Мед - биология и химия
Мед (лат. Cuprum), Cu (чете се "купрум"), химичен елемент от I група на периодичната система на Менделеев, атомен номер 29, атомна маса 63,546.
Естествената мед се състои от два стабилни нуклида 63Cu (69,09% от теглото) и 65Cu (30,91%). Конфигурацията на двата външни електронни слоя на неутралния меден атом е 3s2p6d104s1. Образува съединения в степени на окисление +2 (валентност II) и +1 (валентност I), много рядко показва степени на окисление +3 и +4.
В периодичната система на Менделеев медта се намира в четвъртия период и е включена в група IB, която включва такива благородни метали като сребро (Ag) и злато (Au).
Радиусът на неутралния меден атом е 0,128 nm, радиусът на йона Cu+ е от 0,060 nm (координационно число 2) до 0,091 nm (координационно число 6), радиусът на йона Cu2+ е от 0,071 nm (координационно число 2) до 0,087 nm (координационно число 6). Енергия на последователна йонизация на меден атом 7,726; 20,291; 36,8; 58,9 и 82,7 eV. Електронен афинитет 1,8 eV. Работната работа на електрона е 4,36 eV. Според скалата на Полинг електроотрицателността на медта е 1,9; медта е един от преходните метали. Стандартният електроден потенциал Cu/Cu2+ е 0,339 V. В серията стандартни потенциали медта е разположена вдясно от водорода (H) и не измества водорода от вода или киселини.
Простото вещество мед е красив розово-червен пластичен метал.
Име: латинското наименование на медта идва от името на остров Кипър (Cuprus), където в древността се е добивала медна руда; няма еднозначно обяснение за произхода на тази дума в българския език.
Физични и химични свойства: кристалната решетка на металната мед е лицево-центрирана кубична, параметърът на решетката a = 0,36150 nm. Плътност 8,92 g/cm3, точка на топене 1083,4°C, точка на кипене 2567°C. МедСред всички останали метали той има една от най-високите топлопроводимости и едно от най-ниските електрически съпротивления (при 20°C съпротивлението е 1,68 10–3 Ω m).
В суха атмосфера медта практически не се променя. Във влажен въздух върху медната повърхност се образува зеленикав филм със състав Cu(OH)2·CuCO3 в присъствието на въглероден диоксид. Тъй като във въздуха винаги има следи от серен диоксид и сероводород, повърхностният филм върху металната мед обикновено съдържа съединения на меден сулфид. Такъв филм, който се появява с течение на времето върху продуктите от мед и неговите сплави, се нарича патина. Патината предпазва метала от по-нататъшно разрушаване. За да се създаде "люспа от древността" върху предметите на изкуството, върху тях се нанася слой мед, който след това се патинира специално.
При нагряване на въздух медта потъмнява и накрая почернява поради образуването на оксиден слой на повърхността. Първо се образува оксид Cu2O, след това оксид CuO.
Червеникаво-кафяв меден (I) оксид Cu2O, когато се разтвори в хидробромо- и йодна киселина, образува съответно меден (I) бромид CuBr и меден (I) йодид CuI. Когато Cu2O реагира с разредена сярна киселина, се образуват мед и меден сулфат:
Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O.
При нагряване във въздух или в кислород Cu2O се окислява до CuO, при нагряване в поток от водород се редуцира до свободен метал.
Черен оксид на мед (II) CuO, подобно на Cu2O, не реагира с вода. Когато CuO взаимодейства с киселини, се образуват медни (II) соли:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Когато се слее с основи, CuO образува купрати, например:
CuO + 2NaOH = Na2CuO2 + H2O
Нагряването на Cu2O в инертна атмосфера води до реакцията на диспропорциониране:
Такиваредуциращи агенти като водород, метан, амоняк, въглероден окис (II) и други редуцират CuO до свободна мед, например:
CuO + CO = Cu + CO2.
В допълнение към медните оксиди Cu2O и CuO се получава и тъмночервен меден (III) оксид Cu2O3, който има силни окислителни свойства.
Медта реагира с халогени, например, когато се нагрява, хлорът реагира с мед, за да образува тъмнокафяв CuCl2 дихлорид. Има също меден дифлуорид CuF2 и меден дибромид CuBr2, но не и меден дийодид. Както CuCl2, така и CuBr2 са силно разтворими във вода, докато медните йони са хидратирани и образуват сини разтвори.
Когато CuCl2 реагира с метален меден прах, се образува безцветен, неразтворим във вода меден хлорид (I) CuCl. Тази сол лесно се разтваря в концентрирана солна киселина и се образуват комплексни аниони [CuCl2]–, [CuCl3]2– и [CuCl4]3–, например поради процеса:
CuCl + НCl = H[CuCl2]
Когато медта се слее със сяра, се образува Cu2S сулфид, който е неразтворим във вода. Меден (II) сулфид CuS се утаява, например, когато сероводородът преминава през разтвор на медна (II) сол:
H2S + CuSO4 = CuS + H2SO4
Медта не реагира с водород, азот, графит, силиций. При контакт с водород медта става крехка (т.нар. "водородна болест" на медта) поради разтварянето на водорода в този метал.
В присъствието на окислители, предимно кислород, медта може да реагира със солна киселина и разредена сярна киселина, но не се отделя водород:
2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.
С азотна киселина с различни концентрации медта реагира доста активно, с образуването на меден (II) нитрат и се отделят различни азотни оксиди. Например с 30% азотна киселина реакцията на медта протича по следния начин:
3Cu + 8HNO3= 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
С концентрирана сярна киселина медта реагира при силно нагряване:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O.
От практическо значение е способността на медта да реагира с разтвори на железни (III) соли и медта преминава в разтвор, а желязото (III) се редуцира до желязо (II):
2FeCl3 + Cu = CuCl2 + 2FeCl2
Този процес на ецване на мед с железен (III) хлорид се използва по-специално, ако е необходимо, за отстраняване на слой мед, напръскан върху пластмаса на определени места.
Медните йони Cu2+ лесно образуват комплекси с амоняк, например [Cu(NH3)]2+. Когато ацетилен С2Н2 преминава през амонячни разтвори на медни соли, се утаява меден карбид (по-точно ацетиленид) CuC2.
Медният хидроксид Cu(OH)2 се характеризира с преобладаване на основни свойства. Той реагира с киселини, за да образува сол и вода, например:
Сu(OH)2 + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + 2H2O.
Но Cu (OH) 2 също реагира с концентрирани алкални разтвори и се образуват съответните купрати, например:
Сu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4]
Ако целулозата се постави в разтвор на меден амоняк, получен чрез разтваряне на Cu (OH) 2 или основен меден сулфат в амоняк, тогава целулозата се разтваря и се образува разтвор на меден амонячен комплекс от целулоза. От този разтвор могат да се получат медно-амонячни влакна, които се използват в производството на ленени трикотажни изделия и различни тъкани.
2FeS + 3O2 + 2SiO2 = 2FeSiO3 + 2SO2
В същото време медният (I) сулфид Cu2S се окислява:
2Cu2S + 3О2 = 2Cu2О + 2SO2
Образуваният на този етап Cu2O реагира допълнително с Cu2S:
2Cu2О + Cu2S = 6Cu + SO2
Приложение: смята се, че медта е първият метал, който човекът се е научил да обработва иизползвайте за вашите нужди. Медни предмети, намерени в горното течение на река Тигър, датират от десетото хилядолетие пр.н.е. По-късно широкото използване на медни сплави определя материалната култура на бронзовата епоха (края на 4-то - началото на 1-во хилядолетие пр.н.е.) и впоследствие съпътства развитието на цивилизацията на всички етапи. Медта и тя са били използвани за производството на съдове, прибори, бижута, различни арт продукти. Ролята на бронза беше особено голяма.
От 20-ти век основното използване на медта се дължи на високата й електропроводимост. Повече от половината от добитата мед се използва в електротехниката за производството на различни проводници, кабели, проводящи части на електрическо оборудване. Благодарение на високата си топлопроводимост, медта е незаменим материал за различни топлообменници и хладилно оборудване. Медта се използва широко в галванопластиката - за нанасяне на медни покрития, за получаване на тънкостенни изделия със сложна форма, за изработване на клишета в печата и др.
От голямо значение са медните сплави - месинг (основната добавка е цинк (Zn)), бронз (сплави с различни елементи, главно метали - калай (Sn), алуминий (Al), берилий (Be), олово (Pb), кадмий (Cd) и други, с изключение на цинк (Zn) и никел (Ni)) и медно-никелови сплави, включително мелхиор и никел. В зависимост от марката (състава) сплавите се използват в различни области на техниката като конструкционни, антикорозионни, устойчиви на корозия материали, както и като материали с определена електрическа и топлопроводимост.