Miedź |
|
Miedź rodzima (wielkość ok. 4 cm) |
Dane ogólne |
Nazwa, symbol,
l.a.
| Miedź, Cu, 29 |
Grupa, okres, blok |
11
, 4,
d
|
Właściwości metaliczne |
metal przejściowy
|
|
|
|
Najbardziej stabilne izotopy |
---|
|
|
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
|
Miedź (Cu,
łac.
cuprum) –
pierwiastek chemiczny
, z grupy
metali przejściowych
układu okresowego
. Nazwa miedzi po łacinie (a za nią także w wielu innych językach, w tym angielskim) pochodzi od
Cypru
, gdzie w starożytności wydobywano ten metal. Początkowo nazywano go metalem cypryjskim (łac. cyprum aes), a następnie cuprum. Posiada 26
izotopów
z przedziału mas 55-80. Trwałe są tylko dwa: 63 i 65.
Czysta miedź metaliczna
Miedziany krążek o czystości ≥99,95% otrzymany metodą ciągłego odlewu i wytrawiony powierzchniowo dla uwidocznienia struktury wewnętrznej
Miedź ma gęstość 8,96 g/cm³ i temperaturę topnienia 1083 °C. Po wytopie i oczyszczeniu jest miękkim metalem o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym. Jest dość odporna chemicznie, zalicza się do
metali półszlachetnych
. Nie ulega działaniu kwasów w warunkach nieutleniających.
Czysta miedź ma kolor różowy[1]; wraz ze
złotem
i
osmem
jest jednym z trzech metali niemających barwy szarej lub srebrnej. Na powietrzu pokrywa się cienką warstwą
CuO
, w wyniku czego ciemnieje i przybiera barwę określaną jako czerwona[1] lub czerwonobrązowa[2]. Podczas dłuższego wystawienia na działanie warunków atmosferycznych, pod wpływam wilgoci i
dwutlenku węgla
ulega powolnej
korozji atmosferycznej
powierzchniowej (→
pasywacja
), pokrywając się charakterystyczną zieloną
patyną
zwaną grynszpanem szlachetnym (śniedzenie miedzi). W atmosferze zawierającej
dwutlenek siarki
w skład patyny wchodzi także zasadowy siarczan miedzi(II) (CuOH)2SO4, a powłoka taka nie stanowi ochrony przed dalszą korozją[3].
Miedź można przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na zimno następuje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa się przez wyżarzenie rekrystalizujące (w temp. 400-600 °C). Przeróbkę plastyczną na gorąco przeprowadza się w temp. 650-800 °C.
Miedź czysta zawiera 0,01-1,0% zanieczyszczeń, zależnie od rodzaju wytwarzania, przetwarzania i oczyszczania. Za zanieczyszczenia uważa się takie pierwiastki jak:
Bi
,
Pb
,
Sb
,
As
,
Fe
,
Ni
,
Sn
,
Zn
oraz
S
.
Metaliczna miedź (podobnie jak metaliczne
srebro
) wykazuje silne właściwości antybakteryjne[4].
Charakterystyka niektórych związków
Pięciowodny
siarczan miedzi(II)
CuSO4· 5H2O ma własności odkażające, a bezwodny ma silne własności
higroskopijne
i niekiedy stosowany jest do osuszania rozpuszczalników. Kompleksy miedzi są trwałe, jednak dość łatwo jest zmieniać
stopień utlenienia
miedzi w takich kompleksach i dlatego są one często stosowane jak
katalizatory
reakcji
redoks
. Związki miedzi(I) są trudno rozpuszczalne w wodzie, natomiast wodne roztwory soli miedzi(II) z reguły mają barwę niebieską lub niebiesko-zieloną.
Występowanie
Występuje w
skorupie ziemskiej
w ilościach 55
ppm
. W naturze występuje w postaci rud oraz w postaci czystej jako minerał -
miedź rodzima
. Miedź rodzima jest rzadko spotykana. Głównym źródłem tego metalu są minerały:
Wydobycie rud i produkcja miedzi
Wydobycie miedzi na świecie
Ze względu na duże zapotrzebowanie i stosunkowo małe zasoby naturalne miedź stanowi materiał strategiczny. Większość miedzi wydobywa się jako siarczek w kopalniach odkrywkowych ze złóż porfiru miedziowego zawierającego do 1% miedzi. W światowym wydobyciu
rud
miedzi w przeliczeniu na czysty składnik, wynoszącym w
2003
r. łącznie 13 600 tys. ton, przodowały:
Chile
(4 900 tys. ton),
USA
(1 140 tys. ton),
Indonezja
(1 000 tys. ton),
Australia
(860 tys. ton),
Peru
(840 tys. ton),
Kanada
(614 tys. ton),
Rosja
(500 tys. ton),
Polska
(460 tys. ton) i
Zambia
(430 tys. ton) [].
W światowej produkcji miedzi rafinowanej, która w
2003
r. wyniosła 15 200 tys. ton, przodowały:
Chile
(2 900 tys. ton),
Chiny
(1 700 tys. ton),
Japonia
(1 430 tys. ton),
USA
(1 320 tys. ton),
Rosja
(820 tys. ton),
Niemcy
(595 tys. ton),
Polska
(530 tys. ton),
Peru
(520 tys. ton),
Australia
(500 tys. ton), i
Korea Południowa
(510 tys. ton) [].
Otrzymywanie
Rudy miedzi zawierają tylko nieznaczne ilości miedzi. W celu oddzielenia siarczków miedzi od skały płonnej, stosowana jest
flotacja
. Otrzymane w ten sposób koncentraty miedzi przerabiane są w piecach hutniczych (np. piec zawiesinowy firmy Outotec), a produktem wytopu są
anody
miedziowe. Anody te poddawane są elektrorafinacji. Produktem huty są
katody
, które w zależności od przeznaczenia przetapiane są na wlewki różnego kształtu i wielkości.
Zastosowanie miedzi
Miedź obok
żelaza
odegrała wyjątkową rolę w rozwoju cywilizacji ludzkiej.
Epoka brązu
zawdzięcza swoją nazwę jednemu ze
stopów miedzi
. Pierwiastek ten znany jest od starożytności, od kiedy to był podstawowym składnikiem
brązów
.
Jest masowo wykorzystywana jako surowiec do produkcji przewodów elektrycznych i powszechnie w
elektronice
, a także w budownictwie (pokrycie dachów, elementy różnych instalacji), jako barwnik szkła oraz
katalizator
.
Miedź jest dodawana do wielu stopów, zarówno do stali jak i do
stopów aluminium
. Jest też dodawana do
srebra
i
złota
poprawiając znacznie ich własności mechaniczne.
Miedź z
cyną
,
cynkiem
,
molibdenem
i innymi
metalami przejściowymi
tworzy cały zestaw
stopów
zwanych ogólnie brązami. Najbardziej znane z nich to: udający złoto
tombak
i posiadający bardzo dobre własności mechaniczne oraz znaczną odporność na
korozję
mosiądz
. Stopy miedzi stosuje się do wyrobu kosztownej armatury, elementów precyzyjnych urządzeń mechanicznych i w jubilerstwie.
Znaczenie biologiczne miedzi
Miedź występuje powszechnie w wielu organizmach roślinnych i zwierzęcych. Szczególnie dużo jest jej w wołowinie, sałacie, grzybach,
owocach morza
(
ostrygi
,
homary
), gotowanych
podrobach
, ale można ją znaleźć również w
chlebie
gruboziarnistym,
warzywach strączkowych
, owocach awokado i
kiwi
. Dużą zawartość miedzi ma także nasienie ssaków. Jako mikroelement jest niezbędna dla życia wielu organizmów, biorąc udział m.in. w
fotosyntezie
i
oddychaniu
, jednak niektóre giną już przy bardzo niskich jej stężeniach. Dotyczy to np.
skrętnicy
, choć inne
glony
też są stosunkowo wrażliwe na obecność jonów miedziowych w wodzie, przez co sole miedzi mogą być stosowane jako
algicydy
[5].
Miedź jest
mikroelementem
występującym w centrach aktywnych wielu
enzymów
. Znajduje się tam, ze względu na łatwość pobierania i oddawania elektronu w czasie zmiany
stopnia utlenienia
. Potrzebna jest do tworzenia się krwinek czerwonych, wchodzi w skład
hemocyjaniny
, wpływa pozytywnie na błonę otaczającą
komórki nerwowe
, bierze udział w przesyłaniu impulsów nerwowych. Wchodzi w skład
dysmutazy ponadtlenkowej
,
enzymu
o działaniu
przeciwutleniającym
, chroniącego
błony komórkowe
przed
wolnymi rodnikami
. Ponadto bierze udział w tworzeniu
tkanki łącznej
(wiązania krzyżowe w cząsteczkach
kolagenu
i
elastyny
katalizowane przez oksydazę lizylową) i syntezie
prostaglandyn
, związków zwanych
hormonami
miejscowymi, wpływających między innymi na czynność
serca
i
ciśnienie tętnicze krwi
. U
fotoautotrofów
wchodzi w skład
plastocyjaniny
.
Jej minimalne dzienne spożycie wynosi 0,5
ppm
.
Genetycznie
uwarunkowany defekt
metabolizmu
miedzi prowadzi do wystąpienia schorzenia zwyrodnienia wątrobowo-soczewkowego
choroby Wilsona
. Niedobór miedzi może stać się przyczyną
niedokrwistości
, ponieważ zbyt mała ilość tego pierwiastka powoduje gorsze wchłanianie
żelaza
i zmniejszenie liczby
czerwonych krwinek
. Ponadto przypuszcza się, że powoduje uszkodzenie serca i
tętnic
, zaburzenia pracy systemu nerwowego, np. mrowienia, brak koncentracji. Niewystarczająca ilość miedzi obniża również ilość
białych krwinek
, a zatem zmniejsza odporność
organizmu
na infekcje. Niedobór miedzi zaburza również gospodarkę
lipidową
organizmu – powoduje wzrost poziomu
trójglicerydów
we krwi,
niealkoholowe stłuszczenie wątroby
(NASH) oraz zaburzenia syntezy
dopaminy
i
melaniny
, które objawiają się złym samopoczuciem i zwiększoną podatnością na oparzenia słoneczne[].
Wchłanianie miedzi (podobnie jak jonów innych metali) w przewodzie pokarmowym jest blokowane przez
białka
mleka i jaj oraz warzywa krzyżowe zawierające duże ilości związków
siarki
(np. kapusta, cebula, por, czosnek, gorczyca). Spożywanie tych produktów łącznie z pokarmem o dużej zawartości miedzi znacząco zmniejsza wchłanianie tego pierwiastka przez organizm.
Owoce morza
obok miedzi zawierają bardzo dużo
cynku
, który całkowicie blokuje wchłanianie miedzi.
Spożywanie nadmiaru miedzi prowadzić może do zaburzeń pokarmowych i uszkodzenia wątroby. Może to mieć miejsce w przypadku spożywania wody pitnej o niskiej
twardości
lub niskim
pH
dostarczanej miedzianą instalacją wodociągową (woda taka wypłukuje miedź z instalacji)[6].
Dawka śmiertelna
miedzi zawarta jest w około 30 g
siarczanu miedzi
. Dopuszczalne górne spożycie wynosi 10 mg/dzień dla dorosłych. Objawy zatrucia są podobne do zatrucia
arszenikiem
. W przypadku podejrzenia zatrucia podaje się
albuminę
jako mleko lub białko jaj.
Źródła miedzi w pokarmach
- wołowina
- ryby
- jęczmień i kasza jęczmienna
- liście winogron
- nasiona słonecznika
- orzechy
- płatki owsiane
- suche nasiona
roślin strączkowych
- pieczywo ciemne
- podroby (nerki, mózg, wątroba)
- warzywa liściaste (np. sałata) nienależące do krzyżowych
- awokado (inne owoce zawierają małe ilości miedzi)
Przypisy
- ↑ 1,0 1,1
Adam Bielański
: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa:
PWN
, 1981, s. 632. .
- ↑ Encyklopedia techniki CHEMIA. Warszawa:
WNT
, 1965.
- ↑
Badania struktur miedzi (instrukcja do zajęć laboratoryjnych)
.
Politechnika Białostocka
, Wydział Mechaniczny. [dostęp 2008-12-03].
- ↑ Hiroshi Kawakami, Kazuki Yoshida, Yuya Nishida, Yasushi Kikuchi, Yoshihiro Sato.
Antibacterial properties of metallic elements for alloying evaluated with application of JIS Z 2801:2000
. „ISIJ International”. 48 (9), ss. 1299-1304 (2008) (
ang.
).
- ↑ Stefan Gumiński: Fizjologia glonów i sinic. Wrocław: Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, 1990. .
- ↑ Stenhammar L. Diarrhoea following contamination of drinking water with copper.. „Eur J Med Res”. 6 (4), ss. 217-8 (1999).
PMID 10383874
.
Zobacz też