A réz kémiai megnevezése. Fémréz: az elem leírása, tulajdonságai és alkalmazásai

A réz az ősidők óta ismert fémek egyike. Az ember korai megismerését a rézzel elősegítette, hogy a természetben szabad állapotban, rögök formájában fordul elő, amelyek olykor jelentős méreteket is elérnek. A réz és ötvözetei nagy szerepet játszottak az anyagi kultúra kialakulásában. Az oxidok és karbonátok könnyű redukálhatósága miatt a réz volt az első fém, amelyet az ember megtanult redukálni az ércekben lévő oxigénvegyületekből. A latin Réz név Ciprus szigetének nevéből származik, ahol az ókori görögök rézércet bányásztak. Az ókorban a kőzet feldolgozásához tűzön hevítették és gyorsan lehűtötték, és a kőzet megrepedt. Már ilyen körülmények között lehetségessé váltak a helyreállítási folyamatok. Ezt követően tüzek helyreállítását nagy mennyiségű szénnel, valamint csöveken és fújtatókon keresztül történő levegő befecskendezésével végezték. A tüzeket falak vették körül, amelyeket fokozatosan emeltek, ami egy aknakemence létrehozásához vezetett. Később a redukciós módszerek átadták a teret a szulfid rézércek oxidatív olvasztásának, hogy közbenső termékeket állítsanak elő - matt (szulfidok ötvözete), amelyben a réz koncentrálódik, és salak (oxidok ötvözete).

A réz elterjedése a természetben. A földkéregben (clark) az átlagos réztartalom 4,7 10 -3% (tömeg), a földkéreg alsó, alapkőzetekből álló részében több van belőle (1 10 -2%), mint a földkéregben. a felső (2 10 -3%), ahol a gránitok és egyéb savas magmás kőzetek dominálnak. A réz erőteljesen vándorol mind a mélység forró vizeiben, mind a bioszféra hideg oldataiban; A hidrogén-szulfid a természetes vizekből kicsapja a különféle réz-szulfidokat, amelyek nagy ipari jelentőséggel bírnak. A számos rézásvány közül a szulfidok, foszfátok, szulfátok és kloridok dominálnak, ismertek a natív réz, karbonátok és oxidok is.

A réz az élet fontos eleme, és számos élettani folyamatban részt vesz. Az élő anyagok átlagos réztartalma 2·10-4%, az élőlények rézkoncentrátorként ismertek. A tajgán és más nedves éghajlatú tájakon a réz viszonylag könnyen kilúgozódik a savas talajokból, itt helyenként rézhiány és a kapcsolódó növény- és állatbetegségek (főleg homok- és tőzeglápokban) jelentkeznek. A sztyeppeken és sivatagokban (a rájuk jellemző gyengén lúgos oldatokkal) a réz inaktív; A rézlerakódásokkal rendelkező területeken a talajban és a növényekben feleslegben van jelen, ami a háziállatok megbetegedését okozza.

A folyóvízben nagyon kevés réz található, 1·10 -7%. A lefolyással az óceánba kerülő réz viszonylag gyorsan tengeri iszapokká alakul. Ezért az agyagok és palák némileg dúsított rézben (5,7·10 -3%), a tengervíz pedig élesen alultelített rézzel (3,10-7%).

Az elmúlt geológiai korszakok tengereiben helyenként jelentős rézfelhalmozódás volt tapasztalható iszapokban, ami lerakódások kialakulásához vezetett (például a németországi Mansfeldben). A bioszféra talajvizében is erőteljesen vándorol a réz, ezekkel a folyamatokkal függ össze a rézércek homokkőben való felhalmozódása.

A réz fizikai tulajdonságai. A réz színe vörös, törött rózsaszín, vékony rétegben áttetsző zöldeskék. A fém felületközpontú köbös rácsával rendelkezik, amelynek paramétere a = 3,6074 Å; sűrűsége 8,96 g/cm3 (20 °C). Atomsugár 1,28 Å; ionos sugarak Cu + 0,98 Å; Cu 2 + 0,80 Å; t pl 1083 °C; forráspontja 2600 °C; fajlagos hőkapacitás (20 °C-on) 385,48 J/(kg K), i.e. 0,092 cal/(g °C). A réz legfontosabb és legszélesebb körben használt tulajdonságai: nagy hővezető képesség - 20 °C-on 394,279 W/(m K), azaz 0,941 cal/(cm sec °C); alacsony elektromos ellenállás - 20 °C-on 1,68·10 -8 ohm·m. A lineáris tágulási együttható 17,0·10 -6. A réz feletti gőznyomás elhanyagolható, 133,322 n/m2 (azaz 1 Hgmm) nyomás csak 1628 °C-on érhető el. A réz diamágneses; atomi mágneses szuszceptibilitás 5,27·10 -6. A réz Brinell keménysége 350 Mn/m2 (azaz 35 kgf/mm2); szakítószilárdság 220 MN/m2 (azaz 22 kgf/mm2); relatív nyúlás 60%, rugalmassági modulus 132·10 3 MN/m2 (azaz 13,2·103 kgf/mm2). Edzéssel a szakítószilárdság 400-450 Mn/m2-re növelhető, miközben a nyúlás 2%-ra, az elektromos vezetőképesség 1-3%-ra csökkenthető. A hidegen megmunkált réz izzítását 600-700 °C-on kell végezni. A Bi (ezrelék százaléka) és Pb (század százaléka) kis szennyeződései rideggé teszik a rézvöröst, az S-szennyeződés pedig hidegben ridegséget okoz.

A réz kémiai tulajdonságai. Kémiai tulajdonságait tekintve a réz a VIII. csoport első triádjának elemei és a periódusos rendszer I. csoportjának alkáli elemei között köztes helyet foglal el. A réz, akárcsak a Fe, Co, Ni, hajlamos a komplexképződésre, színes vegyületeket, oldhatatlan szulfidokat stb. termel. Az alkálifémekkel való hasonlóság elhanyagolható. Így a réz számos egyértékű vegyületet képez, de a 2 vegyértékű állapot jellemzőbb rá. Az egyértékű réz sói gyakorlatilag nem oldódnak vízben, és könnyen oxidálódnak kétértékű rézvegyületekké; a kétértékű rézsók éppen ellenkezőleg, vízben jól oldódnak, és híg oldatokban teljesen disszociálnak. A hidratált Cu 2+ -ionok kékek. Ismertek olyan vegyületek is, amelyekben a réz háromértékű. Így a nátrium-peroxidnak nátrium-kukrit Na 2 CuO 2 oldatára hatva Cu 2 O 3 oxidot kapunk - egy vörös port, amely már 100 ° C-on elkezd oxigént felszabadítani. A Cu 2 O 3 erős oxidálószer (például klórt szabadít fel a sósavból).

A réz kémiai aktivitása alacsony. A kompakt fém nem lép kölcsönhatásba száraz levegővel és oxigénnel 185 °C alatti hőmérsékleten. Nedvesség és CO 2 jelenlétében a réz felületén bázikus karbonátból álló zöld film képződik. Amikor a rezet levegőn hevítik, felületi oxidáció lép fel; 375 °C alatt CuO képződik, 375-1100 °C tartományban tökéletlen oxidáció mellett A réz kétrétegű vízkő, melynek felületi rétegében CuO, a belső rétegében pedig Cu 2 O található. Nedves A klór már normál hőmérsékleten kölcsönhatásba lép a rézzel, vízben jól oldódó CuCl 2 -kloridot képezve. A réz könnyen kombinálható más halogénekkel. A réznek különleges affinitása van a kénhez és a szelénhez; tehát kéngőzben ég. A réz még magas hőmérsékleten sem lép reakcióba hidrogénnel, nitrogénnel és szénnel. A hidrogén oldhatósága szilárd rézben jelentéktelen, és 400 °C-on 0,06 mg/100 g réz. A hidrogén és egyéb gyúlékony gázok (CO, CH 4) magas hőmérsékleten a Cu 2 O-t tartalmazó réz tuskókon hatnak, CO 2 és vízgőz képződésével fémmé redukálják. Ezek a rézben oldhatatlan termékek kiszabadulnak belőle, és repedések keletkeznek, ami jelentősen rontja a réz mechanikai tulajdonságait.

Amikor NH 3 -t forró rézen vezetünk át, Cu 3 N képződik. A réz már meleg hőmérsékleten nitrogén-oxidoknak van kitéve, nevezetesen NO, N 2 O (Cu 2 O képződésével) és NO 2 (képződéssel) CuO). A Cu 2 C 2 és CuC 2 karbidok acetilén hatására rézsók ammóniaoldatán állíthatók elő. A réz normálelektródpotenciálja a Cu 2+ + 2e -> Cu reakcióhoz +0,337 V, a Cu + + e -> Cu reakcióhoz pedig +0,52 V. Ezért a rezet több elektronegatív elem kiszorítja sóiból (a vasat az iparban használják), és nem oldódik fel nem oxidáló savakban. A salétromsavban a réz Cu(NO 3) 2 és nitrogén-oxidok képződésével oldódik, forró tömény H 2 SO 4 -ben - CuSO 4 és SO 2 képződésével, felmelegített híg H 2 SO 4 - ha levegőt fújunk. a megoldáson keresztül. Minden rézsó mérgező.

A réz két- és egyértékű állapotban számos nagyon stabil komplex vegyületet képez. Példák egy vegyértékű réz komplex vegyületeire: (NH 4) 2 CuBr 3; K 3 Cu(CN) 4 - kettős só típusú komplexek; Cl és mások. Példák a 2 vegyértékű réz komplex vegyületeire: CsCuCl 3, K 2 CuCl 4 - a kettős sók egy fajtája. A réz ammónia komplex vegyületei nagy ipari jelentőséggel bírnak: [Cu (NH 3) 4 ] SO 4, [Cu (NH 3) 2 ] SO 4 .

Réz beszerzése. A rézércekre jellemző az alacsony réztartalom. Ezért az olvasztás előtt a finomra őrölt ércet mechanikai dúsításnak vetik alá; ebben az esetben az értékes ásványokat leválasztják a meddőkőzet fő tömegéből; Ennek eredményeként számos kereskedelmi koncentrátumot (például réz, cink, pirit) és zagyot kapnak.

A világgyakorlatban a réz 80%-át koncentrátumokból vonják ki pirometallurgiai módszerekkel, amelyek az anyag teljes tömegének megolvasztásán alapulnak. Az olvasztási folyamat során a réz nagyobb affinitása miatt a kén, valamint a hulladékkőzet és a vas komponensei miatt az oxigénhez a réz koncentrálódik a szulfidolvadékban (matt), és az oxidok salakot képeznek. A matt ülepítéssel választják el a salaktól.

A legtöbb modern üzemben az olvasztást reverberációs vagy elektromos kemencékben végzik. Reverberációs kemencékben a munkatér vízszintes irányban megnyúlik; kandalló területe 300 m2 vagy több (30 m x 10 m); Az olvasztáshoz szükséges hőt szén tüzelőanyag (földgáz, fűtőolaj) elégetésével nyerik a fürdő felszíne feletti gáztérben. Az elektromos kemencékben a hőt úgy nyerik, hogy elektromos áramot vezetnek át az olvadt salakon (az áramot a salakba merített grafitelektródákon keresztül juttatják el).

A külső hőforrásokon alapuló reflektív és elektromos olvasztás azonban tökéletlen folyamat. A szulfidok, amelyek a rézkoncentrátumok nagy részét alkotják, magas fűtőértékkel rendelkeznek. Ezért egyre gyakrabban vezetnek be olyan olvasztási módszereket, amelyek a szulfidok égéshőjét (oxidálószer - fűtött levegő, oxigénnel dúsított levegő vagy műszaki oxigén) használják fel. A finom, előszárított szulfidkoncentrátumokat oxigén- vagy levegőárammal fújják be egy magas hőmérsékletre felmelegített kemencébe. A részecskék szuszpenzióban égnek (oxigén-flash olvasztás).

A nagy kéntartalmú (35-42% kén) dús, tömbös szulfidérceket (2-3% Cu) egyes esetekben közvetlenül aknakemencékbe (függőleges munkaterű kemencék) küldik olvasztásra. Az aknás olvasztás egyik változatánál (réz-kén olvasztás) finom kokszot adnak a töltethez, amely a kemence felső horizontján elemi kénné redukálja az SO 2 -t. Ebben a folyamatban a réz is koncentrálódik a mattban.

A kapott folyékony matt (főleg Cu 2 S, FeS) egy konverterbe öntjük - egy acéllemezből készült hengeres tartályba, belül magnezittéglával bélelt, amely egy oldalsó csősorral van felszerelve a levegő befecskendezésére és egy körbeforgató eszközzel. egy tengely. A matt rétegen sűrített levegőt fújnak át. A matt átalakítása két szakaszban történik. Először a vas-szulfidot oxidálják, és kvarcot adnak a konverterhez, hogy megkösse a vas-oxidokat; konverter salak képződik. A réz-szulfidot ezután oxidálják, és fémrézet és SO 2 -t képeznek. Ez a buborékfólia Rezet öntőformákba öntik. A rúdokat (és néha közvetlenül a buborékfóliában megolvadt rezet) tűzi finomításra küldik az értékes műholdak (Au, Ag, Se, Fe, Bi és mások) kinyerése és a káros szennyeződések eltávolítása érdekében. A szennyező fémek oxigénnel szembeni nagyobb affinitásán alapul, mint a réz: Fe, Zn, Co és részben Ni és mások oxidok formájában átjutnak a salakba, és a ként (SO 2 formájában) gázokkal eltávolítják. A salak eltávolítása után a réz „ugratásával” visszaállítja a benne oldott Cu 2 O-t úgy, hogy a nyers nyír- vagy fenyőrönk végeit folyékony fémbe merítik, majd lapos formákba öntik. Az elektrolitikus finomításhoz ezeket a tömböket H 2 SO 4 -gyel megsavanyított CuSO 4-oldat fürdőjében szuszpendálják. Anódként szolgálnak. Áramvezetéskor az anódok feloldódnak, és tiszta réz rakódik le a katódon - vékony rézlemezeken, amelyeket szintén speciális mátrixfürdőben elektrolízissel nyernek. A sűrű, sima lerakódások elkülönítésére felületaktív adalékokat (faragasztó, tiokarbamid és mások) vezetnek be az elektrolitba. A kapott rézkatódot vízzel mossuk és megolvasztjuk. Nemesfémek, Se, Te és más értékes műholdak Az anódiszapban a réz koncentrálódik, amelyből speciális feldolgozással nyerik ki. Az elektrolitban a nikkel koncentrálódik; Az oldatok egy részének eltávolításával a bepárlás és a kristályosítás céljából a Ni nikkel-szulfát formájában nyerhető.

A pirometallurgiai módszerek mellett hidrometallurgiai módszereket is alkalmaznak a réz előállítására (főleg gyenge oxidált és natív ércekből). Ezek a módszerek a réztartalmú ásványok szelektív feloldásán alapulnak, általában gyenge kén- vagy ammóniaoldatban. A rezet vagy kicsapják a vas oldatából, vagy elektrolízissel izolálják oldhatatlan anódokkal. A kombinált hidroflotációs módszerek nagyon ígéretesek, ha vegyes ércekre alkalmazzák, ahol a réz oxigénvegyületeit kénsavas oldatokban oldják, és a szulfidokat flotációval választják el. Egyre elterjednek az autoklávos hidrometallurgiai eljárások is, amelyek megemelt hőmérsékleten és nyomáson mennek végbe.

A réz alkalmazása. A réz technológiában betöltött nagy szerepe számos értékes tulajdonságának, és mindenekelőtt nagy elektromos vezetőképességének, képlékenységének és hővezető képességének köszönhető. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a réz a vezetékek fő anyaga; a bányászott réz több mint 50%-át az elektromos iparban használják fel. Minden szennyeződés csökkenti a réz elektromos vezetőképességét, ezért az elektrotechnikában a legmagasabb minőségű fémet használják, amely legalább 99,9% Cu-t tartalmaz. A magas hővezetőképesség és korrózióállóság lehetővé teszi hőcserélők, hűtőszekrények, vákuumkészülékek stb. kritikus alkatrészeinek rézből történő gyártását. A réz körülbelül 30-40%-át különféle ötvözetek formájában használják fel, köztük sárgaréz (0-50) % Zn) és különféle bronzfajták: ón, alumínium, ólom, berillium stb. A nehézipar, a hírközlés, a közlekedés szükségletein túlmenően bizonyos mennyiségű rezet (főleg sók formájában) felhasználnak az elkészítéshez ásványi pigmentek, kártevők és növénybetegségek elleni védekezés, mikrotrágyák, oxidációs folyamatok katalizátorai, valamint a bőr- és szőrmeiparban és a műselyem gyártásában.

A rezet a rézkor óta használják művészi anyagként (ékszerek, szobrok, edények, edények). A rézből és ötvözetekből készült kovácsolt és öntött termékek hajlítással, gravírozással és dombornyomással díszítettek. A réz könnyű feldolgozhatósága (puhaságának köszönhetően) lehetővé teszi a kézművesek számára, hogy változatos textúrákat érjenek el, a részletek gondos kidolgozását és a forma finom modellezését. A rézből készült termékeket az arany vagy vöröses tónusok szépsége, valamint az a képességük, hogy csiszolva csillognak. A rezet gyakran aranyozzák, patinázzák, színezik, zománcozzák. A 15. század óta a rezet nyomólemezek készítésére is használják.

Réz a testben. A réz a növények és állatok számára nélkülözhetetlen mikroelem. A réz fő biokémiai funkciója az enzimatikus reakciókban való részvétel aktivátorként vagy réztartalmú enzimek részeként. A növényekben lévő réz mennyisége 0,0001 és 0,05% között van (szárazanyagra vonatkoztatva), és a növény típusától és a talaj réztartalmától függ. A növényekben a réz az oxidáz enzimek és a plasztocianin fehérje összetevője. Optimális koncentrációban a réz növeli a növények hidegállóságát, elősegíti növekedésüket és fejlődésüket. Az állatok közül néhány gerinctelen a leggazdagabb rézben (a puhatestűek és rákfélék 0,15-0,26% rezet tartalmaznak hemocianinban). Ha táplálékkal adják, a réz felszívódik a belekben, megköti a vérszérum fehérjét - albumint, majd felszívódik a májban, ahonnan a ceruloplazmin fehérje részeként visszatér a vérbe, és eljut a szervekbe és szövetekbe.

A réztartalom emberben (100 g száraz tömegre vonatkoztatva) a májban 5 mg-tól a csontokban 0,7 mg-ig, a testnedvekben - 100 mikrogrammtól (100 ml-enként) a vérben és a cerebrospinális folyadékban 10 mikrogrammig terjed; A felnőtt emberi szervezetben a réz teljes mennyisége körülbelül 100 mg. A réz számos enzim része (például tirozináz, citokróm-oxidáz), és serkenti a csontvelő vérképző működését. Kis dózisú réz befolyásolja a szénhidrátok (csökkenti a vércukorszintet), az ásványi anyagok (csökkenti a foszfor mennyiségét a vérben) és mások anyagcseréjét. A vér réztartalmának növekedése az ásványi vasvegyületek szerves vegyületekké történő átalakulásához vezet, és serkenti a májban felhalmozódott vas felhasználását a hemoglobin szintézise során.

Réz hiányában a gabonanövényeket az úgynevezett feldolgozási betegség, a gyümölcsös növényeket az exantéma érinti; állatoknál csökken a vas felszívódása és felhasználása, ami vérszegénységhez vezet, melyet hasmenés és kimerültség kísér. Réz mikrotrágyákat és rézsókkal etetett állatokat használnak. A rézmérgezés vérszegénységhez, májbetegséghez és Wilson-kórhoz vezet. Emberben mérgezés ritkán fordul elő a réz felszívódásának és kiválasztásának finom mechanizmusai miatt. Nagy adagokban azonban a réz hányást okoz; Amikor a réz felszívódik, általános mérgezés léphet fel (hasmenés, legyengült légzés és szívműködés, fulladás, kóma).

A gyógyászatban a réz-szulfátot antiszeptikus és összehúzó hatásúként használják szemcseppek formájában kötőhártya-gyulladás és szemceruza formájában a trachoma kezelésére. A réz-szulfát oldatot a bőr foszfor okozta égési sérüléseire is használják. Néha a réz-szulfátot hányáscsillapítóként használják. A réz-nitrátot szemkenőcsként használják trachoma és kötőhártya-gyulladás kezelésére.

D. I. Mengyelejev periodikus elemrendszerében a réz a 4. periódus I. csoportjában található, sorozatszáma 29. Atomtömege 63,54. Az első csoport elemeként a réz egyértékű. Ebben az állapotban széles körben képviselteti magát az érces ásványokban, mattokban, salakban és a pirometallurgia egyéb termékeiben. A természetben és a technológiai folyamatokban keletkező oxidációjuk termékeiben a kétértékű állapot stabilabb.

A réz olvadáspontja 1083 0 C. A forráspontja 2325 0 C.

A réz puha, viszkózus és formálható vörös színű fém, könnyen megmunkálható. Könnyen vékony lapokká tekerhető és huzalba húzható.

A legfontosabb tulajdonság az elektromos vezetőképesség (az ezüst után a második). A szennyeződések csökkentik az elektromos vezetőképességet, ezért nagy tisztaságú rezet használnak az elektrotechnikában.

A réz magas hővezető képességgel is rendelkezik.

Kémiailag a réz inaktív, bár közvetlenül kapcsolódhat oxigénnel, kénnel, halogénekkel és néhány más elemmel.

Normál hőmérsékleten és száraz levegőn a réz inert marad, de a párás CO 2 -tartalmú levegőben a réz oxidálódik, és CuCO 3 ·Cu(OH) 2 bázikus karbonát védőréteggel borítja be, amely mérgező anyag.

A réz nem oldódik sósav és kénsav oldatában oxidálószer hiányában. Azokban a savakban, amelyek egyben oxidálószer is (salétromsav vagy forró tömény kénsav), a réz könnyen oldódik.

A pirometallurgiai folyamatokban magas hőmérsékleten a stabil rézvegyületek a Cu 2 O és a Cu 2 S.

A réz és szulfidja, a Cu 2 S jó arany- és ezüstgyűjtő (oldószer), ami lehetővé teszi a rézgyártás során ezek nagymértékű visszanyerését.

A réz fontos tulajdonsága, hogy más fémekkel ötvözeteket képez. Ezek bronz (Cu + Sn), sárgaréz (Cu + Zn) és réz-nikkel ötvözetek.

A modern bronzokban alumíniumot, szilíciumot, berilliumot és ólmot használnak adalékként. Ezeket a bronzokat kritikus alkatrészek és öntött termékek gyártására használják.

Például a berilliumbronzok (2% Be) mechanikai tulajdonságaikban jobbak, mint sok acéltípus, és jó az elektromos vezetőképességük. Az alumíniumbronzok (5-10% Al) nagyon tartósak, és repülőgép-hajtóművek gyártásához használják.

A cink mellett alumíniumot, vasat, szilíciumot és nikkelt adnak a speciális sárgarézekhez. A sárgarézből radiátorokat, csöveket, flexibilis tömlőket, patrontokokat és művészeti termékeket készítenek.

A réz-nikkel ötvözetek közül a leghíresebb a réz-nikkel (a hajógyártásban használják, mivel ellenáll a tengervíznek) és a nikkel-ezüst - ellenáll a sók és szerves savak oldatainak (orvosi műszerek készülnek).

Az összes réz körülbelül 50%-át az elektromos ipar használja fel. A rezet a gépészetben, a rakétagyártásban, az építőanyag-gyártásban, a közlekedésben, a vegyiparban és a mezőgazdaságban is használják.

1.3 Nyersanyagok rézgyártáshoz

Clark réz, i.e. a földkéreg tartalma 0,01%. Azonban számos lerakódást képez. A rézre jellemző, hogy a természetben mind a 4 típusú érc megtalálható. A fő réz nyersanyagok azonban a szulfidércek. Jelenleg az összes primer réz 85-90%-át szulfidércekből olvasztják ki.

Oroszországban rézérceket bányásznak az Urálban - Kirovgrad, Krasnouralsk, Mednogorsk, Gai stb., Az Északi-sarkvidéken - a Kola-félszigeten és Tajmirban.

A réz forrásai az ércek, dúsító termékeik - koncentrátumok - és másodnyersanyagok. Az újrahasznosított nyersanyagok jelenleg a teljes réztermelés mintegy 40%-át teszik ki.

A rézércek szinte teljes egészében polifémek. A természetben nincsenek monofémes rézércek. Mintegy 30 elem értékes társai a réznek az érc nyersanyagában. Ezek közül a legfontosabbak: cink, ólom, nikkel, kobalt, arany, ezüst, platinacsoport fémei, kén, szelén, tellúr, kadmium, germánium, rénium, indium, tallium, molibdén, vas.

Több mint 250 réz ásvány ismeretes. Legtöbbjük ritka. Az ásványok egy kis csoportja, amelynek összetételét a 2. táblázat tartalmazza, a legnagyobb ipari jelentőséggel bír.

2. táblázat - Ipari réz ásványok

	kémiai
Szulfid ásványok
kalkopírit
covelline
kalcocit
Oxidáltásványok
	CuCO 3 Cu(OH) 2
	CuCO 3 2Cu(OH) 2
krizokolla	CuSiO 3 2H 2 O
őshonos réz	Cu, Ag, Au, Fe, Bi stb.

A legtöbb rézércet jelenleg külszíni bányászattal bányászják. Oroszországban a földalatti bányászat részesedése körülbelül 30%.

A modern gyakorlatban az érceket általában 0,8-1,5%-os réztartalommal fejlesztik ki, esetenként magasabbat is. De nagy kiterjedésű, szétszórt érctelepeknél a fejlesztésre alkalmas minimális réztartalom 0,4-0,5%. Ha a kőzet az előírtnál kevesebb rezet tartalmaz, feldolgozása veszteséges.

A rézércek értéke jelentősen megnő a nemesfémek és számos ritka fém – szelén, tellúr, rénium, bizmut stb. – jelenléte miatt.

Az érc alacsony réztartalma és az ércek összetettsége miatt a nyersanyagok előzetesen flotációs koncentrálásnak vannak kitéve. A rézércek dúsításánál a fő termék a legfeljebb 55% Cu-t (általában 10-30%) tartalmazó rézkoncentrátum. Piritkoncentrátumokat és egyéb színesfémek, például cink koncentrátumait is előállítják. A flotációs koncentrátumok finom porok, 74 mikronos részecskék és 8-10% nedvességtartalom.

A rézércek és -koncentrátumok ásványtani összetétele megegyezik, és csak a különböző ásványok közötti mennyiségi összefüggésekben térnek el egymástól. Metalurgiai feldolgozásuk fizikai és kémiai alapjai teljesen megegyeznek.

• Megnevezés - Cu (réz);
• Időszak - IV;
• csoport - 11 (Ib);
• Atomtömeg - 63,546;
• Atomszám - 29;
• Atomsugár = 128 pm;
• Kovalens sugár = 117 pm;
• Elektroneloszlás - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1;
• olvadáspont: 1083,4 °C;
• forráspont = 2567 °C;
• Elektronegativitás (Pauling szerint/Alred és Rochow szerint) = 1,90/1,75;
• Oxidációs állapot: +3, +2, +1, 0;
• Sűrűség (sz.) = 8,92 g/cm3;
• Moláris térfogat = 7,1 cm 3 /mol.

A réz (cuprum, nevét Ciprus szigetének tiszteletére kapta, ahol egy nagy rézlelőhelyet fedeztek fel) az egyik első olyan fém, amelyet az ember elsajátított - a rézkor (az a korszak, amikor a rézeszközök domináltak az emberi használatban) évezred Kr.e. 4-3. e.

A réz és ón (bronz) ötvözetét a Közel-Keleten Kr.e. 3000-ben szerezték be. e. A bronzot előnyben részesítették a rézzel szemben, mert erősebb és könnyebben kovácsolható.

Rizs. A rézatom szerkezete.

A rézatom elektronkonfigurációja 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (lásd: Az atomok elektronszerkezete). A rézben a külső s-szintről egy páros elektron „ugrik” a külső pálya d-alszintjére, ami a teljesen kitöltött d-szint magas stabilitásával jár. A réz elkészült stabil d-alszintje határozza meg a relatív kémiai tehetetlenségét (a réz nem lép reakcióba hidrogénnel, nitrogénnel, szénnel vagy szilíciummal). A vegyületekben lévő réz +3, +2, +1 oxidációs állapotot mutathat (a legstabilabb a +1 és +2).

Rizs. A réz elektronikus konfigurációja.

A réz fizikai tulajdonságai:

• fém, piros-rózsaszín színű;
• nagy alakíthatósággal és rugalmassággal rendelkezik;
• jó elektromos vezetőképesség;
• alacsony elektromos ellenállás.

A réz kémiai tulajdonságai

• Melegítéskor reakcióba lép oxigénnel:
  O 2 + 2Cu = 2 CuO;
• hosszú ideig levegőnek kitéve, szobahőmérsékleten is reagál oxigénnel:
  O 2 + 2Cu + CO 2 + H 2 O = Cu(OH) 2 CuCO 3;
• reagál salétromsavval és tömény kénsavval:
  Cu + 2H 2SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
• A réz nem lép reakcióba vízzel, lúgos oldatokkal, sósavval és hígított kénsavval.

Réz csatlakozások

réz-oxid CuO(II):

• vörösesbarna szilárd anyag, amely vízben nem oldódik, alapvető tulajdonságokat mutat;
• redukálószerek jelenlétében hevítve szabad rezet ad:
  CuO + H2 = Cu + H2O;
• A réz-oxidot a réz és az oxigén reakciójával vagy a réz(II)-hidroxid bomlásával állítják elő:
  O 2 + 2Cu = 2 CuO; Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.

Réz-hidroxid Cu(OH 2)(II)):

• kék színű kristályos vagy amorf anyag, amely vízben nem oldódik;
• hevítés hatására vízre és réz-oxidra bomlik;
• reagál savakkal, és megfelelő sókat képez:
  Cu(OH 2) + H 2SO 4 = CuSO 4 + 2H 2O;
• reagál lúgos oldatokkal, kuprátokat képezve - élénkkék színű összetett vegyületek:
  Cu(OH 2) + 2KOH = K 2.

A rézvegyületekkel kapcsolatos további információkért lásd: Réz-oxidok.

A réz előállítása és felhasználása

• Pirometallurgiai módszerrel a rezet szulfidércekből magas hőmérsékleten nyerik ki:
  CuFeS 2 + O 2 + SiO 2 → Cu + FeSiO 3 + SO 2;
• A réz-oxidot hidrogén, szén-monoxid és aktív fémek redukálják rézfémmé:
  Cu 2O + H2 = 2Cu + H2O;
  Cu 2O + CO = 2Cu + CO 2;
  Cu 2 O + Mg = 2Cu + MgO.

A réz felhasználását nagy elektromos és hővezető képessége, valamint rugalmassága határozza meg:

• elektromos vezetékek és kábelek gyártása;
• hőcserélő berendezésekben;
• a kohászatban ötvözetek előállítására: bronz, sárgaréz, réz-nikkel;
• a rádióelektronikában.

A rézfémet az emberiség régóta használja az élet különböző területein. D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének huszonkilencedik eleme, amely a nikkel és a cink között helyezkedik el, érdekes jellemzőkkel és tulajdonságokkal rendelkezik. Ezt az elemet a Cu szimbólum jelöli. Egyike azon kevés fémeknek, amelyeknek az ezüsttől és a szürkétől eltérő színe van.

A réz története

Ennek a kémiai elemnek az emberiség és a bolygó történetében betöltött nagy jelentősége a történelmi korszakok nevéből sejthető. A kőkorszak után jött a rézkor, utána pedig a bronzkor, amely szintén közvetlenül kapcsolódik ehhez az elemhez.

A réz egyike annak a hét fémnek, amely az ókorban ismertté vált az emberiség számára. Ha hisz a történelmi adatoknak, az ókori emberek körülbelül kilencezer évvel ezelőtt ismerkedtek meg ezzel a fémmel.

Az ebből az anyagból készült legrégebbi termékeket a modern Törökország területén fedezték fel. A Çatalhöyük nevű nagy neolitikus település helyén végzett régészeti feltárások lehetővé tették, hogy apró rézgyöngyöket, valamint olyan rézlemezeket találjanak, amelyekkel az ókori emberek ruháikat díszítették.

A talált tárgyak az ie nyolcadik és hetedik évezred találkozási idejére datálhatók. A feltárás helyén a termékek mellett salakot is fedeztek fel, ami arra utal, hogy fémet olvasztottak ki az ércből.

A réz ércből való kinyerése viszonylag hozzáférhető volt. Ezért magas olvadáspontja ellenére ez a fém az elsők között volt, amelyet az emberiség gyorsan és széles körben elsajátított.

Kivonási módszerek

Természetes körülmények között ez a kémiai elem két formában létezik:

• kapcsolatok;
• rögök.

Érdekes tény a következő: rézrögök sokkal gyakrabban találhatók a természetben, mint arany, ezüst és vas.

A természetes rézvegyületek a következők:

• oxidok;
• szén-dioxid és kén komplexek;
• szénhidrogének;
• szulfidércek.

A legnagyobb eloszlású ércek, rézfényűek és rézpirit. Ezek az ércek csak egy-két százalék rezet tartalmaznak. Az elsődleges rezet két fő módon bányászják:

• hidrometallurgiai;
• pirometallurgiai.

Az első módszer részesedése tíz százalék. A maradék kilencven a második módszerhez tartozik.

A pirometallikus módszer folyamatok komplexét foglalja magában. Először a rézérceket dúsítják és megpörkölik. Ezután a nyersanyagot mattra olvasztják, majd egy konverterben átöblítik. Így nyerik a buborékos rezet. Tisztává alakítását finomítással hajtják végre - először tűzzel, majd elektrolittal. Ez az utolsó szakasz. A befejezés után a kapott fém tisztasága majdnem száz százalékos.

A réz hidrometallurgiai módszerrel történő előállítási folyamata két szakaszra oszlik.

1. Először a nyersanyagot gyenge kénsavoldattal kilúgozzák.
2. Az utolsó szakaszban a fémet közvetlenül izoláljuk az első bekezdésben említett oldatból.

Ezt a módszert csak gyenge minőségű ércek feldolgozásakor alkalmazzák, mivel az előző módszertől eltérően nemesfémek kinyerése nem lehetséges. Ezért olyan kicsi az ennek a módszernek tulajdonítható százalékos arány a másik módszerhez képest.

Egy kicsit a névről

A Cu szimbólummal jelölt Cuprum kémiai elem nevét a hírhedt Ciprus szigetének tiszteletére kapta. Ott fedezték fel a nagy rézérc lelőhelyeket a távoli Krisztus előtti harmadik században. A bányákban dolgozó helyi kézművesek megolvasztották ezt a fémet.

Talán lehetetlen megérteni, mi az a fémréz, ha nem ismerjük tulajdonságait, fő jellemzőit és jellemzőit.

Levegőnek kitéve ez a fém sárgás-rózsaszín színűvé válik. Ezt az egyedülálló arany-rózsaszín árnyalatot egy oxidfilm megjelenése okozza a fém felületén. Ha ezt a filmet eltávolítják, a réz kifejező rózsaszín színű lesz, jellegzetes fényes fémes fényével.

Elképesztő tény: fény hatására a legvékonyabb rézlemezek egyáltalán nem rózsaszínűek, hanem zöldeskékek vagy más szóval tenger színűek.

Egyszerű formájában a réz a következő jellemzőkkel rendelkezik:

• csodálatos plaszticitás;
• elegendő puhaság;
• viszkozitás.

A tiszta, szennyeződésmentes réz kiválóan alkalmas a feldolgozásra - könnyen rúdba vagy lapba tekerhető, vagy huzalba húzható, amelynek vastagságát ezredmilliméterre hozzuk. Szennyeződések hozzáadása ehhez a fémhez növeli a keménységét.

Az említett fizikai jellemzők mellett ez a kémiai elem nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezik. Ez a tulajdonság elsősorban a rézfém használatát határozta meg.

Ennek a fémnek a fő tulajdonságai között érdemes megemlíteni a magas hővezető képességét. Az elektromos vezetőképesség és a hővezetőképesség tekintetében a réz az egyik vezető a fémek között. Csak egy fém rendelkezik magasabb mutatókkal ezekre a paraméterekre - ezüst.

Nem lehet figyelmen kívül hagyni azt a tényt, hogy a réz elektromos és hővezető képessége az alapvető tulajdonságok kategóriájába tartozik. Csak addig maradnak magas szinten, amíg a fém tiszta formában van. Ezek a mutatók csökkenthetők szennyeződések hozzáadásával:

• arzén;
• mirigy;
• ón;
• foszfor;
• antimon

Ezen szennyeződések mindegyike a rézzel kombinálva bizonyos hatással van rá, aminek következtében a hő- és elektromos vezetőképesség értékei észrevehetően csökkennek.

Többek között a réz fémet hihetetlen szilárdság, magas olvadáspont és magas forráspont jellemzi. Az adatok valóban lenyűgözőek. A réz olvadáspontja meghaladja az ezer Celsius fokot! A forráspontja pedig 2570 Celsius fok.

Ez a fém a diamágneses fémek csoportjába tartozik. Ez azt jelenti, hogy mágnesezése, mint számos más fémé, nem a külső mágneses tér irányában, hanem vele szemben történik.

Egy másik fontos jellemzője ennek a fémnek a kiváló korrózióállósága. Magas páratartalom mellett a vas oxidációja például többször gyorsabban megy végbe, mint a réz oxidációja.

Az elem kémiai tulajdonságai

Ez az elem inaktív. Normál körülmények között száraz levegővel érintkezve a réz nem kezd oxidálódni. A párás levegő éppen ellenkezőleg, oxidációs folyamatot indít el, melynek során réz-karbonát (II) keletkezik, amely a patina felső rétege. Ez az elem szinte azonnal reakcióba lép olyan anyagokkal, mint:

• kén;
• szelén;
• halogének.

Az oxidáló tulajdonságokkal nem rendelkező savak nem képesek befolyásolni a rezet. Ezenkívül semmilyen módon nem reagál kémiai elemekkel, például:

• nitrogén;
• szén;
• hidrogén.

A már említett kémiai tulajdonságok mellett a rezet amfoteritás jellemzi. Ez azt jelenti, hogy a földkéregben képes kationokat és anionokat képezni. Ennek a fémnek a vegyületei savas és lúgos tulajdonságokat is mutathatnak – ez közvetlenül függ az adott körülményektől.

Alkalmazási területek és jellemzők

Az ókorban a fémrézből különféle dolgokat készítettek. Ennek az anyagnak a készséges használata lehetővé tette az ókori emberek számára, hogy megszerezzék:

• drága ételek;
• dekorációk;
• vékony pengéjű műszerek.

Rézötvözetek

Ha a réz használatáról beszélünk, nem szabad megemlíteni annak jelentőségét a különféle ötvözetek gyártásában, amelyek ezen a fémen alapulnak. . Az ilyen ötvözetek közé tartoznak:

• bronz;
• sárgaréz.

Ez a két fajta a rézötvözetek fő típusa. Az első bronzötvözetet keleten hozták létre ie három évezredben. A bronz joggal tekinthető az ókori kohászok egyik legnagyobb vívmányának. Lényegében a bronz réz és más elemek kombinációja. A legtöbb esetben az ón a második komponens. De függetlenül attól, hogy milyen elemeket tartalmaz az ötvözet, a fő komponens mindig réz. A sárgaréz formula főként rezet és cinket tartalmaz, de ezek kiegészítése más kémiai elemek formájában is lehetséges.

A bronz és a sárgaréz mellett ez a kémiai elem más fémekkel, köztük alumíniummal, arannyal, nikkellel, ónnal, ezüsttel, titánnal és cinkkel alkotott ötvözetek létrehozásában is szerepet játszik. A nemfémekkel, például oxigénnel, kénnel és foszforral készült rézötvözetek sokkal ritkábban használatosak.

Iparágak

A rézötvözetek értékes tulajdonságaiés a tiszta anyagok hozzájárultak az olyan iparágakban való felhasználásukhoz, mint:

• villamosmérnök;
• villamosmérnök;
• hangszerkészítés;
• rádióelektronika.

De természetesen ezek nem minden alkalmazási terület ennek a fémnek. Ez egy rendkívül környezetbarát anyag. Ezért használják házak építésénél. Például egy vörösréz fémből készült tetőfedés a magas korrózióállósága miatt több mint száz év élettartamú, különösebb gondozást, festést nem igényel.

Ennek a fémnek egy másik felhasználási területe az ékszeripar. Főleg aranyötvözetek formájában használják. A réz-arany ötvözetből készült termékeket fokozott szilárdság és nagy tartósság jellemzi. Az ilyen termékek hosszú ideig nem deformálódnak és nem kopnak el.

A fémes rézvegyületeket magas biológiai aktivitás jellemzi. A flóra világában ez a fém azért fontos, mert részt vesz a klorofill szintézisében. Ennek az elemnek a részvétele ebben a folyamatban lehetővé teszi annak kimutatását a növények ásványi műtrágyáinak összetevői között.

Szerep az emberi szervezetben

Ennek az elemnek a hiánya az emberi szervezetben negatív hatással lehet a vér összetételére, nevezetesen ronthatja azt. Ennek az anyagnak a hiányát speciálisan kiválasztott táplálkozással kompenzálhatja. A réz számos élelmiszerben megtalálható, így nem nehéz az Ön ízlésének megfelelő egészséges étrendet kialakítani. Például az egyik olyan termék, amely ezt az elemet tartalmazza, a normál tej.

De az ebben az elemben gazdag menü összeállításakor nem szabad elfelejteni, hogy vegyületeinek feleslege a szervezet mérgezéséhez vezethet. Ezért nagyon fontos, hogy ne vigyük túlzásba a testet ezzel a jótékony anyaggal. És ez nem csak az elfogyasztott élelmiszer mennyiségére vonatkozik.

Például ételmérgezést okozhat a réz edények használata. Az ilyen edényekben való ételek főzése erősen ellenjavallt, sőt tilos. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a forralás során ennek az elemnek jelentős mennyisége kerül az élelmiszerbe, ami mérgezést okozhat.

A réz edények tilalmával kapcsolatban van egy figyelmeztetés. Az ilyen edények használata nem veszélyes, ha a belső felületük ónnal van bevonva. Csak ha ez a feltétel teljesül, a réz edények használata nem jelent ételmérgezés veszélyét.

Az összes felsorolt ​​alkalmazási terület mellett ennek az elemnek az elterjedése az orvostudományt sem kímélte. A kezelés és az egészségmegőrzés területénösszehúzó és fertőtlenítőszerként használják. Ez a kémiai elem része a szemcseppeknek, amelyeket olyan betegségek kezelésére használnak, mint a kötőhártya-gyulladás. Ezenkívül a réz az égési sérülések különféle megoldásainak fontos összetevője.

§1. Egy egyszerű anyag kémiai tulajdonságai (st. kb. = 0).

a) Oxigénhez való viszony.

Ellentétben alcsoportos szomszédaival - ezüsttel és arannyal - a réz közvetlenül reagál az oxigénnel. A réz oxigénnel szemben jelentéktelen aktivitást mutat, de nedves levegőben fokozatosan oxidálódik, és bázikus rézkarbonátokból álló zöldes filmréteg borítja:

Száraz levegőben az oxidáció nagyon lassan megy végbe, és a réz felületén vékony réz-oxid réteg képződik:

Külsőleg a réz nem változik, mivel a réz-oxid (I), mint maga a réz, rózsaszín. Ráadásul az oxidréteg olyan vékony, hogy átereszti a fényt, pl. átvilágít. A réz különbözőképpen oxidálódik, ha például 600-800 0 C-on melegítjük. Az első másodpercekben az oxidáció réz(I)-oxiddá alakul, amely a felületről fekete réz(II)-oxiddá alakul. Kétrétegű oxid bevonat képződik.

Q képződés (Cu 2 O) = 84935 kJ.

2. ábra A réz-oxid film felépítése.

b) Kölcsönhatás vízzel.

A réz alcsoport fémei az elektrokémiai feszültségsor végén, a hidrogénion után helyezkednek el. Ezért ezek a fémek nem tudják kiszorítani a hidrogént a vízből. Ugyanakkor a hidrogén és más fémek kiszoríthatják a réz alcsoport fémeit sóik oldatából, például:

Ez a reakció redox, az elektronok átvitele során:

A molekuláris hidrogén nagy nehézségek árán kiszorítja a réz alcsoport fémeit. Ez azzal magyarázható, hogy a hidrogénatomok közötti kötés erős, és sok energiát fordítanak a megszakítására. A reakció csak hidrogénatomokkal megy végbe.

Oxigén hiányában a réz gyakorlatilag nem lép kölcsönhatásba a vízzel. Oxigén jelenlétében a réz lassan reagál a vízzel, és zöld réz-hidroxid- és bázikus karbonátréteggel borítja be:

c) Kölcsönhatás savakkal.

Mivel a hidrogén utáni feszültségsorban van, a réz nem szorítja ki a savakból. Ezért a sósav és a hígított kénsav nincs hatással a rézre.

Azonban oxigén jelenlétében a réz feloldódik ezekben a savakban, és megfelelő sókat képez:

Az egyetlen kivétel a hidrogén-jodid, amely a rézzel reagálva hidrogént szabadít fel, és nagyon stabil réz(I) komplexet képez:

2 Cu + 3 SZIA → 2 H[ CuI 2 ] + H 2

A réz oxidáló savakkal is reagál, például salétromsavval:

Cu + 4HNO 3( konc. .) → Cu(NO 3 ) 2 +2NO 2 +2H 2 O

3Cu + 8HNO 3( hígítása .) → 3Cu(NO 3 ) 2 +2NO+4H 2 O

És tömény hideg kénsavval is:

Cu+H 2 ÍGY 4 (konc.) → CuO + SO 2 +H 2 O

Forró tömény kénsavval :

Cu+2H 2 ÍGY 4( konc. ., forró ) → CuSO 4 + SZÓ 2 + 2H 2 O

Vízmentes kénsavval 200 0 C hőmérsékleten réz(I)-szulfát képződik:

2Cu + 2H 2 ÍGY 4( vízmentes .) 200 °C → Cu 2 ÍGY 4 ↓+SO 2 + 2H 2 O

d) Halogének és néhány más nemfém kapcsolata.

Q képződés (CuCl) = 134300 kJ

Q képződés (CuCl 2) = 111700 kJ

A réz jól reagál a halogénekkel, és kétféle halogenidet termel: CuX és CuX 2 .. Szobahőmérsékleten halogének hatásának kitéve nem történik látható változás, de a felületen először adszorbeált molekulák rétege képződik, majd vékony halogenidréteg . Melegítéskor a reakció a rézzel nagyon hevesen megy végbe. A rézhuzalt vagy fóliát felmelegítjük, és forrón leengedjük egy klóros edénybe - a réz közelében barna gőzök jelennek meg, amelyek réz(II)-klorid CuCl 2-ből és réz(I)-klorid CuCl keverékéből állnak. A reakció spontán megy végbe a felszabaduló hő hatására. Többértékű réz-halogenideket úgy állítanak elő, hogy fémet réz-halogenid oldattal reagáltatnak, például:

Ebben az esetben a monoklorid oldatból fehér csapadék formájában válik ki a réz felületén.

A réz szintén könnyen reagál kénnel és szelénnel hevítés közben (300-400 °C):

2Cu +S→Cu 2 S

2Cu +Se→Cu 2 Se

De a réz még magas hőmérsékleten sem lép reakcióba hidrogénnel, szénnel és nitrogénnel.

e) Kölcsönhatás nemfém-oxidokkal

Melegítéskor a réz kiszoríthat egyszerű anyagokat egyes nemfém-oxidokból (például kén-(IV)-oxid és nitrogén-oxidok (II, IV)), ezáltal termodinamikailag stabilabb réz(II)-oxidot képezve:

4 Cu+SO 2 600-800 °C →2CuO + Cu 2 S

4Cu+2NO 2 500-600 °C →4 CuO + N 2

2 Cu+2 NEM 500-600° C →2 CuO + N 2

§2. Az egyértékű réz kémiai tulajdonságai (st. ok. = +1)

Vizes oldatokban a Cu + ion nagyon instabil és aránytalan:

Cu + ↔ Cu 0 + Cu 2+

A (+1) oxidációs állapotú réz azonban nagyon alacsony oldhatóságú vegyületekben vagy komplexképzéssel stabilizálható.

a) réz-oxid (én) Cu 2 O

Amfoter oxid. Barna-vörös kristályos anyag. A természetben kuprit ásványként fordul elő. Mesterségesen előállítható egy réz(II)-só oldatának lúggal és valamilyen erős redukálószerrel, például formaldehiddel vagy glükózzal való melegítésével. A réz(I)-oxid nem lép reakcióba vízzel. A réz(I)-oxidot tömény sósavoldatba visszük át, így kloridkomplex képződik:

Cu 2 O+4 HCl→2 H[ CuCl2]+ H 2 O

Ammónia és ammóniumsók tömény oldatában is oldódik:

Cu 2 O+2NH 4 + →2 +

Híg kénsavban aránytalanul kétértékű rézre és fémrézre bomlik:

Cu 2 O+H 2 ÍGY 4 (hígítva) →CuSO 4 +Cu 0 ↓+H 2 O

Ezenkívül a réz(I)-oxid vizes oldatokban a következő reakciókba lép be:

1. Oxigén hatására lassan réz(II)-hidroxiddá oxidálódik:

2 Cu 2 O+4 H 2 O+ O 2 →4 Cu(Ó) 2 ↓

2. Híg hidrogén-halogenidekkel reagál, és a megfelelő réz(I)-halogenideket képez:

Cu 2 O+2 HГ→2CuГ↓ +H 2 O(G=Cl, Br, J)

3. Fémrézré redukálva tipikus redukálószerekkel, például nátrium-hidroszulfittal tömény oldatban:

2 Cu 2 O+2 NaSO 3 →4 Cu↓+ Na 2 ÍGY 4 + H 2 ÍGY 4

A réz(I)-oxid a következő reakciókban redukálódik rézfémmé:

1. 1800 °C-ra melegítve (bomlás):

2 Cu 2 O - 1800° C →2 Cu + O 2

2. Hidrogén-, szén-monoxid-áramban, alumíniummal és más tipikus redukálószerekkel hevítve:

Cu 2 O+H 2 - >250°C →2Cu +H 2 O

Cu 2 O+CO - 250-300 °C →2Cu +CO 2

3 Cu 2 O + 2 Al - 1000° C →6 Cu + Al 2 O 3

Ezenkívül magas hőmérsékleten a réz(I)-oxid reagál:

1. Ammóniával (réz(I)-nitrid képződik)

3 Cu 2 O + 2 N.H. 3 - 250° C →2 Cu 3 N + 3 H 2 O

2. Alkálifém-oxidokkal:

Cu 2 O+M 2 O- 600-800 °C →2 MCuO (M = Li, Na, K)

Ebben az esetben réz(I)-kuprátok képződnek.

A réz(I)-oxid észrevehetően reagál lúgokkal:

Cu 2 O+2 NaOH (konc.) + H 2 O↔2 Na[ Cu(Ó) 2 ]

b) réz-hidroxid (én) CuOH

A réz(I)-hidroxid sárga színű anyagot képez, és vízben oldhatatlan.

Könnyen lebomlik hevítés vagy forralás hatására:

2 CuOH → Cu 2 O + H 2 O

c) HalogenidekCuF, CuVAL VELl, CuBrÉsCuJ

Mindezek a vegyületek fehér kristályos anyagok, vízben rosszul oldódnak, de jól oldódnak feleslegben NH 3-ban, cianidionokban, tioszulfát-ionokban és más erős komplexképző anyagokban. A jód csak Cu +1 J vegyületet képez. Gázhalmazállapotban (CuГ) 3 típusú ciklusok jönnek létre. Reverzibilisen oldódik a megfelelő hidrogén-halogenidekben:

CuG + HG ↔H[ CuG 2 ] (Г=Cl, Br, J)

A réz(I)-klorid és -bromid nedves levegőben instabil, és fokozatosan bázikus réz(II)-sókká alakul:

4 CuG +2H 2 O + O 2 →4 Cu(Ó)G (G=Cl, Br)

d) Egyéb rézvegyületek (én)

1. A réz(I)-acetát (CH 3 COOCu) egy rézvegyület, amely színtelen kristályok formájában jelenik meg. Vízben lassan hidrolizál Cu 2 O-vá, levegőben réz-acetáttá oxidálódik; A CH 3 COOCu-t a (CH 3 COO) 2 Cu hidrogénnel vagy rézzel történő redukálásával, a (CH 3 COO) 2 Cu vákuumban történő szublimálásával vagy az (NH 3 COO) SO 4 és a (CH 3 COO) 2 Cu kölcsönhatásával nyerik. oldatban H 3 COONH 3 jelenlétében. Az anyag mérgező.

2. Réz(I)-acetilid - vörösesbarna, néha fekete kristályok. Ha megszáradnak, a kristályok ütés vagy hevítés hatására felrobbannak. Nedves állapotban stabil. Ha a detonáció oxigén hiányában történik, nem képződnek gáznemű anyagok. Savak hatására bomlik. Csapadékként képződik, amikor acetilént réz(I)-sók ammóniaoldatába vezetnek:

VAL VEL 2 H 2 +2[ Cu(N.H. 3 ) 2 ](Ó) → Cu 2 C 2 ↓ +2 H 2 O+2 N.H. 3

Ezt a reakciót az acetilén kvalitatív kimutatására használják.

3. Réz-nitrid - szervetlen vegyület, amelynek képlete Cu 3 N, sötétzöld kristályok.

Melegítéskor lebomlik:

2 Cu 3 N - 300° C →6 Cu + N 2

Hevesen reagál savakkal:

2 Cu 3 N +6 HCl - 300° C →3 Cu↓ +3 CuCl 2 +2 N.H. 3

§3. A kétértékű réz kémiai tulajdonságai (st. ok. = +2)

A réz a legstabilabb oxidációs állapotú, és a legjellemzőbb rá.

a) réz-oxid (II) CuO

A CuO a kétértékű réz fő oxidja. A kristályok fekete színűek, normál körülmények között meglehetősen stabilak és vízben gyakorlatilag nem oldódnak. A természetben fekete ásvány tenoritként (melakonit) fordul elő. A réz(II)-oxid savakkal reagálva megfelelő réz(II)sókat és vizet képez:

CuO + 2 HNO 3 → Cu(NEM 3 ) 2 + H 2 O

Amikor a CuO lúgokkal fuzionál, réz(II)-kuprátok képződnek:

CuO+2 KOH- t ° → K 2 CuO 2 + H 2 O

1100 °C-ra melegítve lebomlik:

4 CuO- t ° →2 Cu 2 O + O 2

b) Réz(II)-hidroxidCu(Ó) 2

A réz(II)-hidroxid kék színű amorf vagy kristályos anyag, vízben gyakorlatilag nem oldódik. 70-90 °C-ra melegítve a Cu(OH)2 por vagy vizes szuszpenziója CuO-ra és H2O-ra bomlik:

Cu(Ó) 2 → CuO + H 2 O

Ez egy amfoter hidroxid. Reagál savakkal, vizet és a megfelelő rézsót képezve:

Nem reagál híg lúgoldatokkal, hanem koncentrált oldatokban oldódik, élénkkék tetrahidroxi-kuprátokat (II) képezve:

A réz(II)-hidroxid gyenge savakkal bázikus sókat képez. Nagyon könnyen feloldódik felesleges ammóniában, és réz ammóniát képez:

Cu(OH) 2 +4NH 4 OH→(OH) 2 +4H 2 O

A réz ammónia intenzív kék-ibolya színű, ezért az analitikai kémiában használják kis mennyiségű Cu 2+ -ionok meghatározására oldatban.

c) rézsók (II)

A réz(II) egyszerű sói a legtöbb anionról ismertek, kivéve a cianidot és a jodidot, amelyek a Cu 2+ kationnal kölcsönhatásba lépve kovalens réz(I) vegyületeket képeznek, amelyek vízben oldhatatlanok.

A réz (+2) sók főleg vízben oldódnak. Oldatuk kék színe a 2+ ion képződésével függ össze. Gyakran hidrátként kristályosodnak. Így a réz(II)-klorid vizes oldatából 15 0 C alatt tetrahidrát kristályosodik, 15-26 0 C-on - trihidrát, 26 0 C felett - dihidrát. Vizes oldatokban a réz(II)-sók enyhén hidrolizálódnak, és gyakran bázikus sók válnak ki belőlük.

1. Réz(II)-szulfát-pentahidrát (réz-szulfát)

A legnagyobb gyakorlati jelentősége a CuSO 4 * 5H 2 O, az úgynevezett réz-szulfát. A száraz só kék színű, de enyhén melegítve (200 0 C) elveszti a kristályvizet. A vízmentes só fehér. További 700 0 C-ra melegítve réz-oxiddá alakul, kén-trioxidot veszítve:

CuSO 4 ­-- t ° → CuO+ ÍGY 3

A réz-szulfátot a réz tömény kénsavban való feloldásával állítják elő. Ezt a reakciót az "Egy egyszerű anyag kémiai tulajdonságai" című fejezet írja le. A réz-szulfátot a réz elektrolitikus előállításában, a mezőgazdaságban kártevők és növénybetegségek elleni védekezésre, valamint egyéb rézvegyületek előállítására használják.

2. Réz(II)-klorid-dihidrát.

Ezek sötétzöld kristályok, vízben könnyen oldódnak. A réz-klorid koncentrált oldatai zöldek, a hígított oldatok kékek. Ez egy zöld klorid komplex képződésével magyarázható:

Cu 2+ +4 Cl - →[ CuCl 4 ] 2-

És további pusztulása és egy kék vízi komplexum kialakulása.

3. Réz(II)-nitrát-trihidrát.

Kék kristályos anyag. A réz salétromsavban való feloldásával nyerik. Melegítéskor a kristályok először vizet veszítenek, majd oxigén és nitrogén-dioxid felszabadulásával bomlanak, és réz(II)-oxiddá alakulnak:

2Cu(NO 3 ) 2 -- t° →2CuO+4NO 2 +O 2

4. Hidroxo-réz (II)-karbonát.

A réz-karbonátok instabilak, és szinte soha nem használják a gyakorlatban. A réztermelés szempontjából csak a bázikus rézkarbonát, a Cu 2 (OH) 2 CO 3, amely a természetben malachit ásvány formájában fordul elő. Melegítve könnyen lebomlik, víz, szén-monoxid (IV) és réz-oxid (II) szabadul fel belőle:

Cu 2 (OH) 2 CO 3 -- t° →2CuO+H 2 O+CO 2

4. §. A háromértékű réz kémiai tulajdonságai (st. ok. = +3)

Ez az oxidációs állapot a legkevésbé stabil a réz esetében, ezért a réz(III)-vegyületek inkább kivételt képeznek, mint „szabályt”. Létezik azonban néhány háromértékű rézvegyület.

a) Réz(III)-oxid Cu 2 O 3

Ez egy kristályos anyag, sötét gránát színű. Nem oldódik vízben.

A réz(II)-hidroxidot kálium-peroxodiszulfáttal lúgos közegben negatív hőmérsékleten oxidálják:

2Cu(OH) 2 +K 2 S 2 O 8 +2KOH -- -20°C →Cu 2 O 3 ↓+2K 2 ÍGY 4 +3H 2 O

Ez az anyag 400 0 C hőmérsékleten bomlik:

Cu 2 O 3 -- t ° →2 CuO+ O 2

A réz(III)-oxid erős oxidálószer. Hidrogén-kloriddal reagálva a klór szabad klórrá redukálódik:

Cu 2 O 3 +6 HCl-- t ° →2 CuCl 2 + Cl 2 +3 H 2 O

b) Réz-kuprátok (C)

Ezek fekete vagy kék anyagok, vízben instabilak, diamágnesesek, az anion négyzetek szalagja (dsp 2). A réz(II)-hidroxid és az alkálifém-hipoklorit kölcsönhatása során keletkezik lúgos környezetben:

2 Cu(Ó) 2 + MClO + 2 NaOH→2MCuO 3 + NaCl +3 H 2 O (M= Na- Cs)

c) Kálium-hexafluor-kuprát(III)

Zöld anyag, paramágneses. Oktaéder szerkezet sp 3 d 2. CuF 3 réz-fluorid komplex, amely szabad állapotban -60 0 C-on lebomlik. Kálium és réz-klorid keverékének fluor atmoszférában történő hevítésével keletkezik:

3KCl + CuCl + 3F 2 → K 3 + 2Cl 2

Lebontja a vizet, és szabad fluort képez.

§5. Rézvegyületek oxidációs állapotban (+4)

A tudomány eddig egyetlen olyan anyagot ismer, ahol a réz +4 oxidációs állapotban van, ez a cézium-hexafluor-kuprát(IV) - Cs 2 Cu +4 F 6 - narancssárga kristályos anyag, üvegampullában 0 0 C-on stabil. Reagál. hevesen vízzel. Cézium- és réz-klorid keverékének nagy nyomáson és hőmérsékleten történő fluorozásával nyerik:

CuCl 2 +2CsCl +3F 2 -- t ° r → Cs 2 CuF 6 +2Cl 2