МЕДЬ

МЕДЬ (лат. Cuprum),
Сu, химич. элемент I группы периодической системы Менделеева; ат. н. 29,
ат. м. 63,546; мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная М. состоит
из смеси двух стабильных изотопов - ⁶³Сu (69,1%) и ⁶⁵Сu
(30,9% ).

История, справка. М. относится
к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека
с М. способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии
в виде самородков (см. Медь самородная), к-рые иногда достигают
значит, размеров. М. и её сплавы сыграли большую роль в развитии материальной
культуры (см. Бронзовый век). Благодаря лёгкой восстановимости окислов
и карбонатов М. была, по-видимому, первым металлом, к-рый человек научился
вос-становлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Лат. назв.
М. происходит от назв. о. Кипр, где древние греки добывали медную руду.
В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро
охлаждали, причём порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны
процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим
количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры
окружали стенками, к-рые постепенно повышались, что привело к созданию
шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной
плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна
(сплава сульфидов), в к-ром концентрируется М., н шлака (сплава окислов).

Распространение в природе.
Среднее содержание М. в земной коре (кларк) 4,7-10^-3 % (по массе),
в нижней части земной коры, сложенной основными породами, её больше (1*10-²
%
), чем в верхней (2*10^-3 %), где преобладают граниты и др. кислые
изверженные породы. М. энергично мигрирует как в горячих водах глубин,
так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных
вод различные сульфиды М., имеющие большое промышленное значение. Среди
многочисленных минералов М. преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды,
известны также самородная М., карбонаты и окислы.

М.- важный элемент жизни,
она участвует во многих физиологич. процессах. Среднее содержание М. в
живом веществе 2*10^-4 %, известны организмы - концентраторы
М. В таёжных и других ландшафтах влажного климата М. сравнительно легко
выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит М. и связанные
с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В
степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) М.
малоподвижна; на участках месторождений М. наблюдается её избыток в почвах
и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало
М.,1*10^-7%. Приносимая в океан со стоком М. сравнительно быстро
переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены М.
(5,7* 10^-3 % ), а морская вода резко недосыщена М. (3*10^-7%).

В морях прошлых геологич.
эпох местами происходило значительное накопление М. в илах, приведшее к
образованию месторождений (напр., Мансфельд в ГДР). М. энергично мигрирует
и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление руд
М. в песчаниках.

Физич. и химич. свойства.
Цвет М. красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой.
Металл имеет гранецентри-рованную кубич. решётку с параметром а = 3,6074
А; плотность 8,96 г/см³ (20 °С). Атомный радиус 1,28
А; ионные радиусы Си+ 0,98 А; Сu²+ 0,80 A; t1083
⁰С;
(кип
2600 "С; удельная теплоёмкость (при 20 °С) 385,48
дж/(кг-К),
т.е.
0,092 кал/(г*⁰С). Наиболее важные и широко используемые
свойства М.: высокая теплопроводность - при 20 °С 394,279 вт/(м*К.),
т.
е. 0,941 кал/(см*сек*°С); малое электрич. сопротивление-при 20 °С
1,68*10^-8 ом*м. Термич. коэфф. линейного расширения 17,0*10^-6.
Давление паров над М. ничтожно, давление 133,322
н/м² (т.е.
1 ммрт.ст.)
достигается лишь при 1628 °С. М. диамагнитна; атомная
магнитная восприимчивость 5,27*10^-6. Твёрдость М. по Бринеллю
350 Мн/м²(т. е. 35 кгс/мм²);
предел
прочности при растяжении 220 Мн/м² (т. е. 22 кгс/мм²);
относительное
удлинение 60%, модуль упругости 132*10³ Мн/м²(т.е.
13,2*10³ кгс/мм²).
Путём наклёпа предел прочности
может быть повышен до 400-450 Мн/м²,
при этом удлинение
уменьшается до 2% , а электропроводность уменьшается на 1-3% . Отжиг наклёпанной
М. следует проводить при 600-700 °С. Небольшие примеси Bi (тысячные доли
%
) и Рb (сотые доли % ) делают М. красноломкой, а примесь S вызывает
хрупкость на холоде.

По химич. свойствам М. занимает
промежуточное положение между элементами первой триады VIII группы и щелочными
элементами I группы системы Менделеева. М., как и Fe, Co, Ni, склонна к
ком-плексообразованию, даёт окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды
и т. д. Сходство с щелочными металлами незначительно. Так, М. образует
ряд одновалентных соединений, однако для неё более характерно 2-валентное
состояние. Соли одновалентной М. в воде практически нерастворимы и легко
окисляются до соединений 2-валентной М.; соли 2-валентной М., напротив,
хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы.
Гидра-тированные ионы Си²⁺ окрашены в голубой цвет. Известны
также соединения, в к-рых М. 3-валентна. Так, действием перекиси натрия
на раствор куприта натрия NaСuуже при 100 °С. Сuвыделяет хлор из соляной к-ты).

Химич. активность М. невелика.
Компактный металл при темп-pax ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом
не взаимодействует. В присутствии влаги и СО2 на поверхности М. образуется
зелёная плёнка основного карбоната. При нагревании М. на воздухе идёт поверхностное
окисление; ниже 375 °С образуется СuО, а в интервале 375-1100 ⁰С
при неполном окислении М.- двухслойная окалина, в поверхностном слое к-рой
находится СuО, а во внутреннем -СuМеди окислы). Влажный
хлор взаимодействует с М. уже при обычной темп-ре, образуя хлорид СuС1хорошо растворимый в воде. М. легко соединяется и с др. галогенами (см.
Меди
гало-гениды). Особое сродство проявляет М. к сере и селену; так, она
горит в парах серы (см. Меди сульфиды). С водородом, азотом и углеродом
М. не реагирует даже при высоких темп-pax. Растворимость водорода в твёрдой
М. незначительна и при 400 °С составляет 0,06 мг в 100
г М.
Водород и др. горючие газы (СО, СНна слитки М., содержащие Сuобразованием СОв М., выделяются из неё, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механич.
свойства М.

При пропускании МНз над раскалённой
М. образуется Cuвоздействию окислов азота, а именно NO, NСuи СuСрастворы солей М. Нормальный электродный потенциал М. для реакции Сu²⁺
+ 2е -> Сu равен + 0,337 в, а для реакции Сu⁺ + е ->Сu
равен + 0,52 в. Поэтому М. вытесняется из своих солей более электроотрицательными
элементами (в пром-сти используется железо) и не растворяется в кислотах-неокислителях.
В азотной к-те М. растворяется с образованием Cu(NOи окислов азота, в горячей концентрации Hобразованием CuSOHсоли М. ядовиты (см. Меди карбонаты, Меди нитрат, Меди сульфат).

М. в двух- и одновалентном
состоянии образует многочисл. весьма устойчивые комплексные соединения.
Примеры комплексных соединений одновалентной М.: (NHK(NHМ.: CsCuClзначение имеют аммиачные комплексные соединения М.: [Сu (NHSO

Получение. Медные руды характеризуются
невысоким содержанием М. Поэтому перед плавкой тонкоизмельчённую руду подвергают
механич. обогащению; при этом ценные минералы отделяются от осн. массы
пустой породы; в результате получают ряд товарных концентратов (напр.,
медный, цинковый, пиритный) и отвальные хвосты.

В мировой практике 80% М.
извлекают из концентратов пирометаллургич. методами, основанными на расплавлении
всей массы материала. В процессе плавки, вследствие большего сродства М.
к сере, а компонентов пустой породы и железа к кислороду, М. концентрируется
в сульфидном расплаве (штейне), а окислы образуют шлак. Штейн отделяют
от шлака отстаиванием.

На большинстве совр. заводов
плавку ведут в отражательных или в электрич. печах. В отражат. печах рабочее
пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь пода 300 м²и
более (30 л X 10 м); необходимое для плавления тепло получают сжиганием
углеродистого топлива (естеств. газ, мазут, пылеуголь) в газовом пространстве
над поверхностью ванны. В электрич. печах тепло получают пропусканием через
расплавленный шлак электрич. тока (ток подводится к шлаку через погружённые
в него графитовые электроды).

Однако и отражательная, и
электрич. плавки, основанные на внеш. источниках теплоты,- процессы несовершенные.
Сульфиды, составляющие осн. массу медных концентратов, обладают высокой
теплотворной способностью. Поэтому всё больше внедряются методы плавки,
в к-рых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый
воздух, воздух, обогащённый кислородом, или технич. кислород). Мелкие,
предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струёй кислорода
или воздуха в раскалённую до высокой темп-ры печь. Частицы горят во взвешенном
состоянии (кислородно-взвешенная плавка). Можно окислять сульфиды и в жидком
состоянии; эти процессы усиленно исследуются в СССР и за рубежом (Япония,
Австралия, Канада) и становятся главным направлением в развитии пирометаллургии
сульфидных медных руд.

Богатые кусковые сульфидные
руды (2-3% Сu) с высоким содержанием серы (35-42% S) в ряде случаев непосредственно
направляются на плавку в шахтных печах (печи с вертикально расположенным
рабочим пространством). В одной из разновидностей шахтной плавки (мед-но-серная
плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних горизонтах
печи SOв штейне.

Получающийся при плавке жидкий
штейн (в основном Cuрезервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом,
снабжённый боковым рядом фурм для вдувания воздуха и устройством для поворачивания
вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование
штейнов протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для
связывания окислов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный
шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлич. М. и SOЭту черновую М. разливают в формы. Слитки (а иногда непосредственно расплавленную
черновую М.) с целью извлечения ценных спутников (Au, Ag, Se, Fe, Bi и
др.) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование. Оно
основано на большем, чем у меди, сродстве металлов-примесей к кислороду:
Fe, Zn, Co и частично Ni и др. в виде окислов переходят в шлак, а сера
(в виде SOвосстановления растворённой в ней Сижидкий металл концы сырых берёзовых или сосновых брёвен, после чего отливают
его в плоские формы. Для электролитич. рафинирования эти слитки подвешивают
в ванне с раствором CuSOОни служат анодами. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая М.
отлагается на катодах - тонких медных листах, также получаемых электролизом
в спец. матричных ваннах. Для выделения плотных гладких осадков в электролит
вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и др.).
Полученную катодную М. промывают водой и переплавляют. Благородные металлы,
Se, Те и др. ценные спутники М. концентрируются в анодном шламе, из к-рого
их извлекают спец. переработкой. Никель концентрируется в электролите;
выводя часть растворов на упаривание и кристаллизацию, можно получить Ni
в виде никелевого купороса.

Наряду с пирометаллургическими
применяют также гидрометаллургич. методы получения М. (преим. из бедных
окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении
медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах Hили аммиака. Из раствора М. либо осаждают железом, либо выделяют электролизом
с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно к смешанным
рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при к-рых кислородные соединения
М. растворяются в сернокислых растворах, а сульфиды выделяются флотацией.
Получают распространение и автоклавные гидрометаллургич. процессы, идущие
при повышенных темп-pax и давлении.

Применение. Большая роль
М. в технике обусловлена рядом её ценных свойств и прежде всего высокой
электропроводностью, пластичностью, теплопроводностью. Благодаря этим свойствам
М.- осн. материал для проводов; св. 50% добываемой М. применяют в элект-ротехнич.
пром-сти. Все примеси понижают электропроводность М., а потому в электротехнике
используют металл высших сортов, содержащий не менее 99,9% Си. Высокие
теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из М. ответственные
детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов и т. п. Ок.
30-40% М. используют в виде различных сплавов, среди к-рых наибольшее значение
имеют латуни (от 0 до 50% Zn) и различные виды бронз: оловянистые,
алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и т. д. (подробнее см. Медные
сплавы). Кроме нужд тяжёлой пром-сти, связи, транспорта, нек-рое количество
М. (гл. оор. в виде солей) потребляется для приготовления минеральных пигментов,
борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов
окислительных процессов, а также в кожевенной и меховой пром-сти и при
произ-ве искусственного шёлка. А. В. Ванюков.

Медь как художеств, материал
используется с медного века (украшения, скульптура, утварь, посуда).
Кованые и литые изделия из М. и сплавов (см. Бронза) украшаются
чеканкой, гравировкой и тиснением. Лёгкость обработки М. (обусловленная
её мягкостью) позволяет мастерам добиваться разнообразия фактур, тщательности
проработки деталей, тонкой моделировки формы. Изделия из М. отличаются
красотой золотистых или красноватых тонов, а также свойством обретать блеск
при шлифовке. М. нередко золотят, патинируют (см. Патина), тонируют,
украшают эмалью. С 15 в. М. применяется также для изготовления печатных
форм (см. Гравюра).

Медь в организме. М.-необходимый
для растений и животных микроэлемент. Осн. биохимич. функция М.-
участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих
ферментов. Количество М. в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05% (на
сухое вещество) и зависит от вида растения и содержания М. в почве. В растениях
М. входит в состав фер-ментов-оксидаз и белка пластоцианина. В оптимальных
концентрациях М. повышает холодостойкость растений, способствует их росту
и развитию. Среди животных наиболее богаты М. нек-рые беспозвоночные (у
моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15-0,26% М.).
Поступая с пищей, М. всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки
крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина
возвращается в кровь и доставляется к органам и тканям.

Содержание М. у человека
колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7
мг
в
костях, в жидкостях тела -от 100 мкг (на 100 мл)
в крови
до 10 мкг в спинномозговой жидкости; всего М. в организме взрослого
человека ок. 100 мг. М. входит в состав ряда ферментов (напр., тирозиназы,
цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые
дозы М. влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови),
минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и др. Увеличение
содержания М. в крови приводит к превращению минеральных соединений железа
в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа
при синтезе гемоглобина.

При недостатке М. злаковые
растения поражаются т. н. болезнью обработки, плодовые - экзантемой; у
животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к
анемии,
сопровождающейся
поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения и подкормка животных
солями М. (см. Микроудобрения).
Отравление М. приводит к анемии,
заболеванию печени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко
благодаря тонким механизмам всасывания и выведения М. Однако в больших
дозах М. вызывает рвоту; при всасывании М. может наступить общее отравление
(понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное
состояние).

И. Ф. Грибовская.

В медицине сульфат М. применяют
как антисептич. и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах
и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата М. используют
также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат М. применяют как рвотное
средство. Нитрат М. употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.

Илл. см. на вклейке, табл.
XL (стр. 576-577). :

Лит.: Смирнов В. И.,
Металлургия меди и никеля, Свердловск - М., 1950; Аветисян X, К., Металлургия
черновой меди, М., 1954; Газарян Л. М., Пирометаллургия меди, М., 1960;
Справочник металлурга по цветным металлам, под ред. Н. Н. Мурача, 2 изд.,
т. 1, М., 1953, т. 2, М., 1947; Левинсон Н. Р., [Изделия из цветного и
чёрного металла], в кн.: Русское декоративное искусство, т. 1 - 3, М.,
1962-1965; Н a d a w а у W. S., Illustrations of metal work in brass and
copper mostly South Indian, Madras, 1913; Wain w r i g h t G. A., The occurrence
of tin and copper near byblos, «Journal of Egyptian archaeology», 1934,
v. 20, pt 1, p. 29 - 32; В erg so e P., The gilding process and the metallurgy
of copper and lead among the precolumbian Indians, Kbh., 1938; Ф p и д
е н Э., Роль соединений меди в природе, в кн.: Горизонты биохимии, пер.
с англ., М., 1964; его же, Биохимия меди, в кн.: Молекулы и клетки, пер.
с англ., в. 4, М., 1969; Биологическая роль меди, М., 1970.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я