Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. Miedziowce. Właściwości fizykochemiczne

Transkrypt

1 Miedziowce Właściwości fizykochemiczne

2 Charakterystyka ogólna grupy Miedziowce są metalami, należącymi do grupy metali szlachetnychtzn.. mało reaktywnych, nie reagujących z kwasami (nie redukują jonów H+, jako, że ich potencjały normalne są wyższe od wodoru, leżą za wodorem w szeregu napięciowym metali). Ulegają reakcji z kwasami utleniającymi (HNO3; H2SO4). Bardzo dobrze przewodzą prąd elektryczny i ciepło. Są kowalne i dość miękkie (szczególnie złoto i srebro, które dla celów użytkowych "wzmacnia się" dodatkami miedzi do ich stopów). Konfiguracja elektronowa powłok walencyjnych (n-1) 1)d1010 ns1 n sugeruje, że występować powinny jako pierwiastki jednowartościowe. W rzeczywistości często dochodzi do zaangażowania elektronów orbitali d i powstawania związków także dwu- i trójwartościowych. Srebro tworzy głównie związki jednowartościowe, miedź dwuwartościowe a złoto najczęściej występuje jako trójwartościowe. Ze względu na nieobsadzone orbitale d miedziowce dość łatwo tworzą związki kompleksowe, zaś ich związki na stopniu utlenienia wyższym od 1 i kompleksy są najczęściej barwne.

3 Miedź Masa atomowa -29 Liczba masowa izotopów 63,65 Średnia masa atomowa-63,54 konfiguracja elektronowa 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 2d 10 4s 1

4 Trochę historii Miedź znana jest ludzkości co najmniej od 7 tysięcy lat. Służyła początkowo do wyrobu naczyń, ozdób i broni, a gdy nauczono się wytwarzać stopy miedzi (brązy) rozpoczął się jej okres świetności. Powstanie przemysłu żelaza i stali przyćmiło popularność miedzi, ale gdy rozwinął się przemysł elektroradiotechniczny miedź ponownie zajęła należne jej miejsce, Choć ma obecnie poważnego konkurenta w postaci glinu

5 Występowanie miedzi. Dość powszechny w przyrodzie (0,02% wag.). Występuje prawie wyłącznie w postaci minerałów: Kuprytu Cu 2 O Chalkozynu Cu 2 S Chalkopirytu CuFeS 2 Malachitu CuCO 3 * Cu(OH) 2 oraz częściowo w stanie rodzimym.

6 Otrzymywanie czystej miedzi Sposób otrzymywania miedzi zależy od rodzaju rudy. Niskoprocentowe rudy siarczkowe podlegają wstępnemu wzbogaceniu w procesie tzw. flotacji, gdzie uzyskuje się koncentrat miedziowy. Koncentrat przerabia się na miedź w kilku etapach. Prażenie rudy to proces utleniania Siarki zawartej w siarczkach na dwutlenek siarki. Pozostaje stop siarczku żelaza FeS z siarczkiem miedzi (I) zwany kamieniem miedzianym. Kamień Ogrzewa do temperatury ok o C, stapia

7 I przelewa do tzw. konwertora. Przez Stopiony metal przedmuchuje się tam Powietrze. Następuje szybkie utlenianie Siarczków a dodatek piasku powoduje Powstanie łatwo topliwych krzemianów Żelaza (żużel). Po zakończeniu procesu Wytapia się miedź czarną zawierającą 1-3% zanieczyszczeń. Rafinacja miedzi czarnej polega na dalszym ogrzewaniu Jej przy dostępie powietrza uzyskując Produkt zawierający 99% Cu. Dalsze oczyszczanie następuje na drodze Elektrochemicznej. Płyty miedzi hutniczej zawiesza się w roztworze CuSO 4. Zachodzą wówczas procesy: Katoda (-)( ) Cu 2+ +2e Cu Anoda (+) Cu 2e Cu 2+

8 Anodę stanowi miedź hutnicza, która ulega rozpuszczeniu, a na czystych katodach wydziela się tzw. miedź elektrolityczna. Inne bardziej szlachetne matale,, które towarzyszyły miedzi w rudzie opadają w elektrolizerze na dno jako tzw. szlam anodowy. Znajdziemy tam m.in. Ag, Au, Pt

9 Otrzymywanie metalicznej miedzi z rud Rudy riarczkowe miesza się z tlenkowymi i ogrzewa w piecach hutniczych, zachodzi wtedy reakcja Cu 2 O + CuO 4Cu + SO 2 Rudy tlenkowe redukuje się węglem. Reakcja zachodzi zgodnie z równaniem 2Cu + C 2Cu + CO 2

10 Stopy miedzi Miedź znajduje zastosowanie w wielu stopach. Do najpopularniejszych należą brązy (z cyną i domieszkami cynku i ołowiu) i mosiądze (z cynkiem), ważnym stopem jest konstantan (z niklem), którego opór elektryczny praktycznie nie zależy od temperatury.

11 Właściwości fizyczne miedzi Czerwonobrązowy, kowalny, dość miękki metal półszlachetny. Doskonały przewodnik elektryczności i ciepła. Temp. topnienia 1083 o C Temp. wrzenia 2595 o C gęstość (20 o C, 1013,25hPa)8,96g/cm3

12 Właściwości chemiczne Miedź w szeregu napięciowym metali występuje po wodorze, nie wypiera go z kwasów beztlenowych, natomiast kwas azotowy i siarkowy (stężony, gorący) rozpuszczają miedź, jednocześnie redukując się (wydzielają się przy tym tlenki azotu lub siarki). 3Cu + 8HNO3 > 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Cu + 2H2SO4 > CuSO4 + SO2 + 2H2O

13 Związki miedzi Cu 2 O rozpuszcza się w amoniaku Cu2O + 4NH3 + H2O > 2 [Cu(NH3)2]OH oraz kwasie solnym Cu2O + 4HCl > 2 H(CuCl2) + H2O Związki miedzi jednowartościowej są nietrwałe i łatwo ulegają reakcji dysproporcjonowania przechodząc w miedź(ii) ) i wolny metal Cu2O + H2SO4 > CuSO4 + Cu + H2O Cu(OH) 2 Z roztworów soli miedzi (II) wodorotlenek sodu wytrąca niebieski osad Cu(OH)2, który rozpuszcza się w niewielkim stopniu w nadmiarze ługu (słabe właściwości amfoteryczne): Cu(OH)2 + 2NaOH > Na2[Cu(OH)4] natomiast bardzo dobrze rozpuszcza się w wodnym roztworze amoniaku dając kompleksowy jon tetraaminomiedziowy o silnym, niebieskim zabarwieniu: Cu(OH)2 + 4NH4OH > [Cu(NH3)4](OH)2 + 4H2O

14 Najpopularniejszą solą miedzi jest pięciowodny siarczan, krystalizujący w postaci dużych niebieskich kryształów. W analizie znajduje częste zastosowanie amoniakalny roztwór siarczanu miedzi, który z glikolami (diolami wicynalnymi) ) daje fiołkowe zabarwienie, a z białkami (reakcja na obecność wiązania peptydowego - reakcja biuretowa) fioletowe. W roztworze tym występuje jon tetraamminomiedziowy,, który daje się wykrystalizować w postaci jednowodnej soli [Cu(NH3)4]SO4 H2O Tlenek miedzi CuO pod wpływem kwasu solnego przechodzi w chlorek miedzi CuCl2. Podobnie powstają także fluorek i bromek miedzi. Natomiast dodanie jonu jodkowego do roztworu soli miedzi(ii) daje wolny jod i osad soli jednowartościowej miedzi CuI: 2Cu I - > 2CuI + I 2

15 Miedź bezpośrednio reaguje z wszystkimi fluorowcami, siarką, dwutlenkiem siarki, siarkowodorem, dwutlenkiem węgla. Znane są siarczki zarówno Cu2S (powstają w wyższych temperaturach) jak i CuS.. W powietrzu wilgotny siarczek CuS powoli utlenia się do siarczanu CuSO4. Większość soli miedzi +2 ma kolor niebieski lub zielony. Tlenek i siarczek są czarne. W wilgotnym powietrzu atmosferycznym miedź pokrywa się zieloną patyną (zasadowy węglan miedziowy). Pod wpływem działania tlenu suchego powietrza pokrywa się powierzchniowo tlenkiem Cu2O, nadającym jej charakterystyczne czerwonawe zabarwienie. Oba te procesy chronią miedź przed dalszym wpływem czynników atmosferycznych.

16 Czerwony Cu2O powstaje także w reakcji redukcji przez aldehydy i cukry miedzi Cu(II) ) zawartej w płynie Fehlinga (zasadowy roztwór soli Cu(II) kompleksowanych jonami winianowymi). Jest to jedna z charakterystycznych reakcji wykrywających cukry redukujące. ZWIĄZKI MIEDZI SĄ TRUJĄCE!

17 Niektóre sole miedzi chlorek miedzi(i) CuCl (mający zdolność pochłaniania tlenku węgla, czyli czadu jodek miedzi(i) CuI (powstający zawsze w reakcji soli miedzi(ii) ) z jonami I-I - reakcja ta służy często do ilościowego oznaczania miedzi). pięciowodny siarczan miedzi(ii) ) CuSO4 5H2O zasadowy octan miedzi(ii) ) (CH 3 COO) 2 Cu Azotan (V) miedzi Cu(NO 3 ) 2 dobrze rozpuszczalny w wodzie nierozpuszczalne w wodzie zasadowe węglany miedzi(ii) ) (malachit i azuryt)

18 Pięciowodny siarczan (VI) miedzi CuSO 4 * 5H 2 O

19 Miedź rodzima

20 Zastosowanie miedzi Elektrotechnika, przewody, silniki elektryczne, transformatory wymienniki ciepła, kotły, wyparki, chłodnice, aparaty chemiczne miedziowanie innych metali, pokrywanie dachów ozdoby

21 Kopalnia miedzi w Arizonie

22 Srebro Liczba atomowa 47 Liczba masowa izotopów 107, 109 Średnia masa atomowa 107,87 Konfiguracja elektronowa [Kr[ Kr]4d 10 5s 1

23 Właściwości fizyczne Szlachetny metal, barwy srebrzystobiałej o doskonałym przewodnictwie elektrycznym i cieplnym. Gęstość kg/m 3 Temp. Topnienia o C Temp. Wrzenia 2162 o C

24 Występowanie srebra Srebro posiada kilka własnych minerałów takich jak Argentyt Ag 2 S Bromargiryd AgBr Kerargiryd AgCl ale otrzymywane jest głównie jako produkt uboczny przerobu rud innych metali. Srebro jest składnikiem licznych stopów metali.

25 Właściwości chemiczne Jako metal szlachetny nie wypiera wodoru z kwasów, reaguje jedynie z gorącym kwasem azotowym i siarkowym, redukując je do odpowiednich tlenków (podobnie jak miedź). Łatwo reaguje z siarkowodorem (czernienie srebrnych łyżeczek), siarką, fluorowcami. Rozpuszcza się w roztworach cyjanków metali alkalicznych. Tworzy sole, w których jest jednowartościowy, w większości przypadków nierozpuszczalne (AgS( AgS, AgCl, AgBr, AgI, - rozpuszczalną solą jest AgF!!). Ulegają one rozpuszczeniu w nadmiarze amoniaku, cyjankach, tiosiarczanie (utrwalacz fotograficzny), z wytworzeniem jonów kompleksowych. Siarczek srebra rozpuszcza sie na gorąco w kwasie azotowym(v). Najważniejszym związkiem srebra jest azotan(v) srebra, otrzymywany przez działanie kwasem azotowym na metaliczne srebro: 3Ag + 4HNO 3 3AgNO 3 + NO + 2H 2 O

26 Srebro nie ulega działaniu tlenu atmosferycznego, utlenia je natomiast ozon. Ciemnienie srebra na powietrzu spowodowane jest reakcją z H2S, który w niewielkich ilościach znajduje się w powietrzu komunalnym i powoduje powstanie ciemnego Ag2S na powierzchni srebrnych wyrobów.

27 Związki srebra Tlenek srebra Tlenek srebra Ag2O otrzymuje się po zalkalizowaniu roztworu azotanu srebra. Można go też otrzymać poprzez ostrożne prażenie azotanu lub węglanu srebra. Ag2O bardzo słabo rozpuszcza się w wodzie, jego nasycone roztwory maja jednak wyraźny odczyn alkaliczny, potwierdzający obecność w roztworze zdysocjowanego AgOH. Amoniakalny roztwór tlenku srebra Ag2O (wodorotlenek diaminosrebrowy Ag(NH3)2OH ) jest używany do reakcji wytwarzania lustra srebrowego (reakcja charakterystyczna dla aldehydów HCOH + Ag 2 O HCOOH + 2Ag

28 Halogenki Halogenki srebra są światłoczułe (w fotografii stosowany jest głównie bromek srebra) i na świetle ciemnieją. Przyjmuje się, że pod wpływem działania światła w kryształkach AgBr następuje rodnikowa reakcja fotochemiczna, w wyniku której powstają mikroskopijne ilości wolnego srebra. Ilości te są tak małe, że nie wykrywa się ich na drodze chemicznej. światło 2AgBr 2Ag + Br 2

29 Tworzą one tzw. obraz utajony. Pod wpływem wywoływacza (reduktora, np. hydrochinon, metol...) następuje redukcja Ag+ do wolnego srebra w tych kryształkach AgBr,, które zawierały te mikroilości wolnego srebra. Pozostałe (nienaświetlone( nienaświetlone) kryształki nie redukują się do srebra, i po procesie wywoływania zostają usunięte w procesie utrwalania (rozpuszczone w utrwalaczu - najczęściej tiosiarczan sodu).

30 Niektóre sole srebra Dobrze rozpuszczalną solą srebra jest AgNO3 (lapis), stosowany czasem jako antyseptyk i przyżegacz.. rozpuszczalna solą jest octan srebra. Do nierozpuszczalnych należy zaliczyć węglan Ag2CO3 (Siarczan srebra Ag2SO4 rozpuszcza się dość słabo w wodzie (około 1%), dość dobrze biały) i fosforan (żółty) Ag3PO4, które wypadają z roztworu AgNO3 po dodaniu węglanu czy fosforanu sodowego.

31 Zastosowanie srebra Jest najlepszym przewodnikiem elektryczności spośród metali Zastosowanie srebra jest duże. W stopach z miedzią służy do wyrobu monet, ozdobnych przedmiotów, nakryć stołowych.. Związki srebra stosuje się do otrzymywania materiałów światłoczułych.

32 Wydobywanie srebra w New South Wales,Australia

33 Złoto Liczba atomowa 79 Liczba masowa 196,96 Znane są jego 32 izotopy, w tym 1 trwały: 197Au.

34 Trochę historii Nie jest znana dokładna data odkrycia złota, ponieważ pierwiastek ten znany był już w czasach starorzytnych. Złoto znane jest już od 6000 lat. Stosunek ludzi do złota zmieniał się na przestrzeni wieków i w różnych miejscach na świecie. W starożytności złoto uznawano za najszlachetniejszy metal ze względu na trwałość i walory estetyczne. Przez wieki używano go jako środka płatniczego oraz doskonały materiał w jubilerstwie. Obecnie w wielu krajach rozwiniętych złoto uważane jest wyłącznie za ozdobę. Jednak na Bliskim Wschodzie i w dużej części Azji złota biżuteria traktowana jest również jako dobra lokata kapitału. Niegdyś, ze względu na rzadkość występowania złota, na jego posiadanie mogli sobie pozwolić jedynie najbogatsi. Sytuacja zmieniła się po odkryciu złóż w Ameryce i Australii, w rezultacie, czego złoto stało się dostępne prawie dla każdego.

35 Stolicą branży złotniczej stały się wówczas Włochy - potęga w produkcji złotej biżuterii. Trendy w biżuterii złotej zmieniały się na przestrzeni wieków równie często jak w modzie.. Złotnicy wciąż obserwują otaczający świat i próbują wychwycić zmieniające się upodobania klientów oraz stworzyć kolekcje nowoczesne i niepowtarzalne. W średniowieczu alchemicy uważali, że złoto jest najdoskonalszym połączeniem żywiołu topliwości (rtęci) i palności (siarki); przez zmianę tych żywiołów pragnęli zamienić w złoto metale nieszlachetne.

36 Wydobycie złota Najczęstsze metody wydobycia: flotacja, a, amalgamacja (ekstrakcja rtęcią), metoda cyjankowa (ługowanie cyjankiem potasu). Sposoby wytapiania i oczyszczania złota znane są od starożytności. Wszystkie związki złota są nietrwałe, w podwyższonej temperaturze rozpadają się uwalniając metal. Oceany świata zawierają miliardy ton czystego złota, jest ono jednak zbyt rozproszone i występuje w zbyt małych stężeniach, by mogło mieć jakiekolwiek znaczenie praktyczne. Z miliona ton wody morskiej można by wydzielić tylko kilka gramów złota. Metal ten wydobywa się wyłącznie z jego złóż. Najprostszą metodą otrzymywania złota jest szlamowanie. Metoda odkrywkowa polega na wydobywaniu złota bezpośrednio z bogatych złóż rodzimego złota lub jego minerałów.

37 Otrzymywanie srebra i złota Z urobku górniczego zawierającego, te metale w stanie rodzimym, a także z urobku zawierającego argentyt Ag 2 S i srebro rogowe AgCl,, polega na przeprowadzeniu tych metali w kompleksowe związki cyjankowe dobrze rozpuszczalne w wodzie i następnie wydzieleniu metali z roztworu. 4Ag + 8NaCN + 2H 2 O + O 2 = 4Na [Ag(CN) 2 ] + NaOH Ag 2 O + 4NaCN = 2Na[Ag(CN) 2 ] + Na 2 S AgCl + 2NaCN = Na[Ag(CN) 2 ] + NaCl

38 oraz Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software 2Au + 8NaCN + 2H 2 O + O 2 = 4Na[Au(CN) 2 ] + 4NaOH Z roztworów cyjankowych srebro i złoto strąca się Działaniem cynku 2Na[Ag(CN) 2 ] + Zn = 2Ag + Na 2 [Zn(CN) 4 ] 2Na[Au(CN) 2 ] + Zn = 2Au + Na 2 [Zn(CN) 4 ]

39 Występowanie złota Największe złoża złota znajdują się w południowej części Afryki i w Ameryce Płn. W przyrodzie złoto występuje w postaci rozproszonej, w skałach,, wodach rzek i oceanów (w ilości ok mg/t). Najważniejszymi minerałami są: złoto rodzime, zawierające domieszki srebra i miedzi, montbrayit Au2Te3, sylvanit AuAgTe 4 i in. Złoto jest rzadko występującym pierwiastkiem w przyrodzie. Występuje głównie w postaci rodzimej, ale tworzy też minerały np. sylwanit AuAgTe 4. Zajmuje on pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej 73 miejsce (procenty wagowe). Pierwiastek ten nie występuje w stanie wolnym. Najczęściej towarzyszy rudom cynku. Duże złoża kadmu występują na Śląsku. Pierwiastek ten stanowi % wagowego skorupy ziemskiej i zajmuje 62 miejsce pod względem rozpowszechnienia.

40 Właściwości chemiczne W związkach chemicznych występuje na +1 i +3 stopniu utlenienia, sporadycznie także na -1, +5, +7. Jest mało aktywne chemicznie, w temperaturze pokojowej wykazuje odporność na działanie większości kwasów. Rozpuszcza się w wodzie królewskiej Au + 4HCl + HNO 3 HAuCl 4 + NO + 2H 2 O i in. mieszaninach niektórych kwasów (np. siarkowego(vi) ) i azotowego(v)) oraz w roztworze cyjanku potasu (w obecności utleniaczy).

41 Związki złota Złoto tworzy związki na stopniach utlenienia I i III. W odróżnieniu od większości metali, nie reaguje z tlenem i nie tworzy trwałego tlenku. Najbardziej znane związki złota to chlorek złota, AuCl3 i kwas chlorozłotowy,, HAuCl4. Związki te zawierają jon Au 3+. Chlorek złota otrzymuje się w wyniku reakcji między złotem a gorącym chlorem: 2Au + 3Cl2 ---> > 2AuCl3 (złoto + chlor ---> chlorek złota) Do ważniejszych związków złota należą: AuCl, Au2S, AuCl3, Au(OH)3, Au2O3, Au2S3, HAuCl4, AuCN,, AuF5, AuF7. Tworzy liczne związki kompleksowe, np.na[au(cn)2], K[AuCl4].

42 Samorodki złota Umownie za samorodek złota uważa się już grudkę, która jest większa od główki zapałek. Największy samorodek świata znaleziono w brazylijskim Gongo Soco.. Ważył aż 193kg. Bryła z Chile miała 153 kg, a samorodki z Australii (stan Wiktoria): 96, 84, 69 i 68kg.

43 Zastosowanie Złoto wykorzystuje się w jubilerstwie i do produkcji monet. Metalu tego używa się także do barwienia szkła. Znalazło zastosowanie również w elektronice i medycynie. Jego promieniotwórcze izotopy stosowane są jako znaczniki. Było i jest ono używane do wyrobu biżuterii, przyrządów precyzyjnych, leków przeciwreumatycznych. Służy do barwienia szkła i porcelany oraz złocenia w kąpielach galwanicznych, znajduje ponadto zastosowanie w technice fotograficznej i stomatologii. Złoto jest podstawą światowego systemu monetarnego. Czysty metal prawie nie ma zastosowania, gdyż jest zbyt miękki. Wyroby jubilerskie sporządza się ze stopów, w których zawartość czystego metalu określa tzw. próba.

44 Złoto

45 Ciekawostki W starożytności alchemicy próbowali zamienić przy pomocy tzw. "kamienia filozoficznego" pospolite metale, takie jak ołów, żelazo, w złoto.. Złoto białe to stop złota najczęściej z platyną (niklem, palladem). Zielone złoto - najwięcej czternastokaratowy stop złota ze srebrem lub srebrem i kadmem. Imitacja złota - tombak to stop miedzi i cynku (czasem też arsenu) w odpowiednich proporcjach. W 1995 światowa produkcja złota wyniosła 1929 t, z czego ok. 60% pochodziło z RPA (głównie z kopalni w okolicach Johannesburga). Drugim światowym producentem złota jest Rosja, gdzie główne regiony wydobycia zlokalizowane są: w górnej części dorzecza Kołymy,, nad dopływami Amuru i Ussuri na Zabajkalu,, na Półwyspie Czukockim i w centralnej. Złoto jest pierwiastkiem stosunkowo rzadkim. Milion ton ziemi zawiera średnio ok. 5kg czystego złota. Złoto nie jest jednak równomiernie rozmieszczone w skorupie ziemskiej, lecz tworzy nieliczne, dość bogate złoża. Ocenia się, że z istniejącego na świecie złota można by wykonać sześcian o długości krawędzi ok. 10 m.

46 Srebro Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software

47 UWAGA! Jeśli masz trochę zaskórniaków możesz kupić porządną działkę. W 1996 r. na Dolnym Śląsku wytyczono 33 działki złotonośne (każda ok. 96 km kw.). Pierwsze koncesje na poszukiwanie i rozpoznawanie złóż złota otrzymały koncerny górnicze z Irlandii, Australii i Ameryki Pn. Rozmiar zainteresowania polskim złotem jest proporcjonalny do cen tego kruszcu na światowych giełdach, a te w ostatnich latach mocno spadły. Pod koniec 2000 roku z działki w Złotym Stoku zrezygnowała KGHM Polska Miedź SA, która już od 1994 r. odzyskuje z rud miedzi, występujących w rejonie Lubina i Polkowic,, około pół tony złota rocznie.