Металлы I группы побочной подгруппы (Cu, Ag, Au)

Медь, серебро и золото – эти металлы были в числе первых, освоенных человеком. Из них чеканили монеты, изготовляли предметы домашнего обихода, орудия труда и украшения.

Со временем серебро и особенно золото стали универсальным мерилом материальных ценностей. Получение золота из других металлов составляло предмет алхимии – ярчайшей страницы в истории человеческой мысли, давшей начало современной химии. С тех пор жизнь людей почти до неузнаваемости изменилась, а золото по-прежнему является символом богатства и эталоном ценности…

Медь

Медь
Медь

Латинское наименование меди – Cuprum – происходит от названия острова Кипр, где уже в III в до н.э. существовали медные рудники. Русское «медь», вероятно, восходит к слову «смида», обозначавшему металл у древних германцев.

Хоть медь иногда встречается в природе в виде самородков (самый большой из найденных весил 420 т), основная её часть входит в состав сульфидных руд, например халькопирита CuFeS2. Реже встречается минерал малахит – зеленый основной карбонат меди (CuOH)2CO3.

В первых металлургических процессах использовались не сульфидные руды, а именно малахит, не требующий предварительного обжига. Восстановительную плавку проводили в глиняных сосудах, заполненных рудой и углем и помещенных в небольшую яму. Оксид углерода (II), образуется при неполном сгорании угля, восстанавливая малахитовую руду:

2CO + (CuOH)2CO3 → 3CO2 + 2Cu + H2O.

Развивающаяся при этом температура (1100 – 1200оС) позволяет получить расплавленную медь (tпл = 1083оС).

Медь весьма мягкий металл, поэтому начиная с III тысячелетия до н.э. на смену медным изделиям стали приходить бронзовые – более твёрдые и прочные. Скорее всего, бронзу (сплав меди с оловом) впервые получили случайно, при обработке руды, содержащей оба металла. На протяжении двух тысяч лет (до начала I тысячелетия до н.э.) бронза являлась основным материалом для производства орудий труда. Археологи называют эту эпоху бронзовым веком.

Малахит
Малахит

Чистая медь очень хорошо проводит электрический ток, уступая в этом лишь серебру, поэтому из нее делают провода. Сплав меди с никелем – константан (60% Cu,40% Ni), напротив, отличается высоким сопротивлением – он служит основой реостатов. Бронзы (90% Cu, 10% Sn) и латуни (20 – 80% Cu, остальное Zn) твёрже меди, стойки к окислению, обладают малым коэффициентом трения. Они используются в химическом машиностроении и для изготовления подшипников, шестерен, редукторов. Нейзильбер — сплав состава 50% Cu, 25% Zn, 25% Ni – применяется в производстве медицинского оборудования и в ювелирном деле. Медно-никелевый сплав мельхиор (80% Cu, 20% Ni) идет на изготовление медицинских инструментов, монет, посуды.

Медь применяют в гальванопластике – получении точных металлических копий различных предметов путем электролитического осаждения  металла на поверхности гипсовой формы.

Ежегодно в мире выплавляют приблизительно 10 млн тонн меди, и потребность в этом металле постоянно возрастает.

В отличие от своих соседей по подгруппе – серебра и золота,- медь непосредственно реагирует с кислородом. При нагревании на воздухе изделия чернеют, покрываясь слоем оксида меди (II) CuO. А при температуре свыше 1000оС образуется другой оксид – Cu2O.

Находясь долгое время на воздухе, медь покрывается плёнкой малахита, образующегося по реакции 2Cu + O2 + H2O + CO2 = (CuOH)2CO3. Именно этому веществу обязаны своим цветом бронзовые памятники и старые крыши городов Западной Европы.

В ряду напряжений медь стоит правее водорода, поэтому реагирует только с кислотами-окислителями: азотной, концентрированной серной. Исключение составляет йодоводородная кислота, которая вступает в реакцию с медью с выделением водорода и образованием очень устойчивого комплекса меди (I) H[CuI2].

Пожалуй, самое известное соединение меди – медный купорос, или пятиводный сульфат меди (II), CuSO4∙5H2O. В древности это вещество получали при кристаллизации растворов, образующихся в медных рудниках во время дождя. Медный купорос применяли для чернения кожи, в медицине, производстве окрашенных стекол. В наше время медный купорос используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, вытеснив значительно более ядовитую соль 3Cu(AsO2)2∙Cu(CH3COO)2 – швейнфуртскую зелень.

Медь играет важную роль в процессах жизнедеятельности организмов – она входит в состав некоторых ферментов, участвующих в реакциях окисления органических соединений. Медьсодержащий фермент цитохромоксидаза катализирует процессы тканевого дыхания. Белки, в состав которых входит медь, оказывают влияние на углеводный обмен, синтез жиров, образование витаминов Р и В. Ежедневная потребность меди для человека составляет около 2 -3 мг. Особенно богаты этим элементом молоко и дрожжи. Однако в больших количествах соединения меди вредны: приём внутрь 2 г медного купороса может привести к смерти.

Серебро

Серебро в слитках
Серебро в слитках

Латинское название серебра – Argentum – связано с цветом этого металла; оно восходит к греческому «аргос» — «белый», «блестящий». Русское слово «серебро», как считают учёные, происходит от слова «серп» (серп луны). Блеск серебра напоминает таинственное лунное сияние и алхимикам, использовавшим в качестве символа элемента знак луны.

Древнейшие серебряные изделия, обнаруженные в Передней Азии, датируются V тысячелетием до н.э. Они изготовлены из самородного серебра. Часто такие самородки окрашены в светло-желтый цвет, так как представляют собой не чистое серебро, а сплав с золотом (греки называли его «электрон»). Находки серебряных самородков чрезвычайно редки, поэтому неудивительно, что вплоть до конца I тысячелетия до н.э. серебро стоило дороже остальных металлов, даже золота. Ситуация изменилась лишь после того, как примерно в VI в. до н.э. древние умельцы освоили процесс выделения серебра из свинцовых руд.

Некоторые свинцовые сульфидные руды, например галенит PbS, содержат значительные примеси сульфида серебра Ag2S. При обжиге такой руды на воздухе PbS переходит в оксид Pb3O4, а серебро выделяется в свободном виде:

Ag2S + O2 = 2Ag + SO2↑.

В наши дни основную массу серебра также получают при переработке свинцово-цинковых  и медных руд. Часто такая руда содержит всего 0,15 – 0,25% Ag. Выплавленный из свинцово-цинковой руды жидкий металл разделяется на два слоя: в нижнем содержится свинец, а в верхнем – цинк с примесью серебра. При нагревании этого слоя летучий цинк отгоняется в виде паров, а серебро остается.

Серебро – блестящий, серебристо-белый металл (tпл = 962оС), ковкий и пластичный, легко поддающийся обработке, лучший среди металлов проводник тепла и электричества. В старину из него изготовляли монеты, вазы, кубки, ювелирные изделия, тончайшими серебряными пластинами украшали ларцы и одеяния. На Руси из серебра делали церковные сосуды, оклады икон. В настоящее время применение серебра не ограничивается ювелирным делом – оно идет на производство зеркал, электрических контактов, аккумуляторов, используется в стоматологии.

Серебряная посуда
Серебряная посуда

Серебро не окисляется кислородом, однако, по словам Плиния Старшего, «тускнеет от лечебных вод и от солёных ветров», покрываясь чёрным слоем сульфида серебра:

4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O.

В ряду напряжений серебро стоит правее водорода, поэтому оно взаимодействует лишь с кислотами-окислителями, легче всего – с азотной кислотой:

Ag + 2HNO3(конц) = AgNO3 + NO2↑ + H2O

Нитрат серебра (ляпис) прекрасно растворим в воде и является исходным веществом для получения других соединений серебра. При 209оС он плавится, а при нагревании до 300оС разлагается, образуя серебро: 2AgNO3 = 2Ag + 2NO2↑ + O2↑. Ляпис оказывает на кожу прижигающее и вяжущее действие, его используют в медицине в виде ляписных карандашей.

Гидроксид серебра AgOH является сильным основанием, однако, он настолько неустойчив, что при действии на раствор AgNO3 щёлочи выпадает не AgOH, а бурый осадок оксида Ag2O. Бесцветный раствор, образующийся при взаимодействии Ag2O с раствором аммиака: Ag2O + 2NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH, уже в XVII в. использовали для серебрения зеркал.

В 1727 г. немецкий учёный И.Г.Шульце обнаружил, что некоторые соли серебра, например хлорид AgCl, на свету разлагаются с образованием металла. Еще легче этому подвержены AgI и AgBr – они входили в состав эмульсии чёрно-белой фотопленки.

Замечено, что болезнетворные бактерии в воде погибают уже при содержании в ней серебра 10-9 г/л – такая концентрация ионов Ag+ создаётся при внесении в воду серебряных предметов.

Золото

Золотой самородок
Золотой самородок

Еще в глубокой древности золотистый цвет металла ассоциировался в сознании людей с цветом солнца. Так, по одной из версий, русское название металла происходит от слова «солнце». Латинское название элемента (Aurum) в переводе означает «жёлтый».

Золото, не изменяющееся при хранении на воздухе, не поддающееся ржавлению, являлось символом вечности. Алхимики называли его царем металлов, совершеннейшим из всех веществ. Превращение неблагородным металлов в золото было заманчивой мечтой многих средневековых ученых. Интересно, что сегодня это превращение стало возможным с помощью ядерных реакций, однако искусственное золото оказывается намного дороже природного. Образец такого золота, полученный при облучении нейтронами изотопа ртути 196Hg, хранится в Чикаго в Музее науки и промышленности. Алхимики удивились бы еще сильней, узнай они, что само золото в ядерных реакциях служит сырьем для получения изотопов франция и астата – элементов, которых практически нет в природе.

Золото представляет собой золотисто-желтый металл (tпл = 1064оС), настолько мягкий и пластичный, что легко раскатывается в тончайшую фольгу, которую можно растереть в порошок. «Золото через свой изрядно жёлтый цвет и блещущую светлость от прочих металлов отлично», — писал о нем М.В.Ломоносов.

В природе золото встречается в виде мелких зёрен, перемешанных с песком или гравием – продуктами разрушения золотоносных пород. Правда, иногда находят и крупные самородки – массой несколько десятков килограммов.

Древние египтяне выделяли золото из золотоносных жил, пронизывающих кварцевые породы. Многократно раскаляя скалу в огне и обливая ее холодной водой, люди дробили камень, затем толкли его в ступах, мололи и лишь после этого промывали водой, раскладывая на наклонной плоскости. Отмытое золото сплавляли в слитки. Во времена Древнего Рима главным поставщиком золота была Испания, где его вымывали из земли, извлекаемой из рудников.

Золотая маска Тутанхамона
Золотая маска Тутанхамона

Добычу золота в Средние века подробно описал немецкий ученый Георг Агрикола. Золотоносную руду перемалывали в муку и перемешивали в специальных бочках, на дне которых находилась ртуть. Ртуть смачивала и частично растворяла золото с образованием амальгамы. Её отделяли от остальной породы и разлагали нагреванием. Ртуть при этом улетучивалась, а золото оставалось в перегонном аппарате.

С XIX в. для извдечения драгоценного металла стали применять цианистый метод: на воздухе золото взаимодействует с раствором цианида натрия, образуя комплексную соль – дицианоаурат (I) натрия:

4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH,

а при обработке такого раствора цинком выделяется в свободном виде:

2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Au↓.

Сегодня золотоносными считаются породы с содержанием золота более 0,0001%. Ученые установили, что некоторые микроорганизмы способны поглощать золото. На этом открытии основан перспективный биохимический метод извлечения золота из отвальных пород.

Около половины производимого в мире золота используется в ювелирном деле. Ювелиры никогда не работают с чистым металлом, ведь он настолько мягок, что легко царапается и деформируется. Золото, содержащее примеси других металлов – меди, серебра, железа, — часто имеет тот или иной цветовой оттенок: от жёлтого и красновато-коричневого до розоватого или даже зеленоватого.

Благодаря высокой электропроводности и химической инертности золото активно используется в современной технике: тонким слоем этого металла покрывают контакты, электронагреватели, корпусы часов. На изготовление американского космического корабля «Колумбия» было израсходовано около 40 кг золота.

Еще одна область применения этого металла – медицина. В конце XIX в. немецкий микробиолог Роберт Кох обнаружил, что тетрацианоаурат (III) калия K[Au(CN)4] прекращает рост туберкулезных бактерий, а с 20-х гг. XX в. препараты золота, например санокризин Na3[Au(S2O3)2]∙2H2O, стали применять для лечения туберкулёза, артрита, а также в качестве противоспалительного средства.

Золото необычайно устойчиво к действию большинства окислителей: оно не реагирует с кислородом и не вытесняет водород из кислот. Однако говорить о полной инертности золота неверно: о его способности взаимодействовать с царской водкой знали уже алхимики. Наиболее традиционным методом окисления золота является обработка золотой фольги хлором в среде концентрированной соляной кислоты: 2Au + 3Cl2 + 2HCl = 2H[AuCl4]. Из образующейся при этом золотохлороводородной кислоты получают другие соединения золота. Все они легко могут быть восстановлены до металла.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Медь»  МЕДЬ.docx (15 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Золото»  Золото.docx (19 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Золото и его переработка» Золото-и-его-переробка.docx (16 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Серебро» СЕРЕБРО.docx (17 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *