Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО Воронежский государственный университет

Химический факультет

Кафедра материаловедения и индустрии наносистем

Курсовая работа по специальности: «Химия»

На тему: Получение и свойства малахита

Воронеж 2010

Глава 1. Литературный обзор

МЕДЬ (лат. Cuprum), химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 29, атомная масса 63,546.

1.1 Общая характеристика меди

Природная медь состоит из двух стабильных нуклидов

(63)Cu (69,09% по массе) и (65)Cu (30,91%). Конфигурация двух внешних электронных слоев нейтрального атома меди 3s²3p⁶3d¹⁰4s¹. Образует соединения в степенях окисления +2 (валентность II) и +1 (валентность I), очень редко проявляет степени окисления +3 и +4.

В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде и входит в группу IВ, к которой относятся такие благородные металлы, как серебро (Ag) и золото (Au).

Радиус нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu⁺ от 0,060 нм (координационное число 2) до 0,091 нм (координационное число 6), иона Cu²⁺ - от 0,071 нм (координационное число 2) до 0,087 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома меди 7,726; 20,291; 36,8; 58,9 и 82,7 эВ. Сродство к электрону 1,8 эВ. Работа выхода электрона 4,36 эВ. По шкале Полинга, электроотрицательность меди 1,9; медь принадлежит к числу переходных металлов. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu²⁺ 0,339 В. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода (H) и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет.

Простое вещество медь - красивый розовато-красный пластичный металл.

Название: латинское название меди происходит от названия острова Кипра (Cuprus), где в древности добывали медную руду; однозначного объяснения происхождения этого слова в русском языке нет.

Промышленное получение меди - сложный многоступенчатый процесс. Добытую руду дробят, а для отделения пустой породы используют, как правило, флотационный метод обогащения. Полученный концентрат (содержит 18-45% меди по массе) подвергают обжигу в печи с воздушным дутьем. В результате обжига образуется огарок - твердое вещество, содержащее, кроме меди, также и примеси других металлов. Огарок плавят в отражательных печах или электропечах. После этой плавки, кроме шлака, образуется так называемый штейн, в котором содержание меди составляет до 40-50%. Далее штейн подвергают конвертированию - через расплавленный штейн продувают сжатый воздух, обогащенный кислородом. В штейн добавляют кварцевый флюс (песок SiO₂). В процессе конвертирования содержащийся в штейне как нежелательная примесь сульфид железа FeS переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа SO₂:

2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ = 2FeSiO₃ + 2SO₂↑

Одновременно сульфид меди (I) Cu₂S окисляется:

2Cu₂S + 3О₂ = 2Cu₂О + 2SO₂↑

Образовавшийся на этой стадии Cu₂О далее реагирует с Cu₂S:

2Cu₂О + Cu₂S = 6Cu↓ + SО₂↑

В результате возникает так называемая черновая медь, в которой содержание самой меди составляет уже 98,5-99,3% по массе. Далее черновую медь подвергают рафинированию. Рафинирование на первой стадии - огневое, оно заключается в том, что черновую медь расплавляют и через расплав пропускают кислород. Примеси более активных металлов, содержащихся в черновой меди, активно реагируют с кислородом и переходят в оксидные шлаки. На заключительной стадии медь подвергают электрохимическому рафинированию в сернокислом растворе, при этом черновая медь служит анодом, а очищенная медь выделяется на катоде. При такой очистке примеси менее активных металлов, присутствовавшие в черновой меди, выпадают в осадок в виде шлама, а примеси более активных металлов остаются в электролите. Чистота рафинированной (катодной) меди достигает 99,9% и более.

В земной коре содержание меди составляет около 5·10-3% по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS₂ (30% меди), ковеллин CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu₂S (79,8% меди), борнит Cu₅FeS₄ (52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu₂O, (81,8% меди), малахит CuCO₃·Cu(OH)₂ (57,4% меди) и другие. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах.

Различных руд меди много, а вот богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо (Fe), цинк (Zn), свинец (Pb), и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (кадмий, селен, теллур, галлий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Для промышленных разработок используют руды, в которых содержание меди составляет немногим более 1 % по массе, а то и менее. В морской воде содержится примерно 1·10-8 % меди.

Малахит, являющийся одним из соединений меди, один из красивейших минералов. По выражению А.Е. Ферсмана, это «камень яркой, сочной, жизнерадостной и вместе с тем шелковисто-нежной зелени». Название этот минерал получил от греческого malaкh (маляхэ) – мальва, окраска листвы которой похожа на цвет малахита.

Окраска малахита очень богата оттенками от светло-зеленого, почти голубого, до темного, густо-зеленого тона с характерным черноватым отливом. Очень прихотлива узорчатая разрисовка малахита: ленточная, струистая, лучисто-звезчатая, конценрически-круговая.

В моей курсовой работе речь пойдет именно об этом замечательном минерале, который по праву может считаться русским, так как только в нашей стране были открыты те громадные месторождения, которые прославили его на весь мир.

1.2 История открытия и применения малахита

Малахит в предгорьях Урала был впервые открыт в 1635 г. и использовался для выплавки из него меди. В конце XVIII века на уральских медных рудниках стали попадаться крупные скопления сплошного густозеленого малахита. Первым прославился малахит Гумишевского рудника; Замечательные образцы этого камня хранятся во многих наших музеях. До сих пор в музее Горного института в Ленинграде находится великолепный монолит гумишевского малахита, весящий более 1,5 тонны.

Яркая красота уральского камня произвела большое впечатление. Малахит быстро завоевал общие симпатии, стал модным камнем, сравнявшись в цене с дорогими самоцветами. Наряду с лучшими драгоценными камнями он употреблялся на мелкие изделия – бусы, броши, серьги, вставки для колец. В большом ходу были также малахитовые табакерки.

Но в начале XIX века (1810-1814 годы) были открыты Меднорудянские залежи малахита, подобных которым человечество еще не знало. Здесь были какие-то особенные геологические условия, приведшие к одновременному скоплению больших количеств меди и больших количеств углекислоты. Исключительная мощность месторождения наводит на мысль, что малахит возник здесь не обычным путем переработки первичных медных руд холодными углекислыми водами поверхности. Можно предполагать, что горячие, поднимающиеся из глубины медоносные растворы внедрились по трещинам в сплошную массу известняков, растворяли и перерабатывали их, образуя среди них большие неправильные массы жилы малахита. Богатства этого месторождения были обнаружены не сразу. В первые годы добыча малахита из новооткрытого Меднорудянского месторождения была невелика. Лишь в двадцатых годах XIX столетия разработки рудника достигли основных залежей малахита и показали невиданный их масштаб. Уже не куски и кусочки нарядного камня, годные для брошей и табакерок, а громадные глыбы превосходного сплошного малахита извлекались из чудесного рудника, слава о котором быстро разнеслась по всему свету. Рудник выдавал ежегодно от 30 до 80 тонн первоклассного цветного камня. Вес наибольшей глыбы малахита, обнаруженной в недрах рудника, был путем расчета определен в 500 тонн.

Это месторождение по своему богатству, мощности, пригодности для изделий и для облицовки архитектурных украшений, а так же по красоте узоров и по чистоте окраски зеленых тонов является до сих пор единственным на всем земном шаре. Не приходится удивляться тому, что после такого открытия в истории нашего камня наступила на несколько десятков лет «малахитовая эпоха». Малахит стал излюбленным поделочным камнем. Но теперь кроме бесчисленных мелких предметов, ювелирных украшений и тому подобного, малахит начинает применяться в крупных изделиях и даже в зодчестве, прекрасные образцы которых стали теперь достоянием народа.

После многих лет непрерывной добычи малахита мощные месторождения Урала были, конечно, сильно истощены. Но говорить об их полной выработанности, конечно, не приходится. В недрах земли, может быть даже в районе знаменитых уральских месторождений, еще хранятся многие десятки тонн яркого зеленого камня.

В 1835 г. была обнаружена огромная глыба малахита массой 250 тонн, а в 1913 г. – массой более 100 тонн.

Из маленьких кусков малахита изготовлялись великолепные краски.

Этот красивый ювелирно-поделочный камень с эпохи неолита вплоть до античного времени служил для человека, прежде всего медной рудой, а также краской и химической добавкой в стекло.

Изделия из малахита разнообразны по своим формам и назначению. Монументальные вазы украшали интерьеры дворцов, освещенные торшерами из камня. В парадных комнатах дворцов стояли столы, инкрустированные зеленым камнем. Мелкие изделия вроде шкатулок, ларцов, чернильных приборов, табакерок стали предметами обихода более широких слоев общества. Строгие формы малахитовых изделий великолепно сочетаются с цветовым богатством камня и его рисунком.

Металлурги в эпоху бронзового века, когда малахит был основным источником чистой меди, просто выплавляли ее из него. Медь, получаемая из него, была гораздо важнее самого поделочного камня.

Этот минерал издавна привлекал внимание людей. Древние греки украшали малахитом нарядные здания и залы. В Древнем Египте из малахита, добываемого на Синайском полуострове, изготовляли камеи, амулеты и украшения.

Активно применяли малахит в косметических целях: в Древнем Египте его порошок наносили на верхние веки, защищая таким образом роговицу глаза от беспощадного африканского солнца. Лишь во времена Древнего Рима камнерезы оценили его как великолепный поделочный камень, в полной мере открыв в нем сочность природных растительных красок и очарование нежного узора.

Из малахита стали изготовлять амулеты, печати, вставки, а также детали интерьеров. В практических целях малахит используется до сих пор. Он является спутником, а значит поисковым признаком медных руд, залегающих близко к земле.

1.3 Происхождение

Малахит – экзогенный минерал, образующийся в зонах окисления скарновых и стратиформных медно-сульфидных месторождений.

Образуется он чаще всего там, где медные руды выходят на земную поверхность. Особенно крупные залежи малахита образуются там, где медная руда залегает среди известняков. (Тогда грунтовые воды, размывая залежи сульфидов меди и окисляя их, постепенно насыщаются сульфатными и медными ионами. Эти активные растворы, попадая затем в известняки, легко растворяют их. А карбонатные ионы частично переходят в тот же раствор.) Как только концентрация меди и углекислоты становится достаточной, в трещинах, пустотах и маленьких пещерах, возникающих при растворении, отлагается новый минерал меди, ее водный карбонат – медная зелень, в том числе ее благородная разновидность – малахит.

Обычно в каждой пустоте сферолитов множество. Теснясь, сдавливая друг друга, наползая один на другой, они сливаются в прихотливые гроздевидные и почковидные сростки. Медные растворы, питающие растущие почки, содержат меди то чуть больше, то чуть меньше. Подчас между слоями малахита кристаллизуются другие, вторичные минералы, и каждый из вновь нарастающих слоев становится то темнее, то светлее. Волокна в таких почках часто и не видны, гораздо заметнее их концентрически-зональное строение.

1.4 Распространение

Родина лучшего в мире поделочного малахита – Урал. Известные месторождения малахита на Урале – Меднорудянское и Гумишевское – практически выработаны. Открыты крупные месторождения в Африке (Колвези в Заире), в Южной Австралии и в США, однако по цвету и красоте узоров малахит зарубежных месторождений не может сравниться с уральским. В связи с этим малахит с Урала считается самым ценным на мировом рынке.

Там этот зеленый самоцвет тоже возникает вблизи залежей медной руды. Но бывает, что малахит выглядит блеклым зеленым порошком. Порошковатый малахит покрывает и самородки меди сперва легким налетом, потом тонкой «рубашкой», а потом и вовсе замещает их.

Также был открыт рудник «Покровка-2» в Рудном Алтае.

Известны появления малахита в Казахстане (Чокпак). Также мелкие проявления малахит известны в Венгрии, Чили, ЮАР, Зимбабве, Намибии (Цумеб).

1.5 Форма нахождения в природе

Кристаллы малахита встречаются довольно редко. В природе этот минерал обычен в виде натечных образований осадочного происхождения, подобных тем, которые образуются в карстовых и иных полостях: в виде почек, гроздей, плотных и землистых масс, корок, налетов и других выделений.

Происхождение гипергенное: в зоне окисления медных сульфидных месторождений; также в медистых песчанниках. Минералы-спутники – азурит, куприт, тенорит, лимонит, кальцит, хальцедон, хризоколла, церуссит и др. сульфиды меди. На поверхности устойчив, очень редко замещается азуритом и купритом. Часто образует псевдоморфозы по куприту, азуриту, халькопириту, пириту и др.

1.6 Разновидности

Министерством геологии СССР Разработан ОСТ41-117-76 «Малахит в сырье», по которому малахит разделяется на три сорт в зависимости от цвета и качества.

Во времена расцвета «малахитового производства» на Урале выделялись три основных сорта малахита:

1. «бирюзовый» - голубоватый с рисунком «кудрявистым» или «карельской березы», наиболее ценный, хорошо полирующийся; именно он шел на облицовку изделий;

2. зеленый, глубокого корпусного тона;

3. темно-зеленый, черно-зеленый «бархатный», «атласный», «плисовый», имеющий в изломе шелковистый блеск и хуже полирующийся.

Сейчас различают только «бирюзовый» и «плисовый» сорта малахита.

Плисовый малахит образуется в трещинах или нарастает на обломки кремнистых пород. Агрегаты его состоят из плотно прилегающих друг к другу лучистых конусообразных пучков.

Окраска темно-зеленая густая (до черно-зеленой). Рисунок простой, преимущественно волокнисто полосчатый и обусловлен наличием тонких полос с различной интенсивностью окраски.

Бирюзовый отличается большим разнообразием рисунков и цветовых вариаций. Ленточный бирюзовый малахит с волокнисто- полосчатым или прямолинейно-полосчатым рисунком образуется в полостях неправильной формы, нарастая на мелкоузорчатый малахит или образуя внешние зоны в сталактитах. Рисунок камня образован чередующимися волнами и полосами, повторяющие очертания «подложки».

Бирюзовый малахит с концентрически-полосчатой структурой встречается в натечных формах – почках, корках, трубчатых выделениях, сталактитах. Рисунок бирюзового малахита очень сложный, причудливый и неповторимый. В одних случаях наблюдаются крупные одиночные почки с концентрически-зональным строением, в других случаях многочисленные мелкие почки, сливаясь, образуют мелкоузорчатые агрегаты.

Также выделяют такой вид как азурмалахит, который представляет собой взаимное прорастание малахита и азурита.

1.7 Искусственные аналоги

Строго говоря, искусственным камнем называется любое вещество неестественного происхождения, которое по своим свойствам, структуре и внешнему виду напоминает камень натуральный. Но нас интересует декоративная область применения искусственного камня. В этом случае годится следующее определение: искусственный камень – полноценная имитация натурального природного камня и изделий из него с применением современных искусственных и синтетических материалов по специальным технологиям. Предметы, изготовленные из высококачественного искусственного камня, как внешне (сочетание цветов, фактуры и текстуры, блеск), так и на ощупь.

Еще в России в XVIII веке Петр I активно интересовался способами имитации многих отделочных камней, в том числе и малахита, для украшения зданий, улиц и площадей своей новой столицы. Также изготовлялись элементы мебели со вставками из искусственного малахита.

В России малахит добывают в небольших количествах, в основном получают его искусственным путем.

Неоднократно делались попытки синтезировать малахит, и Н.М. Салову при консультации Д.П. Григорьева в 1936-1937 гг. удалось получить камень, правда, не обладающий декоративными качествами. Многолетние работы по получению малахита в лаборатории ЛГУ, проводившиеся под руководством Т.Г. Петрова, сравнительно недавно завершились успехом и сейчас освоено производство ювелирного малахита в промышленных условиях. Изделия из него были показаны на Международном геологическом конгрессе в Москве в 1984г.

1.8 Химический состав. Кристаллическая структура

Малахит – один из главных минералов меди, содержит 57,4% чистого металла. Кроме меди, в его состав входят кислород, углерод и вода.

По составу малахит представляет собой водную углекислую соль меди – Cu(OH)₂·CuCO₃ . Окиси меди в малахите содержится до 72%, поэтому он использовался как медная руда. Малахит кристаллизуется в моноклинной сингонии, призматическом виде симметрии. Окраска малахита объясняется присутствием иона меди. В результате взаимодействия медно-сульфатных растворов с карбонатными или углекислыми водами образуется малахит. Натечные формы малахита возникают в карстовых пещерах и полостях рудоносных известняков, куда фильтруются воды с бикарбонатом меди.

Крупные почковидные и гроздевидные образования, иногда сталактиты, характеризуются концентрически-зональным строением. Собственно кристаллы малахита – это очень тонкие иголочки. Они-то и образуют сплошные шары – сферолиты. Гроздья таких сферолитов срастаются в малахитовые почки.

В сечении натечные образования малахита часто имеют радиально-лучистые, полосатые и концентрические текстурные узоры.

«Шелковистость» малахита, вдохновлявшая мастеров-камнерезов на создание замечательных украшений и шедевров русской мозаики, обусловлена строением минерала из сферолитов. Каждый сферолит состоит из тончайших кристаллических волокон, расходящихся в разных направлениях по радиусам от одного центра. В сечении сферолитов можно видеть концентрические узоры, которыми и слагается кружевной рисунок малахита. Иногда сферолит состоит из отдельных, не сросшихся между собой иголочек и напоминает ежа.

1.9 Применение

Малахит относится к минералам, в которых соединились польза от практического использования и природная красота.

Ценный поделочный декоративный камень. Наиболее эффектен плотный малахит зональной структуры, при полировке дающий красивый рисунок. Медная зелень – важный поисковый признак на месторождениях меди.

Красота и прочность камня сделали его одним из важнейших материалов в искусстве. Из малахита изготовлялись броши. Исключительно красивы столешницы, особенно мозаичные. В коллекции изделий из камня Эрмитажа одно из первых мест принадлежит предметам из малахита – около 200 ваз, столешниц, торшеров и других произведений камнерезного искусства.

В Эрмитаже декоративные вазы, чаши, торшеры и канделябры из малахита и другого цветного камня размещены в Галерее древней живописи, в зале итальянской школы, на площадке Советской лестницы, в Фельдмаршальском и Георгиевском залах. Наиболее художественно ценные бытовые вещи из малахита выставлены в Малахитовом зале. В его убранстве широко использован малахит. Вдоль длинных сторон зала установлено 8 малахитовых колонн, расположенных попарно, вдоль коротких сторон – 8 пилястров с капителями на белых мраморных постаментах. Под огромными зеркалами в деревянных золоченых рамах вделаны большие малахитовые камины. В центре паркетного пола, откуда расходятся деревянные лучи, стоит малахитовая ваза на треножнике из золоченой бронзы с крылатыми женскими фигурами и козьими ногами. Вдоль стен и окон стоят покрытые малахитовой мозаикой столы, торшеры и вазы. В четырех витринах выставлены разнообразные изделия из малахита – настольные украшения, пресс-папье, письменные приборы, шкатулки и коробочки для бумаг и др.

Кроме чаш, ваз, канделябров и бытовых изделий в Эрмитаже хранится памятник искусства прошлого века – «Малахитовый храм», выполненный в виде античного храма-ротонды. В нем малахит применен в отделке колонн.

В настоящее время изделия из малахита – бусы, броши, перстни, кулоны – ценятся наравне с полудрагоценными камнями и пользуются большим спросом.

Глава 2. Свойства материалов и методика эксперимента

2.1 Физические и химические свойства меди и её соединений

Кристаллическая решетка металлической меди кубическая гранецентрированная, параметр решетки а = 0,36150 нм. Плотность 8,92 г/см³, температура плавления 1083,4°C, температура кипения 2567°C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких теплопроводностей и одним из самых низких электрических сопротивлений (при 20°C удельное сопротивление 1,68·10^-3 Ом·м).

В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Для создания на художественных предметах «налета старины» на них наносят слой меди, который затем специально патинируется.

При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu₂O, затем - оксид CuO.

Красновато-коричневый оксид меди (I) Cu₂O при растворении в бромо- и иодоводородной кислотах образует, соответственно, бромид меди (I) CuBr и иодид меди (I) CuI. При взаимодействии Cu₂O с разбавленной серной кислотой возникают медь и сульфат меди:

Cu₂O + H₂SO₄ = Cu ↓+ CuSO₄ + H₂O

При нагревании на воздухе или в кислороде Cu₂O окисляется до CuO, при нагревании в токе водорода - восстанавливается до свободного металла.

Черный оксид меди (II) CuO, как и Cu₂O, c водой не реагирует. При взаимодействии CuO с кислотами образуются соли меди (II):

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

При сплавлении со щелочами CuO образуются купраты, например:

CuO + 2NaOH = Na₂CuO₂ + H₂O

Нагревание Cu₂O в инертной атмосфере приводит к реакции диспропорционирования:

Cu₂O = CuO + Cu↓

Такие восстановители, как водород, метан, аммиак, оксид углерода (II) и другие восстанавливают CuO до свободной меди, например:

CuO + СО = Cu↓ + СО₂↑

Кроме оксидов меди Cu₂O и CuO, получен также темно-красный оксид меди (III) Cu₂O₃, обладающий сильными окислительными свойствами.

Медь реагирует с галогенами, например, при нагревании хлор реагирует с медью с образованием темно-коричневого дихлорида CuCl_2. Существуют также дифторид меди CuF₂ и дибромид меди CuBr₂, но дииодида меди нет. И CuCl₂, и CuBr₂ хорошо растворимы в воде, при этом ионы меди гидратируются и образуют голубые растворы.

При реакции CuCl₂ с порошком металлической меди образуется бесцветный нерастворимый в воде хлорид меди (I) CuCl. Эта соль легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, причем образуются комплексные анионы [CuCl₂]^-, [CuCl₃]²- и [СuCl₄]³-, например за счет процесса:

CuCl + НCl = H[CuCl₂]

При сплавлении меди с серой образуетcя нерастворимый в воде сульфид Cu₂S. Сульфид меди (II) CuS выпадает в осадок, например, при пропускании сероводорода через раствор соли меди (II):

H₂S + CuSO₄ = CuS + H₂SO₄

C водородом, азотом, графитом, кремнием медь не реагирует. При контакте с водородом медь становится хрупкой (так называемая «водородная болезнь» меди) из-за растворения водорода в этом металле.

В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:

2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O

С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно, при этом образуется нитрат меди (II) и выделяются различные оксиды азота. Например, с 30%-й азотной кислотой реакция меди протекает так:

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

С концентрированной серной кислотой медь реагирует при сильном нагревании:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

2FeCl₃ + Cu = CuCl₂ + 2FeCl₂

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu²⁺ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH₃)]²⁺. При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С₂Н₂ в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC₂.

Гидроксид меди Cu(OH)₂ характеризуется преобладанием основных свойств. Он реагирует с кислотами с образованием соли и воды, например:

Сu(OH)₂ + 2HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2H₂O

Но Сu(OH)₂ реагирует и с концентрированными растворами щелочей, при этом образуются соответствующие купраты, например:

Сu(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Cu(OH)₄]

Если в медноаммиачный раствор, полученный растворением Сu(OH)₂ или основного сульфата меди в аммиаке, поместить целлюлозу, то наблюдается растворение целлюлозы и образуется раствор медноаммиачного комплекса целлюлозы.

2.2 Основный карбонат меди и его физико-химические свойства

СuCO(OH)- дигидроксид-карбонат димеди

Иногда встречается в виде зелёных, моноклинных, игольчатых, большей частью сросшихся кристаллов, но чаще всего в виде плотной или волокнистой зелёной массы. При слабом нагревании разлагается без плавления. При нагревании свыше 200˚C он чернеет и превращается в черный порошок оксида меди, одновременно выделяются пары воды и углекислый газ. При осаждении из раствора имеет переменный состав (1-2)CuCO∙Cu(OH) (минерал малахит). Не растворяется в холодной воде, разлагается кипящей водой, кислотами; реагирует с цианидом калия, солями аммония. Переводится в среднюю соль действием CO под избыточным давлением.

Химические свойства:

1. CuСO(OH) = 2CuO + CO + HO (180-200˚C)

2. CuСO(OH)_(тв) + 8 HO _(хол) = 2[Cu(HO)]+ CO+ 2OH

3. CuСO(OH)_{(суспензия)} = 2CuO↓+ CO↑ + HO (кип.)

4. CuСO(OH)+ 4HCl _(разб.) = 2CuCl+ CO↑ + 3HO

1. CuСO(OH)+ 4NHCl _(конц.) = 2CuCl+ CO↑ + 3HO + 4NH↑ (кип.)

2. CuСO(OH)+ 8(NH∙HO) _[кoнц.] = [Cu(NH)]CO+ [Cu(NH)](OH) + 8HO

3. CuСO(OH)+ 8KCN _(конц.) = 2K[Cu(CN)] + KCO+ 2KOH

4. CuСO(OH)+ 3CO+ 4KOH _(разб.) = 2K[Cu(CO)] _(син.) + 3HO

5. CuСO(OH)+ CO = 2CuCO _(бел.) + HO (180˚C, p)

2.3 Синтез малахита

1) Расчёт исходных масс веществ

CuSO∙5H₂O+ 4NaHCO= CuCO∙Cu(OH)↓+ NaSO+ 3CO↑+ 11HO m(CuSO∙5H₂O) = 5,5 г

1. M(CuSO∙5H₂O) = 64 + 32 + 64 + 90 = 250 г/моль

2. ν(CuSO∙5H₂O) =5,5/250 = 0,022 моль

3. ν(NaHCO) = 0,022 моль ∙2= 0,044 моль

4. M(NaHCO) = 23 + 1 + 12 + 48 = 84 г/моль

5. m(NaHCO) =0,044 ∙84 = 3,696 г.

6. ν(CuCO∙Cu(OH)) = 0,011 моль

7. M(CuCO∙Cu(OH)) =64 + 12 + 16∙3 + 64 + 1∙2 + 12∙2 = 222 г/моль

8. m_(теор)(CuCO∙Cu(OH)) = 0,011∙ 222 = 2,442 г

2) Описание работы

Приборы:

• Фарфоровая ступка с пестиком – 1,

• термический стакан – 250 мл,

• штатив,

• стеклянная палочка – 2,

• воронка Бюхнера – 1,

• колба Бунзана – 1,

• фильтровальная бумага,

• пробирка,

• горелка.

Ход работы.

В фарфоровой ступке смешали 5,5 г. тонко стёртой сухой соли CuSO₄ ·5H₂O с гидрокарбонатом натрия 3,696 г.

В стакане нагрели до кипения 100 мл. воды. Смесь высыпали небольшими порциями в кипящую воду, быстро перемешивая. При этом наблюдается вспенивание. Следующую порцию смеси вносили после прекращения вспенивания. Содержимое стакана кипятили 10-15 мин для удаления из раствора СО₂. В результате реакции образуется гидроксокарбонат меди:

2CuSO∙5H₂O+ 4NaHCO= CuCO∙Cu(OH)↓+ NaSO+ 3CO↑+ 11HO

Осадку дали отстояться, затем промывали декантацией горячей водой, отмывая от иона SO; после каждого промывания брали пробу на полноту промывания: для этого в пробирку наливали небольшое количество данного раствора и приливали несколько капель хлорида бария. Сначала в пробирке наблюдалось образование белого осадка (BaSO), но после семи последовательных декантаций осадок перестал образовываться.

Оставшийся раствор мы поставили в сушильный шкаф и высушивали в течение пяти дней при температуре 60˚C.

Глава 3. Результаты эксперимента и их обсуждение

3.1 Химические доказательства образования малахита

Для доказательства того, что мы получили именно основный карбонат меди мы провели реакцию разложения и реакцию с HCl.

• В термостойкую пробирку поместили небольшое количество полученной соли и закрыли её пробкой с газоотводной трубкой. Второй конец трубки мы поместили в пробирку с раствором Ca(OH). Пробирку с солью нагрели на пламени горелки. Через некоторое время мы заметили помутнение раствора Ca(OH), что свидетельствует о выделившемся углекислом газе (образовалась нерастворимая соль CaCO, осадок белого цвета). На стенках пробирки осели пары воды. Соль, которая сначала была светло-зелёного цвета, почернела (образовался CuO).

• При взаимодействии с разбавленной соляной кислотой мгновенно происходит выделение газа (CO) и растворение малахита с образованием хлорида меди (CuCl).

3.2 Практический выход продукта

Исходя из количества исходных веществ, по данной реакции мы должны были получить основой карбонат меди массой 2,442 г. Но в ходе данного эксперимента мы получили соль массой 2,11 г. Выход продукта составил 84,405%.

3.3 Интересные факты

Мифы, легенды, поверия, фольклор

В качестве камня способного хранить маленьких детей от всяких напастей, с давних времен некоторые используют малахит. А вот по странным уральским поверьям, малахит – «радостный камень»; он приносит удачу и счастье, особенно добрым людям.

Самые известные сказы об уральском малахите, объеденные темой «Малахитовая шкатулка», написал в 1939 году Павел Бажов. Однако сказы и предания о малахите существовали задолго до этого.

Существует одна старая легенда о чудодейственных свойствах малахита. Она гласит, что жили на свете мать и сын. Однажды мать заболела, и лекарь сказал, что спасти ее можно, только приложив к ее груди непрозрачный зеленый камень с красивыми узорами. Камень этот добывали в горах далеко на севере, и сын не успевал съездить за ним, так как матери быстро становилось хуже. Приезжий человек сказал, что в двух днях пути отсюда хан строит новый дворец и там много красивого зеленого камня, которым отделывают парадный вход.

Сын поскакал за камнем. Доскакав до места, он дождался, пока мастера уйдут, и забрал плитку величиной с две ладони, положил за пазуху и направился обратно к своему коню. Это было страшное дело – украсть у хана. Он знал, что если попросить камень для больной матери, то его бросят в тюрьму, поскольку хан своим имуществом ни с кем не делился.

Вдруг стражник заметил вора, который пригнул в седло и поскакал в горы. За ним организовали погоню. Беглец не успевал добраться до пещер и вслух произнес: «Что же делать?» Вдруг он услышал, что ему кто-то отвечает. С ним говорил его конь. «Положи камень мне на спину и упрись в него руками, тогда он сделает нас невидимыми»,- ответил конь. Так они и сделали. Стражники проскакали мимо, не заметив их. Сын привез камень матери. Зеленый камень привязали к груди больной, и хворь стала быстро уходить.

Легенды и предания приписывали малахиту два свойства, которыми не обладали другие минералы. «Первое: малахит мог сделать человека невидимым. Второе: камень помогал понимать язык животных. Для этого надо было выпить из малахитовой чаши или прижать камень к телу так, чтобы его омыл пот.

Малахит связан с созвездием Козерога, и считается, что он добрый талисман, прежде всего для родившихся под этим знаком. Малахит усилит дух Козерога, поднимет настроение и принесет здоровье и успех в дела.

Но он добр не только к ним. Мифы, легенды, сказы и сказания утверждают, что малахит способен помогать всем людям, правда, в определенных ситуациях. Он пробуждает духовные и творческие силы человека, и носить его полезно тем, кто имеет отношение к творчеству, точнее к творческому труду.

Список используемой литературы

1. Горелов А.А. Экология. – М.: Изд-во Юрайт, 2001. – 128 с.

2. Здорик Т.Б. Камень, рождающий металл. М.: Изд-во Просвещение, 1984. – 21, 136 с.

3. Лебединский В.И. В удивительном мире камня. – М.: Кругосвет, 1985. - 198 с.

4. Путолова Л.С. Самоцветы и цветные камни. – М.: Изд-во Недра, 1991. – 113, 115 - 116 с.

5. Ферсман А.Е. Рассказы о самоцветах. – М.: изд-во Детгиз, 1952. – 74-76 с.

6. Корнилов Н.И., Солодова Ю.П. Ювелирные камни. – М.: Изд-во Мир, 1982.- 84,181 с.

7. Подчайнова В.Н., Симонова Л.Н. Аналитическая химия меди. – М.: Изд-во Наука, 1990. – 7,8-12 с.

8. Аксёнова М., Храмов Г., Володин В. Камни мира. – М.: Аванта +, 2001 – 76,159 с.

9. Здорик Т.Б., Матиас В.В., Тимофеев И.Н. Минералы и горные породы СССР. – М.: Изд-во Мысль, 1970. – 136 с.

10. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева. Химические свойства неорганических веществ. – М.: Изд-во Химия, 1997. – 289 с.

11. Викторов С. Ласковый шелк камня // Природа. – 1990. - №4. – 136 с.

12. Самоцветы // Куликов Б.Ф., Буканов В.В. Словарь камней-самоцветов. – Ленинград: Недра, 1989. – 62 с.

13. Под ред. Третьякова Ю.Д. Неорганическая химия: в 3 т. – М.: Издательский центр Академия, 2007. – Т.3.

14. Реми Г. Курс неорганической химии: в 2 т. – М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. – Т. 2.