Elemente Chimice - Cuprul[Cu]

SUBIECT: CUPRUL (Z=29,A=63,542)
VALENTA : I, II
SARCINA : 1+,2+;
CONFIGURATIA ELECTRONICA: 1s22s22p63s23p64s13d10;
   Istoric:
   Cuprul a fost cunoscut din cele mai vechi timpuri.In Egipt,Caldeea, Asiria ,Phenicia si America s-au gasit obiecte de cupru care au o vechime mai mare de 6000 ani.
   Denumirea de cupru a fost data dupa numele Insulei Cipru (Cyberiu) unde in antichitate exista o mare industrie de obiecte de cupru. Dtorita acestei abundenti in cupru, Insula Cipru a fost cucerita in mod succesiv de egipteni, asirieni,fenicieni si de romani.
In Asia s-aun descoperit urmele minelor den cupru care au fost exploatate in epoca Caldeeana.
   Stare naturala:
   In natura cuprul se gaseste in stare pura sau sub forma de combinatii iu diferite minerale.Cuprul nativ s-a format in decursul diferitelor procese biologice, prin reducerea combinatiilor lor din natura. Cele mai impotante minerale sunt:
- Calcozina Cu2S: contine 79,8% cupru si se intalneste sub forma de mase compacte formate din cristale prismatice bipiramidale, cenusii-negre cu densitatea 5,7g/cm3 si duritatea 2-3 in scara Mosh;
- Calcopirita CuFeS2: contine 34,75% cupru si se gaseste in cristale tetraedrice, galbene, de densitate 4,2g/cm3 si duritate 3-4 in scara Mosh;
- Bornitul 3Cu2SˇFeS2ˇFeS: contine 63,3% Cu si se afla sub mase compacte de culoare rosie-aramie, fragile, cu densitatetea de 5g/cm3 si duritatea 3 in scara Mosh;
- Covelina CuS: contine 66,5% Cu si se intalneste sub forma de lame mici si colorate in indigo-albastru, cu duritatea 1,5-2 in scara Mosh;
- Cupritul Cu2O: contine 88,8% Cu si se afla sub cristale rosii-cenusii; de denistate 5,85-6,16g/cm3 si duritatea de 3,5-5 in scara Mosh;
Cuprul se mai gaseste si in alte minerale precum: melaconitul (CuO); malachitul (Cu2CO3(OH)2); azuritul si crisocolul. In natura in general combinatiile cuprului se gasesc in minereuri alturi de combinatiile altor metale formand minereuri poliatomice.
   Prelucrarea minereurilor de cupru:
   Cuprul metalic pur se obtine din minereurile sale .Pentru extragerea cuprului, concentratele minereurilor sale se prelucreaza prin procese piro- sau hidrometalurgice.prin prajire sulfurilor de cupru rezulta monoxid de cupru care prin reducere cu carbon si oxid de fier cu valenta 3 se obtine cupru brut.
8CuO + 2Fe2O3 + 5C = 8Cu + 4FeO + 5CO2
   Dupa obtinerea cuprului brut acesta este afant si rafinat,in final obtinandu-se Cu de puritate 93-98,5%.
   Proprietati fizice si chimice:
   In stare compacta ,cuprul este un metal de culoare rosie-aramie, cu stalucire metalica vie si cu structura cristlina cubica,de duritate 2,5-3 in scara Mosh si densitate 8,96g/cm3.
Se cunosc un numar mare de aliaje pe care le formeaza Cu cu elementele: Zn,Sn,Al,Ni, Be,Fe,Mg,Ag,Au,Si,etc..
   Aliajele cu zincul poarta denumirea de alame , cele cu staniul de bronzuri,cele cu nichelul de nicheline, cu Al si Zn dewarada.
   Cuprul e un metal cu activitate chimica redusa.Cu toate acestea el se combina cu oxigwenul,sulful,haogenii,sau cu alte elemente si reactioneaza cu acidul azotic,sulfuric (conc.), sulfhidric, Cu NaCl,NaCN, cu sulfati sau azotati alcalini.
In aer umed, cuprul se acopera cu o pelicula protectoare de cupru metalic si oxid de cupru monovalent dupa ecuatiile:
2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2
Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O
   Solutiile concentrate ale hidracizilor reactioneaza cu pulberea de cupru la cald ,in prezenta aerului sau a oxigenului:
2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2 H2O
   Cuprul reactioneaza cu hidrogenul sulfurat in prezenta sulfuri de carbon cu formare de sulfura de cupru si metan:
8Cu + H2S + CS2 = 4Cu2S + CH4
   Cuprul nu se combina direct cu azotul dar prin actiunea amoniacului asupra Cu incazit la rosu rezulta nitrura de Cu3N.La temperatura obisnuita Cu reduce dioxidul de azot conform ecuatie:
2Cu + NO2 = Cu2O + NO.
   Cu metalic se dizolva in HNO3, in H2SO4 conc. la cald , in solutiile cianurilor alcaline sau in solutiile sarurilor de amoniu sau de fier trivalent:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
2Cu + 4KCN + H2O + 1/2O2 = 2K[Cu(CN)2] + 2KOH
Cu + 4NH4OH + 1/2O2 =[Cu(NH3)4](OH)2 + 3H2O
Cu + Fe2(SO4)3 = Cu SO4 + 2FeSO4
Cuprul are o impotanta deosebita din punct de vedere biologic si este probabil catalizatorul oxidarilor intracelulare.
   Combinatiile cuprului:
a)Combinatiile cuprului monovalent:
   Oxidul de Cu monovalent Cu2O(cuprit): se gaseste in natura sub forma de cristale octaedrice rosii.Se obtine prin tratarea sarurilor Cu(II) cu hidroxizii alcalini in prezenta unui reducator cum ar fi glucoza:
2CuSO4 + 4NaOH + glucoza = Cu2O + acid glucomic + 2H2O + 2Na2SO4
Cu2O e greu solubil in H2O si se deizolva in amoniac sau in hidracizi:
Cu2O + 4NH3 + H2O = 2[Cu(NH3)2]OH
Cu2O + 8HCl = 2H3[CuCl4] + H2O.
   In prezenta hidrogenului sau a carbonului se reduce la Cu metalic.La acld reactioneaza si cu Mg,Zn,Al,metale alcaline etc. :
Cu2O + H2 = 2Cu + H2O
Cu2O + CO = 2Cu + CO2
Cu2O + Mg = 2Cu + MgO
   Hidroxidul de cupru Cu(OH)2 :se obtine prin tratarea sarurilor de cupru monovalent cu solutia unui hidroxid alcalin la temperatura joasa:
CuCl + KOH = CuOH + KCl
   Prin fierbere CuOH se transforma in oxidul rosu al cuprului monovalent:
2CuOH --- Cu2O + H2O
   Combinatia CuOH are culoarea galbena, densitatea 3,368g/cm3, este nestabila si usor oxidabila,greu solubila in apa si usor solubila in amoniac.
   Monoclorura de xupru CuCl : se prepara prin dizolvarea Cu2O in HCl, prin calcinarea CuCl2 la rosu sau prin tratarea cuprului metalic cu HCl in prezenta oxigenului din aer:
Cu2O + 2HCl = 2CuCl + H2O
2CuCl2 ---2CuCl + Cl2
2Cu + 2HCl + 1/2O2 = 2CuCl + H2O
CuCl se prezinta ca subtanta solida incolora de densitate 3,7g/cm3,satbila in atmosfera uscata, greu solubil ain apa, se oxideaza si descompune sub actiunea luminii si umiditatii.
Monoclorura se dizolva in amoniac , acid clorhidric,in clorurile metalelor alcaline sau NH4Cl, tiosulfati, etc. :
CuCl + HCl = H[CuCl2] sau H2[CuCl3]
CuCl + MeICl = MeI[CuCl2]
   Deoarece solutiile clorhidrice sau amoniacale ale monocloruri de cupru se oxideaza foarte usor,se pastreaza in vase cu inchidere etansa.
   Sulfura cuprului monovalent Cu2S : se intalneste in natura ca mineral numit calcozina. Se obtine prin combinarea directa a elementelor , prin actiune a H2S asupra cuprului metalic sau prin calcinarea CuS in atmosfera de hidrogen:
2Cu + S = Cu2S + 24,17kcal
2Cu + H2S = Cu2S + H2
2CuS + H2 --- H2S + Cu2S
   Combinatia se prezinta sub form de octaedri albastri, de densitate 5,97g/cm3, greu solubili in apa si se dizolva in acid azotic dilut la fierbere
   Reactioneaza cu acidul sulfuric si azotatul de argint precum si cu oxizi dupa ecuatiile:
Cu2S + H2SO4 = CuS +CuSO4 + SO2 + 2H2O
Cu2S + AgNO3= 2CuNO3 + Ag2S + 2Ag
Cu2S + 3PbO2 = Cu2O + 3Pb + SO2
   Sulfatul cuprului monovalent Cu2SO4 : se obtine prin incalzirea sulfatului de cupru bivalent cu cupru metalic :
CuSO4 + Cu = Cu2SO4
   Se prezinta ca pulbere cenusie sabila la rece si in aer uscat ,se dezolva in HCl conc. si acid azotic sau acetic.
   Combinatiile cuprului bivalent:
   Monoxidul de cupru CuO : se gaseste in natura denumit melaconit.Se obtine prin incalzirea Cu metalic la temperatura peste 80 grade C sau a hidroxidului de cupru, prin
calcinarea azotatului sau a carbonatului de cupru bivalent;
2Cu + O2 = 2CuO + 37,6kcal
Cu(NO3)2 = CuO + 2NO2 + 1/2O2
   Combinatia se prezinta sub forma de pulbere neagra de densitate 6,45g/cm3 ,greu solubila in apa, si se dizolvain acizi concentrati,sau in iodura de amoniu.este redusa la cupru metalic de hidrogen, carbon, fier, aluminiu,etc.:
2CuO + C = 2Cu + CO2
CuO + H2 = Cu + H2O
3CuO + 2Fe = 3Cu + Fe2O3
   Oxidul de cupru bivalent serveste in industria sticlei si a emailurilor ca pigment verde.
   Hidroxidul cuprului bivalent Cu(OH)2: se obtine prin teatarea sulfatului de cu bivalent cu solutie de hidroxid de sodiu:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
   Combinatia e greu solubila in apa are caracter amfoter , reactioneaza cu acizii si cu bazele precum si cu sarurile alcaline dupa ecuatiile :
Cu(OH)2 + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + 2H2O
Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4]
2Cu(OH)2 + 6KCN = 2K[Cu(CN)2] + 4KOH + (CN)2
   Prin dizolvarea in amoniac rezulta reactivul Schweiter [Cu(NH3)4](OH)2 ce serveste la dizolvarea celulozei.
   Pulberea e folosita ca pigment albastru.
   Dimerul dicloruri de cupru ; se obtine prin actinea clorului gazos asupra cuprului metalic:
2Cu + 2Cl2 = Cu2Cl4
   Se prezinta ca pulbere cristalina de culoare brun-inchis, de densitate 3,045g/cm3 ,se transforma in CuO prin incalzire in aer.Monosulfura de cupru se gaseste in natura sub forma unui mineral numit covelina.In laborator se prepara prin incalzirea CuSO4 cu H2S prin reactia:CuSO4 + H2S = CuS + H2SO4
   La cald reactioneaza cu acizii dupa ecuatiile:
CuS + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + S + 2H2O
   Prin incalzirea la rosu se descompune in elementele componente.
   Se prezinta se prezinta sub forma de pulbere neagra ,greu solubila in apa si hidroxizi alcalini si se dizolva in solutiile cianurilor alcaline.
   Sulfatul de cupru bivalent CuSO4 : se obtine prin dehidratarea hidratilor sai sub actiunea H2SO4 sau prin actiunea acestuia asupra Cu:
Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
   Combinatia se prezinata sub forma de prisme ortorombice de culoare albe si se transforma in CuSO45H2O sub actiunea umidiatii.Amestecat cu lapte de var se foloseste la stropitul viilor.
   Azotatul de cupru se separa din solutiile conce=ntrate obtinute prin tratarea Cu cu acid azotic.Se cunosc hidratii cu 3,6,9 molecule de apa.
   Intrebuintari:
   Cuprul si compusii lui isi gasesc o gama foarte larga de intrebuintari: la fabricarea tablei, ca si catalizatori,colorantii se folosesc in industria vopselei la radiatoare in electrotehnica si la insecticide. 

  SURSA 02

  Cuprul se gaseste ca metal liber in natura, cristalizat in octaedre sau cuburi, insa numai rar.
Minereurile (sulfuroase) de metale neferoase contin de obicei 2-4% rareori peste 7% Cu. Cuprul are o afinitate mult mai mare pentru sulf decat ferul, in schimb, se oxideaza mai greu decat acestea. De acea , in timpul prajiri partiale, pirita, FeS2, se transforma in mare parte in FeS, iar in cea mai mica parte se oxideaza pana la FeO si Fe2O3 care se combina cu nisipul de cuart adaugat anume, dand silicat de fer, usor fuzibil, care trece in zgura. In partea de jos a cuptorului se aduna astfel o mata cuproasa, topita, compusa in cea mai mare 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 laterale. In convertizor, sulfura feroasa se oxideaza in oxid de fer, care se combina cu nisipul adaugat, dand silicati ce seaduna in partea superioara, in stare topita. O parte din sulfura cuproasa trece in oxid cupros, care reactioneaza cu restul de sulfura. 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 mai contine:fer, 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 rafinat fie prin electroliza, care duce la un cupru electrolitic.
   Metalurgia pe cale umeda a cuprului. Pentru minereurile care, nici prin operatii de flotatie nu pot fi aduse la o concentratie suficiente pentru formareamatei cuproase se aplica o prelucrare pe cale umeda.
Precipitarea cuprului metalic din aceste solutii acide se face de obicei prin deslocuire cu span de fer(cementare)sau pe cale electrolitica.
   Proprietatile cuprului metalic.Cuprul metalic are culoare rosie caracteristica in foite extrem de subtiri apare ,prin transparenta ,albastru verzui.Cristalizeazain retea cubica cu fete centrate si nu prezinta polimorfism.Cuprul pur este un metal moale destul de rezistent la rupere si foarte ductil, se lucreaza bine cu ciocanul la recesi se modeleaza la presiuni mari.
   La temperatura camerei ,cuprul nu se combina cu oxigenul din aer.Incalzit in aer sau oxigen se oxideaza dind cu Cu Osau la temperatura mai inalta ,Cu 2O.Cuprul se combina ,chiar la rece ,cu clorul 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.
   INTREBUINTARI
   Cuprul este, dupa fier, metalul cel mai utilizat. Aproximativ jumatate din productia mondiala de cupru serveste in scopuri electrotehnice (in special sub forma de conductori). Aproape tot restulcuprului se foloseste sub forma de aliaje cu destinatii felurite. Dintre aceasta, aliajele cuprului cu zincul, alamele sunt cele mai folosite. De obicei alamele contin cel putin 50%cupru.
   Alamele cu peste 70%cupru cunoscute sub denumirea de tombac, au culoare rosie. Alamele speciale care contin si Ni, Mn, Fe, Al, Sn au proprietati mecanice si rezistenta chimica superior alamelor obisnuite.
   Aliajele cuprului cu staniul, bronzurile, contin 1-20% staniu si se utilizeaza pentru confectionarea de bucse, lagare, suruburi, arcuri monezi sau aparatura chimica. Se folosesc si aliajele ale cuprului cu aluminiu beriliu sau manganul.

   SURSA 03
 
   Cuprul (numit şi aramă) este un element din tabelul periodic având simbolul Cu şi numărul atomic 29.
   Cuprul este un metal de culoare roşcată, foarte bun conducător de electricitate şi căldură. Cuprul a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri, arheologii descoperind obiecte din acest metal datând din 8700 î.Hr. A fost unul din primele metale folosite, deoarece cantităţi mici din el apar în unele locuri în stare liberă. Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina (sulfura de cupru), calcopirita sau criscolul (ferosulfura de cupru), cupritul (oxidul cupros) şi malachitul si azuritul (ambele forme ale carbonatului basic de cupru). Metoda folosită pentru extracţia de cupru depinde natura minereului. Daca cuprul se găseşte în stare liberă, el poate fi separat prin sfărâmarea minereului în bucăţi mici şi amestecarea sa cu apa. Cuprul, fiind relativ greu, se depune pe fund. Cuprul, care are o puritate de peste 99%, este folosit la fabricarea conductelor de gaz şi apa, a materialelor pentru acoperişuri, a ustensilelor şi a unor obiecte ornamentale. Deoarece cuprul este un bun conducător de caldură, se utilizeaza la boilere şi alte dispozitive ce implică transferul de caldură, sau folie de cupru (simplu strat) sau două (dublu strat) se floseşte ca PCB. Originea numelui: din cuvântul latinesc cyprium (dupa insula Cipru). 

sursa:ipedia.ro