Miedź

Miedź - symbol chemiczny Cu, jest jednym z najstarszych metali poznanych przez człowieka. Nazwa miedzi, łac. Cuprum, pochodzi od Cypru, gdzie około 1500 lat p.n.e. eksploatowano złoża miedzi. Już 4 tyś. lat p.n.e. na półwyspie Synaj, we wschodniej części Mezopotamii i w krajach śródziemnomorskich wyrabiano z samorodków miedzi ozdoby i inne drobne przedmioty codziennego użytku, pełniące również rolę środków wymiany. Pierwotnie wykorzystywano surowiec miejscowy w postaci miedzi rodzimej, występującej na powierzchni lub na niewielkich głębokościach skorupy ziemskiej. Ze względu na swoje właściwości (miękkość, kowalność), nadawała się ona do bezpośredniej obróbki poprzez kucie na zimno. Ze stopów miedzi z cyną (brązów) w starożytności wyrabiano miecze. Pierwiastek ten i jego stopy odegrały wielką rolę w rozwoju materialnej kultury ludzkiej. Miedziane rury do transportu wody pitnej po raz pierwszy zastosowano w Egipcie, w Abusir w delcie Nilu, 2750 lat p.n.e. Znaleziono je również w Heraculaneum zasypanym w 79 r n.e. podczas wybuchu Wezuwiusza. Co obecnie wiemy o miedzi?

Miedź - pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 29, masie atomowej 63,54; należy do podgrupy l grupy układu okresowego pierwiastków (miedziowce - miedź, srebro, złoto); metal półszlachetny, dość miękki, kowalny, ciągliwy, o barwie czerwonawej, wykazuje wartościowość głównie II (związki trwałe) oraz I i III. Miedź tworzy ponad 150 minerałów, z których największe znaczenie mają: chalkopiryt, bornit, kowelin, chalkozyn, tetraedryt, malachit, azuryt, kupryt, dioptaz, tenoryt. Rudy miedzi przerabia się metodami pirometalurgicznymi i hydrometalurgicznymi. Bardziej uniwersalna (stosowana zarówno przy rudach bogatych i uboższych) metoda pirometalurgiczna polega na wytopie z rud z dodatkiem koksu i topników tzw. kamienia miedziowego - stopu siarczków miedzi i żelaza. Z kamienia miedziowego przez konwertowanie otrzymujemy miedź surową zawierającą do 99,5% Cu, do 0,05% Fe, O, l % S oraz metale szlachetne, nikiel, kobalt. Następnie miedź surową poddaje się procesowi rafinacji ogniowej, żerdziowaniu i odlewa się w postaci anod. W ostatnim etapie metody pirometalurgicznej tj. rafinacji elektrolitycznej otrzymujemy miedź katodową wysokiej czystości (Cu + Ag) min 99,99%.

Ważniejsze właściwości czystej miedzi

• 220 - 270 MPa - wytrzymałość na rozciąganie (Rm)
• 1083,4 °C - temperatura topnienia
• 2560 °C - temperatura wrzenia
• 8,96 kg/dm³ - gęstość
• 17,0 x 10"VK - współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej na l °C w temperaturze 20°C
• 397 W/mK - przewodność cieplna w temperaturze 0°C
• 59 MS/m - przewodność elektryczna najczystszej miedzi w temperaturze 20°C

Miedź w stanie czystym jest spośród metali najlepszym po srebrze przewodnikiem ciepła i elektryczności. Wszelkie zanieczyszczenia miedzi wpływają na jej przewodność elektryczną mniej lub bardziej szkodliwie i z tego powodu na przewody elektryczne stosuje się miedź 0 dużej czystości.

Miedź w temperaturze pokojowej jest odporna na działanie suchego powietrza; ogrzewana reaguje z tlenem; rozpuszcza się w kwasach utleniających, a w obecności tlenu również w nieutleniających. W powietrzu wilgotnym pokrywa się tzw. PATYNĄ.

Patyna, grynszpan szlachetny, śniedź niebieskozielona lub jasnozielona, cienka warstewka tworząca się na powierzchni miedzi lub jej stopach pod wpływem czynników atmosferycznych. Naturalna patyna stanowi zasadowy węglan lub zasadowy siarczan miedzi. Warstwa patyny chroni ją przed dalszą korozją. W celach dekoracyjnych wytwarza się sztuczną patynę. Jedną z ważniejszych właściwości chemicznych miedzi jest jej odporność na korozję, która zależy w dużym stopniu od charakteru agresywnego ośrodka. Wody naturalne, zawierające dwutlenek węgla 1 tlen działają na miedź, natomiast woda morska na miedź prawie nie działa. Na miedź silnie działają: chlor, chlorek amonu, chlorek glinu, chlorek żelaza, fluorek amonu, kwas siarkowy w wyższych temperatu rach, siarkowodór, a nieco słabiej: chlorek sodowy, chlorek wapnia, chlorowodór, kwas solny, siarczek sodowy, wapno bielące, zaprawa murarska. Rozpuszczalnikiem miedzi jest kwas azotowy, zwłaszcza stężony, w którym rozpuszcza się ona bardzo łatwo.

W szeregu napięciowym metali miedź zajmuje pośrednie miejsce miedzy metalami szlachetnymi i metalami nieszlachetnymi, stosowanymi powszechnie w przemyśle. 0 skłonności miedzi do korozji decyduje przede wszystkim jej miejsce w szeregu napięciowym metali, a więc jej potencjał elektrochemiczny względem elektrody wodorowej, który wynosi:

+0,345 V (dla Cu Cu₂₊ + 2e)
+0,52 IV (dla Cu Cu+ + e)

Ponieważ potencjał ten jest wyższy od potencjału wodoru, przeto korozja miedzi nie wykazuje depolaryzacji wodorowej 1 w związku z tym pod nieobecność utleniaczy miedź ma dużą odporność na korozję w roztworach wodnych. Miedź utleniona w mniejszym lub większym stopniu traci zdolność do obróbki plastycznej po wyżarzeniu jej w temperaturze 500°C lub wyższej w atmosferze zawierającej wodór. To szkodliwe zjawisko, zwane chorobą wodorową miedzi, spowodowane jest stosunkowo dużą zdolnością wodoru do dyfun-dowania do miedzi, szczególnie w wyższych temperaturach i reakcją wodoru z tlenkiem miedzi.

Cu₂O + H₂=2Cu + H₂O

Powstaje czysta miedź oraz para wodna, która z powodu małej zdolności do dyfuzji nie może się z miedzi wydostać. Wytworzona para wodna może mieć duże ciśnienie, dlatego wywołuje ona lokalne mikroskopijne pęknięcia miedzi, których wpływ na właściwości uwidacznia się dopiero podczas obróbki plastycznej. To szkodliwe zjawisko występujące w miedzi zostało wykorzystane do badania zanieczyszczenia miedzi tlenem za pomocą próby wielokrotnego zginania. Pręt lub taśmę miedzianą poddaje się najpierw wyżarzaniu w wodorze, a następnie przeginaniu o kąt 180°aż do pęknięcia. Miedź tworzy związki kompleksowe; wodne roztwory związków miedzi mąjąbarwę niebieską. Rozpuszczalne związki miedzi sąna ogół trujące.

Najważniejsze związki:

• tlenki miedzi
  - tlenek miedziawy, podtlenek miedzi, Cu,O, nierozpuszczalny w wodzie
  - tlenek miedziowy, CuO - czarne kryształy, nierozpuszczalny w wodzie
  - trójtlenekmiedzi Cu,O3
  
• wodorotlenek miedzi Cu(OH),
  - jasnoniebieski, koloidalny osad, nierozpuszczalny w wodzie, wydzielający się z roztworów soli miedziowych pod wpływem mocnych zasad; jest słabą zasadą wykazującą właściwości amfoteryczne.
• siarczan miedzi CuSO₄
  - biały proszek silnie higroskopijny, stosowany jako środek osuszający; zwykle pięciohydrat CuSO₄ x 5H,O w postaci niebieskich kryształów, dobrze rozpuszczalny w wodzie.

Zastosowanie związków miedzi:

• w galwanotechnice do miedziowania (Cu CN, Cu SO₄)
• jako środki grzybobójcze i owadobójcze (Cu SO₄, Cu,O),
  m.in. do impregnacji drewna -jako pigmenty CuO, Cu CO₃, Cu (OH)₂ do wyrobu farb -jako katalizatory

ZASTOSOWANIE MIEDZI

• instalacje: elektryczne, telekomunikacyjne, ciepłej i zimnej wody, grzewcze, centralnego ogrzewania w otulinie z tworzyw sztucznych, gazowe, przeciwpożarowe, zraszające, klimatyzacyjne
• pokrycia dachów, rynny / maszkarony
• architektoniczne elementy zdobnicze, okucia budowlane
• aparatura dla przemysłu chemicznego i spożywczego, chłodnice, aparaty chemiczne, destylacyjne, kolumny rektyfikacyjne
• obwody drukowane i części maszyn elektrycznych
• w technologii materiałów mikro - i optoelektronicznych (baterie słoneczne, przekaźniki elektroakustyczne)

Miedź jest:

• biostatyczna - hamuje rozrost bakterii
• odporna na korozję - gwarantuje długotrwałość użytkowania
• niepalna i nie podtrzymuje płomienia
• odporna na zarastanie przekroju poprzecznego (dotyczy instalacyjnych rur do ciepłej i zimnej wody)
• najlepszym po srebrze przewodnikiem ciepła i elektryczności
• materiałem ekologicznym - nadaje się do ponownego przetworzenia

Miedź wytrzymuje zmiany ciśnienia i temperatury - stabilność temperaturowa i ciśnieniowa.

Miedź gwarantuje estetykę, trwałość, niskie koszty utrzymania. Wysoka przewodność elektryczna i cieplna, właściwości biostatyczne, odporność na korozję i warunki atmosferyczne, trwałość, estetyka - to główne zalety miedzi i powód tak szerokiego zastosowania.

Miedź jest głównym składnikiem stopowym mosiądzów, brązów, nowego srebra oraz dodatkiem stopowym niektórych stali, staliwa, żeliwa, stopów aluminium, cynku (znale), stopów łożyskowych, złota i srebra, stopów dentystycznych, spoiw do łączenia metali.

Radiesteci oraz "medycy niekonwencjonalni" uznali miedź za pierwiastek pozytywnie oddziałujący na organizm człowieka, miedzy innymi dlatego, że pierwiastek ten jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Metaloplastycy wyrabiają z niej tzw. biżuterię zdrowotną, bransolety, broszki, amulety, talizmany. W medycynie miedź odgrywa również ważną rolę. Jest składnikiem mineralnym ułatwiającym wprowadzenie żelaza do hemoglobiny. Dla organizmu człowieka szkodliwyjest zarówno nadmiar, jak i niedobór miedzi.