Referat Cuprul

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Cuprul si de asemenea puteti face Download Referat Cuprul

Citeste fragmente din Referat Cuprul

CUPRINS INTRODUCERE STARE NATURALA OBTINERE PROPRIETATI FIZICE PROPRIETATI CHIMICE PROPRIETATILE CUPRULUI METALIC COMBINATIILE CUPRULUI IN STAREA DE OXIDARE +1: -oxidul cupros (1) -sulfura cuproasa (2) -halogenurile cuproase (3) -cianura cuproasa (4) -sarurile cuproase (5) COMBINATIILE CUPRULUI IN STAREA DE OXIDARE +2: -oxidul cupric (1) -sulfura cuprica (2) -halogenuri cuprice (3) -cianura cuprica (4) -saruri cu oxiacizi (5) -combinatii complexe (6) REACTIILE CUPRULUI cu: -acizii -nemetalele -sarurile unor metale UTILIZARILE CUPRULUI ACTIUNEA FIZILOGICA A CUPRULUI OBSERVATII BIOCHIMICE BIBLIOGRAFIE INTRODUCERE Cuprul era cunoscut si folosit inca din Antichitate la fabricarea armelor si a diferitelor ustensile. Acest metal a aparut cu 5000 de ani i. Hr. in Egipt si, cu un mileniu mai tarziu, in regiunea dintre Tigru si Eufrat, unde se dezvoltase civilizatia sumeriana. Cu 2000 de ani i. Hr., cuprul era folosit numai la fabricarea bronzului si, mai tarziu, la confectionarea unor podoabe, iar combinatii ale cuprului la colorarea sticlei in albastru. Incepand cu anul 1500 i. Hr., grecii si, apoi romanii extrageau din insula Cypru. Homer povesteste despre arme, obiecte de arta si diferite vase din bronz. In jurul anului 900 i. Hr., unele saruri de cupru se foloseau la zugravitul locuintelor scumpe, colorand huma si varul. In scrierile alchimstilor, cuprul este denumit Venus, fiind simbolizat de aceasta planeta. Cuprul a jucat un rol insemnat in istoria civilizatiei omenesti, fiind primul metal fabricat pe scara mai mare si utilizat pentru scopuri practice. Din sapaturile facute la Suza si in orasele sumeriene, rezulta ca aurul si argintul au fost cunoscute dupa cupru. Dupa cunostintele noastre actuale, cuprul a fost descoperit pe la anul 6000 i. Hr., de un popor locuind in Turkestan sau pe versantul sudic al Caucazului. De aici a patruns in Mesopotamia, Egipt, Creta si in cele din urma si in Europa. Minereuriole de cupru folosite de popoarele antice proveneau din Asia Mica si din Cypru (de la numele metalului fabricat pe aceasta insula aes cyprium, se trage cuvantul latinesc cuprum; cuvantul romanesc arama vine de la aes, aeris). Un progres tehnic important s-a realizat prin descoperirea bronzului (pe la 2750 i. Hr., la Suza), mai dur si mai rezistent decat cuprul. Din acest aliaj (chalcos, ramas in limba greaca cu sensul de arama) erau facute armele eroilor lui Homer. STARE NATURALA Cuprul se gaseste in natura foarte rar sub forma nativa cristalizat in octaedre sau cuburi.In minereurile de baza din care se extrage, se gaseste sub forma de combinatii: sulfuri, oxizi si carbonati. Cele mai importante sulfuri naturale sunt: calcopirita (CuFeS2), calcozina (Cu2S), erubescita sau bornita (Cu3FeS3), precum si sub forma de sulfoarseniuri si sulfostibiuri (tetraeditelele si bournonita).Mai rar apar in natura mineralele oxidice de cupru: cuprita (Cu2o) si carbonati bazici: malachita [CuCO3(Cu(OH)2] si azurita [2CuCO3(Cu(OH)2]. Cuprul nu lipseste nici in silicati, cum este dioptasul (H2CuSiO4), hexagonal, verde, folosit ca piatra de podoaba, precum si alta piatra pretioasa turcoazul. Purificare cuprului se facea la inceput, prin cimentare cu fier, se elibera cupru metalic. Mai tarziu, prin procedeul de electrolizei se obtine cupru metlic de o puritate avansata. Procedeul de obtinere a cuprului prin electroliza se intrebuinteaza si astazi. OBTINERE Minereurile (sulfuroase) de metale neferoase contin de obicei 2-4% rareori peste 7% Cu. De aceea, inainte de a proceda la obtinerea propriu-zisa a metalului, este necesara o concetrare. Aceasta consta intr-o prajire partiala, cu aer insuficient. Cuprul are o afinitate mult mai mare pentru sulf decat fierul, in schimb, se oxideaza mai greu decat acesta. De aceea, in timpul prajirii partiale, pirita (FeS2) se transforma in parte in FeS, in parte se oxideaza pana la FeO si Fe2 O3, care se combina cu nisipul de cuart adaugat anume, dand silicat de fier, usor fuzibil, care trece in zgura. In partea de jos a cuptorului se aduna astfel o mata cuproasa, topita, compusa in cea mai mare parte din Cu2S si FeS, cu un continut de 30-45% Cu. Mata cuproasa este apoi prelucrata intr-un convertizor captusit cu caramizi de silice sau mai bine din magnezita. Aerul se introduce prin deschideri larerale. In convertizor, sulfura feroasa se oxideaza in oxid de fier, care se combina cu nisipul adaugat, dand silicati ce se aduna in partea superioara, in stare topita. O parte din sulfura cuproasa trece in oxid cupros, care reactioneaza cu restul de sulfura: Cu2S + 2Cu2O ( 6Cu +SO2 Metalul topit se aduna in partea inferioara a convertizorului. Stratul de mata, dintre stratul de metal si cel de zgura, se micsoreaza in timpul procesului si dispare la sfarsit. Gazele degajate din convertizor, cu 10-14% SO2, se folosesc pentru fabricarea acidului sulfuric. Cuprul brut obtinut(94-97%) mai contine: fier, plumb, zinc, stibiu, aur si argint, precum si cantitati mici de sulf si arsen, ce nu s-au volatizat in convertizor. Indepartarea acestora se face fie printr-o noua topire in cuptoare cu flacara, obtinandu-se un cupru rafinatde 99,5-99,8%, fie prin electroliza, catre duce la un cupru electrolitic, de peste 99,9%. Metalurgia pe cale umeda a cuprului pentru minereurile care, nici prin operatii de floatatie, nu pot fi aduse la o concentratie suficienta pentru formarea matei cuproase se aplica o prelucarea pe cale umeda. In acest scop se extrage minereul cu un lichid care transforma cuprul intr-o combinatie solubila, iar apoi cuprul este precipitat din solutie ca metal sau sub forma de componenta principala din minetreu: apa, solutie de amoniac, de cianura sau mai frecvent, acid sulfuric diluat, eventual cu un mic adaos de sulfat feric pentru realizarea unei actiuni oxidante. Precipitarea cuprului metalic din aceste solutii acide se face de obiceiprin deslocuire cu span de fier (cimentare) sau pe cale electrolitica. PROPRIETATI FIZICE Cuprul este un metal aramiu-rosiatic, cu densitatea egala cu 8,96g/cm3, avand duritatea 3, mai mare decat a grafitului; nu lasa urme pe hartie. Este bun conducator de electricitate si de caldura, fiind al doilea dupa argint in ceea ce priveste conductibiliatea electrica si conductibilitatea calorica. Prezinta punct de topire ridicat (1083(C), fapt ce determina o restransa utilizare a sa ca metal pur. Se poate alia usor cu alte metale: Zn, Sn si Ni, formand aliajele: alama, bronz si, respectiv constantan, cu proprietati imbunatatite si puncte de topire mai scazute. Cuprul este foarte maleabil si se poate lamina usor (foitele subtiri sunt albastre-verzui. PROPRIETATI CHIMICE Elementul chimic cupru reprezinta totalitatea atomilor din natura care au numarul atomic Z egal cu 29. El se gaseste in grupa 11, perioada a 4-a a tabelului periodic. Izotopul de cupru 6429Cu de electroni in invelisul electronic, 29 de protoni si 35 de neutroni in nucleu. Datorita structurii sale electronice, cuprul poate ceda un electron aflat pe ultimul strat, formand ionul CuI. Combinatiile ionului CuI sunt stabile. Cuprul poate ceda, pe langa electronul situat pe ultimul strat, inca un electron, aflat inpenultimul strat, formand ioni de CuII PROPRIETATILE CUPRULUI METALIC Cuprul metalic are culoare rosie caracteristica; in foite extrem de subtiri apare, prin transparenta, albastru-verzui. Cristalizeaza in retea cubica cu fete centrate si nu prezinta polimorfism. Proprietatile fizice ale cuprului metalic sunt mult influentate de impuritati si in special caracteristicile mecanice, de procedeele de prelucrare. Cuprul pur este un metal moale (duritatea 3 in scara Mohs), destul de rezistent la rupere si foarte ductil; se lucreaza bine ciocanul, la rece, si se modeleaza la presiuni mari. Conductibilitatea calorica a cuprului este aproape tot atat de mare ca a argintului (0,93 fata de cea a argintului, considerata egala cu 1) si mult mai mare decat a altor metale uzuale (0,15 la fier). De aceea se utilizeaza cupru ori de cate ori este nevoie sa se transmita usor caldura (tevi fierbatoare la locomotive, cazane de distilare). De asemenea conductibilitatea electrica a cuprului, apropiata de a argintului, intrece mult pe a celorlalte metale. Conductibilitatea scade insa considerabil, cand cuprul este impurificat, chiar, cu cantitati mici de P, As, Si sau Fe. Cantitati sub 0,1% din aceste elemente reduc va;oarea conductibilitatii electrice cu 20% sau chiar mai mult). Din cauza aceasta in electrotehnica se utilizeaza pe scara mare cuprul cel mai pur, electrolitic. La temperatura camerei, cuprul nu se combina cu oxigenul din aer (formeaza insa incet, cu dioxidul de carbon si apa din atmosfera, un carbonat bazic verzui). Incalzit in aer sau oxigen, se oxideaza dand CuO sau la temperatura mai inalta, Cu2O. Cuprul se combina, chiar la rece, cu clorul (umed) si cu ceilalti halogeni; de asemenea are o mare afinitate pentru sulf si seleniu. Nu se combina direct cu azotul, hidrogenul si carbonul: formeaza insa indirect combinatii cu aceste elemente. Potentialul de oxidare al cuprului fiind negativ, cuprul nu se dizolva in acizi diluati, ci numai in acizii oxidanti concentrati, cum sunt H2SO4 si HNO3. De aceea este surprinzatoare, la prima vedere, dizolvarea cuprului, cu degajare de H2, in acid clorhidric concentrat. In realitate, in aceasta reactie nu se formeaza ionul Cu+, ci un ion complex [CuCl2]-. Prin formarea complexului, concentratia ionilor cuprosi este atat de mult micsorata, incat potentialul cuprului este peste acela al hidrogenului. Tot asa se explica dizolvarea cuprului metalic cu degajare de hidrogen intr-o solutie concentrata de cianura de sodiu: Cu + 2CN- + HOH ( [Cu(CN)2]- + HO- +1/2 H2 Dizolvarea are loc mai usor in prezenta oxigenului. Cu amoniacul (de asemenea in prezenta oxigenului) cuprul metalic reactioneaza formand ammino-complecsi . Cuprul formeaza 2 serii de compusi stabili, in care poate fi in starea de oxidare +1 (combinatii cuproase) sau +2 (combinatii cuprice). Se cunosc, de asemenea, dar in numar mic, compusi ai cuprului (III). Acestia sunt insa mai putin stabili. COMBINATIILE CUPRULUI IN STAREA DE OXIDARE +1 (COMBINATII CUPROASE) 1.Oxidul cupros (Cu2O), se precipita, din solutia unei sari cuprice (CuSO4), in care se adauga intai un agent reducator (hidroxilamina, hidrazina sau glucoza) si apoi NaOH; mai bine se obtine din solutia Fehling si aceiasi agenti reducatori. Se depune intai sub forma unui precipitat galben, care devine treptat la rece, mai repede prin incalzire, rosu-aramiu. Oxidul cupros se formeaza si la descompunerea termica a oxidului cupric.Oxi dul cupros este insolubil in apa, se dizolva in solutie apoasa de amoniac si in acid clorhidric concentrat, dand ionii complecsi [Cu(NH3)2]+, respectiv [CuCl2]-, ambii incolori. 2.Sulfura cuproasa (Cu2S), se obtine prin calcinarea sulfurii cuprice, cu un mic adaos de sulf, intr-un curent de hidrogen. Se topeste la 1130( si cristalizeaza, din topitura, in cristale negre, plumburii, cubice, cu reteaua antifluoritei. O alta modificatie, rombica, se intalneste in mineralul calcosina. 3.Halogenurile cuproase se disting prin insolubilitatea lor aproape completa in apa. Clorura cuproasa (CuCl si in stare de vapori Cu2Cl2), se obtine prin reducerea unei solutii de CuCl2 (sau de CuSO4 + NaCl) cu SO2 sau cupru metalic. Ionul complex [CuCl2]-, continut in aceasta solutie, nu este prea stabil si se descompune la diluarea solutiei, formandclorura cuproasa, care precipita. Clorura cuproasa, astfel obtinuta, este alba ca zapada, dar la aer se colreaza verzui, din cauza oxidarii pana la o clorura cuprica bazica. Bromura cuproasa (CuBr), se obtine la fel ca clorura. Iodura cuproasa (CuI), se formeazadirect din solutia unei sari cuprice, prin adaugarea de potasiu; in aceasta reactie, ionul I- este redus la iod elementar. Halogenurile cuproase se dizolva in amoniac formand ammino-complecsi, [Cu(NH3)2]X, in care cuprul are numarul de coordonatie 2. Asezarea celor 2 molecule de NH3 este colineara cu atomul Cu. 4.Cianura cuproasa (CuCN), este o pulbere alba, insolubila, asemanatoare halogenurilor; la fel si tiocenatul de cupru (CuSCN). Cianura cuproasa se dizolva intr-o solutie de KCN, formand sarea complexa K3[Cu(CN)4], in care, spre deosebire de ceilalti complecsi ai cuprului, numarul de coordintie al cuprului este 4, la fel ca in retelele halogenurilor; ca si acolo, cele 4 resturi CN sunt asezate tetraedic in jurul atomului Cu. Se cunoaste si o cianura complexa corespunzand formulei K[Cu(CN)2], cu structura complicata in stare solida. In acest compus atomul de cupruare numarul de coordinatie 3 si este inconjurat de 2 atomi Csi un atom N, proveniti din 3 grupe diferite CN diferite. 5.Sarurile cuprului cu oxiacizii sunt nestabile. Sulfatul cupros (Cu2SO4) se formeaza ca o pulbere alba, prin tratarea oxidului cupros cu acidsulfuric concentrat. Apa descompune aceasta sare in sulfat cupric,CuSO4 si Cu. Sulfatul cupros formeaza insa un ammino-complex, [Cu(NH3)2]2SO4, stabil. Azotatul cupros nu se poate obtine, dar se cunosc unii complecsi stabili ai sai. Din acestea rezulta ca ionul cupros, Cu+, nu poate exista in cantitati apreciabile, in solutie. Combinatiile cuproase cunoscute sunt fie insolubile, fie complexe. In ambele cazuri, legaturile au un caracter, covalent. COMBINATIILE CUPRULUI IN STAREA DE OXIDARE +2 (COMBINATII CUPRICE) 1.Oxidul cupric (CuO), de culoare neagra, a fost gasit in natura, in stare cristalizata (tenorita teclinica, din lava Vezuviului). Oxidul cupric se obtine prin incalzirea cuprului metalic, sub forma de tabla subtire sau de sarma, in prezenta aerului, carbonatulsi chiar sulfatul. Pe la 1000(, oxidul cupric degaja oxigen si este un agent oxidant. Pe aceasta proprietate se bazeaza utilizarea oxidului cupric in analiza cantitativa organica. Hidrogenul il reduce pe la 250(. Oxidul cupric de dizolva usor in acizi, dand saruri cuprice. Hidroxidul cupric Cu(OH)2, se obtine sub forma unui precipitat gelatinos, albastru, retinand multa apa, prin precipitarea sarurilor cuprice cu baze. Prin incalzire slaba, chiar in prezenta solutiei apoase din care provine, hidroxidul cupric se transforma ireversibil in oxid cupric negru. Hidroxidul cupric se poate obtine si intr-o forma cristalizata, pulverulenta, albastra, care poate fi incalzita la 100(, fara descompunere. Aceasta are compozitia exacta Cu(OH)2. Hidroxidul cupric, o baza slaba, se dizolva in acizi, dand saruri; proaspat precipitat, se dizolva insa si in hidroxizii alcalini, dand o solutie violet-albastra rezultand ca are un caracter amfoter. Hidroxidul cupric se dizolva usor in solutia apoasa de amoniac, dand o solutie de culoare albnastra inchisa, care contine hidroxidul tetramminocupric, o baza puternica: Cu(OH)2 + 4NH3 ( [Cu(NH3)4](OH)2 Solutia aceasta (reactivul lui Schweizer) are proprietatea de a dizolva celuloza. Aceeasi combinatie se obtine si prin dizolvarea cuprului metalic intr-o solutie de amoniac, in prezenta aerului. 2.Sulfura cuprica (CuS), se depune sub forma unui precipitat negru, la introducerea de H2S, intr-o solutie continand ioni Cu2+. In apa si in acizii tari diluati este insolubila. In stare umeda, la aer, se oxideaza partial in CuSO4 ( O sulfura de cupru (CuS), se gaseste si in natura, cristalizata, ca mineral, covelina, sub forma de grupe S22- ca in pirita, iar o parte din atomii Cu se gasesc in starea de oxidare +1. Structura corecta a covelinei corespunde la Cu21CuII(S2)S. 3.Halogenurile cuprice include si clorura cuprica (CuCl2 ( 2H2O), obtinuta din solutia oxidului cupric in acid clorhidric, formeaza cristale albastre. Prin indepartarea apei, la 150(, intr-un curent de HCl, se formeaza CuCl2, anhidrica, bruna, higroscopica. Clorura cuprica este extrem de usor solubila in apa si in alcool. Solutia apoasa concentrata este bruna; prin diluare devine verde si abia la diluatie mare apare culoarea albastra a ionului cupric hidratat. Solutia aceasta albastra devine iarasi verde prin adaugare de HCl, cu care formeaza un complex slab, H2[CuCl4], ale carui saruri, sunt de asemenea, cunoscute. Solutiile concentrate, brune, de CuCl2, contin sarea cuprica a acestui acid complex, Cu[CuCl4]. Bromura cuprica (CuBr2), se descompune pe la 500(, cantitativ, in CuBr si Br2. Iodura cuprica (CuI2), mai nestabila inca, nici nu poate fi izolata. Daca se trateaza solutia unei sari cuprice solubile, cu ioni I- (KI), atunci iodura cuprica, formata din primul moment, se descompune in iod liber si iodura cuproasa, incolora, insolubila: Cu2+ + 2I- ( CuI2 ( CuI + 1/2I2 4.Cianura cuprica [Cu(CN)2], corespunde in comportarea ei intrutotul iodurii. Ea se formeaza prin tratarea unei solutii continand ioni cuprici, cu ioni CN-, sub forma unui precipitat brun, cese descompune chiar la temperatura camerei si repede la usoara incalzire, in cianura cuproasa insolubila si cian. Cianura cuprica se dizolva insa intr-un exces de cianura de potasiu, formand tetracianocupratul de potasiu {K2[Cu(CN)4]}, stabil, incolor, foarte usor solubil in apa. 5.Sarurile cu oxiacizii sunt sulfatul cupric (CuSO4 ( 5H2O) sau piatra vanata, albastra, cea mai cunoscuta dintre combinatiile cuprului, se fabrica prin dizolvarea cuprului metalic, in acid sulfuric. Daca se foloseste acid sulfuric concentrat, reactia acesta are loc cu degajarea de SO2. De obicei se lucreaza cu acid sulfuric diluat, cald, suflandu-se totodata mult aer: Cu + H2SO4 +1/2 O2 ( CuSO4 +H2O Azotatul cupric se formeaza prin dizolvarea cuprului in acid azotic concentrat. Se cunosc 3 hidranti ai acestui compus, cu 3, 6 si 9 H2O. Trihidratul, Cu(NO3)2 ( 3H2O este stabil la temperatura camerei. Azotatul cupric anhdru nu se poate obtine prin deshidratare; in locul acestuia se formeaza saruri bazice. Prin dizolvarea cuprului intr-o solutie de N2O4 in acetat de etil, se obtine o sare cu formula Cu(NO3)2 (N2O4, care la incalzire da azotatul cupric anhidru, care poate fi sublimat fara descompunere. Carbonatii bazici ai CuII sunt sarurile de cupru care precipita cu carbonatii alcalini un carbonat bazic, cu compozitia CuCO3 ( Cu(OH)2 acelasi compus care se formeaza pe obiectele de cupru la aer umed (cocleala). Substanta aceasta apare si in natura, in mineralul malachita cu o frumoasa culoare verde. Daca precipitarea are loc sub presiune de dioxid de carbon se formeaza o combinatie simlara, aparand si ea ca mineral, azurita., 2CuCO3 ( Cu(OH)2, de culoare albastra. 6. Combinatiile complexe in afara complecsilor continad halogeni, CN sau amoniac, se cunosc un numar foarte mare de combinatii complexe derivand de la CuII. Dintre acestea mentinam complecsii stabili cu amine organice, cum ar fi cei cu etilendiamina (H2N-CH2-CH2-NH2), continand ioni [Cu(NH2)2(H2O)2]2+, complecsii cu amino-acizii si cu unii acizi carboxilici. REACTIILE CUPRULUI Reactia cuprului cu acizii: Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 ( + 2H2O 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO ( + 4H2O 2NO + O2 + 2NO2 ( Reactia cuprului cu nemetalele Cu + Cl2 = CuCl2 2Cu + O2 = 2CuO Cu = S =CuS Reactia cuprului cu sarurile unor metale Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag ( Reactia sarurilor de cupru cu unele metale Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu ( UTILIZARILE CUPRULUI robineti tabla pentru acoperisuri monezi cabluri electrice si conductori vase de arama placi de circuite imprimate confectionarea de instalatii confectionarea de site realizarea statuilor confectionarea radiatoarelor de masini piese auto ACTIUNEA FIZIOLOGICA A CUPRULUI Cuprul este indispensabil organismului. Organismul uman adult contine 100-200mg de cupru, depozitat in ficat si rinichi. Necesarul zilnic este de 2mg, absorbtia facandu-se la nivelul intestinului. Cupru are rol esential in biosinteza hemoglobinei si in procesele de oxidare la nivel celular, facand parte din structura a numeroase enzime. Combinatiile cuprului sunt relativ netoxice, in comparatie de sarurile altor metale grele, cum sunt Pb sau Hg. Alimentele contin, in mod constant, mici cantitati de cupru, extrase de plante din sol sau introduse prin intermediul vaselor de arama. Doza toxica pentru om trece cca: 10g si este foarte mare. In sangele unor animale inferioare se gaseste un colorant, homocianina, continand cupru si indeplinind aceeasi functiune ca hemoglobina din sangele vertebratelor. OBSERVATII BIOCHIMICE!!! Sarurile cuprice sunt insa otravuri foarte puternice pentru alge si ciuperci. De aceea se impregneaza lemnul cu sulfat sau naftenat de cupru, pentru a-l feri de ciuperci si se stropeste vita de vie impotriva manei cu “lesia bordeleza”, o solutie de sulfat de cupru amestecata cu lapte de var. BIBLIOGRAFIE Chimie generala de Costin Nenitescu Chimie generala de Linus Pauling PAGE 1 PAGE 1 쥁@