Měď

český názevMěď
latinský názevCuprum
anglický názevCopper
chemická značkaCu
protonové číslo29
relativní atomová hmotnost63,546
perioda4
skupinaI.B
zařazenípřechodné kovy
rok objevu -
teplota tání [°C]1083
teplota varu [°C]2567
hustota [g.cm-3]8,96
hustota při teplotě tání [g.cm-3]8,02
elektronegativita1,9
standardní el. potenciál [V]+0,52
oxidační stavyI, II, III
elektronová konfigurace[Ar]3d10 4s1
atomový poloměr [pm]145
kovalentní poloměr [pm]138
specifické teplo [J g-1K-1]0,38
slučovací teplo [kJ mol-1]13,05
tepelná vodivost [W m-1 K-1]401
elektrická vodivost [S m-1]6,07.107
měrný el. odpor [10-6 Ω.m]0,0169
1. ionizační potenciál [eV]7,7264
2. ionizační potenciál [eV]20,292
3. ionizační potenciál [eV]36,83
tvrdost podle Mohse3
tvrdost podle Vickerse [MPa]369
tvrdost podle Brinella [MPa]874
modul pružnosti ve smyku [GPa]48
modul pružnosti v tahu [GPa]130
bod supravodivosti [K] -
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce mědi

Chemický prvek měď je červený, měkký, tažný a houževnatý kov. Na vlhkém vzduchu se její povrch pokrývá vrstvou zásaditých uhličitanů typické zelené barvy. Měď se přímo slučuje s halogeny, kyslíkem, sírou, selenem a tellurem. S ostatními prvky se měď slučuje nepřímo.

Dobře se rozpouští ve zředěné kyselině dusičné za vývoje oxidu dusnatého, v koncentrované kyselině dusičné za vývoje oxidu dusičitého, v koncentrované kyselině sírové za vzniku oxidu siřičitého a v koncentrované kyselině selenové, v neoxidujících kyselinách se měď nerozpouští:

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Cu + 2H2SeO4 → CuSeO4 + SeO2 + 2H2O

V roztocích alkalických kyanidů se rozpouští za vývoje vodíku:

2Cu + 4KCN + 2H2O → 2K[Cu(CN)2] + 2KOH + H2

Měd také velmi ochotně reaguje s kyselinou disírovou a s koncentrovanou kyselinou octovou:

2Cu + 2H2S2O7 → CuSO4 + SO2 + 2H2SO4
2Cu + 4CH3COOH + O2 → [Cu2(H2O)2(CH3COO)4]

Sloučeniny

Ve sloučeninách vystupuje měď v oxidačních stavech I, II a III. Mezi sloučeniny jednomocné mědi patří např. červený zásaditý oxid měďný Cu2O, sulfid měďný Cu2S, kyanid měďný CuCN, thiokyanatan měďný CuSCN a halogenidy. Trojmocná měď se vyskytuje pouze v několika sloučeninách, např. v oxidu měditém Cu2O3 nebo v komplexní soli hexafluoroměditanu draselném K3[CuF6], trojmocná měď vytváří také měditany [CuO2]-. Všechny sloučeniny trojmocné mědi jsou nestabilní a snadno se redukují na sloučeniny měďnaté.

Sloučeniny mědi v oxidačním stavu II jsou nejrozšířenější. Vodné roztoky měďnatých solí jsou modré, modré zbarvení způsobuje vzniklý tetraaquaměďnatý iont [Cu(H2O)4]2+, výjimku tvoří hnědý roztok chloridu a bromidu. Nerozpustné měďnaté sloučeniny bývají různě zbarvené, sulfid měďnatý CuS, oxid měďnatý CuO a thiokyanatan měďnatý Cu(SCN)2 jsou černé, hydroxid měďnatý Cu(OH)2, uhličitan měďnatý CuCO3 a hydrogenfosforečnan měďnatý CuHPO4 jsou modré, chroman měďnatý CuCrO4 je světle oranžový, jodid měďnatý CuI2 je hnědý. Oxid měďnatý i hydroxid měďnatý vykazují amfoterní vlastnosti, s kyselinami reagují za vzniku měďnaté soli, s hydroxidy alkalických kovů tvoří alkalické tetrahydroxoměďnatany [Cu(OH)4]2-.

Jednomocná měď vytváří četné komplexní sloučeniny obvykle s koordinačním číslem 2, komplexní sloučeniny dvoumocné mědi jsou většinou charakterizovány koordinačním číslem 4. Kvalitativní důkaz přítomnosti měďnatých iontů v roztoku je možné provést přídavkem roztoku hexakyanoželeznatanu draselného K4[Fe(CN)6] za vzniku červenohnědé sraženiny komplexní soli hexakyanoželeznatanu měďnatého Cu2[Fe(CN)6] (Hatchetova hněď), viz tabulka důkazu kationtů.

Výskyt mědi v přírodě

V přírodě se měď vzácně nalézá ryzí, běžnější je její výskyt v nerostech. Průměrný obsah mědi v zemské kůře je 60 ppm. Přírodní měď je směsí dvou stabilních izotopů 63Cu a 65Cu. Uměle bylo připraveno dalších 22 radioaktivních izotopů s nukleonovými čísly 57 až 80.

Celkem je známo přes 600 nerostů mědi. Mezi sulfidické měděné rudy patří chalkopyrit CuFeS2, bornit (pestrá ruda měděná) Cu3FeS3, chalkosin (leštěnec měděný) Cu2S, burnonit CuPbSbS3 a covellin CuS. Mezi kyslíkaté měděné rudy se řadí kuprit Cu2O, malachit CuCO3·Cu(OH)2, azurit 2CuCO3·Cu(OH)2 a tenorit CuO. Mezi další užitkové minerály mědi patří tetraedrit Cu12Sb4S13, tennantit Cu12As4S13, enargit Cu3AsS4, cubanit CuFe2S3 a dioptas CuSiO2(OH)2.

Těžba a zásoby

V roce 2012 dosáhla světová těžba měděných rud hodnoty 17 Mt, v Chile se vytěžilo 5,37 Mt, 1,5 Mt v Číně, 1,24 Mt v Peru a 1,15 Mt v USA. Celosvětové ověřené těžitelné zásoby mědi dosahují 680 Mt, z toho připadá 190 Mt na Chile, 86 Mt na Austrálii, 76 Mt na Peru a 39 Mt na USA. V Evropě jsou největší zásoby měděných rud ve výši 26 Mt čisté mědi v Polsku, které je roční produkcí 430 kt na prvním místě v Evropě, druhé místo patří Bulharsku s roční těžbou 113 kt mědi, ve Švédsku se vytěžilo 76 kt.

Celkové zásoby mědi v ČR dosahují hodnoty 49 kt, na našem území jsou evidovaná 4 netěžená ložiska s bilancovanými zásobami mědi - Křižanovice, Kutná Hora, Zlaté Hory-Hornické skály a Zlaté Hory-východ. Těžba měděných rud byla v ČR ukončena v roce 1990, nejvíce mědi (37,7 kt) se vytěžilo z vulkanosedimentárního ložiska monometalických, komplexních i polymetalických rud ve zlatohorském rudním revíru.

Výroba a rafinace mědi

Pyrometalurgická výroba

Průmyslová výroba surové mědi z bohatých sulfidických rud se provádí pyrometalurgickým způsobem, který spočívá v oxidačním pražení sulfidových rud, při kterém se sulfidy mědi přemění na oxidy. Další možností je pomocí sulfatačního pražení převést sulfid na sulfát, ze kterého se měď vylučuje cementací pomocí železa.

Pražení se provádí nečastěji v etážových nebo fluidních pecích při teplotách okolo 800°C, pražné plyny obsahují oxid siřičitý a slouží k výrobě kyseliny sírové nebo elemetární síry. Typické sulfatační a oxidační reakce probíhající při pražení sulfidických měděných rud:

2CuFeS2 + 4O2 → CuSO4 + FeSO4
4CuFeS2 + 13O2 → 2(CuO·Fe2O3) + 2CuO + 8SO2

Praženec se poté taví s přísadou struskotvorných látek v různých typech nístějových, šachtových nebo elektrických pecí při teplotě 1400°C na tzv. kamínek (měděný lech), který se dmýcháním vzduchu zpracovává v konvertorech na surovou měď. Při tavení reagují oxidy mědi se sulfidy železa, měď ve formě Cu2S přechází do kamínku, železo jako FeO přechází do strusky:

2CuO + 2FeS2 → Cu2S + 2FeS + SO2
Cu2O + FeS → Cu2S + FeO

Roztavený kamínek s vysokým obsahem sulfidu měďného se oxiduje pomocí vzduchu nebo kyslíku v různých typech konvertorů. V konvertoru probíhají postupně následující reakce:

Cu2S + O2 → 2Cu + SO2
2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2
Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2

Hydrometalurgická výroba

Chudé měděné rudy se obvykle zpracovávají hydrometalurgickými procesy, které spočívají v loužení rudy kyselinou sírovou nebo roztokem síranu železitého. Měď přejde do výluhu jako síran měďnatý, ten se zpracovává elektrolyticky nebo cementací železem. Měděné rudy s vyšším obsahem železa a vápníku se zpracovávají amoniakálním loužením pomocí roztoku hydroxidu a uhličitanu amonného za vzniku uhličitanu tetraamiměďnatého. Z amoniakálních výluhů se amoniak odstraní vyvařováním za sníženého tlaku při teplotě 100-135°C, měď se získává jako surový kov nebo ve formě oxidů. Při kyselém a alkalickém loužení probíhají následující reakce:

Cu2O + H2SO4 → CuSO4 + Cu + H2O
Cu2S + Fe2(SO4)3 → CuS + CuSO4 + 2FeSO4
CuS + Fe2(SO4)3 → CuSO4 + 2FeSO4 + S
CuCO3·Cu(OH)2 + 6NH4OH + (NH4)2CO3 → 2[Cu(NH3)4]CO3 + 8H2O

Postup TORCO

Africké měděné oxidické rudy silikátového typu se zpracovávají postupem TORCO (Treatment of refraktory Copper Ores), který spočívá v zahřívání jemně mleté rudy, chloridu sodného a uhlí ve fluidním reaktoru při teplotě 700-800°C, měď je vyredukována vodíkem, který v reaktoru vzniká reakcí vodní páry s uhlím.

Rafinace

Vyrobená surová černá měď dosahuje čistoty 94 - 97 % a musí se rafinovat. Rafinace surové mědi se provádí přetavováním v nístějové peci za přídavku dřevěného uhlí. Vzniklá rafinovaná hutní měď má čistotu 99,7 %. Dokonalejší rafinace mědi se dosahuje pomocí elektrolýzy v síranovém prostředí. Elektrolytická rafinovaná měď dosahuje čistoty až 99,95 %. Odpadní anodové kaly z elektrolytické rafinace mědi jsou ceněným zdrojem pro výrobu mnohých dalších prvků, např. selenu, telluru, ruthenia, palladia, stříbra, rhenia, osmia, iridia nebo zlata.

Biologické loužení

Přibližně 20 % (16 Mt) veškeré vyrobené mědi se od osmdesátých let minulého století získává biologickým loužením (bioleaching) sulfidických rud covellinu a chalkosinu. Na rudu se působí vyluhovacím roztokem s obsahem acidofilních chemolitotrofních bakterií rodu Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobacillus a dalších. Chemolitotrofní bakterie získávají energii oxidací anorganických sloučenin.

Principem biologického loužení je nepřímá oxidace nerozpustných sulfidů na rozpustné sírany. Jako oxidační činidlo slouží železité soli vzniklé činností mikroorganismů ze solí železnatých. Reakce jsou obdobné jako při kyselém loužení. Z elementární síry vyloučené při oxidačních reakcích vzniká působením bakterií kyselina sírová, která se spolu se vzdušným kyslíkem účastní oxidačního procesu:

2Cu2S + O2 + 2H2SO4 → 2CuSO4 + 2CuS + 2 H2O

Biologické loužení mědi se provádí na hromadách, v tancích, metodou in-situ a využívá se i ke zpracování odvalů po bývalé hornické těžbě. Produktem je roztok síranu měďnatého, který se zpracovává elektrolyticky. Metoda biologické oxidace sulfidických rud mědi se využívá v řadě těžebních a úpravárenských závodů v Chile (Lo Aguirre, Zaldívar, Cerro Colorado), USA (Equatorial Tonopah, Morenci) a Austrálii (Girilambone, Gunpowder Mammoth Mine).

Využití mědi a jejich sloučenin

Využití mědi je značně rozsáhlé. Spolu se železem a hliníkem patří měď mezi nejdůležitější technické kovy. Pro svou velmi dobrou elektrickou a tepelnou vodivost se měď používá zejména k výrobě elektrických vodičů a trubkovnic ve výměnících tepla. Významné je použití mědi jako složky řady slitin.

Stále větší význam má měď ve fotovoltaice, kde je jednou ze složek moderních tenkovrstvých fotoelektrických článků CIGS, využívaných ke konstrukci trubicových fotoelektrických panelů.

Sloučeniny mědi velmi mají široké uplatnění. Používají se k výrobě pigmentů, smaltů, katalyzátorů (výroba acetaldehydu oxidací ethanolu, výroba acetonu dehydrogenací sekundárního propanolu), umělých vláken, agrochemikálií a jako laboratorní činidla, např. Fehlingovo činidlo k analytickému důkazu aldehydů a ketonů nebo Benediktovo činidlo k důkazu glukózy i dalších sacharidů se mj. skládají ze síranu měďnatého.

Oxid měďnatý CuO se používá v organické chemii, termický rozklad organických látek za přítomnosti CuO slouží k důkazu halogenů (Beilsteinova zkouška). Uhličitan měďnatý CuCO3 je používán jako barvivo glazur, při výpalu v redukčním prostředí poskytuje červené zbarvení, při oxidačním výpalu barví glazuru zeleně. Hydroxid měďnatý Cu(OH)2 se používá jako modrý pigment (brémská modř). Mezi další používané měďnaté pigmenty patří modrý verditer 2CuCO3·Cu(OH)2, zelený verditer CuCO3·Cu(OH)2, Scheeleova zeleň CuHAsO3, brunšvická zeleň CuCl2·CuO·nH2O, svinibrodská zeleň Cu(CH3COO)2·3Cu(AsO2)2 nebo nejstarší známý syntetický pigment egyptská modř CuO·SiO2·CaO. Hydroxid tetraamin-měďnatý [Cu(NH3)4](OH)2 (Schweizerovo činidlo) se požívá jako rozpouštědlo celulózy při výrobě umělého hedvábí a celofánu. Výbušný acetylid měďný Cu2C2 se používá k výrobě rozbušek.

Modrá skalice a její využití

Síran měďnatý CuSO4·5H2O (modrá skalice) je nejpoužívanější sloučeninou mědi. Modrá skalice nachází použití jako součást bazénové chemie, jako prostředek k moření dřeva a osiva, jako algicid k likvidaci řas, k odstraňování mechů a lišejníků a ke konzervaci preparovaných živočichů. Směs modré skalice s vápenným mlékem Ca(OH)2 se pod názvem Bordeauxská jícha používá již velmi dlouhou dobu k ochraně vinné révy před plísňovým onemocněním perenosporou. Další využítí nalézá modrá skalice jako součást elektrolytu při galvanickém poměďování a jako desinfekční prostředek v akvaristice a v chovech drobného hospodářského zvířectva.

Zdroje

nikl ← měď → zinek

TOPlist