Najważniejsze złoża miedzi występują w Chile, USA, Rosji, Polsce i niektórych państwach afrykańskich. Zawartość w skorupie ziemskiej - 0,01% wag.
Głównymi minerałami są: chalkozynCu2S, kowelin CuS, chalkopiryt CuFeS2, kupryt Cu2O, malachit CuCO3.Cu(OH)2, azuryt 2CuCO3.Cu(OH)2.

Otrzymywanie: Produkcja miedzi jest skomplikowanym i dość kosztownym procesem. Głównym jej źródłem są siarczki, które metodami termicznymi i reakcjami redoks doprowadza się do tlenku miedzi, rozkładanego potem termicznie z wydzieleniem tzw. miedzi czarnej. Miedź taką można następnie rafinować dwoma metodami: suchą (stopienie miedzi i utlenienie zanieczyszczeń przy użyciu drewna) i mokrą, gdzie bardzo czystą miedź uzyskuje się dzięki elektrolizie.
Ta ostatnia metoda, mimo że droższa, pozwala na odzysk szlachetnych domieszek, występujących w rudzie miedzi (srebro, złoto, platynowce). Z powodu wysokich kosztów produkcji część miedzi jest na powrót odzyskiwana z odpadów. Rosnące zapotrzebowanie na ten metal powoduje powstawanie coraz to nowych metod pozwalających na ekonomiczne wykorzystywanie coraz mniej zasobnych złóż. Istnieje nawet metoda wykorzystywania drobnoustrojów do wzbogacania rud tego pierwiastka.

Wykorzystanie: Miedź jest obecnie, obok żelaza i aluminium, jednym z najważniejszych metali używanych przez człowieka. Używa się jej głównie w elektrotechnice, choć zastępuje ją powoli aluminium. Duże przewodnictwo cieplne miedzi znalazło zastosowanie przy produkcji elementów grzejnych i wymienników ciepła. Odporność na korozję wykorzystuje się m.in. na morzu, w budownictwie i przemyśle. Metal ten jest także ważnym katalizatorem.
Stopy miedzi znane były od tysiącleci. Najważniejsze z nich to brązy - stopy miedzi z cyną. Zawartość cyny waha się w nich od kilku do około 25 procent. Im większa jest zawartość cyny, tym brąz jest twardszy i wytrzymalszy. Brązy o zawartości cyny do 10% są jeszcze kowalne. Brąz, z którego produkuje się dzwony, zawiera około 25% cyny. Dodawanie niewielkich ilości innych pierwiastków znacznie zmienia właściwości brązu np. fosfor (0,3%) znacznie zwiększa ciągliwość (brąz fosforowy), a dodanie kilku procent krzemu znacznie zwiększa wytrzymałość stopu przy stosunkowo niewielkim wzroście oporności (produkcja styków elektrycznych). Stopy miedzi z cynkiem to tzw. mosiądze. Dzieli się je na kilka rodzajów w zależności od zawartości cynku. Mosiądz czerwony o zawartości cynku 5=20% cechuje się znaczną ciągliwością i odpornością chemiczną. Mosiądz żółty (20% cynku) jest bardziej trwały i twardszy od czerwonego. Kruchy mosiądz biały (>50% cynku) znalazł zastosowanie jako formy odlewnicze. Inne stopy miedzi to np. jednocześnie wytrzymały i ciągliwy stop z glinem (5-10% Al), czy też bardzo odporny chemicznie i wytrzymały stop Monela (70% Ni i 30 Cu). Popularny konstantan jest stopem miedzi z niklem (40% Ni) i dzięki dużemu oporowi właściwemu, praktycznie niezależnemu od temperatury, stosowany jest w elektrotechnice. Związki miedzi są szeroko stosowane w różnych dziedzinach. Cyjanki tego metalu są ważnymi katalizatorami organicznymi. Związki kompleksowe miedzi używane są m.in. przy przetwarzaniu ropy naftowej. Związki miedzi (III) stosowane są jako utleniacze. Roztwór siarczanu (VI) miedzi (II) (CuSO4) jest środkiem grzybobójczym. Wodorotlenek miedzi(II) (Cu(OH)2) ma właściwości rozpuszczania celulozy, którą można później wytrącić w postaci nitek tzw. jedwabiu miedziowego. Tlenek miedzi(I) (Cu2O), ze względu na własności trujące dla niektórych organizmów, jest używany jako składnik farby do pokrywania dna statków. Utrudnia to przyczepianie się do niego wodorostów. Tlenek ten jest także stosowany w chemii analitycznej (wykrywanie reduktorów organicznych).
Z innych związków miedzi można wymienić na stopniu utlenienia:
+1 - CuCl, CuJ, Cu2S;
+2 - CuO, CuS

Konfiguracja elektronowa Ar 3d104s1
Masa atomowa 63,546
Gęstość [kg/m3] 8960 (293K)
Główny stopień utlenienia +2 (-1; 0; +1; +3; +4)
Izotopy: masa - zawartość - okres półrozpadu
63Cu
64Cu
65Cu
67Cu
62,930 - 69,17% - stabilny
63,930 - 0% - 12,9 godz.
64,928 - 30,83% - stabilny
61,88 godz.
Temperatura topnienia 1358,02K
Temperatura wrzenia 2840K
Promień atomowy [pm] 127,8
Powinowactwo elektronowe [kJ×mol-1] 118,5
Energia jonizacji [kJ×mol-1] 745 Cu -> Cu+
1958 Cu+ -> Cu2+
3554 Cu2+ -> Cu3+
Elektroujemność  1,90 (Pauling); 4,48 eV (absolutna)

Poprzednia Pierwiastki Następna