Характеристика вагонов 81-717(714) 31 страница

Контактная коррозия может протекать, когда два ме­талла с различными потенциалами соприкасаются друг с другом либо в водной среде, либо при наличии влаги, конденсирующейся из воздуха. Так же, как и в рассмотренном выше случае значи­тельных включений, металлы оказывают друг на друга поляризую­щее действие; металл с меньшим потенциалом поляризуется анод-но, и скорость его коррозии вблизи места контакта резко воз­растает.

Контактная коррозия наблюдается, например, в теплофикаци­онных установках, когда медные нагревательные змеевики соеди­нены с железными кипятильниками или трубами. Интенсивная коррозия железа протекает около мест соединения. Однако соот­ношение между потенциалами контактирующих металлов зависит не только от природы металлов, но также от природы растворен­ных в воде веществ, от температуры и от других условий и не всегда соответствует взаимному положению металлов в ряду на­пряжений. Так, в случае контакта железо — цинк последний интен­сивно корродирует при комнатной температуре, но в горячей воде полярность металлов изменяется и растворяться начинает железо.

Для предупреждения коррозии и защиты от нее применяются разнообразные методы. К важнейшим из них относятся следую­щие:

1) применение химически стойких сплавов;

2) защита поверхности металла покрытиями;

3) обработка коррозионной среды;

4) электрохимические методы.

Из химически стойких сплавов наиболее широкое применение имеют нержавеющие стали, в состав которых входит до 18 % хро­ма и до 10 % никеля.

Покрытия, применяемые для защиты металлов, подразделяются на металлические, неметаллические и образованные в результате химической или электрохимической обработки поверхности ме­талла.'

В качестве металлов для покрытия обычно применяют метал­лы, образующие на своей поверхности защитные пленки. Как уже говорилось, к таким металлам относятся хром, никель, цинк, кад­мий, алюминий, олово и некоторые другие. Значительно реже применяются металлы, имеющие высохни электродный потен­циал— серебро, золото. Существуют различные способы нанесения металлических покрытий; наибольшие преимущества имеют методы гальванотехники (см. § 103).

К неметаллическим относятся покрытия лаками, красками, эмалями, феиолоформальдегиднымп и другими смолами. Для дли­тельной защиты от атмосферной коррозии металлических соору­жений, деталей, машин, приборов чаще всего применяются лако­красочные покрытия.

Покрытия, создаваемые химической или электрохимической обработкой металла, представляют собой в основном защитные оксидные или солевые пленки. Примерами могут служить оксиди­рование алюминия (создание на его поверхности стойких оксид­ных пленок), фосфатирование стальных изделий (создание защит­ных пленок, состоящих из фосфатов).

Метод обработки внешней среды пригоден для случаез, когда защищаемое изделие эксплуатируется в ограниченном объеме жидкости. Метод состоит в удалении из раствора, в котором экс­плуатируется защищаемая деталь, растворенного кислорода (деаэрация) или в добавлении к этому раствору веществ, замедляющих коррозию, — ингибиторов. В зависимости от природы металла и раствора применяются различные ингибиторы: нитрит натрия, хромат и дихромат калия, фосфаты натрия, неко­торые высокомолекулярные органические соединения и другие. Защитное действие этих веществ обусловлено тем, что их моле­кулы или ионы адсорбируются на поверхности металла н катали­тически снижают скорость коррозии, а некоторые из них (напри­мер, хроматы и дихроматы) переводят металл в пассивное состояние.

К электрохимическим методам защиты металлов относятся катодная защита и метод протекторов. При катодной защите защищаемая конструкция или деталь присоединяется к отрица­тельному полюсу источника электрической энергии и становится катодом. В качестве анодов используются куски железа. При над­лежащей силе тока в цепи на защищаемом изделии происходит восстановление окислителя, процесс же окисления претерпевает вещество анода.

Метод протекторов осуществляется присоединением к за­щищаемому металлу большого листа, изготовленного из другого, более активного металла—-протектора. В качестве протектора при защите стальных изделий обычно применяют цинк или сплавы на основе магния. При хорошем контакте между металлами защищае­мый металл (железо) и металл протектора (например, цинк) оказывают друг на друга поляризующее действие. Согласно взаим­ному положению этих металлов в ряду напряжений, железо поля­ризуется катодно, а цинк — анодно. В результате этого на железе идет процесс восстановления того окслителя, который присут­ствует в воде (обычно растворенный кислород), а цинк окисляется.

И протекторы, и катодная защита применимы в средах, хорошо проводящих электрический ток, например в морской воде. В част­ности, протекторы широко применяются для защиты подводных частей морских судов. Ясно, что убытки, вызванные коррозией корпуса морского судна и связанные с его простоем и ремонтом, очень велики и во много раз превышают стоимость протекторов,

Глава ПЕРВАЯ ГРУППА

XVII ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Металлы главной подгруппы первой группы — литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций — называются щелочными металлами. Это название связано с тем, что гидроксиды двух главных представителей этой группы — натрия и калия — издавна были известны под названием щелочей. Из этих щелочен, подвер­гая их в расплавленном состоянии электролизу, Г. Дэви в 1807 г. впервые получил свободные калий и натрий.

Во внешнем электрнном слое атомы щелочных металлов имеют по одному электрону. Во втором снаружи электронном слое

у атома лития содержатся два электрона, а у атомов остальных щелочных металлов — по восемь электронов. Имея во внешнем электронном слое только по одному электрону, находящемуся на сравнительно большом удалении от ядра, атомы этих элементов довольно легко отдают этот электрон, т. е. характеризуются низ­кой энергией ионизации (табл. 30). Образующиеся при этом одно­зарядные положительные ионы имеют устойчивую электронную структуру соответствующего благородного газа (ион лития — структуру атома гелия, ион натрия — атома неона и т. д.). Лег­кость отдачи внешних электронов характеризует рассматриваемые элементы как наиболее типичные представители металлов: метал­лические свойства выражены у щелочных металлов особенно резко.

Одинаковое строение не только наружного, но и предпослед­него электронного слоя атомов всех щелочных металлов, кроме лития, обусловливает большое сходство свойств этих элементов. В то же время увеличение заряда ядра и общего числа электронов в атоме при переходе сверху вниз по подгруппе создает некоторые различия в их свойствах. Как и в других группах, эти различия проявляются главным образом в увеличении легкости отдачи ва­лентных электронов и усилении металлических свойств с возраста­нием порядкового номера.

197. Щелочные металлы в природе. Получение и свойства ще­лочных металлов. Вследствие очень легкой окисляемости щелоч­ные металлы встречаются в природе исключительно в виде со­единений. Натрий и калий принадлежат к распространенным элементам: содержание каждого из них в земной коре равно при­близительно 2 % (масс). Оба металла входят в состав различных минералов и горных пород силикатного типа. Хлорид натрия со­держится в морской воде, а также образует мощные отложения каменной соли во многих местах земного шара. В верхних слоях этих отложений иногда содержатся довольно значительные коли­чества калия, преимущественно в виде хлорида или двойных солей с натрием и магнием. Однако большие скопления солей калия, имеющие промышленное значение, встречаются редко. Наиболее важными из них являются Соликамские месторождения в СССР, страссфуртские в ГДР и эльзасские — во Франции. Залежи натрие­вой селитры находятся в Чили. В воде многих озер содержится сода. Наконец, огромные количества сульфата натрия находятся в заливе Кара-Богас-Гол Каспийского моря, где эта соль в зимние месяцы толстым слоем осаждается на дне.

Значительно меньше, чем натрий и калий, распространены ли­тий, рубидий и цезий. Чаще других встречается литий, но содер­жащие его минералы редко образуют большие скопления. Рубидий и цезий содержатся в небольших количествах в некоторых литие­вых минералах.

Все известные изотопы франция радиоактивны и быстро рас­падаются. Первым был открыт изотоп ²²³Fr; его существование было установлено французской исследовательницей М. Пере в 1939 г. Он образуется прн распаде актиния и в ничтожном ко­личестве встречается в природе. В настоящее время небольшие количества франция получают искусственно.

Натрий и литий получают электролизом расплавов их соеди­нений, калий — восстановлением из расплавов КОН или КС! нат­рием, рубидий и цезий — восстановлением из их хлоридов каль­цием.

Все щелочные металлы кристаллизуются в кубической объем-ноцентрнрованной решетке. Они обладают металлическим бле­ском, который можно наблюдать иа свежем разрезе металла. На воздухе блестящая поверхность металла сейчас же тускнеет вслед­ствие окисления.

Щелочные металлы характеризуются незначительной твер­достью, малой плотностью и низкими температурами плавления и кипения. Наименьшую плотность имеет литий, самую низкую тем­пературу плавления — франций (см.табл. 30).

Приведенные в табл. 30 данные показывают, что в большин­стве случаев свойства щелочных металлов закономерно изме­няются при переходе от лития к цезию. В основе наблюдающихся закономерностей лежит возрастание массы и радиуса атома в подгруппе сверху вниз. Рост массы приводит к возрастанию плот­ности. Увеличение радиуса обусловливает ослабление сил притя­жения между атомами, что объясняет снижение температур плав­ления и кипения н уменьшение энергии атомизации металлов, а также уменьшение энергии ионизации атомов при переходе от лития к цезию. Однако стандартные электродные потенциалы ще­лочных металлов изменяются в ряду Li — Cs не так правильно. Причина этого, подробно рассмотренная в § 100, заключается в том, что величины электродных потенциалов связаны с несколь­кими факторами, различно изменяющимися при переходе от одного элемента подгруппы к другому.

Щелочные металлы принадлежат к числу наиболее активных в химическом отношении элементов. Их высокая химическая ак­тивность обусловлена в первую очередь низкими значениями энер­гии ионизации их атомов — легкостью отдачи ими валентных элек­тронов. При этом энергия ионизации уменьшается при переходе от лития к цезию (табл. 30). Ясно, что химическая активность при этом возрастает.

Все щелочные металлы энергично соединяются с кислородом. Рубидий и цезий самовоспламеняются на воздухе; литий, натрий и калий загораются при небольшом нагревании. Характерно, что только литий, сгорая, образует нормальный оксид Li₂0, остальные же щелочные металлы превращаются в пероксидные соединения: Na₂0₂, К0₂, RbO_a, Cs0₂.

Не менее энергично, чем с кислородом, взаимодействуют ще­лочные металлы с галогенами, особенно с хлором и фтором,

В ряду напряжений щелочные металлы стоят далеко впереди водорода и вытесняют водород из воды; при этом образуются сильные основания, например:

2К + 2НОН = 2КОН + Н_{2 г}

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные элек­троны, щелочные металлы являются самыми энергичными восста­новителями. Их восстановительная способность настолько велика, что они могут восстанавливать даже атомы водорода, превращая их в отрицательно заряженные ионы Н^_. Так, при нагревании ще­лочных металлов в струе водорода получаются их гидриды, на­пример:

2Na + Н₂ = 2NaH

Гидриды щелочных металлов имеют ионное строение. Металл входит в их состав в виде катиона, а водород— в виде аниона.

Большинство солей щелочных металлов хорошо растворимы в воде. Мало растворимы LiF. Li₂C0₃, Li₃P0₄, Na[Sb(OH)₆], КСЮ4, K₂[PtCl₆], Rb[PtCl₆], RbCi0₄ и CsC10₄.

Если внести в пламя газовой горелки соль щелочного металла, то она разлагается, и пары освободившегося металла окрашивают пламя в характерный для данного металла цвет. Литий окраши­вает пламя в карминово-красный цвет, натрий — в желтый, ка­лий — в фиолетовый. Таким путем можно обнаружить эти элемен­ты в соответствующей пробе.

Щелочные металлы и их соединения широко используются в технике. Литий применяется в ядерной энергетике. В частности, изотоп ⁶Li служит промышленным источником для производства трития, а изотоп ⁷Li используется как теплоноситель в урановых реакторах. Благодаря способности лития легко соединяться с во­дородом, азотом, кислородом, серой, он применяется в металлур­гии для удаления следов этих элементов из металлов и сплавов. LiF и LiC! входят в состав флюсов, используемых при плавке ме­таллов и сварке магния и алюминия. Используется литий и его соединения и в качестве топлива для ракет. Смазки, содержащие соединения лития, сохраняют свои свойства при температурах от —60 до -4-150 °С. Гидроксид лития входит в состав электролита щелочных аккумуляторов (см. § 244), благодаря чему в 2—3 раза возрастает срок их службы. Применяется литий также в керами­ческой, стекольной и других отраслях химической промышлен­ности. Вообще, по значимости в современной технике этот металл является одним из важнейших редких элементов.

Цезий и рубидий применяются для изготовления фотоэлемен­тов. В этих приборах, преобразующих лучистую энергию в энер­гию электрического тока и основанных на явлении фотоэлектриче­ского эффекта (см. § 23), используется способность атомов цезия

198. Натрий

S47

и рубидия отщеплять валентные электроды при действии на ме­талл лучистой энергии.

Однако наибольшее практическое значение имеют натрий, ка­лий и их соединения.

198. Натрий (Natrium). Металлический натрий получают элек­тролизом расплава хлорида натрия, к которому для снижения температуры плавления добавляют хлорид кальция.

В расплавленном состоянии хлориды натрия и кальция смеши­ваются неограниченно, а в твердом — нерастворимы друг в друге. В соответствии с этим системе NaCl — СаС1₂ отвечает простая диаграмма состояния с эвтектикой, подобная изображенной на рис. 147 (стр. 528). Эвтектическая смесь хлоридов натрия и каль­ция плавится при 505 °С, что почти на 300 °С ниже, чем темпера­тура плавления NaCl.

Натрий представляет собой серебристо-белый металл. Он на­столько мягок, что легко режется ножом. Вследствие легкой окис­ляемое™ на воздухе натрий хранят под слоем керосина.

Важнейшие области применения натрия — это атомная энер­гетика, металлургия, промышленность органического синтеза. В атомной энергетике натрий и его сплав с калием применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей. Сплав натрия с калием, содержащий 77,2 % (масс.) калия, находится в жидком состоянии в широком интервале температур (темп, плавл. —12,8 °С), имеет высокий коэффициент теплопередачи и не взаи­модействует с большинством конструкционных материалов ни при обычных, ни при повышенных температурах. В металлургии нат-рийтермическим методом получают ряд тугоплавких металлов, а восстанавливая натрием КОН выделяют калий. Кроме того, нат­рий используется как добавка, упрочняющая свинцовые сплавы. В промышленности органического синтеза натрий используется при получении многих веществ. Он служит также катализатором при получении некоторых органических полимеров.

Со ртутью натрий образует твердый сплав — амальгаму нат­рия, которая иногда используется как более мягкий восстанови­тель вместо чистого металла.

Важнейшие соединения натрия с кислородом — это оксид нат­рия Na₂0 и пероксид натрия Na₂0₂.

Оксид натрия Na₂0 может быть получен путем пропускания над натрием, нагретым не выше 180°С, умеренного количества кислорода или нагреванием пероксида натрия с металлическим натрием:

Na₂0₂ + 2Na = 2Na₂0

Оксид натрия бурно реагирует с водой с образованием гидрок­сида натрия и выделением большого количества теплоты!

Na₂0 + Н₂0 = 2NaOH

Пероксид натрия Na₂0₂ образуется при сжигании натрия на воздухе или в кислороде. В заводских условиях пероксид натрия готовят нагреванием расплавленного натрия в токе воздуха, осво­божденного от С0₂. Получающийся продукт имеет слабо-желтова­тую окраску, обусловленную примесью соединения Na0₂, называе­мого надперекисью, или супероксидом, натрия.

Пероксид натрия —очень сильный окислитель. Многие органи­ческие вещества при соприкосновении с ним воспламеняются.

При осторожном растворении пероксида натрия в холодной воде получается раствор, содержащий гидроксид натрия и пер­оксид водорода. Взаимодействие пероксида натрия с водой пред­ставляет собой гидролиз соли, образованной слабой кислотой — пероксидом водорода — и сильным основанием — NaOH:

Na₂0₂ + 2H₂0 =f=± H₂0₂ + 2NaOH

или

0₂" + 2H₂0 ц=£ Н₂0₂ + 20Н"

Если нагревать полученный раствор, то вследствие разложения пероксида водорода из него выделяется кислород.

При действии на пероксид натрия разбавленных кислот также получается пероксид водорода, например:

Na₂0₂ + H₂S0₄ = Н₂0₂ + Na₂S0₄

или

0\- + 2Н⁺ = Н₂0₂

Пероксид натрия применяется для отбелки тканей, шерсти, шелка и т. п. Важное значение имеет реакция взаимодействия пероксида натрия с диоксидом углерода:

2Na₂0₂ + 2С0₂ = 2Na₂C0₃ + 0₃

На этой реакции основано применение пероксида натрия для регенерации воздуха в изолированных помещениях.

Гидроксид натрия NaOH образует твердые белые, очень гигро­скопичные кристаллы, плавящиеся при 322 °С. Ввиду сильного разъедающего действия на ткани, кожу, бумагу и другие органи­ческие вещества он называется также едким натром («натр» — старое название оксида натрия). В технике гидроксид натрия ча­сто называют каустической содой.

В воде гидроксид натрия растворяется с выделением большого количества теплоты вследствие образования различных гидратов.

Гидроксид натрия следует хранить в хорошо закупоренных со­судах, так как он легко поглощает из воздуха диоксид углерода, постепенно превращаясь в карбонат натрия.

Основным способом получения гидроксида натрия является электролиз водного раствора хлорида натрия. В ходе электролиза на катоде разряжаются ионы водорода и одновременно вблизи

Рис. 154. Схема электролизера с вертикальной диафрагмой:

/—диафрагма; 2 — катод; 3 — анодное прост­ранство; 4 — катодное пространство; 5 — аноды.

катода накапливаются ионы натрия и гидроксид-иоиы, т. е. получается гидроксид натрия; на аноде выде­ляется хлор. Очень важно, чтобы продукты электролиза не смешива­лись, так как гидроксид натрия лег­ко взаимодействует с хлором; в ре­зультате образуются хлорид и гипо­хлорит натрия:

2NaOH + С1₂ = NaCl + NaOCl + Н₂0

Для того чтобы воспрепятствовать про­никновению хлора в раствор гидроксида натрия, чаще всего применяют диафраг­ме н н ы й способ, при котором анод­ное и катодное пространства отделены друг от друга перегородкой (диафрагмой) из асбеста или другого пористого материала. В электролизерах, служащих для получе­ния гидроксида натрия по этому способу (рис. 154), вертикально установленная диафрагма /, плотно прилегающая к стальному дырчатому катоду 2, отделяет анодное пространство 3 от катодного 4 и препятствует смешиванию продуктов электролиза. Анодами служат графитовые стержни 5. В процессе электролиза в анодное пространство непрерывно поступает раствор хлорида натрия, а из ка­тодного вытекает раствор, содержащий смесь хлорида и гидоксида натрия. При его выпаривании выкристаллизовывается хлорид натрия и остается почтя чистый раствор щелочи. Последний отделяют от хлорида натрия и выпаривают до полного удаления воды. Полученный NaOH сплавляют и отливают в формы. Побочными продуктами при получении гидроксида натрия являются хлор и во­дород.

Несколько иначе протекает электролиз раствора хлорида натрия, если ка­тодом служит металлическая ртуть. Перенапряжение выделения водорода на ртути очень велико. Поэтому здесь у катода разряжаются не ионы водорода, а ионы натрия. Выделяющийся натрий растворяется в ртути, образуя амаль­гаму натрия. Амальгаму разлагают горячей водой, причем получается гидроксид натрия, выделяется водород и освобождается ртуть. Таким образом, пользуясь в качестве катода ртутью, можно получать чистый гидроксид натрия, не содер­жащий в виде примеси хлорид натрня.

Кроме электролитического способа получения гидроксида нат­рия, иногда еще применяют более старый способ — кипячение рас­твора соды с гашеной известью:

Na₂C0₃ + Са(ОН)₂ = СаС0₃| + 2NaOH

По окончании реакции раствор сливают с осадка карбоната кальция и, выпарив воду, сплавляют полученный гидроксид натрия.

Гидроксид натрия — один из важнейших продуктов основ­ной химической промышленности, В больших количествах он потребляется для очистки продуктов переработки нефти; гидроксид натрия широко применяется в мыловаренной, бумажной, текстиль­ной и других отраслях промышленности, а также при производстве искусственного волокна.

Только в СССР в 1985 г. было произведено 3,1 млн. т NaOH Натрий образует соли со всеми известными кислотами. Важ­нейшие из них были описаны при рассмотрении свойств соответ­ствующих кислот. Многие соли натрия образуют кристаллогид­раты с довольно большим содержанием кристаллизационной воды (например, Na₂S₂0₃-5H₂0, Na₂CQ₃- 10Н₂О, Na₂S0₄-10Н₂О).

В организме человека натрий в виде его растворимых солен, главным образом хлорида, фосфата и бикарбоната, содержится в основном во внеклеточных жидкостях — плазме крови, лимфе, пищеварительных соках. Осмотическое давление плазмы крови поддерживается на необходимом уровне прежде всего за счет хло­рида натрия.

199. Калий (Kalium). По внешнему виду, а также по физиче­ским н химическим свойствам калий очень похож на натрий, но обладает еще большей активностью. Подобно натрию он имеет серебристо-белый цвет, быстро окисляется на воздухе и бурно реа­гирует с водой с выделением водорода.

Гидроксид калия, или едкое кали, КОН получается аналогично гидроксиду натрия — электрелизом раствора хлорида калия. Хотя действие его такое же, как и гидроксида натрия, но применяется он гораздо реже, ввиду его более высокой стоимости.

Соли калия очень сходны с солями натрия, но обычно выде­ляются из растворов без кристаллизационной воды.

Калий принадлежит к числу элементов, необходимых в значи­тельном количестве для питания растений. Хотя в почве находится довольно много солей калия, но и уносится его с некоторыми куль­турными растениями также очень много. Особенно много калия уносят лен, конопля и табак.

Калий отлагается в растениях главным образом в стеблях, поэтому удобрение земли навозом, содержащим солому, отчасти пополняет убыль калия. Но так как стебли перечисленных выше растений используются для промышленных целей, то в конце кон­цов большая часть калия уходит из почвы, и для пополнения его убыли необходимо вносить в почву калийные удобрения.

Источником получения калийных удобрений служат естествен­ные отложения калийных солей. В СССР такие отложения нахо­дятся в районе Соликамска. Пласты соли, состоящие главным образом из минералов карналлита KCl-MgCl₂-6H₂0 и сильвинита KCl-NaCl, залегают на большой площади между верховьями Камы и предгорьями Урала. В пределах СССР калийные месторождения имеются также в Саратовской области и в Западной Украине. По запасам калийных солей наша страна занимает первое место в мире.

В качестве калийных удобрений применяют как природные ве­щества, так и продукты их переработки. Из природных веществ используется главным образом сильвинит. Продуктами перера­ботки, находящими наибольшее применение, являются хлорид и сульфат калия. Иногда применяется также растительная зола, со­держащая калий главным образом в виде карбоната.

Подобно натрию, калий образует соли со всеми кислотами. Важнейшие из них были рассмотрены при описании свойств соот­ветствующих кислот.

Как и натрий, калий содержится во всех тканях организма че­ловека. Но, в отличие от натрия, калий в преобладающем количе­стве находится внутри клеток. Ион калия играет важную роль в некоторых физиологических и биохимических процессах, напри­мер, он участвует в проведении нервных импульсов. Определенная концентрация калия в крови необходима для нормальной работы сердца. В организм калий поступает главным образом с расти­тельной пищей; суточная потребность взрослого человека в нем составляет 2—3 г.

ПОДГРУППА МЕДИ

К подгруппе меди относятся три элемента — медь, серебро и золото. Подобно атомам щелочных металлов, атомы всех этих эле­ментов имеют в наружном слое по одному электрону; но предпо­следний их электронный слой содержит, в отличие от атомов щелочных металлов, восемнадцать электронов. Структуру двух внешних электронных оболочек атомов этих элементов можно изобразить формулой (я—l)s²(n—l)p⁶(n—l)d¹⁰ns^l (где л — но­мер периода, в котором находится данный элемент). Все элементы подгруппы меди — предпоследние члены декад d-элементов. Одна­ко, как видно из приведенной формулы, их атомы содержат на (п—1)d-подуровне не 9, а 10 электронов. Это объясняется тем, что структура (п—l)ii¹⁰s' более устойчива, чем структура (п — l)d⁹s² (см. стр. 93).

В табл. 31 приведены некоторые физические константы, харак­теризующие элементы подгруппы меди.

Сравнивая данные табл. 31 с соответствующими величинами для щелочных металлов (табл. 30), можно видеть, что радиусы атомов меди, серебра и золота меньше радиусов атомов металлов главной подгруппы. Это обусловливает значительно большую плотность, высокие температуры плавления и большие величины энтальпии атомизации рассматриваемых металлов; меньшие по размеру атомы располагаются в решетке более плотно, вследствие чего силы притяжения между ними велики.

Малый радиус атомов объясняет также более высокие значе­ния энергии ионизации металлов этой подгруппы, чем щелочных металлов. Это приводит к большим различиям в химических

свойствах металлов обеих подгрупп. Элементы подгруппы меди — малоактивные металлы. Они с трудом окисляются, и, наоборот, их ионы легко восстанавливаются; они не разлагают воду, гидроксиды их являются сравнительно слабыми основаниями. В ряду напряже­ний они стоят после водорода. В то же время восемнадцатиэлек-тронный слой, устойчивый у других элементов, здесь еще не вполне стабилизировался и способен к частичной потере электронов. Так, медь наряду с однозарядными катионами образует и двухзаряд-ные, которые для нее даже более характерны. Точно так же для золота степень окисленности +3 более характерна, чем +1. Сте­пень окисленности серебра в его обычных соединениях равна +1; однако известны соединения со степенью окисленности серебра +2 и +3.

200. Медь. (Cuprum). Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико [0,01% (масс.)], однако она чаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем са­мородки меди достигают значительной величины. Этим, а также сравнительной легкостью обработки меди объясняется то, что она ранее других металлов была использована человеком.

В настоящее время медь добывают из руд. Последние, в зави­симости от характера входящих в их состав соединений, подраз­деляют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды имеют наи­большее значение, поскольку из них выплавляется 80 % всей до­бываемой меди.

Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд, являются: халькозин, или медный блеск, Cu₂S; халькопирит, или медный колчедан, CuFeSa; малахит (СиОН)₂С0₃.

В СССР богатые месторождения медных руд находятся на Урале, в Казахстане и в Закавказье.

Медные руды, как правило, содержат большое количество пу­стой породы, так что непосредственное получение из них меди экономически невыгодно. Поэтому в металлургии меди особенно важную роль играет обогащение (обычно флотационный метод), позволяющее использовать ряды с небольшим содержанием меди.

Выплавка меди из ее сульфидных руд или концентратов представляет со­бою сложный процесс. Обычно он слагается из следующих операций: обжиг, плавка, конвертирование, огневое и электролитическое рафинирование. В ходе обжига большая часть сульфидов примесных элементов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeS₂ превращается в Fe₂0₃. Газы, отходящие при обжиге, содержат S0₂ и используются для полу­чения серной кислоты.

Дата добавления: 2014-11-16