MEĎ: HISTÓRIA, VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, POUŽITIE, BIOLOGICKÁ ÚLOHA - CHÉMIA - 2026

Meď je prechodný kov patriaci do skupiny 11 periodickej tabuľky prvkov, a je reprezentovaný chemickej značky Cu. Vyznačuje sa a vyznačuje sa červenooranžovým kovom, veľmi ťažným a kujným, ktorý je tiež vynikajúcim vodičom elektriny a tepla.

Vo svojej kovovej forme sa vyskytuje ako primárny minerál v čadičových horninách. Medzitým sa oxiduje v zlúčeninách síry (vo väčších ťažbách), arzenidov, chloridov a uhličitanov; to znamená, obrovská kategória minerálov.

Budík z medi. Zdroj: Pixabay.

Medzi minerály, ktoré ho obsahujú, môžeme uviesť chalcocit, chalkopyrit, boritan, kuprit, malachit a azurit. Meď sa nachádza aj v popole rias, morských koraloch a článkonožcoch.

Tento kov má v zemskej kôre množstvo 80 ppm a priemernú koncentráciu v morskej vode 2,5 ∙ 10 - ⁴ mg / l. V prírode sa vyskytuje ako dva prírodné izotopy: ⁶³ Cu, s výskytom 69,15%, a ⁶⁵ Cu, s výskytom 30,85%.

Existujú dôkazy, že meď bola tavená v roku 8000 pred Kristom. A zliatiny cínu za vzniku bronzu v roku 4 000 pnl. C. Má sa za to, že ako prvé kovy používané človekom predchádza iba meteorické železo a zlato. Je teda synonymom archaickej a oranžovej žiary súčasne.

Meď sa používa hlavne na výrobu káblov na vedenie elektriny v elektrických motoroch. Takéto káble, malé alebo veľké, tvoria stroje alebo zariadenia v priemysle av každodennom živote.

Meď je súčasťou elektronického transportného reťazca, ktorý umožňuje syntézu ATP; hlavná energetická zlúčenina živých bytostí. Je to kofaktor superoxiddismutázy: enzým, ktorý degraduje superoxidový ión, zlúčeninu vysoko toxickú pre živé bytosti.

Okrem toho hrá meď úlohu v hemocyaníne pri preprave kyslíka v niektorých pavúkoch, kôrovcoch a mäkkýšoch, čo je podobné ako u železa v hemoglobíne.

Napriek všetkým svojim priaznivým účinkom na človeka, keď sa meď hromadí v ľudskom tele, ako je napríklad Wilsonova choroba, môže okrem iných zmien spôsobiť cirhózu pečene, poruchy mozgu a poškodenie očí.

histórie

Vek medi

Pôvodná meď sa používala na výrobu artefaktov ako náhrady za kameň v neolite, pravdepodobne medzi rokmi 9000 a 8000 pred Kristom. C. Meď je po železe prítomnom v meteoritoch a zlate jedným z prvých kovov používaných človekom.

Existujú dôkazy o použití baníctva pri získavaní medi v roku 5 000 pnl. C. Už z predchádzajúceho dátumu sa vyrábali výrobky z medi; to je prípad náušnice vyrobenej v Iraku, ktorá sa odhaduje na 8700 pred Kr. C.

Na druhej strane sa verí, že metalurgia sa narodila v Mezopotámii (dnes Irak) v roku 4 000 pnl. C., kedy bolo možné redukovať kov z minerálov pomocou ohňa a uhlia. Neskôr bola meď zámerne legovaná s cínom na výrobu bronzu (4 000 pnl).

Niektorí historici poukazujú na meď, ktorá by bola chronologicky umiestnená medzi neolitom a bronzom. Neskôr, doba železná nahradila dobu bronzovú medzi rokmi 2000 a 1000 pnl. C.

Doba bronzová

Doba bronzová sa začala 4000 rokov po tavení medi. Bronzové predmety z kultúry Vinca sa datujú do roku 4500 pred Kristom. C.; zatiaľ čo na Sumérii av Egypte sú bronzové predmety vyrobené 3000 rokov pred Kristom. C.

Používanie rádioaktívneho uhlia preukázalo existenciu ťažby medi v Alderley Edge, Cheshire a vo Veľkej Británii medzi rokmi 2280 a 1890 pred naším letopočtom. C.

Je potrebné poznamenať, že Ötzi, „Ľadovec“, sa odhaduje na obdobie medzi 3300 a 3200 pred Kristom. C., mal sekeru s hlavou z čistej medi.

Rimania zo 6. storočia pred naším letopočtom. Ako mena používali kúsky medi. Julius Caesar používal mince z mosadze, medi a zliatiny zinku. Octavianove mince boli vyrobené zo zliatiny medi, olova a cínu.

Výroba a názov

Produkcia medi v Rímskej ríši dosiahla 150 000 ton ročne, čo je číslo, ktoré prekonalo iba počas priemyselnej revolúcie. Rimania priniesli meď z Cypru, poznajúc ju ako aes Cyprium („kov z Cypru“).

Neskôr sa tento výraz degeneroval na meď: názov používaný na označenie medi až do roku 1530, keď bol na označenie kovu zavedený anglický koreňový výraz „meď“.

Veľká medená hora vo Švédsku, ktorá fungovala od 10. storočia do roku 1992, pokryla 60% európskej spotreby v 17. storočí. Závod La Norddeutsche Affinerie v Hamburgu (1876) bol prvým moderným zariadením na elektrolytické pokovovanie, ktoré používalo meď.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

vzhľad

Meď je lesklý oranžovo-červený kov, zatiaľ čo väčšina prírodných kovov je šedá alebo strieborná.

Atómové číslo (Z)

29

Atómová hmotnosť

63,546 u

Bod topenia

1 084,62 ° C

Bežné plyny, ako je kyslík, dusík, oxid uhličitý a oxid siričitý, sú rozpustné v roztavenej medi a ovplyvňujú mechanické a elektrické vlastnosti kovu, keď tuhne.

Bod varu

2 562 ° C

Hustota

- 8,96 g / ml pri teplote miestnosti.

- 8,02 g / ml pri teplote topenia (kvapalina).

Všimnite si, že nedochádza k výraznému zníženiu hustoty medzi pevnou a kvapalnou fázou; oba predstavujú veľmi husté materiály.

Teplo fúzie

13,26 kJ / mol.

Odparovacie teplo

300 kJ / mol.

Molárna kalorická kapacita

24,44 J / (mol * K).

Tepelná rozťažnosť

16,5 um / (m * K) pri 25 ° C

Tepelná vodivosť

401 W / (m = K).

Elektrický odpor

16,78 Ω ∙ m pri 20 ° C

Elektrická vodivosť

59,6 ∙ 10 ⁶ S / m.

Meď má veľmi vysoké elektrické vedenie, predbieha iba striebro.

Mohsova tvrdosť

3.0.

Je to preto mäkký kov a tiež dosť ťažký. Pevnosť a húževnatosť sa zvyšujú opracovaním za studena v dôsledku predĺženej tvorby kryštálov rovnakej kubickej štruktúry sústredenej na tvár, ktorá je prítomná v medi.

Chemické reakcie

Test s plameňom medi, ktorý je identifikovaný farbou jeho modrozeleného plameňa. Zdroj: Swn (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flametest-Co-Cu.swn.jpg)

Meď nereaguje s vodou, ale reaguje s atmosférickým kyslíkom a je pokrytá vrstvou čiernohnedého oxidu, ktorý zaisťuje ochranu spodných vrstiev kovu proti korózii:

2Cu (y) + O ₂ (g) → 2CuO

Meď nie je rozpustná v zriedených kyselinách, reaguje však s horúcimi a koncentrovanými kyselinami sírovými a dusičnými. Je tiež rozpustný v amoniaku vo vodnom roztoku a v kyanide draselnom.

Odoláva pôsobeniu atmosférického vzduchu a morskej vody. Jeho dlhodobá expozícia však vedie k vytvoreniu tenkej zelenej ochrannej vrstvy (patina).

Predchádzajúca vrstva je zmesou uhličitanu a síranu meďnatého, ktoré sa pozorujú v starých budovách alebo sochách, ako je napríklad Socha slobody v New Yorku.

Medi reaguje zahrieva na červenú s kyslíkom za vzniku oxidu meďnatého (CuO) a pri vyšších teplotách formy oxidu meďného (Cu ₂ O). Horúca tiež reaguje so sírou za vzniku sulfidu medi; preto je pri vystavení niektorým zlúčeninám síry zahmlený.

Meď I pri skúške plameňom horí modrým plameňom; zatiaľ čo meď II vydáva zelený plameň.

Štruktúra a elektronická konfigurácia

Medené kryštály kryštalizujú v kubickej štruktúre zameranej na tvár (fcc). V tomto kryštále fcc zostávajú atómy Cu viazané vďaka kovovej väzbe, ktorá je pomerne slabšia ako iné prechodné kovy; skutočnosť sa prejavila v jeho veľkej ťažnosti a nízkej teplote topenia (1084 ° C).

Podľa elektronickej konfigurácie:

3d ¹⁰ 4s ¹

Všetky 3d orbity sú naplnené elektrónmi, zatiaľ čo v 4-obežnej dráhe je neobsadené miesto. To znamená, že 3d orbitaly nespolupracujú v kovovom zväzku, ako by sa dalo očakávať od iných kovov. Atómy Cu pozdĺž kryštálu sa teda prekrývajú s ich 4 s orbitálmi, aby sa vytvorili pásy, čo ovplyvňuje relatívne slabú silu ich interakcií.

V skutočnosti výsledný energetický rozdiel medzi 3d (úplnými) a 4s (poloplnými) orbitálnymi elektrónmi je zodpovedný za to, že kryštály medi absorbujú fotóny z viditeľného spektra, čo odráža ich výraznú oranžovú farbu.

Kryštály z medi a fcc môžu mať rôzne veľkosti, čím menšie sú, tým silnejší bude kovový kus. Keď sú veľmi malé, hovoríme o nanočasticiach, citlivých na oxidáciu a vyhradených pre selektívne aplikácie.

Oxidačné čísla

Prvé číslo alebo oxidačný stav, ktorý možno očakávať od medi, je +1, kvôli strate elektrónu z jeho 4s obežnej dráhy. Keď je obsiahnutá v zlúčenine, predpokladá sa existencia katiónu Cu ⁺ (bežne sa nazýva meďný ión).

Toto a oxidačné číslo +2 (Cu ²⁺ ) sú pre meď najznámejšie a najhojnejšie; vo všeobecnosti sú jediní, ktorí sa učia na strednej škole. Existujú však aj oxidačné čísla +3 (Cu ³⁺ ) a +4 (Cu ⁴⁺ ), ktoré nie sú také zriedkavé, ako by ste si mohli myslieť na prvý pohľad.

Napríklad soli kuprátu aniónu, CuO ₂ ^- , predstavujú zlúčeniny s meďou (III) alebo +3; ako je to v prípade meánatanem draselného, KCuO ₂ (K ⁺ Cu ³⁺ O ₂ ² ).

Meď tiež, hoci v menšej miere a vo veľmi zriedkavých prípadoch, môže mať záporné oxidačné číslo: -2 (Cu ^2- ).

Ako sa získava

Surový materiál

Minerály, ktoré sa najčastejšie používajú na ťažbu medi, sú sulfidy kovov, najmä chalkopyrit (CuFeS ₂ ) a boritan (Cu ₅ FeS ₄ ). Tieto minerály tvoria 50% z celkovej extrahovanej medi. Calellite (CUS) a chalcocite (Cu ₂ S) sú tiež používané pre získanie medi .

Drvenie a drvenie

Na začiatku sa horniny rozdrvia, aby sa získali skalné fragmenty 1,2 cm. Potom pokračuje drvením skalnatých úlomkov, až kým sa nedosiahnu častice 0,18 mm. Pridá sa voda a činidlá, aby sa získala pasta, ktorá sa potom pláva, aby sa získal koncentrát medi.

flotačné

V tejto fáze sa tvoria bubliny, ktoré zachytávajú minerály medi a síry, ktoré sú prítomné v buničine. Uskutočňuje sa niekoľko procesov na zozbieranie peny, jej vysušenie na získanie koncentrátu, ktorý pokračuje v jeho čistení.

čistenie

Na oddelenie medi od iných kovov a nečistôt je suchý koncentrát vystavený vysokým teplotám v špeciálnych peciach. Meď rafinovaná ohňom (RAF) sa formuje do dosiek s hmotnosťou približne 225 kg, ktoré budú tvoriť anódy.

elektrolýza

Elektrolýza sa používa pri rafinácii medi. Anódy z taviarne sa odoberajú do elektrolytických článkov na rafináciu. Meď putuje do katódy a nečistoty sa usadzujú na dne buniek. Pri tomto spôsobe sa získajú medené katódy s čistotou 99,99%.

Zliatiny medi

bronz

Bronz je zliatina medi a cínu, pričom meď tvorí 80 až 97% medi. Používa sa pri výrobe zbraní a riadu. V súčasnosti sa používa pri výrobe mechanických častí odolných voči treniu a korózii.

Okrem toho sa používa pri konštrukcii hudobných nástrojov, ako sú zvončeky, gongy, činely, saxofóny a struny harf, gitár a klavíra.

mosadz

Mosadz je zliatina medi a zinku. V priemyselnej mosadzi je obsah zinku nižší ako 50%. Používa sa pri spracovaní kontajnerov a kovových štruktúr.

Monel

Monel zliatina je zliatina niklu a medi s pomerom niklu k medi 2: 1. Je odolný proti korózii a používa sa vo výmenníkoch tepla, tyčiach a oblúkoch šošoviek.

Potvrdili

Constatán je zliatina vyrobená z 55% medi a 45% niklu. Používa sa na výrobu mincí a vyznačuje sa konštantným odporom. Na vonkajšiu povrchovú úpravu mincí s nízkou nominálnou hodnotou sa tiež používa zliatina niklu a niklu.

Becu

Zliatina medi a berýlia má percento berýlia 2%. Táto zliatina kombinuje pevnosť, tvrdosť, elektrickú vodivosť a odolnosť proti korózii. Zliatina sa bežne používa v elektrických konektoroch, telekomunikačných produktoch, počítačových komponentoch a malých pružinách.

Nástroje ako sú kľúče, skrutkovače a kladivá používané na ropných plošinách a uhoľných baniach majú iniciály BeCu ako záruku, že nebudú produkovať iskry.

ostatné

Zliatina striebra 90% a medi 10% sa používala v minciach, až do roku 1965, keď bolo použitie striebra vylúčené vo všetkých menách, s výnimkou pol dolára.

7% zliatina hliníka medi má zlatú farbu a používa sa ako dekorácia. Medzitým je Shakudo japonskou dekoratívnou zliatinou medi a zlata s nízkym percentuálnym podielom (4 až 10%).

aplikácia

Elektrické vedenie a motory

Medené elektrické vedenie. Zdroj: Scott Ehardt

Meď kvôli svojmu vysokému elektrickému vodeniu a nízkym nákladom je kovom voľby pre použitie v elektrických rozvodoch. Medený kábel sa používa v rôznych fázach výroby elektrickej energie, napríklad pri výrobe, prenose, distribúcii a pod.

50% medi vyrobenej na svete sa používa na výrobu elektrických káblov a drôtov, a to z dôvodu vysokej elektrickej vodivosti, ľahkosti tvarovania drôtov (ťažnosť), odolnosti proti deformácii a korózii.

Meď sa používa aj na výrobu integrovaných obvodov a dosiek s plošnými spojmi. Kov sa používa v chladičoch a výmenníkoch tepla vďaka vysokému tepelnému vedeniu, ktoré uľahčuje odvod tepla.

Meď sa používa v elektromagnetoch, vákuových trubiciach, katódových trubiciach a magnetrónoch v mikrovlnných rúrach.

Podobne sa používa pri konštrukcii cievok elektromotorov a systémov, ktoré poháňajú motory, čo predstavuje približne 40% svetovej spotreby elektrickej energie.

budova

Meď sa vďaka svojej odolnosti voči korózii a pôsobeniu atmosférického vzduchu už dlho používa na strechách domov, zvodov, kupolov, dverí, okien atď.

V súčasnosti sa používa v obkladoch stien a dekoratívnych predmetoch, ako sú kúpeľňové doplnky, kľučky dverí a svietidlá. Používa sa tiež v antimikrobiálnych výrobkoch.

Biostatický účinok

Meď zabraňuje množeniu mnohých foriem života. Používa sa v plachtách, ktoré boli umiestnené na spodku trupov lodí, aby sa zabránilo rastu mäkkýšov, ako sú mušle, ako aj barnacles.

V súčasnosti sa na uvedenú ochranu lodných trupov používajú farby na báze medi. Kovová meď môže pri kontakte neutralizovať mnoho baktérií.

Jeho mechanizmus účinku bol študovaný na základe jeho iónových, korozívnych a fyzikálnych vlastností. Záver bol, že oxidačné správanie medi spolu s vlastnosťami rozpustnosti jej oxidov sú faktory, ktoré spôsobujú antibakteriálnu kovovú meď.

Kovová meď pôsobí na niektoré kmene E. coli, S. aureus a Clostridium difficile, vírusy skupiny A, adenovírusy a huby. Preto sa plánuje používať zliatiny medi, ktoré sú v kontakte s rukami cestujúcich v rôznych dopravných prostriedkoch.

nanočastice

Antimikrobiálne pôsobenie medi sa ďalej zvyšuje, keď sa použijú jej nanočastice, ktoré sa ukázali ako užitočné pri endodontických ošetreniach.

Rovnako sú medené nanočastice vynikajúcimi adsorbentmi a pretože sú oranžové, zmena farby v nich predstavuje latentnú kolorimetrickú metódu; napríklad vyvinutý na detekciu ditiokarbamátových pesticídov.

Biologická úloha

V elektronickom dopravnom reťazci

Meď je životne dôležitým prvkom. Je zapojený do elektronického dopravného reťazca a tvorí súčasť komplexu IV. Posledný krok elektronického dopravného reťazca sa uskutočňuje v tomto komplexe: redukcia molekuly kyslíka za vzniku vody.

Komplex IV je tvorený dvoma skupinami ha, cytochróm a, cytochróm a ₃ , ako aj dve Cu centrá; jeden sa volá CuA a druhý CuB. Cytochróm a ₃ a CuB tvoria dvojjadrové centrum, v ktorom dochádza k redukcii kyslíka na vodu.

V tomto štádiu prechádza Cu zo svojho oxidačného stavu +1 na +2, čím sa do molekuly kyslíka dostávajú elektróny. Elektronický dopravný reťazec používa NADH a FADH ₂ z Krebsovho cyklu ako donory elektrónov, s ktorými vytvára elektrochemický gradient vodíka.

Tento gradient slúži ako zdroj energie na výrobu ATP v procese známom ako oxidačná fosforylácia. V konečnom dôsledku je prítomnosť medi potrebná na produkciu ATP v eukaryotických bunkách.

V enzýme superoxiddismutáza

Meď je súčasťou enzýmu superoxiddismutázy, enzýmu, ktorý katalyzuje rozklad superoxidového iónu (O ₂ ^- ), zlúčeniny, ktorá je toxická pre živé bytosti.

Superoxiddismutáza katalyzuje rozklad superoxidového iónu na kyslík a / alebo peroxid vodíka.

Superoxiddismutáza môže použiť redukciu medi na oxidáciu superoxidu na kyslík alebo môže spôsobiť oxidáciu medi za vzniku peroxidu vodíka zo superoxidu.

V hemocyaníne

Hemocyanín je proteín prítomný v krvi niektorých pavúkov, kôrovcov a mäkkýšov. U týchto zvierat plní podobnú funkciu ako hemoglobín, ale namiesto toho, aby v mieste transportu kyslíka obsahovalo železo, má meď.

Hemocyanín má na svojom aktívnom mieste dva atómy medi. Z tohto dôvodu je farba hemocyanínu modro-zelená. Kovové medené centrá nie sú v priamom kontakte, ale majú blízko. Molekula kyslíka je vložená medzi dva atómy medi.

Koncentrácia v ľudskom tele

Ľudské telo obsahuje medzi 1,4 a 2,1 mg Cu / kg telesnej hmotnosti. Meď sa vstrebáva v tenkom čreve a potom sa prenáša do pečene spolu s albumínom. Odtiaľ je meď transportovaná do zvyšku ľudského tela pripojeného na plazmatický proteín ceruloplasmin.

Prebytočná meď sa vylučuje žlčou. V niektorých prípadoch, napríklad pri Wilsonovej chorobe, sa v tele hromadí meď, čo spôsobuje toxické účinky kovu, ktoré ovplyvňujú nervový systém, obličky a oči.

Referencie

1. Ghoto, SA, Khuhawar, MY, Jahangir, TM a kol. (2019). Aplikácie medených nanočastíc na kolorimetrickú detekciu ditiokarbamátových pesticídov. J Nanostruct Chem 9: 77. doi.org/10.1007/s40097-019-0299-4
2. Sánchez-Sanhueza, Gabriela, Fuentes-Rodríguez, Daniela a Bello-Toledo, Helia. (2016). Medené nanočastice ako potenciálne antimikrobiálne činidlo pri dezinfekcii koreňových kanálov: systematické hodnotenie. Medzinárodný časopis odontostomatológie, 10 (3), 547-554. dx.doi.org/10.4067/S0718-381X2016000300024
3. Wikipedia. (2019). Meď. Obnovené z: en.wikipedia.org
4. Terence Bell. (19. september 2018). Fyzikálne vlastnosti medi berýlia. Obnovené z: thebalance.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3. júla 2019). Fakty medi: Chemické a fyzikálne vlastnosti. Získané z: thinkco.com
6. Editori encyklopédie Britannica. (26. júla 2019). Meď: chemický prvok. Encyklopédia Britannica. Získané z: britannica.com
7. Editor. (10. novembra 2018). Chalkopyrit. Získané z: mineriaenlinea.com
8. Lenntech BV (2019). Periodická tabuľka: meď. Obnovené z: lenntech.com