Von wem und wann wurde erstmals Kupfer gewonnen?, Gold?…. Wann wurde Kupfer zum ersten Mal verwendet? Historische Informationen über Kupfer

Historische Informationen über Kupfer, chemische und physikalische Eigenschaften; Anwendung in der Medizin und in der Volkswirtschaft. Kupfer ist das erste Metall, das mehrere Jahrtausende v. Chr. zum ersten Mal vom Menschen verwendet wurde. Weichmetall, Element der Gruppe 11.

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1. Historische Informationen über Kupfer

2. Physikalische Eigenschaften von Kupfer. Anwendung in der Medizin und in der Volkswirtschaft

3. Chemische Eigenschaften von Kupfer

Referenzliste

1. Historische Informationen über Kupfer

Kupfer ist das erste Metall, das erstmals in der Antike, mehrere Jahrtausende vor Christus, von Menschen verwendet wurde. Die ersten Kupferwerkzeuge wurden aus nativem Kupfer hergestellt, was durchaus üblich ist. Der größte Kupferklumpen wurde in den Vereinigten Staaten gefunden, er hatte eine Masse von 420 Tonnen.

Da Kupfer jedoch ein weiches Metall ist, konnte Kupfer in der Antike Steinwerkzeuge nicht verdrängen. Erst als der Mensch lernte, Kupfer zu schmelzen und Bronze (eine Legierung aus Kupfer und Zinn) erfand, ersetzte Metall den Stein. Die weit verbreitete Verwendung von Kupfer begann im 4. Jahrtausend v. e.

KUPFER - ein Element der 11. Gruppe des Periodensystems, eine Dichte von 8,9 g cm -3, eines der ersten Metalle, die es geworden sind dem Menschen bekannt. Es wird angenommen, dass Kupfer um 5000 v. Chr. verwendet wurde. Kupfer kommt in der Natur nur selten als Metall vor. Aus Kupfernuggets wurden, möglicherweise mit Hilfe von Steinäxten, die ersten Metallwerkzeuge hergestellt. Die Indianer, die an den Ufern des Sees lebten. Obere (Nordamerika), wo es sehr reines natives Kupfer gibt, waren die Methoden seiner Kaltverformung vor Kolumbus bekannt.

Um 3500 v. Chr Im Nahen Osten lernte man, Kupfer aus Erzen zu gewinnen, es wurde durch Reduktion mit Kohle gewonnen. Auch im alten Ägypten gab es Kupferminen. Es ist bekannt, dass die Blöcke für die berühmte Cheopspyramide mit einem Kupferwerkzeug bearbeitet wurden.

Um 3000 v In Indien, Mesopotamien und Griechenland wurde Zinn hinzugefügt, um härtere Bronze zu Kupfer zu verhütten. Die Entdeckung von Bronze mag zufällig geschehen sein, aber ihre Vorteile gegenüber reinem Kupfer brachten diese Legierung schnell in den Vordergrund. Damit begann die Bronzezeit.

Assyrer, Ägypter, Hindus und andere Völker der Antike hatten Produkte aus Bronze. Alte Meister lernten jedoch erst im 5. Jahrhundert v. Chr., Statuen aus massiver Bronze zu gießen. BC. Um 290 v. Chr Chares schuf zu Ehren des Sonnengottes Helios den Koloss von Rhodos. Er hatte eine Höhe von 32 m und stand über der Einfahrt zum Binnenhafen des antiken Hafens der Insel Rhodos in der östlichen Ägäis. Die riesige Bronzestatue wurde 223 n. Chr. durch ein Erdbeben zerstört.

Die Vorfahren der alten Slawen, die im Donbecken und in der Dnjepr-Region lebten, verwendeten Kupfer zur Herstellung von Waffen, Schmuck und Haushaltsgegenständen. Das russische Wort "Kupfer" stammt laut einigen Forschern vom Wort "Mida", das unter den alten Stämmen, die Osteuropa bewohnten, Metall im Allgemeinen bedeutete.

Das Symbol Cu stammt vom lateinischen aes cyproum (später Cuprum), da sich die Kupferminen der alten Römer auf Zypern (Zypern) befanden.

Der relative Gehalt an Kupfer in der Erdkruste beträgt 6,8 x 10 -3 %. Natives Kupfer ist sehr selten. Normalerweise liegt das Element in Form von Sulfid, Oxid oder Carbonat vor. Die wichtigsten Kupfererze sind Chalkopyrit CuFeS 2 , der Schätzungen zufolge etwa 50 % aller Vorkommen dieses Elements ausmacht, Kupferglanz (Chalkozit) Cu 2 S, Cuprit Cu 2 O und Malachit Cu 2 CO 3 (OH ) 2 . In verschiedenen Teilen Nord- und Südamerikas, in Afrika und auf dem Territorium unseres Landes wurden große Kupfererzvorkommen gefunden. Im 18.-19. Jahrhundert. In der Nähe des Onegasees wurde einheimisches Kupfer abgebaut, das an die Münzstätte in St. Petersburg geschickt wurde. Die Entdeckung kommerzieller Kupfervorkommen im Ural und in Sibirien ist mit dem Namen Nikita Demidov verbunden. Er war es, der 1704 auf Anordnung von Peter I. begann, Kupfergeld zu prägen.

2. Physikalische Eigenschaften von Kupfer. Anwendung in Medizin und Volkskunde x Über Wirtschaft

Kupfer ist ein schweres rosarotes Metall, weich und formbar, sein Schmelzpunkt beträgt 1083 ° C, es ist ein ausgezeichneter Leiter für elektrischen Strom und Wärme, die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer ist 1,7-mal höher als die von Aluminium und 6-mal höher als die von Eisen .

Kupfer ist ein duktiles, rosarotes Metall mit metallischem Glanz; dünne Kupferschichten haben eine grünlich-blaue Farbe, wenn sie durchscheinend sind. Es kristallisiert in einem kubisch flächenzentrierten Gitter mit metallischer chemischer Bindung. Es hat eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, die in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit nur von Silber übertroffen wird. Schmelzpunkt 1083°C, Siedepunkt 2567°C, Dichte 8,92 g/cm 3 .

An der Luft überzieht sich Kupfer mit einem dichten grüngrauen Film aus basischem Karbonat, der es vor weiterer Oxidation schützt.

Im Alltag haben wir ständig mit Kupfer und seinen Legierungen zu tun: Wir schalten einen Computer oder eine Tischlampe ein – Strom fließt durch Kupferdrähte, wir verwenden Metallgeld, das sowohl gelb als auch weiß aus Kupferlegierungen besteht . Einige Häuser sind mit Bronzegegenständen geschmückt, Utensilien sind aus Kupfer. Dabei ist Kupfer bei weitem nicht das häufigste Element in der Natur: Der Kupfergehalt in der Erdkruste beträgt 0,01 %, womit es unter allen Elementen nur den 23. Platz belegt.

Metall wird hauptsächlich als Leiter für elektrischen Strom verwendet. Außerdem wird Kupfer in Münzlegierungen verwendet, weshalb es auch oft als „Münzmetall“ bezeichnet wird. Es findet sich auch in traditioneller Bronze (Kupferlegierungen mit 7-10 % Zinn) und Messing (Kupfer-Zink-Legierung) und Speziallegierungen wie Monel (Nickel-Kupfer-Legierung). Metallbearbeitungswerkzeuge aus Kupferlegierungen funken nicht und können in Sprengwerkstätten eingesetzt werden. Legierungen auf Kupferbasis werden zur Herstellung von Blasinstrumenten und Glocken verwendet.

Die heilende Wirkung von Kupfer ist seit langem bekannt. Die Alten glaubten, dass die heilende Wirkung von Kupfer auf seinen schmerzstillenden, fiebersenkenden, antibakteriellen und entzündungshemmenden Eigenschaften beruht. Schon Avicenna und Galen beschrieben Kupfer als Heilmittel, und Aristoteles zog es unter Hinweis auf die allgemein stärkende Wirkung von Kupfer auf den Körper vor, mit einer Kupferkugel in der Hand einzuschlafen. Königin Kleopatra trug die dünnsten Kupferarmbänder und zog sie Gold und Silber vor, da sie sich mit Medizin und Alchemie gut auskannte. In Kupferrüstungen ermüdeten alte Krieger weniger, und ihre Wunden eiterten weniger und heilten schneller. Es wurde bemerkt und weit verbreitet in antike Welt die Fähigkeit von Kupfer, "männliche Kraft" positiv zu beeinflussen.

Nomadenvölker verwendeten im Alltag Kupferutensilien, die sie davor schützten Infektionskrankheiten, und die Zigeuner trugen zu demselben Zweck einen Kupferreifen auf dem Kopf. Historische Tatsache: Die Cholera- und Pest-Epidemie ging an Menschen vorbei, die mit Kupfer arbeiteten oder in der Nähe von Kupferminen lebten. Es ist kein Zufall, dass früher Türklinken in Krankenhäusern aus Kupfer waren, um die Übertragung von Infektionen von infektiösen Patienten auf gesunde Menschen zu verhindern.

Ein sehr wichtiges Anwendungsgebiet von Kupfer ist die Herstellung von Kupferlegierungen. Kupfer bildet mit vielen Metallen sogenannte Mischkristalle, die den gewöhnlichen Lösungen darin ähneln, dass in ihnen die Atome einer Komponente (Metall) gleichmäßig auf die Atome einer anderen verteilt sind (Abb. 34). Die meisten Kupferlegierungen sind feste Lösungen.

Eine seit der Antike bekannte Kupferlegierung - Bronze - enthält 4-30 % Zinn (meist 8-10 %). Es ist interessant, dass Bronze in ihrer Härte getrennt entnommenes reines Kupfer und Zinn übertrifft. Bronze ist schmelzbarer als Kupfer. Bronzeprodukte der Meister des alten Ägypten, Griechenlands und Chinas sind bis heute erhalten. Im Mittelalter wurden Werkzeuge und viele andere Produkte aus Bronze gegossen. Auch die berühmte Zarenkanone und Zarenglocke im Moskauer Kreml sind aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gegossen.

3. Chemische Eigenschaften von Kupfer

In Form einer einfachen Substanz hat Kupfer eine charakteristische rötliche Farbe. Kupfermetall ist weich und dehnbar. In Bezug auf die elektrische und thermische Leitfähigkeit ist Kupfer nach Silber an zweiter Stelle. Metallisches Kupfer hat wie Silber antibakterielle Eigenschaften.

Kupfer ist in sauberer, trockener Luft bei Raumtemperatur stabil, bildet aber bei Rotglut Oxide. Es reagiert auch mit Schwefel und Halogenen. In einer schwefelhaltigen Atmosphäre wird Kupfer mit einem grünen Film aus basischem Sulfat überzogen. In der elektrochemischen Spannungsreihe befindet sich Kupfer rechts von Wasserstoff, sodass es praktisch nicht mit nicht oxidierenden Säuren interagiert. Das Metall löst sich in heißer konzentrierter Schwefelsäure sowie in verdünnter und konzentrierter Salpetersäure. Außerdem kann Kupfer durch Einwirkung von wässrigen Lösungen von Cyaniden oder Ammoniak in Lösung gebracht werden:

2Cu + 8NH 3 ЇH 2 O + O 2 \u003d 2 (OH) 2 + 6H 2 O

Gemäß der Position von Kupfer im Periodensystem sollte seine einzige stabile Oxidationsstufe (+I) sein, ist es aber nicht. Kupfer kann höhere Oxidationsstufen annehmen, und die stabilste, insbesondere in wässrigen Lösungen, ist die Oxidationsstufe (+ II). Es ist möglich, dass Kupfer(III) an den biochemischen Reaktionen des Elektronentransfers beteiligt ist. Diese Oxidationsstufe ist selten und wird sehr leicht durch Einwirkung auch schwacher Reduktionsmittel reduziert. Mehrere Kupfer(+IV)-Verbindungen sind bekannt.

Wenn das Metall an Luft oder Sauerstoff erhitzt wird, entstehen Kupferoxide: gelbes oder rotes Cu 2 O und schwarzes CuO. Eine Erhöhung der Temperatur begünstigt die Bildung von überwiegend Kupfer(I)-oxid Cu 2 O. Im Labor wird dieses Oxid zweckmäßigerweise durch Reduktion einer alkalischen Lösung eines Kupfer(II)-Salzes mit Glucose, Hydrazin oder Hydroxylamin gewonnen:

2CuSO 4 + 2NH 2 OH + 4NaOH \u003d Cu 2 O + N 2 + 2Na 2 SO 4 + 5H 2 O

Diese Reaktion ist die Grundlage von Fehlings sensitivem Test für Zucker und andere Reduktionsmittel. Der Prüfsubstanz wird eine Kupfer(II)-Salzlösung in alkalischer Lösung zugesetzt. Handelt es sich bei der Substanz um ein Reduktionsmittel, tritt ein charakteristischer roter Niederschlag auf.

Da das Cu + -Kation in wässriger Lösung instabil ist, kommt es unter Einwirkung von Säuren auf Cu 2 O entweder zur Dismutation oder zur Komplexbildung:

Cu 2 O + H 2 SO 4 \u003d Cu + CuSO 4 + H 2 O

Cu 2 O + 4 HCl \u003d 2 H + H 2 O

Oxid Cu 2 O interagiert merklich mit Alkalien. Dadurch entsteht ein Komplex:

Cu 2 O + 2 NaOH + H 2 O 2 Na

Zur Gewinnung von Kupfer(II)-oxid CuO nutzt man am besten die Zersetzung von Nitrat oder basischem Kupfer(II)-carbonat:

2Cu(NO 3) 2 \u003d 2CuO + 4NO 2 + O 2

(CuOH) 2 CO 3 \u003d 2CuO + CO 2 + H 2 O

Kupferoxide sind in Wasser unlöslich und reagieren nicht damit. Das einzige Kupferhydroxid Cu(OH) 2 wird üblicherweise durch Zugabe von Alkali zu einer wässrigen Lösung eines Kupfer(II)-Salzes erhalten. Ein hellblauer Kupfer(II)-Hydroxid-Niederschlag, der amphotere Eigenschaften aufweist (die Fähigkeit chemischer Verbindungen, entweder basische oder saure Eigenschaften zu zeigen), kann nicht nur in Säuren, sondern auch in konzentrierten Laugen gelöst werden. Dabei entstehen dunkelblaue Lösungen, die Partikel des Typs 2- enthalten. Kupfer(II)hydroxid löst sich auch in Ammoniaklösung:

Cu (OH) 2 + 4 NH 3. H 2 O \u003d (OH) 2 + 4H 2 O

Kupfer(II)hydroxid ist thermisch instabil und zersetzt sich beim Erhitzen:

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O

Es gibt Informationen über die Existenz eines dunkelroten Oxids Cu 2 O 3 , das durch Einwirkung von K 2 S 2 O 8 auf Cu(OH) 2 gebildet wird. Es ist ein starkes Oxidationsmittel und zerfällt beim Erhitzen auf 400 ° C in CuO und O 2.

Großes Interesse an der Chemie der Kupferoxide in den letzten zwei Jahrzehnten ist mit der Herstellung von Hochtemperatur-Supraleitern verbunden, von denen YBa 2 Cu 3 O 7 am bekanntesten ist. 1987 wurde gezeigt, dass diese Verbindung bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff ein Supraleiter ist. Die Hauptprobleme, die seine groß angelegte behindern praktische Anwendung, liegen im Bereich der Materialbearbeitung. Am vielversprechendsten ist jetzt die Herstellung von Dünnschichten.

Viele der Kupferchalkogenide sind nichtstöchiometrische Verbindungen. Kupfer(I)sulfid Cu 2 S wird durch starkes Erhitzen von Kupfer in Schwefeldampf oder in einer Schwefelwasserstoffumgebung gebildet. Wenn Schwefelwasserstoff durch wässrige Lösungen geleitet wird, die Cu 2+ -Kationen enthalten, wird ein kolloidaler Niederschlag mit CuS-Zusammensetzung freigesetzt. CuS ist jedoch keine einfache Kupfer(II)-Verbindung. Es enthält eine S 2 -Gruppe und wird besser durch die Formel Cu I 2 Cu II (S 2)S beschrieben. Kupferselenide und -telluride weisen metallische Eigenschaften auf, während CuSe 2 , CuTe 2 , CuS und CuS 2 bei tiefen Temperaturen Supraleiter sind.

Wenn Kupfer mit Halogenen erhitzt wird, können wasserfreies Difluorid, Dichlorid und Dibromid synthetisiert werden. Bequemer ist es, Lösungen von Kupfer(II)-halogeniden durch Umsetzung eines Metalls, seines Oxids, Hydroxids oder Carbonats mit der entsprechenden Halogenwasserstoffsäure zu erhalten. Kristalline Hydrate werden immer aus wässrigen Lösungen isoliert.

Versuche, Kupfer(II)-iodid zu erhalten, führen zur Bildung von Kupfer(I)-iodid CuI:

2Cu 2+ + 4I - = 2CuI + I 2

In diesem Fall färben sich die Lösung und der Niederschlag aufgrund der Anwesenheit von Jod braun. Das resultierende Jod kann durch die Wirkung von Thiosulfat-Ionen entfernt werden:

I 2 + 2SO 3 S 2- \u003d 2I - + S 4 O 6 2-

Wenn jedoch ein Überschuss an Thiosulfat-Ionen hinzugefügt wird, löst sich Kupfer (I) -Jodid:

CuI + 2SO 3 S 2- \u003d 3- + I -

In ähnlicher Weise führen Versuche zur Herstellung von Kupfer(II)cyanid zur Bildung von CuCN. Andererseits ist es nicht möglich, mit elektronegativem Fluor ein Kupfer(I)-Salz zu erhalten. Drei weitere Kupfer(I)-halogenide, die weiße unlösliche Verbindungen sind, fallen während der Reduktion von Kupfer(II)-halogeniden aus wässrigen Lösungen aus.

In wässrigen Lösungen ist das farblose Kupfer(I)-Ion sehr instabil und disproportioniert

2Cu I Cu II + Cu(p)

Vielleicht liegt der Grund dafür in der Größe des Atoms. Das Cu II -Ion ist kleiner als Cu I und wechselwirkt mit der doppelten Ladung viel stärker mit Wasser (die Hydratationswärmen betragen ~2100 bzw. ~580 kJ mol -1 ). Der Unterschied ist signifikant, weil er die zweite Ionisationsenergie für Kupfer überwiegt. Dadurch ist das Cu II -Ion in wässriger Lösung (und in ionischen Feststoffen) stabiler als Cu I, trotz der stabilen d 10 -Konfiguration des letzteren. Allerdings kann Cu I in Verbindungen mit sehr geringer Löslichkeit oder durch Komplexierung stabilisiert werden. Komplexe werden leicht in einer wässrigen Lösung bei Wechselwirkung von Cu 2 O mit den entsprechenden Liganden gebildet. In wässrigen Lösungen werden Kupfer(I)-Chlor- und Amminkomplexe durch Luftsauerstoff langsam zu den entsprechenden Kupfer(II)-Verbindungen oxidiert.

Das Kupfer(II)-Kation hingegen ist in wässriger Lösung recht stabil. Kupfer(II)-Salze sind größtenteils wasserlöslich. Die blaue Farbe ihrer Lösungen wird mit der Bildung des 2+-Ions in Verbindung gebracht. Sie kristallisieren oft als Hydrate. Wässrige Lösungen werden leicht hydrolysiert und oft fallen basische Salze aus ihnen aus. Das Hauptkarbonat kommt in der Natur vor - es ist das Mineral Malachit, die Hauptsulfate und -chloride werden bei der atmosphärischen Korrosion von Kupfer gebildet, und das Hauptacetat (Grünspan) wird als Pigment verwendet.

Yar-Grünspan ist seit Plinius dem Älteren (23-79 n. Chr.) bekannt. In russischen Apotheken erhielten sie es Anfang des 17. Jahrhunderts. Je nach Gewinnungsmethode kann es grün oder blau sein. Sie malte die Wände der königlichen Gemächer in Kolomenskoje in Moskau.

Das bekannteste einfache Salz - Kupfer(II)sulfat-Pentahydrat CuSO 4 Ї5H 2 O - wird oft als Kupfersulfat bezeichnet. Das Wort Vitriol stammt anscheinend vom lateinischen Cipri Rosa - der Rose von Zypern. In Russland wurde Kupfersulfat blau, zypriotisch, dann türkisch genannt. Die Tatsache, dass Vitriol Kupfer enthält, wurde erstmals 1644 von Van Helmont festgestellt. 1848 gewann R. Glauber erstmals Kupfersulfat aus Kupfer und Schwefelsäure. Kupfersulfat wird häufig in elektrolytischen Prozessen, in der Wasseraufbereitung und im Pflanzenschutz eingesetzt. Es ist das Ausgangsmaterial für viele andere Kupferverbindungen.

Tetraammine werden leicht durch Zugabe von Ammoniak zu wässrigen Kupfer(II)-Lösungen gebildet, bis sich der anfängliche Niederschlag vollständig auflöst. Dunkelblaue Lösungen von Kupfertetraamin lösen Cellulose, die durch Ansäuern wieder ausgefällt werden kann und in einem der Verfahren zur Herstellung von Viskose verwendet wird. Die Zugabe von Ethanol zur Lösung verursacht die Ausfällung von SO 4 ·H 2 O. Die Umkristallisation von Tetraamminen aus einer konzentrierten Ammoniaklösung führt zur Bildung von violettblauen Pentaamminen, das fünfte NH 3 -Molekül geht jedoch leicht verloren. Hexaammine sind nur in flüssigem Ammoniak erhältlich und werden in einer Ammoniakatmosphäre gelagert.

Kupfer(II) bildet mit dem makrocyclischen Liganden Phthalocyanin einen quadratisch-planaren Komplex. Seine Derivate werden zur Herstellung einer Reihe von blauen bis grünen Pigmenten verwendet, die bis zu 500 °C stabil sind und in Tinten, Farben, Kunststoffen und sogar farbigen Zementen weit verbreitet sind.

Referenzliste

1. Azimov A. Kurze Geschichte der Chemie. St. Petersburg, Amphora, 2002

2. Vanyukov A. V., Utkin M. I. Komplexe Verarbeitung von Kupfer- und Nickelrohstoffen. Tscheljabinsk, 1988

3. Kupferschmelzproduktion - Entwicklung und Perspektiven. Alma-Ata, 1978

4. Stepin B. D., Alikberova L. Yu. Chemiebuch zum Nachlesen zu Hause. M., Chemie, 1994

5. Chemie und Leben (Salter Chemie). Teil 1. Die Begriffe der Chemie. M.: Verlag der Russischen Chemisch-Technischen Universität im. D. I. Mendeleeva, 1997

Geschichte und Herkunft des Namens

Physikalische Eigenschaften

Kupfer ist ein goldrosa duktiles Metall, das an der Luft schnell mit einem Oxidfilm überzogen wird, der ihm eine charakteristische intensive gelblich-rote Tönung verleiht. Dünne Kupferfilme haben im Licht eine grünlich-blaue Farbe.
Kupfer bildet ein kubisch flächenzentriertes Gitter, Raumgruppe Fm3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Kupfer hat eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit (nach Silber an zweiter Stelle in der elektrischen Leitfähigkeit).
Es hat zwei stabile Isotope - 63 Cu und 65 Cu und mehrere radioaktive Isotope. Das langlebigste davon, 64 Cu, hat eine Halbwertszeit von 12,7 Stunden und zwei Zerfallsvarianten mit unterschiedlichen Produkten.
Es gibt eine Reihe von Kupferlegierungen: Messing - mit Zink, Bronze - mit Zinn und anderen Elementen, Kupfernickel - mit Nickel, Babbits - mit Blei und andere.

Chemische Eigenschaften

Verändert sich in Abwesenheit von Feuchtigkeit und Kohlendioxid nicht an der Luft. Es ist ein schwaches Reduktionsmittel, reagiert nicht mit Wasser, verdünnter Salzsäure. Es wird in Gegenwart von Sauerstoff, Kaliumcyanid, mit nicht oxidierenden Säuren oder Ammoniakhydrat in Lösung gebracht. Oxidiert durch konzentrierte Schwefel- und Salpetersäure, Königswasser, Sauerstoff, Halogene, Chalkogene, Nichtmetalloxide. Reagiert beim Erhitzen mit Halogenwasserstoffen.

Moderne Bergbaumethoden

90% des Primärkupfers werden durch das pyrometallurgische Verfahren gewonnen, 10% durch das hydrometallurgische Verfahren. Das hydrometallurgische Verfahren ist die Herstellung von Kupfer durch Auslaugen mit einer schwachen Schwefelsäurelösung und anschließendes Abtrennen von metallischem Kupfer aus der Lösung. Das pyrometallurgische Verfahren besteht aus mehreren Stufen: Anreicherung, Röstung, Mattierung, Einblasen im Konverter, Veredelung.
Zur Anreicherung von Kupfererzen wird das Flotationsverfahren verwendet (basierend auf der Nutzung unterschiedlicher Benetzbarkeit von kupferhaltigen Partikeln und Abfallgestein), das es ermöglicht, ein Kupferkonzentrat mit 10 bis 35 % Kupfer zu erhalten.
Kupfererze und Konzentrate mit hohem Schwefelgehalt werden einer oxidativen Röstung unterzogen. Beim Erhitzen des Konzentrats oder Erzes auf 700-800 °C in Gegenwart von Luftsauerstoff werden Sulfide oxidiert und der Schwefelgehalt auf fast die Hälfte des ursprünglichen Gehalts reduziert. Nur schlechte Konzentrate (mit einem Kupfergehalt von 8 bis 25 %) werden gebrannt, während reiche Konzentrate (von 25 bis 35 % Kupfer) ohne Brennen geschmolzen werden.
Nach dem Rösten werden das Erz und das Kupferkonzentrat zu Rohstein geschmolzen, einer Legierung, die Kupfer- und Eisensulfide enthält. Der Rohstein enthält 30 bis 50 % Kupfer, 20–40 % Eisen, 22–25 % Schwefel, außerdem enthält der Rohstein Verunreinigungen von Nickel, Zink, Blei, Gold, Silber. Am häufigsten wird das Schmelzen in Flammenhallöfen durchgeführt. Die Temperatur in der Schmelzzone beträgt 1450 °C.
Zur Oxidation von Sulfiden und Eisen wird der erhaltene Kupferstein in horizontalen Konvertern mit Seitengebläse mit Druckluft beblasen. Die entstehenden Oxide werden in Schlacke umgewandelt. Die Temperatur im Konverter beträgt 1200-1300 °C. Interessant ist, dass die Wärme im Konverter durch das Auftreten chemischer Reaktionen ohne Brennstoffzufuhr freigesetzt wird. So erhält man im Konverter Rohkupfer, das 98,4 - 99,4 % Kupfer, 0,01 - 0,04 % Eisen, 0,02 - 0,1 % Schwefel und eine geringe Menge Nickel, Zinn, Antimon, Silber, Gold enthält. Dieses Kupfer wird in eine Pfanne gegossen und in Stahlformen oder auf einer Gießmaschine gegossen.
Um schädliche Verunreinigungen zu entfernen, wird Blisterkupfer weiter raffiniert (Feuer und dann elektrolytische Raffination wird durchgeführt). Das Wesen der Feuerraffination von Blisterkupfer ist die Oxidation von Verunreinigungen, ihre Entfernung mit Gasen und ihre Umwandlung in Schlacke. Nach der Feuerraffination erhält man Kupfer mit einer Reinheit von 99,0 - 99,7 %. Es wird in Formen gegossen und Barren für das weitere Schmelzen von Legierungen (Bronze und Messing) oder Barren für die elektrolytische Raffination erhalten.
Es wird eine elektrolytische Raffination durchgeführt, um reines Kupfer (99,95 %) zu erhalten. Die Elektrolyse wird in Bädern durchgeführt, bei denen die Anode aus feuerveredeltem Kupfer und die Kathode aus dünnen Blechen aus reinem Kupfer besteht. Der Elektrolyt ist eine wässrige Lösung. Beim Durchleiten eines Gleichstroms löst sich die Anode auf, Kupfer geht in Lösung und lagert sich, gereinigt von Verunreinigungen, an den Kathoden ab. Verunreinigungen setzen sich in Form von Schlacke am Boden des Bades ab, die zur Gewinnung wertvoller Metalle verarbeitet wird. Die Kathoden werden in 5-12 Tagen entladen, wenn ihre Masse 60 bis 90 kg erreicht. Sie werden gründlich gewaschen und dann in Elektroöfen eingeschmolzen.

Kupfer ist eines der ersten Metalle, das vom Menschen weitgehend beherrscht wird, aufgrund seiner vergleichsweisen Verfügbarkeit zur Gewinnung aus Erz und seines niedrigen Schmelzpunkts. In der Antike wurde es hauptsächlich in Form einer Legierung mit Zinnbronze zur Herstellung von Waffen usw. verwendet. Das erste Kupfer wurde auf dem Territorium der modernen Türkei von den Bewohnern der Siedlung Chatal-Hyuyuk gewonnen. Gold Bereits im 5. Jahrtausend v. Chr. begegneten die Menschen dem Gold. das Neolithikum aufgrund seiner Verbreitung in einem einheimischen Staat. Archäologen zufolge wurde der Beginn des systematischen Bergbaus im Nahen Osten gelegt, von wo aus Goldschmuck insbesondere nach Ägypten geliefert wurde. In Ägypten wurde im Grab von Königin Zer und einer der Königinnen von Pu-abi Ur in der sumerischen Zivilisation der erste Goldschmuck aus dem 3. Jahrtausend v. Chr. gefunden. In Russland gilt es als Beginn des Goldabbaus am 21. Mai (1. Juni) 1745, als Erofey Markov, der im Ural Gold fand, seine Entdeckung im Büro des Main Board of Plants in Jekaterinburg zum ersten Mal bekannt gab , Aluminium wurde 1825 vom dänischen Physiker Hans Oersted durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf Aluminiumchlorid und anschließende Destillation von Quecksilber gewonnen. Weit verbreitet als Konstruktionsmaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Qualität sind Leichtigkeit, Duktilität zum Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (in Luft wird Aluminium sofort mit einem starken Al2O3-Film bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit, Ungiftigkeit seiner Verbindungen. Insbesondere diese Eigenschaften haben Aluminium bei der Herstellung von Kochgeschirr, Alufolie in der Lebensmittelindustrie und für Verpackungen sehr beliebt gemacht. EisenEisen ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle, es macht bis zu 95 % der weltweiten metallurgischen Produktion aus. Eisen ist der Hauptbestandteil von Stählen und Gusseisen – den wichtigsten Konstruktionswerkstoffen. Eisen kann Bestandteil von Legierungen sein, die auf anderen Metallen basieren – zum Beispiel Nickel. Magnetisches Eisenoxid (Magnetit) ist ein wichtiges Material bei der Herstellung von Computer-Langzeitspeichern: Festplatten, Disketten usw. ultrafeines Magnetitpulver wird in vielen Schwarz-Weiß-Laserdruckern verwendet, gemischt mit Polymergranulat als Toner. Hier wird gleichzeitig die schwarze Farbe von Magnetit und seine Fähigkeit, an einer magnetisierten Transferwalze zu haften, genutzt. Die einzigartigen ferromagnetischen Eigenschaften einer Reihe von Eisenbasislegierungen tragen zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in der Elektrotechnik für Magnetkreise von Transformatoren und Elektromotoren bei. Eisen(III)chlorid (Eisenchlorid) wird in der Amateurfunkpraxis zum Ätzen von Leiterplatten verwendet. Eisensulfat (Eisensulfat) gemischt mit Kupfersulfat wird zur Bekämpfung von Schadpilzen im Garten- und Baubereich eingesetzt. Eisen wird als Anode in Eisen-Nickel-Batterien, Eisen-Luft-Batterien verwendet. Wässrige Lösungen von zweiwertigen und Eisen(III)-chloriden sowie deren Sulfate werden als Gerinnungsmittel in den Prozessen der Natur- und Abwasserreinigung und Wasseraufbereitung von Industrieunternehmen verwendet.

Kupfer ist eines der ersten Metalle, das vom Menschen weitgehend beherrscht wird, aufgrund seiner vergleichsweisen Verfügbarkeit zur Gewinnung aus Erz und seines niedrigen Schmelzpunkts. In der Antike wurde es hauptsächlich in Form einer Legierung mit Zinnbronze zur Herstellung von Waffen usw. verwendet. Das erste Kupfer wurde auf dem Territorium der modernen Türkei von den Bewohnern der Siedlung Chatal-Hyuyuk gewonnen. Gold Bereits im 5. Jahrtausend v. Chr. begegneten die Menschen dem Gold. das Neolithikum aufgrund seiner Verbreitung in einem einheimischen Staat. Archäologen zufolge wurde der Beginn des systematischen Bergbaus im Nahen Osten gelegt, von wo aus Goldschmuck insbesondere nach Ägypten geliefert wurde. In Ägypten wurde im Grab von Königin Zer und einer der Königinnen von Pu-abi Ur in der sumerischen Zivilisation der erste Goldschmuck aus dem 3. Jahrtausend v. Chr. gefunden. In Russland gilt es als Beginn des Goldabbaus am 21. Mai (1. Juni) 1745, als Erofey Markov, der im Ural Gold fand, seine Entdeckung im Büro des Main Board of Plants in Jekaterinburg zum ersten Mal bekannt gab , Aluminium wurde 1825 vom dänischen Physiker Hans Oersted durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf Aluminiumchlorid und anschließende Destillation von Quecksilber gewonnen. Weit verbreitet als Konstruktionsmaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Qualität sind Leichtigkeit, Duktilität zum Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (in Luft wird Aluminium sofort mit einem starken Al2O3-Film bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit, Ungiftigkeit seiner Verbindungen. Insbesondere diese Eigenschaften haben Aluminium bei der Herstellung von Kochgeschirr, Alufolie in der Lebensmittelindustrie und für Verpackungen sehr beliebt gemacht. EisenEisen ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle, es macht bis zu 95 % der weltweiten metallurgischen Produktion aus. Eisen ist der Hauptbestandteil von Stählen und Gusseisen – den wichtigsten Konstruktionswerkstoffen. Eisen kann Bestandteil von Legierungen sein, die auf anderen Metallen basieren – zum Beispiel Nickel. Magnetisches Eisenoxid (Magnetit) ist ein wichtiges Material bei der Herstellung von Computer-Langzeitspeichern: Festplatten, Disketten usw. ultrafeines Magnetitpulver wird in vielen Schwarz-Weiß-Laserdruckern verwendet, gemischt mit Polymergranulat als Toner. Hier wird gleichzeitig die schwarze Farbe von Magnetit und seine Fähigkeit, an einer magnetisierten Transferwalze zu haften, genutzt. Die einzigartigen ferromagnetischen Eigenschaften einer Reihe von Eisenbasislegierungen tragen zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in der Elektrotechnik für Magnetkreise von Transformatoren und Elektromotoren bei. Eisen(III)chlorid (Eisenchlorid) wird in der Amateurfunkpraxis zum Ätzen von Leiterplatten verwendet. Eisensulfat (Eisensulfat) gemischt mit Kupfersulfat wird zur Bekämpfung von Schadpilzen im Garten- und Baubereich eingesetzt. Eisen wird als Anode in Eisen-Nickel-Batterien, Eisen-Luft-Batterien verwendet. Wässrige Lösungen von zweiwertigen und Eisen(III)-chloriden sowie deren Sulfate werden als Gerinnungsmittel in den Prozessen der Natur- und Abwasserreinigung und Wasseraufbereitung von Industrieunternehmen verwendet.

Kupfer ist eines der wichtigsten chemischen Elemente. In seiner reinen Form ist Kupfer ein rötlich-orangefarbenes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Es wird auf eine breite Palette von Produkten angewendet, darunter elektrische Kabel, Kochgeschirr, Rohre, Autokühler und mehr. Kupfer wird auch als Pigment und Konservierungsmittel für Farben, Papier, Textilien und Holz verwendet. Zusammen mit Zink wird Kupfer zur Herstellung von Messing und mit Zinn zur Herstellung von Bronze verwendet.

Kupfer wurde erstmals vor 10.000 Jahren verwendet. Im Norden des heutigen Irak wurde ein um 8700 v. Chr. hergestellter Kupferanhänger gefunden. Es gibt Hinweise darauf, dass Kupfer um 6400 v. Chr. in dem Gebiet, das heute als Türkei bekannt ist, geschmolzen und zu Artikeln gegossen wurde. Um 4500 v. Chr. tauchte diese Technologie in Ägypten auf. Der größte Teil des vor 4000 v. Chr. verwendeten Kupfers stammte aus der zufälligen Entdeckung einzelner Placer aus einheimischem Kupfer oder Metall aus Meteoriten, die auf die Erde fielen. Die erste Erwähnung des systematischen Abbaus und der Verarbeitung von Kupfererz geht auf etwa 3800 v. Chr. zurück. - Eine ägyptische Quelle beschreibt den Bergbau auf der Sinai-Halbinsel.

Um 3000 v. Chr. wurden auf der Insel Zypern im Mittelmeer große Vorkommen an Kupfererzen entdeckt. Als die Römer Zypern eroberten, gaben sie dem Metall den lateinischen Namen aes cyprium, der meist zu cyprium abgekürzt wurde. Später wurde daraus Cuprum, woraus sich das englische Wort Kupfer und das chemische Symbol Cu ableiten.

BEIM Südamerika Kupfergegenstände wurden um 500 v. Chr. an der Nordküste Perus hergestellt. Die Erschließung von Kupfervorkommen und die Entwicklung der Kupfermetallurgie waren bis zur Eroberung des Inkareiches durch spanische Soldaten im 16. Jahrhundert in vollem Gange.

In den Vereinigten Staaten wurde die erste Kupfermine 1705 in Branby, Connecticut, eröffnet, gefolgt von einer weiteren 1732 in Lancaster, Pennsylvania. Trotz dieses frühen Produktionsbeginns wurde der größte Teil des verwendeten Kupfers aus Chile in die Vereinigten Staaten importiert, bis 1844 hochwertige Kupfererze abgebaut wurden große Vorkommen am Oberen See. Erfindung in den späten 1800er Jahren vorbei wirksame Methoden Die Verarbeitung ermöglichte die Gewinnung erschöpfter Kupfererze aus riesigen Tagebauen im Westen der Vereinigten Staaten.

Historische Informationen über Kupfer, chemische und physikalische Eigenschaften; Anwendung in der Medizin und in der Volkswirtschaft. Kupfer ist das erste Metall, das mehrere Jahrtausende v. Chr. zum ersten Mal vom Menschen verwendet wurde. Weichmetall, Element der Gruppe 11.

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1. Historische Informationen über Kupfer

Um 3500 v. Chr Im Nahen Osten lernte man, Kupfer aus Erzen zu gewinnen, es wurde durch Reduktion mit Kohle gewonnen. Auch im alten Ägypten gab es Kupferminen. Es ist bekannt, dass die Blöcke für die berühmte Cheopspyramide mit einem Kupferwerkzeug bearbeitet wurden.

2. Physikalische Eigenschaften von Kupfer. Anwendung in Medizin und Volkskunde x Über Wirtschaft

Kupfer ist ein schweres rosarotes Metall, weich und formbar, sein Schmelzpunkt beträgt 1083 ° C, es ist ein ausgezeichneter Leiter für elektrischen Strom und Wärme, die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer ist 1,7-mal höher als die von Aluminium und 6-mal höher als die von Eisen .

3. Chemische Eigenschaften von Kupfer

In Form einer einfachen Substanz hat Kupfer eine charakteristische rötliche Farbe. Kupfermetall ist weich und dehnbar. In Bezug auf die elektrische und thermische Leitfähigkeit ist Kupfer nach Silber an zweiter Stelle. Metallisches Kupfer hat wie Silber antibakterielle Eigenschaften.

2Cu + 8NH 3 ЇH 2 O + O 2 \u003d 2 (OH) 2 + 6H 2 O

2CuSO 4 + 2NH 2 OH + 4NaOH \u003d Cu 2 O + N 2 + 2Na 2 SO 4 + 5H 2 O

Diese Reaktion ist die Grundlage von Fehlings sensitivem Test für Zucker und andere Reduktionsmittel. Der Prüfsubstanz wird eine Kupfer(II)-Salzlösung in alkalischer Lösung zugesetzt. Handelt es sich bei der Substanz um ein Reduktionsmittel, tritt ein charakteristischer roter Niederschlag auf.

Da das Cu + -Kation in wässriger Lösung instabil ist, kommt es unter Einwirkung von Säuren auf Cu 2 O entweder zur Dismutation oder zur Komplexbildung:

Cu 2 O + H 2 SO 4 \u003d Cu + CuSO 4 + H 2 O

Cu 2 O + 4 HCl \u003d 2 H + H 2 O

Oxid Cu 2 O interagiert merklich mit Alkalien. Dadurch entsteht ein Komplex:

Cu 2 O + 2 NaOH + H 2 O 2 Na

Zur Gewinnung von Kupfer(II)-oxid CuO nutzt man am besten die Zersetzung von Nitrat oder basischem Kupfer(II)-carbonat:

2Cu(NO 3) 2 \u003d 2CuO + 4NO 2 + O 2

(CuOH) 2 CO 3 \u003d 2CuO + CO 2 + H 2 O

Cu (OH) 2 + 4 NH 3. H 2 O \u003d (OH) 2 + 4H 2 O

Kupfer(II)hydroxid ist thermisch instabil und zersetzt sich beim Erhitzen:

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O

Es gibt Informationen über die Existenz eines dunkelroten Oxids Cu 2 O 3 , das durch Einwirkung von K 2 S 2 O 8 auf Cu(OH) 2 gebildet wird. Es ist ein starkes Oxidationsmittel und zerfällt beim Erhitzen auf 400 ° C in CuO und O 2.

Versuche, Kupfer(II)-iodid zu erhalten, führen zur Bildung von Kupfer(I)-iodid CuI:

2Cu 2+ + 4I - = 2CuI + I 2

In diesem Fall färben sich die Lösung und der Niederschlag aufgrund der Anwesenheit von Jod braun. Das resultierende Jod kann durch die Wirkung von Thiosulfat-Ionen entfernt werden:

I 2 + 2SO 3 S 2- \u003d 2I - + S 4 O 6 2-

Wenn jedoch ein Überschuss an Thiosulfat-Ionen hinzugefügt wird, löst sich Kupfer (I) -Jodid:

CuI + 2SO 3 S 2- \u003d 3- + I -

In wässrigen Lösungen ist das farblose Kupfer(I)-Ion sehr instabil und disproportioniert

2Cu I Cu II + Cu(p)

Yar-Grünspan ist seit Plinius dem Älteren (23-79 n. Chr.) bekannt. In russischen Apotheken erhielten sie es Anfang des 17. Jahrhunderts. Je nach Gewinnungsmethode kann es grün oder blau sein. Sie malte die Wände der königlichen Gemächer in Kolomenskoje in Moskau.

Referenzliste

1. Azimov A. Kurze Geschichte der Chemie. St. Petersburg, Amphora, 2002

2. Vanyukov A. V., Utkin M. I. Komplexe Verarbeitung von Kupfer- und Nickelrohstoffen. Tscheljabinsk, 1988

3. Kupferschmelzproduktion - Entwicklung und Perspektiven. Alma-Ata, 1978

4. Stepin B. D., Alikberova L. Yu. Chemiebuch zum Nachlesen zu Hause. M., Chemie, 1994

5. Chemie und Leben (Salter Chemie). Teil 1. Die Begriffe der Chemie. M.: Verlag der Russischen Chemisch-Technischen Universität im. D. I. Mendeleeva, 1997

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