Реферат: Геохимия меди

МEДЬ

_Введение

Медь (лат.Cuprum) — химический элемент. Один из семи металлов, из-

вестных сглубокой древности. По некоторымархеологическим данным -

медь была хорошоизвестна египтянам еще за 4000 лет до Р.Хр. Знакомс-

тво человечествас медью относится к более ранней эпохе, чем с железом;

это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в сво-

бодном состаяниина поверхности земли, а с другой — сравнительной лег-

костью полученияее из соединений. Древняя Греция и Римполучали медь

с острова Кипра(Cyprum), откуда и название ее Cuprum. Особенно важна

медь дляэлектротехники.

По электропроводности медь занимаетвторое место среди всех ме-

таллов, после серебра. Однако в наши дни вовсем мире электрические

провода, на которые раньше уходила почти половинавыплавляемой меди,

все чаще делаютиз аллюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступ-

нее. Медь же, как и многие другие цветные металлы,становится все де-

фицитнее.Если в 19в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9%

этого элемента,то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми,

а промышленность многих стран перерабатывает руды, вкоторых всего

0,5% меди.

Медь входит в число жизненно важныхмикроэлементов. Она участвует

в процессефотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует син-

тезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в

почву в виде пятиводного сульфата — медногокупороса. В значительных

количествах онядовит, как и многие другие соединениямеди, особенно

для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима

всему живому.

_Химические и физические свойстваэлемента, определяющие его миграцию.

Медь - химический элемент I группы периодической системы Менделее-

ва; атомный номер29, атомная масса 63,546. Погеохимической классифи-

кации В.М. Гольдшмидта, медь относится к 6халькофильным 0элементам с вы-

соким сродством кS,Se,Te, занимающим восходящие части на кривой атом-

ных объемов; они сосредоточены в нижней мантии, образуютсульфидноок-

сиднуюоболочку. Халькофилы имеют ионы с 18-электронной оболочкой

(также какZn,Pb,Ag,Hg,Sb и др.)

Вернадским в первой половине 1930 г былипроведены исследования из-

мененияизотопного состава воды, входящего всостав разных минералов,

и опыты поразделению изотопов под влиянием биогеохимических процес-

сов, что и было подтверждено последующимитщательными исследованиями.

Как элементнечетный состоит из двух нечетных изотопов 63 и 65 На долю

изотопа Cu(63) приходится 69,09% , процентное содержание изотопа Cu

(65) — 30,91%. В соединениях медь проявляетвалентность +1 и +2, из-

вестны такженемногочисленные соединения трехвалентной меди.

К валентности 1 относятся лишь глубинные соединения, первичные

сульфиды иминерал куприт — Cu 42 0O. Всеостальные минералы, около сотни

отвечаютвалентности два. Радиус одноволентной меди +0.96, этому отве-

чает и эк — 0,70.Величина атомного радиусадвухвалентной меди — 1,28;

ионного радиуса0,80.

Очень интересна величена потенциаловионизации: для одного электро-

на — 7,69, для двух — 20,2. Обе цифры очень велики, особенно вторая,

показывающаябольшую трудность отрыва наружных электронов. Одновалент-

ная медь являетсяравноквантовой и потому ведет к бесцветным солям и

слабо окрашенным комплексам, тогда какразноквантовя двух валентная

медьхарактеризуется окрашенностью солей в соединении с водой.

Медь — металл сравнительно мало активный. Всухом воздухе и кисло-

роде принормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко

вступает вреакции с галогенами, серой, селеном. А вот с водородом, уг-

леродом и азотоммедь не взаимодействует даже при высоких температу-

рах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не

действуют.

Электроотрицательность атомов — способностьпри вступлении в соеди-

нения притягивать электроны.Электроотрицательность Cu 52+ 0- 984

кДЖ/моль, Cu 5+ 0-753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭОобразуют

ионнуюсвязь, а элементы с близкой ЭО - ковалентую.Сульфиды тяжелых

металлов имеютпромежуточную связь, с большей долейковалентной связи

( ЭО уS-1571,Cu-984,Pb-733).Медь является амфотерным элементом - об-

разует в земнойкоре катионы и анионы. По расчетам Г.А.Голевой, в силь-

нокислых водахзоны окисления медных месторождений Cu находится в фор-

ме Cu 52+ 0(14-30%),CuHSO 44 5+ 0(1-25%), недиссоциированныой молекулы Cu-

SO 50 44 0(70-90%).Вщелочных хлоридно-гидрокарбонатных водах зоны востано-

вительных процессов Cu находится в формах CuCO 43 50 0(15-40%),Cu(CO 43)2 52-

(5-20%),Cu(OH) 5+ 0(5-10%).B кислых хлоридных водах нефтегазоносных

структур преобладает анион Cu(OH) 43 5- 0(45-65%), хотя имеются и катионные

формыCu 5+ 0(20-46%),CuCL 5+ 0(20-35%).

Некоторые термические свойства меди.Температура плавления-1083 C;

температуракипения- 2595 C; плотность-8,98 г/см 53 0.

Среднее содержание меди вразличных геосферах.

в земной коре составляет 5,5*10 5-3 0(вес %)

литосфере континентальной 2*10 5-3

гранитной оболочки 3*10 5-3

в живом веществе 3,2*10 5-4

в морской воде 3*10 5-7

хондриты 1*10 5-2

ультраосновные 2*10 5-3

(дуниты и др.)

основные 1*10 5-2

(базальты, габбро и др.)

средние 3,5*10 5-3

(диориты, андезиты)

кислые 2*10 5-3

(граниты, гранодиориты)

щелочные 5*10 5-4

Среднее содержание меди в осадочныхпородах.

глины — 4,5*10 5-3

сланцы — 4,5*10 5-3

песчаники — 0,1*10 5-3

карбонатные породы — 0,4*10 5-3

Среднее содержание меди в глубоководныхосадках.

известковистые — 3*10 5-3

глинистые — 2,5*10 5-2

Вывод: содержаниемеди больше в основных породах, чем в кислых.

_Минералы.

Медь входит более чем в 198 минералов, изкоторых для промышленнос-

ти важны только17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов, кар-

бонатов, сульфатов. Главными рудными минералами являютсяхалькопирит

CuFeS 42 0, ковеллинCuS, борнит Cu 45 0FeS 44, 0халькозин Cu 42 0S.

Окислы: тенорит , куприт

Карбонаты: малахит , азурит

Сульфаты: халькантит , брошантит

Сульфиды: ковеллин , халькозин , халькопирит,

борнит

Чистая медь — тягучии, вязкий металл красного, в изломе розового

цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядитзеленовато-голу-

бой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как в

твердомсостаянии, так и в растворах.

Понижение окраски при повышении валентностивидно из следующих двух

примеров:

CuCl — белый Cu 42 0O — красный

CuCl 42 0+H 42 0O — голубой CuO — черный

Карбонаты характеризуются синим и зеленымцветом при условии содер-

жания воды, чем намечается интересный практический признак для поис-

ков.

Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосо-

ли, икарбонаты(силикаты).

С.С.Смирнов так характеризуетпарагенетические ряды меди:

при окислении сульфид — куприт + лимонит(кирпичная медная руда)

- мелаконит(смоляная медная руда) — малахит + хризоколла.

_Геохимиямеди.

Из приведенной характеристики ионов вытекаетобщии тип миграции ме-

ди: слабая миграция ионов w=1 и очень сильная — ионов w=2 с рядом до-

вольно легкорастворимых солей галоидов и аниона(So 44 0); равным образом

осаждаемость благодаря активной поляризации ионами:

(Co 43 0),(SiO 44 0),(PO 44 0),(AsO 44 0).

Типы распределения и концентрации медивесьма многочисленны и раз-

нообразны. Мы можем выделить шесть главных типов, причемв основе бу-

дут лежатьследующие гохимические положения:

1) легкое отщепление меди из магм спереходом в пневматолиты еще

при дифференцацииосновных пород и даже может быть при ликвации уль-

траосновных;

2) при гидротермальном процессе главноеосаждение меди в геофазы

прцессов G-H,т.е. около 400-300 50 0;

3) в гипергенной обстановке фиксация медипреимущественно анионами

(So 43 0),(SiO 43 0)при общей большой миграционной способности меди (особенно

в виделегкорастворимого сульфата).

С.С. Смирнов характеризует миграцию так:«миграция меди тем более

облегчается, чемвыше в рудах отношение серы к меди, чем менее активна

обстановка, чемменее влажен климат и чем более проницаема рудная мас-

са".

Рассмотрим более подробно геохимическуюмиграцию элемента.

В гидротермах Cu мигрирует в форме различныхкомплексов Cu 5+ 0и Cu 52+

и концентрируетсяна геохимических барьерах в виде халькопирита и дру-

гих сульфидов(меднопорфировые, медноколчеданные и др. месторождения).

В поверхностных водах обычно содержится n*10 5-6 0г/л Cu, что соот-

ветствуеткоэффиценту водной миграции 0,n. Большаячасть Cu мигрирует

с глинистыми частицами, которые энергично ееадсорбируют. Наиболее

энергичномигрирует в сернокислых водах зоны окисления сульфидных руд,

где образуется легко растворимый CuSO 44 0. Содержание Cu в таких водах

достигает nг/л, на участках месторождений возникаюткупоросные ручьи

и озера.

Однако такая миграция непродолжительна: при нейтрализации кислых

вод на барьере Д1осождаются вторичные минералы Cu, онаадсорбируется

глинами, гидроксидами марганца, гумусом, кремнеземом. Так образуется

повышенноесодержание меди в почвах и континентальных отложениях ланд-

шафтов научастках месторождений. Медь здесь активно вовлекается в би-

ологическийкруговорот, появляются растения,обогощенные медью, круп-

ные размеры приобретают моллюски и другие животные с голубой

кровью.Многиерастения и животные плохо переносят высокие концентрации

меди и болеют.

Значительно слабее миграция Cu в ландшафтах влажного климатасо

слабокислымиводами. Медь здесь частичновыщелачивется из почв. Из-

вестны болезниживотных а растений, вызванныенедостатком меди. Осо-

бенно бедны Cuпески и трфянники, где эффективнымедные удобрения и

подкормкаживотных.

Медь энергично мигрирует и в пластовыхводах, откуда она осаждается

навосстановительном сероводородном барьере. Эти процессы особенно ха-

ракткрны длякрасноцветной формации, к которымприурочены месторожде-

ния ирудопроявления типа «медистых песчаников».

_Основные типы генезиса наиболеекрупных месторождений.

1) В ультраосновных породах и наритах вместе спирротином и, следова-

тельно, вассоциации с никелем, кобальтом, частично с палладием. Обыч-

но халькопиритявляется последним сульфидом в этом ряду кристаллизации

и следовательноприурочен преимущественно или к эндоконтактовым или

даже кэкзаконтактовым зонам.

2) Выделение меди в пустотах мелафиров ивообще в основных эффузивах

вместе сциолитами в начале геофазы H.

3) Выделение пирита вместе с халькопиритом издериватов гранодиорито-

вой магмы исвязанных с ними альбитофиров.Колчиданные линзы с цинком и

золотом (напримерУрал).

4) Медно-жильный комплекс в связи с кислыми гранитами, с выделением

меди в геофазах G-H, между комплексами Au-W-B и B-Zn-F. К этому типу

относятсяивзрывные месторождения меди в парфировых рудах и во вторич-

ныхкварцитах. В этом случае интересна связьс молебденом и бором.Ок-

варцевание свыносом всех катионов, очевидно, перегретыми гидролизиру-

ющими водами иэманациями. Генетический типпредставляет огромный ин-

терес, но самый ход процесса остается не ясным. Большое промышленное

значение,несмотря на низкое содержание (1-2%)Cu.

5) Контактный тип кислых и гранодиоритовых магмобычно во вторую фазу

коктактового процесса накопления гранато-пироксенного скарна; медь

обычнонакапливется в геофазы G-H с молебденитом, пиритом, шеелитом,

иногда гематитомсреди магнитита более ранней кристаллизации. Этот тип

в небольших количествах всегда присутствует в контактныхмагнетитах.

Очень типичен дляСрдней Азии (Тянь-Шань).

6) Очень многочисленна и своеобразна осадочные скопления меди в пес-

чаниках, сланцах, песках, битуминозных осадках. Весьмавозможен в от-

дельных случаях билогический процесс образования (Мансфильд в Тюрин-

гии, пермскиепесчаники в Приуралье). Геохимическиизучен плохо. Инте-

ресна связь смолебденов, хромом, ванадий, обуславливающие особые руд-

ныеконцетрации. Иногда наблюдаютсякорелляция между Cu и С; однако,

далеко не всегдаи, как показали исследования А.Д.Архангельского, наи-

большиеконцентрации меди вызваны чисто химическими процессами.

Четыре типа колчеданныхместорождений:

1. Месторождения Кипорского и Уральскоготипа

отношение Pb:Zn:Cu - 1:10:50

2. Рудно-Алтайский - 1:3:1

3. Малый Кавказ - 1:5:10

4. Курака - 1:4:1

(схема строения колчеданногоместорождения см. рис 1)

К зонам химического выветривния относятсямедно-сульфидные место-

рождения(строение зоны окисления медно-сульфидных месторождений см.

рис 2)

еще рефераты

Еще работы по химии

Реферат по химии

Химия в биологии, медицине и производстве лекарственных веществ

29 Августа 2013

Реферат по химии

Синтетические возможности реакции Вильсмейера-Хаака-Арнольда