Kupfer Chemie
„Seit fast 5000 Jahren war Kupfer das einzige Metall auf den Menschen bekannt. Heute ist es eines der am meisten verwendeten und wiederverwendet unserer modernen Metalle.“
Menschen verwendeten erstes Kupfer vor etwa 10.000 Jahren. Ein Kupfer-Anhänger im Nordirak entdeckt wird gedacht, um 8700 vor Christus zurück zu datieren. Urmensch wahrscheinlich Kupfer für die Waffenherstellung verwendet. Die alten Ägypter schienen zu haben, um die Korrosionsbeständigkeit des Metalls geschätzt. Sie verwendeten Kupferbänder und Nägel im Schiffsbau und Kupferrohre wurden verwendet, um Wasser zu vermitteln. Einige dieser Artefakte überleben heute in gutem Zustand. Eine Schätzung der Gesamt ägyptischen Kupferproduktion über 1500 Jahre beträgt 10.000 Tonnen.
Die Verwendung von Kupferverbindungen stammt auch vor 4000 vor Christus. Kupfersulfat zum Beispiel war eine besonders wichtige Verbindung in frühen Zeiten. Ägyptern verwendet es als Beizmittel in ihren Färbeverfahren. Die Verbindung wurde auch zur Herstellung von Salben und andere solche Zubereitungen verwendet. Später kam die medizinische Verwendung von Kupfersulfat mit verschreibungspflichtigen etwa für Lungenerkrankungen. Kupfersulfat noch ausgiebig heute und keine schädlichen Nebenwirkungen seines bestimmungsgemäßen Gebrauch verwendet wurden berichtet.
Kupfer ist die 25-te häufigste Element der Erde, aber eine der selteneren ersten Reihe Übergangsmetalle. Es tritt als ein weiches rötliches Metall, das als große Felsbrocken mit einem Gewicht von mehreren hundert Tonnen oder als Sulfiderzen nativer gefunden werden kann. Letztere sind komplexe Kupfer, Eisen und Schwefel-Mischungen in Kombination mit anderen Metallen wie Arsen, Zink und Silber. Die Kupferkonzentration in solchen Erzen liegt typischerweise zwischen 0,5-2%.
Kupfer kommt in biologischen Systemen als Teil der prosthetischen Gruppe von bestimmten Proteinen. Beispiele für kupferhaltige Proteine siehe den Artikel ursprünglich von der University of Leeds, Institut für Biochemie und Molekularbiologie am Scripps Institute.
Das rote Pigment in der softbilled T (o) uraco Vogel enthält einen Kupfer-Porphyrin-Komplex. Das Pigment ist stark wasserlöslich unter alkalischen Bedingungen, und es wurde im Jahr 1952 berichtet, die von Tierpfleger versucht, einen Vogel zu waschen im Wasser in Folge immer mit rot gefärbt.
T (o) uracos soll die einzigen Vögel, um wahr seinen rote und grüne Farbe zu besitzen. Im Allgemeinen ist die Farbe, die Sie wahrnehmen, wenn die Vögel zu beobachten, ist aufgrund von Reflexionen durch die Federstruktur erzeugt. Die roten und grünen Pigmente (turacin und turacoverdin) in den Federn des T (o) gefunden uraco sowohl Kupfer enthalten.
Eigenschaften von Kupfer
Eine weitere nützliche Verbindung ist auf die Geologie Projektseiten an der Univ. von Nevada, Reno.
Die Gewinnung von Kupfer
Kupfer wird durch zwei Hauptverfahren aus seinem Erz extrahiert:
- pyrometallurgischen Verfahren
- Die hydrometallurgische Verfahren
Diese Technik wird häufig bei der Gewinnung von sulfidischen Erzen verwendet. Es gibt vier Hauptphasen:
- Bergbau und Fräsen
- Das Erz wird zerkleinert und zu einem Pulver gemahlen in der Regel mit weniger als 1% Kupfer.
Mineralstoffe werden zu einer Aufschlämmung konzentriert, die etwa 15% Kupfer ist.
Kupferminerale sind aus nutzlosem Material durch Flotation unter Verwendung von Schaum bildenden Lösungen getrennt.
Hydrometallurgischen Verfahren -SX / EW
Solvent Extraction / Elektrolytische ist die dominierende Auslaugungsprozess heute bei der Gewinnung von Kupfer aus chemischen Lösungen verwendet. Wie der Name schon sagt beinhaltet das Verfahren zwei Hauptphasen:
Solvent Extraktions- der Prozess, durch den Kupferionen ausgewaschen werden oder anderweitig aus dem Roherz mit chemischen Mitteln extrahiert.
Electrowinning- Elektrolyse eines Metallionen enthaltenden Lösung, so daß Cu-Ionen in ihm werden auf die Kathode plattiert und danach in elementarer Form entfernt.
Der Prozess findet in den folgenden Schritten:
- A lixivant (Laugungslösung) zur Verwendung beim Auslaugen Cu-Ionen aus dem Erz ausgewählt. Gemeinsame Reagenzien sind schwache Säuren, z.B. H 2 SO 4. H2 SO4 + Fe2 (SO4) 3. sauren Chloridlösungen z.B. FeCl2. Ammoniumchlorid und Ammoniumsalzzusammensetzungen.
Beispiele für solche Extraktionsmittel sind 5-Nonylsalicylaldoxim und ein Gemisch aus dieser Verbindung und 2-Hydroxy-5-nonyl-acetophenonoxim. Die im Handel erhältlichen Reagenzien enthalten üblicherweise 5% bis 10% des Oxims in einem 90-95% Petroleum Verdünnungs wie Kerosin.
Vor mit lixivant Produkt des Extraktionsmittels zu Mischen wird wenig oder kein Kupfer enthalten und ist in diesem Stadium so genannte „unfruchtbar organischen Extraktionsmittel“.
- Kupferionen werden aus der Laugungslösung zu dem organischen Extraktionsmittel über beim Mischen der beiden Reagenzien. Eine Phasentrennung erfolgt eine wässrige zu geben und eine organische Phase, bezeichnet als die erste wäßrige und eine erste organische Phasen sind. Die erste wässrige Phase, die „Raffinat“ ist der lixivant seiner Kupferionen abgestreift, während die erste organische Phase ist die „beladenen organischen Extraktionsmittel“ h Extraktionsmittel mit Kupferionen vorliegen.
Ein Hinweis auf Verunreinigungen
Die Auswirkungen dieser Verunreinigungen sind beträchtlich und schließen ein:
- Phasentrennzeit in den Stufen erhöht, wenn organische und wässrige Lösungsmittel gemischt werden.
dies führt zu einem Verlust der teuren organischen Extraktionsmittel, da ein Großteil davon in der wässrigen Lösung bleibt.
Verwendet von Kupfer und seine Verbindungen
Kupfer ist an zweiter Stelle nach Eisen in seiner Nützlichkeit das Alter nach unten. Das Metall und seine Verbindungen sind in allen Bereichen des Lebens von den elektrischen zur medizinischen und landwirtschaftlichen Industrie eingesetzt.
Verwendet von Kupfermetall
Die Elektroindustrie ist der Empfänger von den meisten der Kupferproduktion weltweit. Das Metall wird in der Herstellung von elektrischen Vorrichtungen wie Kathoden und Drähte verwendet.
Weitere Anwendungen sind:
-Dachdecken
-Utensilien
-Münzen
-Metallarbeiten
-Installateurarbeit
-Kühlschrank und Klimaanlage Spulen
-Legierungen z.B. Bronze, Messing
Kupferverbindungen haben ihren umfangreichsten Einsatz in der Landwirtschaft. Seit der Entdeckung ihrer Toxizität auf bestimmte Insekten, Pilze und Algen Diese Verbindungen wurden in Insektiziden, Fungizide und Algenentwicklung in Trinkwasserbehältern zu verhindern. Sie werden daher bei der Bekämpfung von Tier- und Pflanzenkrankheiten verwendet. Düngemittel werden oft auch mit Kupferverbindungen ergänzt, z.B. Kupfersulfat, um die Fruchtbarkeit des Bodens zu erhöhen und damit das Pflanzenwachstum zu steigern.
Kupferverbindungen sind auch in der Fotografie und als Farb für Glas und Porzellan verwendet.
Kupfer für gute Gesundheit
Kupfer ist eines von vielen Spurenelementen für eine gute Gesundheit erforderlich. Es ist Teil der prothetischen Gruppen vieler Proteine und Enzyme und ist somit wichtig, um deren einwandfreie Funktion. Da der Körper nicht Kupfer synthetisieren kann, muss es in der Nahrung aufgenommen werden. Nüsse, Samen, Getreide, Fleisch (z.B. Leber) und Fische sind gute Quellen für Kupfer.
Kupfer hat auch medizinische Verwendung gefunden. Es wurde von den frühen Zeiten bei der Behandlung von Brust Wunden und Wasserreinigung eingesetzt. Es wurde kürzlich vorgeschlagen, dass Kupfer Entzündung mit Arthritis und solche Krankheiten zu verhindern hilft. Forschung weiterhin in Medikamenten, die Kupfer für die Behandlung dieser und anderer Bedingungen.
Weitere Informationen über die Bedeutung von Kupfer für die Gesundheit und Kupfermangel sehen: mother und / oder Vitamin Research Products
Kupfer weist eine Vielzahl von Verbindungen, von denen viele gefärbt sind. Die beiden Hauptoxidationsstufen von Kupfer sind +1 und +2 +3 obwohl einige Komplexe sind bekannt. Kupfer (I) -Verbindungen werden erwartet in der Natur diamagnetisch zu sein und sind in der Regel farblos, es sei denn, Farbe resultiert aus Ladungstransfer oder aus dem Anion. Die + 1-Ion hat tetraedrischen oder quadratische planare Geometrie auf. In festen Verbindungen, Kupfer (I) ist oft der stabileren Zustand bei mäßigen Temperaturen.
Das Kupfer (II) -Ion in der Regel der stabileren Zustand in wässrigen Lösungen. Verbindungen dieses Ions, die oft als Kupferverbindungen, sind in der Regel gefärbt. Sie werden von Jahn Teller-Verzerrungen betroffen und zeigen eine breite Palette von Stereochemie mit vier, fünf und sechs Koordinationsverbindungen überwiegen. Die zwei Ionen zeigen oft verzerrt tetraedrische Geometrie.
Die Kupfer (I) halogenide sind in Wasser und ein großer Teil der Kupfer in wässriger Lösung kaum löslich ist, in der Cu (II) -Zustand. Trotzdem ist die schlechte Löslichkeit des Kupfer (I) -Verbindungen bei der Zugabe von Halogenidionen erhöht. Die folgende Tabelle zeigt einige Eigenschaften von Kupfer (I) -halogenide.
Kupfer (II) halogenide sind moderat Oxidationsmittel aufgrund der Cu (I) / Cu (II) Paar. In Wasser, in dem das Potential weitgehend derjenigen der Aqua-Komplexe ist, gibt es nicht viel Unterschied zwischen ihnen, aber in nicht-wässrigen Medien, das Oxidations (Halogenierung) Leistung steigt in der Folge; CuF2 << CuCl2 << CuBr2 .
Sie können durch direkte Reaktion mit den entsprechenden Halogenen hergestellt werden:
Cu + F2 → CuF2;
Cu + Cl2 / 450 C → CuCl2;
Cu + Br 2 → CuBr2
Alternativ können sie aus Cux2 .aq durch Erhitzen hergestellt werden -> Cux2
Kupfer (II) -oxid erfolgt natürlich wie Tenorit. Dieser schwarze kristallinen Feststoff kann durch die Pyrolyse des Nitrats, Hydroxids oder Carbonats Salzen erhalten werden. Es wird auch gebildet, wenn Kupferpulver in Luft oder Sauerstoff erhitzt wird. Die folgende Tabelle zeigt einige Eigenschaften von Kupferoxiden.
Redoxchemie von Kupfer
Cu 2+ + e- → Cu + E = 0.15V
Cu + + e- → Cu E = 0.52V
Cu 2+ + 2e- → Cu E = 0.34V
Durch die Berücksichtigung dieser Daten werden ersichtlich, daß jedes Oxidationsmittel stark genug, um Cu zu Cu + verdeckte ist mehr als stark genug Cu + zu Cu 2+ (0,52 vgl 0.14V) zu konvertieren. Es ist daher nicht zu erwarten, dass jede stabile Cu + Salze in wässriger Lösung existieren.
Disproportionierung kann auch auftreten:
2Cu + → Cu 2+ + Cu E = 0.37V oder K = 10 & sup6;
Koordinationskomplexe
Die Reaktion von 4- EDTA mit Kupfer (II) ergab einen Komplex, in dem der EDTA gefunden wurde im Gegensatz zu anderem M fünfzähnigen NICHT sechszähnigen, zu sein (II) -Ionen.
Na + und K + Salze von [Cu (ox) 2] 2-
Cu (OH) 2 reagiert mit NH3, eine Lösung zu ergeben, die Cellulose löst. Dies wird in der industriellen Herstellung von Rayon ausgebeutet. Die Lösungen enthalten tetrammines und pentammines. Mit Pyridin werden nur Tetramine gebildet zB Cu (py) 4 SO4.
Die Reaktion von Kupfer (II) mit Aminosäuren, umfassend untersucht worden ist. In fast allen Fällen enthält das Produkt die Gruppen in einer trans-Konfiguration, die die stabiler sein erwartet. Im Fall von Glycin, fiel das erste Produkt ist immer das cis- Isomer, das in die trans- beim Erhitzen umsetzt. Siehe das Laborhandbuch für C31L für weitere Details.
Analytische Bestimmung von Kupfer (II)
Ein nützliches Reagenz zur analytischen Bestimmung des Kupfer (II) -Ion ist das Natriumsalz von N, N-Diethyldithiocarbamat. In verdünnten Alkohol-Lösungen die Anwesenheit von Spuren von Cu 2+ wird durch eine gelbe Farbe angezeigt, die von einem Spektrophotometer gemessen werden können, und die Konzentration von einem Gesetz Handlung des Bieres bestimmt. Der Komplex ist Cu (Et2 dtc) 2. welche als ein brauner Feststoff isoliert werden.
"Komplexe und First-Row Übergangselemente", D. Nicholls
"Grund Inorganic Chemistry", F. A. Cotton, G. Wilkinson und P. L. Gaus
"Advanced Inorganic Chemistry", F. A. Cotton, G. Wilkinson, C. A. Murillo, und M. Bochmann
„Chemie der Elemente“, Greenwood und Earnshaw
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