cupru
element chimic
Cupru (Cu), element chimic, un metal roșcat, extrem de ductil, din grupa 11 (Ib) din tabelul periodic, care este un conductor neobișnuit de bun de electricitate și căldură. Cuprul se găsește în natură în stare metalică liberă. Acest cupru nativ a fost folosit pentru prima dată (c. 8000 î.Hr.) ca înlocuitor al pietrei de către oamenii din Neolitic (Noua Epocă de Piatră). Metalurgia a apărut în Mesopotamia pe măsură ce cuprul a fost turnat în matrițe (aproximativ 4000 î.Hr.), a fost redus la metal din minereuri cu foc și cărbune și a fost aliat intenționat cu staniu ca bronz (aproximativ 3500 î.Hr.). Aprovizionarea romană cu cupru a venit aproape în întregime din Cipru. Era cunoscut caaes Cyprium, „metal din Cipru”, prescurtat lacipriuiar ulterior coruptă săcuprum. Vezi sibronz.
| numar atomic | 29 |
|---|---|
| greutate atomica | 63.546 |
| punct de topire | 1.083 grade (1.981 grade F) |
| Punct de fierbere | 2.567 grade (4.653 grade F) |
| densitate | 8,96 la 20 de grade (68 de grade F) |
| valenţă | 1, 2 |
| configuratie electronica | 2-8-18-1 sau (Ar)3d104s1 |
Apariție, utilizări și proprietăți
cupru
Cupru din Peninsula Keweenaw, Michigan, SUA
Cuprul nativ se găsește în multe locații ca mineral primar în lavele bazaltice și, de asemenea, ca redus din compușii de cupru, cum ar fi sulfuri, arsenide, cloruri și carbonați. (Pentru proprietățile mineralogice ale cuprului,vedeatabelul elementelor native.) Cuprul apare combinat în multe minerale, cum ar fi calcocitul, calcopiritul, bornitul, cupritul, malachitul și azurit. Este prezent în cenușa algelor marine, în mulți corali de mare, în ficatul uman și în multe moluște și artropode. Cuprul joacă același rol în transportul oxigenului în hemocianina moluștelor și crustaceelor cu sânge albastru ca și fierul în hemoglobina animalelor cu sânge roșu. Cuprul prezent la om ca oligoelement ajută la catalizarea formării hemoglobinei. Un zăcământ de porfir de cupru din Munții Anzi din Chile este cel mai mare zăcământ cunoscut al mineralului. Până la începutul secolului XXI, Chile devenise cel mai mare producător mondial de cupru. Alți producători importanți includ Peru, China și Statele Unite.
Kitwe: mina de cupru cu cariera deschisa
Mină de cupru în cariera deschisă, Kitwe, Zambia.
Cuprul este produs comercial în principal prin topire sau leșiere, urmată de obicei de electrodepunerea din soluții de sulfat. Pentru un tratament detaliat al producției de cupru,vedeaprelucrarea cuprului. Cea mai mare parte a cuprului produs în lume este folosită de industriile electrice; cea mai mare parte a restului este combinată cu alte metale pentru a forma aliaje. (De asemenea, este important din punct de vedere tehnologic ca acoperire galvanizată.) Serii importante de aliaje în care cuprul este principalul constituent sunt alama (cupru și zinc), bronzul (cupru și staniu) și nichel-argint (cupru, zinc și nichel, nu argint). Există multe aliaje utile de cupru și nichel, inclusiv Monel; cele două metale sunt complet miscibile. Cuprul formează și o serie importantă de aliaje cu aluminiu, numite bronzuri de aluminiu. Cuprul de beriliu (2 procente Be) este un aliaj de cupru neobișnuit, deoarece poate fi întărit prin tratament termic. Cuprul face parte din multe metale monede. La mult timp după ce epoca bronzului a trecut în epoca fierului, cuprul a rămas al doilea metal în utilizare și importanță față de fier. Cu toate acestea, în anii 1960, aluminiul mai ieftin și mult mai abundent trecuse pe locul doi în producția mondială.
| țară | producția mină 2016 (tone metrice)* | % din producția mondială de mine | rezerve demonstrate 2016 (tone metrice)* | % din rezervele demonstrate mondiale |
|---|---|---|---|---|
| *Estimativ. | ||||
| **Din cauza rotunjirii, detaliile nu se adună la totalul dat. | ||||
| Sursa: Departamentul de Interne al SUA, Rezumate ale mărfurilor minerale 2017. | ||||
| Chile | 5,500,000 | 28.4 | 210,000,000 | 29.2 |
| Peru | 2,300,000 | 11.9 | 81,000,000 | 11.3 |
| China | 1,740,000 | 9.0 | 28,000,000 | 3.9 |
| Statele Unite | 1,410,000 | 7.3 | 35,000,000 | 4.9 |
| Australia | 970,000 | 5.0 | 89,000,000 | 12.4 |
| Congo (Kinshasa) | 910,000 | 4.7 | 20,000,000 | 2.8 |
| Zambia | 740,000 | 3.8 | 20,000,000 | 7.4 |
| Canada | 720,000 | 3.7 | 11,000,000 | 1.5 |
| Rusia | 710,000 | 3.7 | 30,000,000 | 4.2 |
| Mexic | 620,000 | 3.2 | 46,000,000 | 6.4 |
| alte țări | 3,800,000 | 19.6 | 150,000,000 | 20.8 |
| total mondial | 19,400,000** | 100** | 720,000,000 | 100** |
cabluri de cupru
Cabluri electrice din cupru. Datorită conductivității electrice ridicate a cuprului, este foarte utilizat în industria electrică.(mai mult)
Cuprul este unul dintre cele mai ductile metale, nu deosebit de puternic sau dur. Rezistența și duritatea sunt crescute considerabil prin prelucrarea la rece datorită formării de cristale alungite cu aceeași structură cubică centrată pe față care este prezentă în cuprul recoapt mai moale. Gazele comune, cum ar fi oxigenul, azotul, dioxidul de carbon și dioxidul de sulf sunt solubile în cuprul topit și afectează foarte mult proprietățile mecanice și electrice ale metalului solidificat. Metalul pur este al doilea după argint în ceea ce privește conductivitatea termică și electrică. Cuprul natural este un amestec de doi izotopi stabili: cuprul-63 (69,15 la sută) și cuprul-65 (30,85 la sută).
Testul Britannica
Fapte pe care ar trebui să le știți: Testul tabelului periodic
Deoarece cuprul se află sub hidrogen în seria electromotoare, nu este solubil în acizi cu degajarea hidrogenului, deși va reacționa cu acizii oxidanți, cum ar fi acidul azotic și acidul sulfuric concentrat fierbinte. Cuprul rezistă la acțiunea atmosferei și a apei de mare. Cu toate acestea, expunerea pentru perioade lungi la aer are ca rezultat formarea unui strat protector subțire verde (patină), care este un amestec de hidroxocarbonat, hidroxosulfat și cantități mici de alți compuși. Cuprul este un metal moderat nobil, nefiind afectat de acizi diluați neoxidanți sau necomplexanți în absența aerului. Cu toate acestea, se va dizolva ușor în acid azotic și în acid sulfuric în prezența oxigenului. Este, de asemenea, solubil în amoniac apos sau cianură de potasiu în prezența oxigenului, datorită formării de complexe ciano foarte stabile la dizolvare. Metalul va reacționa la căldură roșie cu oxigenul pentru a da oxid cupric, CuO, și, la temperaturi mai ridicate, oxid cupros, Cu2O. Reacţionează la încălzire cu sulf pentru a da sulfură cuproasă, Cu2S.
Compușii principali
Cuprul formează compuși în stările de oxidare +1 și +2 în chimia sa normală, deși în circumstanțe speciale pot fi preparați unii compuși ai cuprului trivalent. S-a demonstrat că cuprul trivalent supraviețuiește nu mai mult de câteva secunde într-o soluție apoasă.
cuprit
Cuprit din Namibia.
Compușii de cupru (I) (cuproși) sunt toți diamagnetici și, cu puține excepții, incolori. Printre compușii industriali importanți ai cuprului (I) se numără oxidul cupros (Cu2O), clorura cuproasa (Cu2Cl2), și sulfură cuproasă (Cu2S). Oxidul cupros este un cristal sau o pulbere roșie sau maro-roșcată care apare în natură ca mineral cuprită. Se produce pe scară largă prin reducerea minereurilor de oxid de cupru amestecate cu metal de cupru sau prin electroliza unei soluții apoase de clorură de sodiu folosind electrozi de cupru. Compusul pur este insolubil în apă, dar solubil în acid clorhidric sau amoniac. Oxidul cupros este utilizat în principal ca pigment roșu pentru vopsele antifouling, pahare, glazuri de porțelan și ceramică și ca fungicid pentru semințe sau culturi.
Clorura cuproasă este un solid albicios până la cenușiu care apare ca nantochitul mineral. Se prepară de obicei prin reducerea clorurii de cupru (II) cu cupru metalic. Compusul pur este stabil în aer uscat. Aerul umed îl transformă într-un compus oxigenat verzui, iar la expunerea la lumină este transformat în clorură de cupru (II). Este insolubil în apă, dar se dizolvă în acid clorhidric concentrat sau în amoniac din cauza formării ionilor complecși. Clorura cuproasă este utilizată ca catalizator într-un număr de reacții organice, în special în sinteza acrilonitrilului din acetilenă și cianura de hidrogen; ca agent de decolorare și desulfurare pentru produse petroliere; ca agent denitrator pentru celuloză; și ca agent de condensare pentru săpunuri, grăsimi și uleiuri.
Sulfura cuproasă apare sub formă de pulbere neagră sau bulgări și se găsește sub formă de calcocitul mineral. Cantități mari de compus sunt obținute prin încălzirea sulfurei cuprice (CuS) într-un curent de hidrogen. Sulfura cuproasă este insolubilă în apă, dar solubilă în hidroxid de amoniu și acid azotic. Aplicațiile sale includ utilizarea în celule solare, vopsele luminoase, electrozi și anumite varietăți de lubrifianți solizi.
Compușii de cupru (II) cu valoare comercială includ oxidul cupric (CuO), clorura cuprică (CuCl2), și sulfat cupric (CuSO4). Oxidul cupric este o pulbere neagră care apare sub formă de minerale tenorit și paramelaconit. Cantități mari sunt produse prin prăjirea minereurilor amestecate de oxid de cupru într-un cuptor la o temperatură sub 1.030 de grade (1.900 de grade F). Compusul pur poate fi dizolvat în acizi și cianuri alcaline. Oxidul cupric este folosit ca pigment (de la albastru până la verde) pentru pahare, glazuri de porțelan și pietre prețioase artificiale. De asemenea, este folosit ca agent de desulfurare pentru gazele petroliere și ca catalizator de oxidare.
Clorura cuprică este o pulbere gălbuie până la maro care absoarbe ușor umiditatea din aer și se transformă în hidratul albastru verzui, CuCl2∙2H2O. Hidratul se prepară în mod obișnuit prin trecerea clorului și a apei într-un turn de contact plin cu cupru metalic. Sarea anhidră se obține prin încălzirea hidratului la 100 de grade (212 de grade F). Ca și clorura cuproasă, clorura cuprică este utilizată ca catalizator într-o serie de reacții organice - de exemplu, în clorurarea hidrocarburilor. În plus, servește ca conservant pentru lemn, mordant (fixator) în vopsirea și imprimarea țesăturilor, dezinfectant, aditiv pentru hrana animalelor și pigment pentru sticlă și ceramică.
Sulfatul cupric este o sare formată prin tratarea oxidului cupric cu acid sulfuric. Formează cristale mari, albastre strălucitoare, care conțin cinci molecule de apă (CuSO4∙5H2O) și este cunoscut în comerț ca vitriol albastru. Sarea anhidră este produsă prin încălzirea hidratului la 150 de grade (300 de grade F). Sulfatul cupric este utilizat în principal în scopuri agricole, ca pesticid, germicid, aditiv pentru furaje și aditiv pentru sol. Printre utilizările sale minore se numără ca materie primă în prepararea altor compuși de cupru, ca reactiv în chimia analitică, ca electrolit pentru baterii și băi de galvanizare și în medicină ca fungicid, bactericid și astringent aplicat local.
Alți compuși importanți de cupru (II) includ carbonatul cupric, Cu2(OH)2CO3, care se prepară prin adăugarea de carbonat de sodiu la o soluție de sulfat de cupru și apoi filtrarea și uscarea produsului. Este folosit ca agent de colorare. Cu arsenul formează acetoarsenitul cupric (cunoscut în mod obișnuit ca verde de Paris), un conservant și insecticid pentru lemn.
