Chemický prvek měď (latinsky Cuprum), se symbolem Cu a atomovým číslem 29, je červený, měkký, tažný a houževnatý kov. Jedná se o přechodový kov, který se v periodické tabulce nachází ve 4. periodě a 1. podskupině (po novém počítání ve skupině 11) nebo v měděné skupině. Jako relativně měkký kov je měď snadno tvarovatelná a houževnatá. Měď se přímo slučuje s halogeny, kyslíkem, sírou, selenem a tellurem. Díky své vynikající vodivosti tepla a elektřiny nachází všestranné použití. Měď má hustotu 8920 kg/m3 a krystalizuje krychlově plošně centrovaně, což znamená, že má kubickou nejtěsnější mřížku s prostorovou skupinou Fm3m (číslo prostorové skupiny 225).
Chemické vlastnosti a oxidační stavy mědi
Ve sloučeninách vystupuje měď v oxidačních stavech I, II a III. V oxidačním stavu 0, +1, +2, +3 a +4 se vyskytuje měď, přičemž nejčastěji se jedná o +1 a +2, kde +2 je nejstabilnější oxidační stav ve vodných roztocích; úroveň +4 je mimořádně vzácná (například v Cs2CuF6). Jednomocná měď vytváří četné komplexní sloučeniny obvykle s koordinačním číslem 2.
Sloučeniny jednomocné mědi
- Červený zásaditý oxid měďný Cu2O
- Sulfid měďný Cu2S
- Kyanid měďný CuCN
- Thiokyanatan měďný CuSCN
- Halogenidy
Sloučeniny dvoumocné mědi
Sloučeniny mědi v oxidačním stavu II jsou nejrozšířenější. Komplexní sloučeniny dvoumocné mědi jsou většinou charakterizovány koordinačním číslem 4. Vodné roztoky měďnatých solí jsou modré, modré zbarvení způsobuje vzniklý tetraaquaměďnatý iont [Cu(H2O)4]2+, výjimku tvoří hnědý roztok chloridu a bromidu. Nerozpustné měďnaté sloučeniny bývají různě zbarvené.
- Sulfid měďnatý CuS (černý)
- Oxid měďnatý CuO (černý)
- Thiokyanatan měďnatý Cu(SCN)2 (černý)
- Hydroxid měďnatý Cu(OH)2 (modrý)
- Uhličitan měďnatý CuCO3 (modrý)
- Hydrogenfosforečnan měďnatý CuHPO4 (modrý)
- Chroman měďnatý CuCrO4 (světle oranžový)
- Jodid měďnatý CuI2 (hnědý)
Sloučeniny trojmocné mědi
Trojmocná měď se vyskytuje pouze v několika sloučeninách, např. v oxidu měditým Cu2O3 nebo v komplexní soli hexafluoroměditanu draselném K3[CuF6], trojmocná měď vytváří také měditany [CuO2]-.
Výskyt a těžba mědi
V přírodě se měď vzácně nalézá ryzí, běžnější je její výskyt v nerostech. Průměrný obsah mědi v zemské kůře je 60 ppm. Celkem je známo přes 600 nerostů mědi. Přírodní měď je směsí dvou stabilních izotopů 63Cu a 65Cu. Měď se často vyskytuje v zemské kůře s obsahem asi 0,006%, a proto je ve vztahu k frekvenci prvků v zemské kůře na 23. místě. Měď se často jeví jako pevná, tj. v elementární formě. Přírodní ložiska pevné mědi, která je ve své elementární formě, byla známa již před založením Mezinárodní mineralogické asociace (IMA). Měď je proto považována za tzv. „starý“ minerál. Podle klasifikace minerálů podle Strunze (edice 9) měď spadá pod systém č. "1.AA.05" (Prvky - kovy a intermetalické sloučeniny - měď Cupalitová rodina - Skupina mědi) v zastaralém 8. vydání uvedené pod I/A.01 (měděná řada). Klasifikace minerálů podle Dany, která se používá převážně v anglicky mluvících zemích, vede prvek minerál pod systém č. "1.1.1.1" (elementární kovy - skupina mědi).
Čtěte také: Luxusní design s měděnou stěrkou
Měděné rudy
V přírodě se měď obvykle tvoří v čedičových lávách, buď ve formě „měděně červené“, lesklé kovové nugety (ztuhlé z taveniny) nebo ve větvotvorných strukturách, tzv. dendritech. Někdy lze nalézt krystalický výskyt.
- Sulfidické měděné rudy:
- Chalkopyrit CuFeS2 (nejdůležitější měděná ruda)
- Bornit (pestrá ruda měděná) Cu5FeS4
- Chalkosin (leštěnec měděný) Cu2S
- Burnonit CuPbSbS3
- Covellin CuS
- Oxidické měděné rudy:
- Malachit CuCO3·Cu(OH)2
- Azurit 2CuCO3·Cu(OH)2
- Tenorit CuO
- Atakamit CuCl2 · 3Cu(OH)2
Světová a česká těžba mědi
V roce 2012 dosáhla světová těžba měděných rud hodnoty 17 Mt. Nejvýznamnějším výrobcem mědi je Chile, po němž následují Peru a USA. V Evropě jsou pozoruhodné Polsko, Portugalsko a Švédsko. Hlavní vývozci byli organizováni z roku 1967 do roku 1988 v CIPEC.
| Země | Těžba mědi (Mt, 2012) | Ověřené zásoby (Mt) |
|---|---|---|
| Chile | 5,37 | 190 |
| Čína | 1,5 | N/A |
| Peru | 1,24 | 76 |
| USA | 1,15 | 39 |
| Austrálie | N/A | 86 |
| Česká republika | 0 (ukončena 1990) | 0,049 |
Historicky významné byly měděné doly na poloostrově Keweenaw v Horním jezeře (USA), kde bylo největší ložisko pevné mědi na světě. V Německu se měděná břidlice těžila v Mansfelder Land až do roku 1990. Celkové zásoby mědi v ČR dosahují hodnoty 49 kt. Na našem území jsou evidovaná 4 netěžená ložiska s bilancovanými zásobami mědi - Křižanovice, Kutná Hora, Zlaté Hory-Hornické skály a Zlaté Hory-východ. Těžba měděných rud byla v ČR ukončena v roce 1990. Nejvíce mědi (37,7 kt) se vytěžilo z vulkanosedimentárního ložiska monometalických, komplexních i polymetalických rud ve zlatohorském rudním revíru.
Výroba a rafinace mědi
Pyrometalurgické zpracování
Průmyslová výroba surové mědi z bohatých sulfidických rud se provádí pyrometalurgickým způsobem. Ten spočívá v oxidačním pražení sulfidových rud, při kterém se sulfidy mědi přemění na oxidy. Pražení se provádí nejčastěji v etážových nebo fluidních pecích při teplotách okolo 800°C. Pražné plyny obsahují oxid siřičitý a slouží k výrobě kyseliny sírové nebo elementární síry. Praženec se poté taví s přísadou struskotvorných látek v různých typech nístějových, šachtových nebo elektrických pecí při teplotě 1400°C na tzv. kamínek (měděný lech), který se dmýcháním vzduchu zpracovává v konvertorech na surovou měď. Roztavený kamínek s vysokým obsahem sulfidu měďného se oxiduje pomocí vzduchu nebo kyslíku v různých typech konvertorů. Surová měď má obsah mědi 98%. Zbývající 2% obsahuje drahé kovy, jako je stříbro a zlato, jakož i základní kovy, jako je železo a zinek.
Hydrometalurgické procesy
Chudé měděné rudy se obvykle zpracovávají hydrometalurgickými procesy, které spočívají v loužení rudy kyselinou sírovou nebo roztokem síranu železitého. Měď přejde do výluhu jako síran měďnatý, ten se zpracovává elektrolyticky nebo cementací železem. Měděné rudy s vyšším obsahem železa a vápníku se zpracovávají amoniakálním loužením pomocí roztoku hydroxidu a uhličitanu amonného za vzniku uhličitanu tetraamiměďnatého. Z amoniakálních výluhů se amoniak odstraní vyvařováním za sníženého tlaku při teplotě 100-135°C, měď se získává jako surový kov nebo ve formě oxidů.
Čtěte také: proč zvolit měděné potrubí s ochrannou vrstvou
Biologické loužení (bioleaching)
Přibližně 20 % (16 Mt) veškeré vyrobené mědi se od osmdesátých let minulého století získává biologickým loužením (bioleaching) sulfidických rud covellinu a chalkosinu. Na rudu se působí vyluhovacím roztokem s obsahem acidofilních chemolitotrofních bakterií rodu Acidithiobacillus, Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobacillus a dalších. Principem biologického loužení je nepřímá oxidace nerozpustných sulfidů na rozpustné sírany. Jako oxidační činidlo slouží železité soli vzniklé činností mikroorganismů ze solí železnatých. Reakce jsou obdobné jako při kyselém loužení. Biologické loužení mědi se provádí na hromadách, v tancích, metodou in-situ a využívá se i ke zpracování odvalů po bývalé hornické těžbě. Produktem je roztok síranu měďnatého, který se zpracovává elektrolyticky.
Rafinace mědi
Rafinace surové mědi se provádí přetavováním v nístějové peci za přídavku dřevěného uhlí. Vzniklá rafinovaná hutní měď má čistotu 99,7 %. Dokonalejší rafinace mědi se dosahuje pomocí elektrolýzy v síranovém prostředí. Elektrolytická rafinovaná měď dosahuje čistoty až 99,95 %. Odpadní anodové kaly z elektrolytické rafinace mědi jsou ceněným zdrojem pro výrobu mnohých dalších prvků.
Vlastnosti a použití mědi
Fyzikální a mechanické vlastnosti
Měď je velmi dobrý vodič tepla. Jeho teplota tání je 1083,4 ° C. Podobně měď je velmi dobrý elektrický vodič s elektrickou vodivostí 58 · 106 S/m. Jeho vodivost je jen o něco horší než stříbro a mnohem lepší než zlato. Mohsova tvrdost mědi je 2,5 až 3, což odpovídá Vickersově tvrdosti (VHN) 77-99 při zkušební síle 100 g. Tvarování za studena zvyšuje pevnost 150 ... 200 MPa (obsazení) na hodnoty kolem 450 MPa. Prodloužení při přetržení je 4,5% s hodnotami tvrdosti kolem 100 HB. Deformovaná a následně žíhaná měď o pevnosti 200 MPa má protažení při přetržení 45% a hodnotu tvrdosti 50 HB. Protože holá kovová měď má jasně červenou barvu, barva čáry je růžová. Červená barva je způsobena tím, že absorbuje doplňkové zelené a modré světlo o něco více při normální teplotě. Na vzduchu začíná červenohnědá patina.
Chemické reakce mědi
Soli mědi (např. síran měďnatý) jsou většinou modré nebo zelené barvy. Měď má ve stejné skupině podobné chemické vlastnosti jako stříbro a zlato. Vrstva kovové mědi je nanesena na hřebík železa ponořený do roztoku síranu měďnatého, pro který se železo rozpouští jako síran železa, protože železo je méně ušlechtilé než měď (viz také řada napětí). Měď není obvykle napadena kyselinou chlorovodíkovou, ale je silně napadena kyslíkem a je rozpuštěna horkou kyselinou sírovou. Rovněž se rozpustí v kyselině dusičné a aqua regia. Směs kyseliny chlorovodíkové nebo kyseliny sírové s peroxidem vodíku velmi rychle rozpouští měď. Kov je také napadán organickými kyselinami. Proti zásadám se chová stabilně. Při červeném žáru reaguje s kyslíkem za vzniku silné vrstvy oxidu mědi. Měď je pasivována fluorem a jeho sloučeninami. V závislosti na velikosti zrna je měděný prášek hořlavý nebo vznětlivý. U druhů mědi obsahujících kyslík se mohou při kontaktu s plyny obsahujícími vodík tvořit trhliny a dutiny.
Rozsáhlé využití mědi
Využití mědi je značně rozsáhlé. Spolu se železem a hliníkem patří měď mezi nejdůležitější technické kovy. Pro svou velmi dobrou elektrickou a tepelnou vodivost se měď používá zejména k výrobě elektrických vodičů a trubkovnic ve výměnících tepla. Hliník je sice levnější a na základě hmotnosti na délku lepší elektrický vodič než měď, je však objemný. Dráty a provazce vyrobené z takzvané mědi bez obsahu kyslíku (OFC, anglicky pro kyslík neobsahující měď s čistotou > 99,99%) mají velmi jemnozrnnou krystalovou strukturu a obzvláště vysokou únavovou pevnost. Pro horní vedení se používají slitiny mědi a hořčíku. V umění a řemeslech je měděný plech poháněn, který je deformován kladivem, což je snadno možné díky jeho měkkosti. I střechy jsou pokryty měděným plechem, který tvoří perzistentní nazelenalý patina, která se skládá z různých základních uhličitanů mědi nebo mědi. Tato patina se často mylně nazývá „verdigris“ (viz octan měďnatý) a chrání dobře kovový podklad před další korozí, takže měděné střechy mohou trvat několik staletí.
Čtěte také: Střecha Chrámu sv. Mikuláše
Slitiny mědi
Měď je také součástí mnoha slitin, jako jsou mosaz (se zinkem), bronz (s cínem) a niklové stříbro (se zinkem a niklem). Tyto slitiny mědi se široce používají kvůli jejich dobrým vlastnostem, jako je barva, odolnost proti korozi a zpracovatelnost. Tvářené slitiny (mosaz a nikl stříbro) a lité materiály (puška, bronz). Tvářené slitiny se do požadovaného tvaru dostávají tvářením plastů (tváření za tepla: válcování, kování atd.). Mnoho mincovních materiálů je vyrobeno z mědi, takže „nordické zlato“ nazývané kovem zlatých částí euromincí je slitina mědi, zinku, hliníku a cínu.
Využití sloučenin mědi
Sloučeniny mědi mají velmi široké uplatnění.
- Jako laboratorní činidla, např. Fehlingovo činidlo k analytickému důkazu aldehydů a ketonů nebo Benediktovo činidlo k důkazu glukózy i dalších sacharidů.
- Oxid měďnatý CuO se používá v organické chemii, termický rozklad organických látek za přítomnosti CuO slouží k důkazu halogenů (Beilsteinova zkouška).
- Uhličitan měďnatý CuCO3 je používán jako barvivo glazur; při výpalu v redukčním prostředí poskytuje červené zbarvení, při oxidačním výpalu barví glazuru zeleně.
- Hydroxid měďnatý Cu(OH)2 se používá jako modrý pigment (brémská modř).
- Mezi další používané měďnaté pigmenty patří modrý verditer 2CuCO3·Cu(OH)2, zelený verditer CuCO3·Cu(OH)2, Scheeleova zeleň CuHAsO3, brunšvická zeleň CuCl2·CuO·nH2O, svinibrodská zeleň Cu(CH3COO)2·3Cu(AsO2)2 nebo nejstarší známý syntetický pigment egyptská modř CuO·SiO2·CaO.
- Hydroxid tetraamin-měďnatý [Cu(NH3)4](OH)2 (Schweizerovo činidlo) se používá jako rozpouštědlo celulózy při výrobě umělého hedvábí a celofánu.
- Síran měďnatý CuSO4·5H2O (modrá skalice) je nejpoužívanější sloučeninou mědi. Modrá skalice nachází použití jako součást bazénové chemie, jako prostředek k moření dřeva a osiva, jako algicid k likvidaci řas, k odstraňování mechů a lišejníků a ke konzervaci preparovaných živočichů. Směs modré skalice s vápenným mlékem Ca(OH)2 se pod názvem Bordeauxská jícha používá již velmi dlouhou dobu k ochraně vinné révy před plísňovým onemocněním perenosporou. Další využití nalézá modrá skalice jako součást elektrolytu při galvanickém poměďování a jako desinfekční prostředek v akvaristice a v chovech drobného hospodářského zvířectva.
Měď v biologii a medicíně
Ve srovnání s mnoha jinými těžkými kovy je měď pro vyšší organismy relativně slabá. Člověk tedy může denně přijímat 0,04 gramů mědi bez poškození zdraví. Ve volné formě bez vazby na bílkoviny má měď antibakteriální vlastnosti; hovoří se zde o oligodynamickém efektu, podobně jako u stříbra. Měď je toxická pro mnoho mikroorganismů i při nízkých koncentracích. Proto (ale také proto, že se snadno instalují) vodní potrubí často obsahuje měď. Vzhledem k baktericidním vlastnostem mědi se ve velkých testech zkouší, zda má z ekonomického hlediska smysl vybavit nemocniční pokoje dveřními klikami potaženými mědí. Toxický účinek spočívá v tom, že ionty mědi se vážou na thiolové skupiny proteinů a peroxidují lipidy buněčné membrány, což vede k tvorbě volných radikálů, které poškozují DNA a buněčné membrány. Šnečí sliz oxiduje měď v měděném drátu nebo měděné fólii, která slouží jako bariéra pro ohrožené rostliny.
Ve většině mnohobuněčných organismů je měď součástí mnoha enzymů (metaloenzymů), a proto je životně důležitým stopovým prvkem. Denní požadavek na dospělého člověka je 1,0-1,5 miligramů. Měď se vyskytuje hlavně v čokoládě, játrech, zrnech, zelenině a ořechech. Nedostatek mědi se u lidí vyskytuje jen zřídka, zejména u dlouhotrvajících průjmů, předčasně narozených dětí, po dlouhodobé podvýživě nebo malabsorpci u takových chorob, jako je sprue, Crohnova nemoc nebo cystická fibróza. Příjem vysokých dávek zinku, železa nebo molybdenanu může také vést ke sníženému množství mědi v těle. Při vzácném dědičném onemocnění Wilsonova choroba je vylučování mědi narušeno a dochází k nárůstu akumulace mědi, nejprve v játrech, poté, když se měď vylučuje do krevního řečiště, do dalších orgánů. Další stejně vzácnou chorobou metabolismu mědi je Menkesův syndrom. Znovu a znovu byl diskutován vztah mezi mědí a vývojem Alzheimerovy choroby.
Břidlice: přírodní kámen s historií a moderním využitím
Břidlice je označení pro usazené částečně metamorfované horniny s jemnou zrnitostí, vzniklé z jílovců a prachovců. Obsahuje především minerály biotit, muskovit a andalusit. Břidlice mívá černou až šedou barvu; vyznačuje se dobrou rovinnou štěpností, takže z ní lze snadno vytvářet tenké desky. Relativní permitivita εr břidlice je 6,5 až 7,5. Z komerčního hlediska je břidlice přírodní kámen s dobře vyvinutou dělitelností, která umožňuje snadnou štípatelnost.
Historické a současné využití břidlice
Břidlice se dříve používaly jako krytina na pokrývání střech, v současnosti je toto využití omezeno na opravy historických staveb nebo specifické oblasti s tradičním použitím břidlice (např. Bretaň ve Francii a některé oblasti Belgie). Dříve se z nich vyráběly břidlicové psací tabulky pro použití ve školách, na něž se psalo křídou. Z břidlice se též vyrábějí desky pro kulečníkové stoly a břidlicové brousky.
Břidlice v interiéru a exteriéru
Břidlice přitáhne vaši pozornost nejen díky své zajímavé vrstevnaté struktuře a hladkému povrchu, ale také díky pronikavé černé barvě. Kromě sytě černé barvy se břidlice vyskytuje také v ocelově šedých odstínech, jako kusová břidlice zlato růžových odstínů i jako unikátní obklad Sunset, který hraje hnědě šedými tóny s lehce nazlátlým vzorem. Tím, že břidlice je přírodní materiál, je každý kus unikátní nejen strukturou, ale také zbarvením.
Oblíbené jsou formátované - řezané palisády. Používají se jako dekorace v zahradách, na oddělování jedné části zahrady od druhé nebo jednoduše jako obrubníky. Lze je také využít jako obklad do interiéru nebo exteriéru. Přírodní kámen břidlici nabízíme také ve formě přírodních nášlapných kamenů. Samolepicí kamenné obklady ALFIstick® zvládnou vysoké teploty a vlhkost, nicméně nedoporučujeme přímý kontakt s ohněm nebo dlouhodobý styk s vodou. Doporučuje se kamenné obklady na závěr impregnovat vodě odolným roztokem na bázi silikonů.
tags: #medena #bridlice #chemicky #vzorec