Miedź -Copper

Miedź,  29 Cu
Rodzima miedź (~4 cm wielkości)
Miedź
Wygląd czerwono-pomarańczowy metaliczny połysk
Standardowa masa atomowa A r ° (Cu)
Miedź w układzie okresowym


Cu

Ag
nikielmiedźcynk
liczba atomowa ( Z ) 29
Grupa grupa 11
Okres okres 4
Blok   blok d
Konfiguracja elektronów [ Ar ] 3d 10 4s 1
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 1
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny
Temperatura topnienia 1357,77  K (1084,62 ° C, 1984,32 ° F)
Temperatura wrzenia 2835 K (2562 ° C, 4643 ° F)
Gęstość (blisko  rt ) 8,96 g/cm 3
gdy ciecz (przy  mp ) 8,02 g/cm 3
Ciepło topnienia 13,26  kJ/mol
Ciepło parowania 300,4 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 24,440 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 1509 1661 1850 2089 2404 2834
Właściwości atomowe
Stany utleniania −2, 0, +1 , +2 , +3, +4 (lekko zasadowy tlenek)
Elektroujemność Skala Paulinga: 1,90
Energie jonizacji
Promień atomowy empirycznie: 128  godz
Promień kowalencyjny 132±4 po południu
Promień Van der Waalsa 140 wieczorem
Kolorowe linie w zakresie widmowym
Widmowe linie miedzi
Inne właściwości
Występowanie naturalne pierwotny
Struktura krystaliczna sześcienny wyśrodkowany na twarzy (FCC)
Sześcienna struktura kryształu skupiona na twarzy dla miedzi
Prędkość dźwięku cienki pręt (wyżarzony)
3810 m/s (w  temperaturze pokojowej )
Rozszerzalność cieplna 16,5 µm/(m⋅K) (przy 25 °C)
Przewodność cieplna 401 W/(m⋅K)
Rezystancja 16,78 nΩ⋅m (przy 20 ° C)
Zamawianie magnetyczne diamagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna −5,46 × 10 −6  cm3 / mol
Moduł Younga 110–128 GPa
Moduł ścinania 48 GPa
Moduł objętościowy 140 GPa
Współczynnik Poissona 0,34
Twardość Mohsa 3.0
Twardość Vickersa 343–369 MPa
Twardość Brinella 235–878 MPa
Numer CAS 7440-50-8
Historia
Nazewnictwo po Cyprze główne miejsce wydobycia w czasach rzymskich ( Cyprium )
Odkrycie Bliski Wschód ( 9000 pne )
Symbol „Cu”: od łacińskiego cuprum
Izotopy miedzi
Główne izotopy Rozkład
obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt
63 Cu 69,15% stabilny
64 Cu syn 12.70 godz β + 64 Ni
β- _ 64 Zn
65 Cu 30,85% stabilny
67 Cu syn 61,83 godz β- _ 67 Zn
 Kategoria: Miedź
| Bibliografia

Miedź to pierwiastek chemiczny o symbolu Cu (z łac . cuprum ) i liczbie atomowej 29. Jest miękkim, kowalnym i ciągliwym metalem o bardzo wysokiej przewodności cieplnej i elektrycznej . Świeżo odsłonięta powierzchnia czystej miedzi ma różowo-pomarańczowy kolor . Miedź jest używana jako przewodnik ciepła i elektryczności, jako materiał budowlany oraz jako składnik różnych stopów metali , takich jak srebro używane w biżuterii , miedzionikiel używany do produkcji sprzętu morskiego i monet oraz konstantan używany w tensometrach i termoparach do pomiaru temperatury.

Miedź jest jednym z nielicznych metali, które mogą występować w przyrodzie w postaci metalicznej bezpośrednio nadającej się do użytku ( metale rodzime ). Doprowadziło to do bardzo wczesnego użycia przez ludzi w kilku regionach, od około 8000 pne. Tysiące lat później był to pierwszy metal wytapiany z rud siarczkowych, około 5000 pne; pierwszy metal odlewany w formie w formie, c. 4000 pne; i pierwszy metal celowo stopiony z innym metalem, cyną , w celu wytworzenia brązu , ok. 3500 pne.

W czasach rzymskich miedź wydobywano głównie na Cyprze , skąd wzięła się nazwa metalu, od aes cyprium (metal cypryjski), później przekształcony w cuprum (łac.). Z tego wywodzi się miedź ( staroangielski ) i miedź , późniejsza pisownia została użyta po raz pierwszy około 1530 roku.

Powszechnie spotykanymi związkami są sole miedzi (II), które często nadają niebieski lub zielony kolor takim minerałom, jak azuryt , malachit i turkus , i były szeroko i historycznie stosowane jako pigmenty.

Miedź stosowana w budynkach, zwykle na pokrycia dachowe, utlenia się, tworząc zieloną grynszpan (lub patynę ). Miedź jest czasami używana w sztuce dekoracyjnej , zarówno w postaci metalu elementarnego, jak i związków jako pigmentów. Związki miedzi są stosowane jako środki bakteriostatyczne , fungicydy i środki do konserwacji drewna.

Miedź jest niezbędna dla wszystkich żywych organizmów jako śladowy minerał dietetyczny , ponieważ jest kluczowym składnikiem kompleksu enzymów oddechowych, oksydazy cytochromu c . U mięczaków i skorupiaków miedź jest składnikiem hemocyjaniny, barwnika krwi , zastępowanego przez hemoglobinę z kompleksem żelaza u ryb i innych kręgowców . U ludzi miedź znajduje się głównie w wątrobie, mięśniach i kościach. Ciało dorosłego człowieka zawiera od 1,4 do 2,1 mg miedzi na kilogram masy ciała.

Charakterystyka

Fizyczny

Dysk miedziany (czystość 99,95%) wykonany metodą ciągłego odlewania ; wytrawione , aby odsłonić krystality
Miedź tuż powyżej temperatury topnienia zachowuje swój różowy połysk, gdy wystarczająca ilość światła przyćmiewa pomarańczowy kolor żarzenia

Miedź, srebro i złoto znajdują się w 11. grupie układu okresowego; te trzy metale mają jeden s-orbitalny elektron na wierzchu wypełnionej powłoki d-elektronowej i charakteryzują się dużą ciągliwością oraz przewodnictwem elektrycznym i cieplnym. Wypełnione powłoki d w tych pierwiastkach w niewielkim stopniu przyczyniają się do oddziaływań międzyatomowych, które są zdominowane przez s-elektrony poprzez wiązania metaliczne . W przeciwieństwie do metali z niekompletnymi powłokami d, wiązania metaliczne w miedzi nie mają charakteru kowalencyjnego i są stosunkowo słabe. Ta obserwacja wyjaśnia niską twardość i wysoką plastyczność monokryształów miedzi. W skali makroskopowej wprowadzenie do sieci krystalicznej rozległych defektów , takich jak granice ziaren, utrudnia płynięcie materiału pod przyłożonym naprężeniem, zwiększając w ten sposób jego twardość. Z tego powodu miedź jest zwykle dostarczana w postaci drobnoziarnistej polikrystalicznej , która ma większą wytrzymałość niż formy monokrystaliczne.

Miękkość miedzi częściowo wyjaśnia jej wysoką przewodność elektryczną (59,6 × 10 6  S /m ) i wysoką przewodnością cieplną, drugą co do wielkości (drugą po srebrze) wśród czystych metali w temperaturze pokojowej. Dzieje się tak, ponieważ oporność na transport elektronów w metalach w temperaturze pokojowej pochodzi głównie z rozpraszania elektronów na drganiach termicznych sieci, które są stosunkowo słabe w miękkim metalu. Maksymalna dopuszczalna gęstość prądu miedzi na wolnym powietrzu wynosi około3,1 × 10 6  A/m2 powierzchni przekroju poprzecznego, powyżej której zaczyna się nadmiernie nagrzewać.

Miedź jest jednym z nielicznych pierwiastków metalicznych o naturalnym kolorze innym niż szary czy srebrny. Czysta miedź jest pomarańczowo-czerwona i nabiera czerwonawego nalotu pod wpływem powietrza. Wynika to z niskiej częstotliwości plazmy metalu, która znajduje się w czerwonej części widma widzialnego, co powoduje, że pochłania on zielone i niebieskie kolory o wyższej częstotliwości.

Podobnie jak w przypadku innych metali, jeśli miedź zetknie się z innym metalem, nastąpi korozja galwaniczna .

Chemiczny

Nieutleniany drut miedziany (po lewej) i utleniony drut miedziany (po prawej)
Wschodnia wieża Królewskiego Obserwatorium w Edynburgu , pokazująca kontrast między odnowioną miedzią zainstalowaną w 2010 roku a zielonym kolorem oryginalnej miedzi z 1894 roku.

Miedź nie reaguje z wodą, ale powoli reaguje z tlenem atmosferycznym, tworząc warstwę brązowo-czarnego tlenku miedzi, który w przeciwieństwie do rdzy, która tworzy się na żelazie w wilgotnym powietrzu, chroni leżący pod spodem metal przed dalszą korozją ( pasywacja ). Na starych konstrukcjach miedzianych, takich jak dachy wielu starszych budynków i Statua Wolności, często można zobaczyć zieloną warstwę grynszpanu (węglanu miedzi) . Miedź matowieje pod wpływem niektórych związków siarki , z którymi reaguje, tworząc różne siarczki miedzi .

izotopy

Istnieje 29 izotopów miedzi.63
Cu
I65
Cu
są stabilne, z63
Cu
zawierający około 69% naturalnie występującej miedzi; oba mają spin 3 / 2 . Pozostałe izotopy są radioaktywne , przy czym najbardziej stabilny67
Cu
z okresem półtrwania 61,83 godziny. Scharakteryzowano siedem izotopów metastabilnych ;68m
Cu
jest najdłużej żyjącym z okresem półtrwania 3,8 minuty. Izotopy o liczbie masowej powyżej 64 rozpadają się o β , podczas gdy te o liczbie masowej poniżej 64 rozpadają się o β + .64
Cu
, którego okres półtrwania wynosi 12,7 godziny, rozpada się w obie strony.

62
Cu
I64
Cu
mają znaczące zastosowania.62
Cu
jest używany w62
Cu
Cu-PTSM jako radioaktywny znacznik w pozytonowej tomografii emisyjnej .

Występowanie

Rodzima miedź z półwyspu Keweenaw w stanie Michigan, o długości około 2,5 cala (6,4 cm)

Miedź jest produkowana w masywnych gwiazdach i jest obecna w skorupie ziemskiej w proporcji około 50 części na milion (ppm). W naturze miedź występuje w różnych minerałach, w tym rodzimej miedzi , siarczkach miedzi, takich jak chalkopiryt , bornit , digenit , kowelit i chalkozyn , sulfosaltach miedzi, takich jak tetrahedyt-tennantyt i enargit , węglany miedzi, takie jak azuryt i malachit , oraz jako tlenki miedzi (I) lub miedzi (II), takie jak odpowiednio kupryt i tenoryt . Największa odkryta masa pierwiastkowej miedzi ważyła 420 ton i została znaleziona w 1857 roku na półwyspie Keweenaw w stanie Michigan w USA. Rodzima miedź jest polikryształem , z największym pojedynczym kryształem, jaki kiedykolwiek opisano, o wymiarach 4,4 × 3,2 × 3,2 cm . Miedź jest 25. najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej , jej zawartość wynosi 50 ppm w porównaniu z 75 ppm cynku i 14 ppm ołowiu .

Typowe stężenia miedzi w tle nie przekraczają1 ng/m3 w atmosferze;150 mg/kg w glebie;30 mg/kg w roślinności; 2 μg/L w słodkiej wodzie i0,5 μg/L w wodzie morskiej.

Produkcja

Chuquicamata w Chile to jedna z największych na świecie kopalni odkrywkowych miedzi
Światowy trend produkcji

Większość miedzi jest wydobywana lub wydobywana w postaci siarczków miedzi z dużych kopalni odkrywkowych w złożach miedzi porfiru , które zawierają od 0,4 do 1,0% miedzi. Miejsca obejmują Chuquicamata w Chile, Bingham Canyon Mine w Utah w Stanach Zjednoczonych i El Chino Mine w Nowym Meksyku w Stanach Zjednoczonych. Według British Geological Survey w 2005 r. Chile było największym producentem miedzi z co najmniej jedną trzecią światowego udziału, a następnie Stany Zjednoczone, Indonezja i Peru. Miedź można również odzyskać w procesie ługowania in situ . Kilka miejsc w stanie Arizona jest uważanych za głównych kandydatów do tej metody. Ilość używanej miedzi rośnie, a dostępna ilość jest ledwo wystarczająca, aby umożliwić wszystkim krajom osiągnięcie światowych poziomów wykorzystania. Alternatywnym źródłem miedzi dla obecnie badanych kolekcji są konkrecje polimetaliczne , które znajdują się w głębinach Oceanu Spokojnego około 3000-6500 metrów pod poziomem morza. Te guzki zawierają inne cenne metale, takie jak kobalt i nikiel .

Rezerwy i ceny

Cena miedzi 1959-2022

Miedź jest używana od co najmniej 10 000 lat, ale od 1900 roku wydobywa się ponad 95% całej miedzi, jaką kiedykolwiek wydobyto i wytopiono . górny kilometr skorupy ziemskiej, który przy obecnym tempie wydobycia ma wartość około 5 milionów lat. Jednak tylko niewielka część tych rezerw jest ekonomicznie opłacalna przy obecnych cenach i technologiach. Szacunkowe zasoby miedzi dostępne do wydobycia wahają się od 25 do 60 lat, w zależności od podstawowych założeń, takich jak tempo wzrostu. Recykling jest głównym źródłem miedzi we współczesnym świecie. Z powodu tych i innych czynników przyszłość produkcji i podaży miedzi jest przedmiotem wielu dyskusji, w tym koncepcji miedzi szczytowej , analogicznej do szczytu ropy naftowej .

Cena miedzi była historycznie niestabilna, a jej cena wzrosła z najniższego od 60 lat poziomu 0,60 USD / funt (1,32 USD / kg) w czerwcu 1999 r. Do 3,75 USD za funt (8,27 USD / kg) w maju 2006 r. Spadła do 2,40 USD /lb (5,29 USD/kg) w lutym 2007 r., po czym w kwietniu 2007 r. wzrósł do 3,50 USD/lb (7,71 USD/kg). / funt (3,32 USD / kg). Od września 2010 do lutego 2011 cena miedzi wzrosła z 5000 funtów za tonę do 6250 funtów za tonę.

Metody

Schemat procesu wytapiania błyskawicznego

Stężenie miedzi w rudach wynosi średnio tylko 0,6%, a większość rud handlowych to siarczki, zwłaszcza chalkopiryt (CuFeS 2 ), bornit (Cu 5 FeS 4 ) oraz w mniejszym stopniu kowelit (CuS) i chalkozyn (Cu 2 S) . Z kolei średnie stężenie miedzi w konkrecjach polimetalicznych szacuje się na 1,3%. Metody pozyskiwania miedzi i innych metali występujących w tych konkrecjach obejmują ługowanie siarką, wytapianie oraz zastosowanie procesu kuprionowego. W przypadku minerałów występujących w rudach lądowych są one zagęszczane z rud rozdrobnionych do poziomu 10–15% miedzi przez flotację pianową lub bioługowanie . Ogrzewanie tego materiału z krzemionką podczas wytapiania rzutowego usuwa większość żelaza w postaci żużla . Proces wykorzystuje większą łatwość przekształcania siarczków żelaza w tlenki, które z kolei reagują z krzemionką, tworząc żużel krzemianowy , który unosi się na wierzchu ogrzanej masy. Powstały kamień miedziowy, składający się z Cu2S , jest prażony w celu przekształcenia siarczków w tlenki:

2 Cu 2 S + 3 O 2 → 2 Cu 2 O + 2 SO 2

Tlenek miedziawy reaguje z siarczkiem miedziawym, przekształcając się w miedź konwertorową po podgrzaniu:

2 Cu 2 O + Cu 2 S → 6 Cu + 2 SO 2

Proces matowy Sudbury przekształcił tylko połowę siarczku w tlenek, a następnie wykorzystał ten tlenek do usunięcia reszty siarki w postaci tlenku. Następnie został poddany rafinacji elektrolitycznej, a błoto anodowe wykorzystano do uzyskania zawartej w nim platyny i złota. Ten etap wykorzystuje stosunkowo łatwą redukcję tlenków miedzi do metalicznej miedzi. Gaz ziemny jest wdmuchiwany przez blister w celu usunięcia większości pozostałego tlenu, a otrzymany materiał jest poddawany elektrorafinacji w celu wytworzenia czystej miedzi:

Cu 2+ + 2 mi → Cu
Schemat blokowy rafinacji miedzi (odlewnia anod firmy Uralelektromed)
  1. Blisterowa miedź
  2. Wytapianie
  3. Piec pogłosowy
  4. Usuwanie żużla
  5. Miedziane odlewanie anod
  6. Koło odlewnicze
  7. Maszyna do usuwania anod
  8. Zdejmowanie anod
  9. Wagony kolejowe
  10. Transport do zbiornika
Schemat rafinacji miedzi (odlewnia anod firmy Uralelektromed) # Miedź blistrowa # Wytapianie # Piec pogłosowy # Usuwanie żużla # Odlewanie miedzi z anod # Koło odlewnicze # Maszyna do usuwania anod # Zdejmowanie anod # Wagony # Transport do zbiornikowni

Recykling

Podobnie jak aluminium , miedź nadaje się do recyklingu bez utraty jakości, zarówno w stanie surowym, jak iz wytworzonych produktów. Pod względem ilości miedź jest trzecim najczęściej poddawanym recyklingowi metalem po żelazie i aluminium. Szacuje się, że 80% całej wydobytej miedzi jest nadal w użyciu. Według raportu International Resource Panel 's Metal Stocks in Society , światowe zasoby miedzi na mieszkańca będące w użyciu w społeczeństwie wynoszą 35–55 kg. Znaczna część tego przypada na kraje lepiej rozwinięte (140–300 kg na mieszkańca) niż kraje słabiej rozwinięte (30–40 kg na mieszkańca).

Proces recyklingu miedzi jest mniej więcej taki sam, jak w przypadku ekstrakcji miedzi, ale wymaga mniej etapów. Złom miedziany o wysokiej czystości jest topiony w piecu , a następnie redukowany i odlewany w kęsy i wlewki ; złom o niższej czystości jest rafinowany przez galwanizację w kąpieli z kwasem siarkowym .

Stopy

Stopy miedzi są szeroko stosowane w produkcji monet; tutaj widać dwa przykłady - amerykańskie dziesięciocentówki po 1964 roku , które składają się ze stopu miedzioniklu i kanadyjskie dziesięciocentówki sprzed 1968 roku , które składają się ze stopu składającego się w 80 procentach ze srebra i w 20 procentach z miedzi.

Opracowano wiele stopów miedzi, z których wiele ma ważne zastosowania. Mosiądz jest stopem miedzi i cynku . Brąz zwykle odnosi się do stopów miedzi z cyną , ale może odnosić się do dowolnego stopu miedzi, takiego jak brąz aluminiowy . Miedź jest jednym z najważniejszych składników lutów ze srebra i złota karatowego stosowanych w przemyśle jubilerskim, modyfikując kolor, twardość i temperaturę topnienia otrzymywanych stopów. Niektóre luty bezołowiowe składają się z cyny z niewielką domieszką miedzi i innych metali.

Stop miedzi i niklu , zwany cupronickel , jest używany w monetach o niskich nominałach, często do zewnętrznej okładziny. Amerykańska moneta pięciocentowa (obecnie nazywana niklem ) składa się w 75% z miedzi i w 25% z niklu w jednorodnym składzie. Przed wprowadzeniem miedzioniklu, który był szeroko stosowany w krajach drugiej połowy XX wieku, używano również stopów miedzi i srebra , przy czym Stany Zjednoczone stosowały stop składający się w 90% ze srebra i w 10% z miedzi do 1965 r., kiedy krążące srebro zostało usunięte ze wszystkich monet z wyjątkiem pół dolara - zostały one zdewaluowane do stopu 40% srebra i 60% miedzi w latach 1965-1970. Stop 90% miedzi i 10% niklu, niezwykły ze względu na swoją odporność na korozji, jest używany do różnych obiektów narażonych na działanie wody morskiej, chociaż jest podatny na siarczki, które czasami występują w zanieczyszczonych portach i ujściach rzek. Stopy miedzi z aluminium (ok. 7%) mają złocisty kolor i są wykorzystywane w zdobnictwie. Shakudō to japoński dekoracyjny stop miedzi zawierający niski procent złota, zazwyczaj 4–10%, który może być patynowany na ciemnoniebieski lub czarny kolor.

związki

Próbka tlenku miedzi(I) .

Miedź tworzy bogatą gamę związków, zwykle o stopniach utlenienia +1 i +2, które są często nazywane odpowiednio miedziawymi i miedzianymi . Związki miedzi, zarówno kompleksy organiczne , jak i związki metaloorganiczne , promują lub katalizują liczne procesy chemiczne i biologiczne.

Związki binarne

Podobnie jak w przypadku innych pierwiastków, najprostszymi związkami miedzi są związki dwuskładnikowe, tj. zawierające tylko dwa pierwiastki, z których głównymi przykładami są tlenki, siarczki i halogenki . Znane są zarówno tlenki miedziawe , jak i miedziowe. Wśród licznych siarczków miedzi ważne przykłady obejmują siarczek miedzi (I) i siarczek miedzi (II) .

Halogenki miedziawe z fluorem , chlorem , bromem i jodem są znane, podobnie jak halogenki miedzi z fluorem , chlorem i bromem . Próby przygotowania jodku miedzi (II) dają tylko jodek miedzi (I) i jod.

2 Cu 2+ + 4 ja → 2 CuI + ja 2

Chemia koordynacyjna

Miedź (II) daje ciemnoniebieskie zabarwienie w obecności ligandów amonowych. Zastosowany tutaj to siarczan tetraaminomiedzi(II) .

Miedź tworzy kompleksy koordynacyjne z ligandami . W roztworze wodnym miedź(II) występuje jako [Cu(H
2
O)
6
]2+
. Kompleks ten wykazuje najszybszą szybkość wymiany wody (szybkość przyłączania i odłączania ligandów wodnych) dla dowolnego wodnego kompleksu metalu przejściowego . Dodanie wodnego roztworu wodorotlenku sodu powoduje wytrącenie jasnoniebieskiego stałego wodorotlenku miedzi(II) . Uproszczone równanie to:

Diagram Pourbaix dla miedzi w ośrodkach nieskomplikowanych (aniony inne niż OH- nie są brane pod uwagę). Stężenie jonów 0,001 m (mol/kg wody). Temperatura 25°C.
Cu 2+ + 2 OH → Cu(OH) 2

Wodny amoniak daje ten sam osad. Po dodaniu nadmiaru amoniaku osad rozpuszcza się, tworząc tetraaminomiedź (II) :

Cu(H
2
O)
4
(OH)
2
+ 4 NH3 [ Cu(H
2
O)
2
(NH
3
)
4
]2+
+ 2 H 2 O + 2 OH -

Wiele innych oksyanionów tworzy kompleksy; obejmują one octan miedzi (II) , azotan miedzi (II) i węglan miedzi (II) . Siarczan miedzi(II) tworzy niebieski krystaliczny pentahydrat , najbardziej znany związek miedzi w laboratorium. Jest stosowany w fungicydzie zwanym mieszanką Bordeaux .

Model kulki i kija kompleksu [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 2+ , ilustrujący oktaedryczną geometrię koordynacyjną wspólną dla miedzi(II).

Poliole , związki zawierające więcej niż jedną alkoholową grupę funkcyjną , generalnie oddziałują z solami miedziowymi. Na przykład sole miedzi są używane do testowania cukrów redukujących . W szczególności przy użyciu odczynnika Benedicta i roztworu Fehlinga obecność cukru jest sygnalizowana zmianą koloru z niebieskiego Cu(II) na czerwonawy tlenek miedzi(I). Odczynnik Schweizera i pokrewne kompleksy z etylenodiaminą i innymi aminami rozpuszczają celulozę . Aminokwasy takie jak cystyna tworzą bardzo stabilne kompleksy chelatowe z miedzią(II), w tym w postaci biohybryd metaloorganicznych (MOB). Istnieje wiele mokrych testów chemicznych dla jonów miedzi, jeden z udziałem żelazocyjanku potasu , który daje brązowy osad z solami miedzi (II).

Chemia miedzioorganicznej

Związki zawierające wiązanie węgiel-miedź są znane jako związki miedzioorganiczne. Są bardzo reaktywne w stosunku do tlenu, tworząc tlenek miedzi (I) i mają wiele zastosowań w chemii . Są one syntetyzowane przez traktowanie związków miedzi(I) odczynnikami Grignarda , końcowymi alkinami lub odczynnikami litoorganicznymi ; w szczególności ostatnia opisana reakcja daje odczynnik Gilmana . Mogą one ulegać podstawieniu halogenkami alkilowymi, tworząc produkty sprzęgania ; jako takie są ważne w dziedzinie syntezy organicznej . Acetylenek miedzi (I) jest bardzo wrażliwy na wstrząsy, ale jest związkiem pośrednim w reakcjach, takich jak sprzęganie Cadiota-Chodkiewicza i sprzęganie Sonogashiry . Dodanie koniugatu do enonów i karbokupracja alkinów można również osiągnąć za pomocą związków miedzioorganicznych. Miedź(I) tworzy różnorodne słabe kompleksy z alkenami i tlenkiem węgla , zwłaszcza w obecności ligandów aminowych.

Miedź(III) i miedź(IV)

Miedź(III) występuje najczęściej w tlenkach. Prostym przykładem jest miedzian potasu , KCuO 2 , niebiesko-czarne ciało stałe. Najszerzej przebadanymi związkami miedzi(III) są nadprzewodniki miedzianowe . Tlenek itrowo-barowo-miedziowy (YBa 2 Cu 3 O 7 ) składa się zarówno z centrów Cu(II), jak i Cu(III). Podobnie jak tlenek, fluor jest silnie zasadowym anionem i wiadomo, że stabilizuje jony metali na wysokich stopniach utlenienia. Znane są zarówno fluorki miedzi(III), jak i nawet miedzi(IV), odpowiednio K 3 CuF 6 i Cs 2 CuF 6 .

Niektóre białka miedzi tworzą kompleksy okso , które zawierają również miedź(III). W przypadku tetrapeptydów purpurowe kompleksy miedzi (III) są stabilizowane przez deprotonowane ligandy amidowe .

Kompleksy miedzi(III) występują również jako związki pośrednie w reakcjach organicznych związków miedzi. Na przykład w reakcji Kharascha-Sosnowskiego .

Historia

Oś czasu miedzi ilustruje, w jaki sposób ten metal rozwinął ludzką cywilizację w ciągu ostatnich 11 000 lat.

Prehistoryczny

Wiek miedzi

Skorodowana sztabka miedziana z Zakros na Krecie , ukształtowana w typową dla tamtej epoki skórę zwierzęcą ( skórę wołową ).
Wiele narzędzi z epoki chalkolitu zawierało miedź, na przykład ostrze tej repliki topora Ötziego
Ruda miedzi ( chryzokola ) w piaskowcu kambryjskim z kopalni chalkolitu w dolinie Timna w południowym Izraelu .

Miedź występuje naturalnie jako rodzima metaliczna miedź i była znana niektórym z najstarszych cywilizacji. Historia wykorzystania miedzi sięga 9000 lat pne na Bliskim Wschodzie; miedziany wisiorek został znaleziony w północnym Iraku, który pochodzi z 8700 pne. Dowody sugerują, że złoto i żelazo meteorytowe (ale nie żelazo wytopione) były jedynymi metalami używanymi przez ludzi przed miedzią. Uważa się, że historia metalurgii miedzi przebiega według następującej kolejności: najpierw obróbka na zimno rodzimej miedzi, następnie wyżarzanie , wytapianie i wreszcie odlewanie na wosk tracony . W południowo-wschodniej Anatolii wszystkie cztery z tych technik pojawiają się mniej więcej jednocześnie na początku neolitu ok . 7500 pne.

Wytapianie miedzi zostało wynalezione niezależnie w różnych miejscach. Prawdopodobnie został odkryty w Chinach przed 2800 rokiem pne, w Ameryce Środkowej około 600 roku naszej ery, aw Afryce Zachodniej około IX lub X wieku naszej ery. Odlewanie inwestycyjne zostało wynalezione w 4500–4000 pne w Azji Południowo-Wschodniej, a datowanie węglowe zapoczątkowało wydobycie w Alderley Edge w Cheshire w Wielkiej Brytanii w latach 2280–1890 pne. Ötzi the Lodziarz , mężczyzna datowany na okres od 3300 do 3200 pne, został znaleziony z toporem o miedzianej główce o czystości 99,7%; wysoki poziom arsenu we włosach sugeruje udział w wytapianiu miedzi. Doświadczenie z miedzią pomogło w opracowaniu innych metali; w szczególności wytapianie miedzi doprowadziło do odkrycia wytapiania żelaza . Produkcja w Old Copper Complex w Michigan i Wisconsin datowana jest na okres od 6000 do 3000 pne. Naturalny brąz, rodzaj miedzi wytwarzany z rud bogatych w krzem, arsen i (rzadko) cynę, wszedł do powszechnego użytku na Bałkanach około 5500 pne.

Epoka brązu

Stapianie miedzi z cyną w celu wytworzenia brązu było po raz pierwszy praktykowane około 4000 lat po odkryciu wytopu miedzi i około 2000 lat po powszechnym użyciu „naturalnego brązu”. Artefakty z brązu z kultury Vinča pochodzą z 4500 pne. Sumeryjskie i egipskie artefakty ze stopów miedzi i brązu pochodzą z 3000 pne. Epoka brązu rozpoczęła się w Europie Południowo-Wschodniej około 3700–3300 pne, w Europie Północno-Zachodniej około 2500 pne. Skończyło się wraz z początkiem epoki żelaza, 2000–1000 pne na Bliskim Wschodzie i 600 pne w Europie Północnej. Przejście między okresem neolitu a epoką brązu było wcześniej nazywane okresem chalkolitu (miedź-kamień), kiedy narzędzia miedziane były używane z narzędziami kamiennymi. Termin ten stopniowo wypadł z łask, ponieważ w niektórych częściach świata chalkolit i neolit ​​pokrywają się na obu końcach. Mosiądz, stop miedzi i cynku, ma znacznie nowsze pochodzenie. Był znany Grekom, ale stał się znaczącym uzupełnieniem brązu w okresie Cesarstwa Rzymskiego.

Starożytny i postklasyczny

W alchemii symbol miedzi był również symbolem bogini i planety Wenus .
Chalkolityczna kopalnia miedzi w dolinie Timna , pustynia Negew , Izrael.

W Grecji miedź była znana pod nazwą chalkos (χαλκός). Było to ważne źródło dla Rzymian, Greków i innych starożytnych ludów. W czasach rzymskich był znany jako aes Cyprium , aes to ogólne łacińskie określenie stopów miedzi i Cyprium z Cypru , gdzie wydobywano dużo miedzi. Wyrażenie zostało uproszczone do cuprum , stąd angielska miedź . Afrodyta ( Wenus w Rzymie) reprezentowała miedź w mitologii i alchemii ze względu na jej lśniące piękno i starożytne zastosowanie do produkcji luster; Cypr, źródło miedzi, był poświęcony bogini. Siedem ciał niebieskich znanych starożytnym było związanych z siedmioma metalami znanymi w starożytności, a Wenus przypisywano miedzi, zarówno ze względu na związek z boginią, jak i dlatego, że Wenus była najjaśniejszym ciałem niebieskim po Słońcu i Księżycu, a więc odpowiadała najbardziej lśniący i pożądany metal po złocie i srebrze.

Miedź po raz pierwszy wydobywano w starożytnej Brytanii już w 2100 pne. Wydobycie w największej z tych kopalni, Great Orme , trwało do późnej epoki brązu. Wydaje się, że wydobycie było w dużej mierze ograniczone do rud supergenów , które były łatwiejsze do wytopu. Wydaje się , że bogate złoża miedzi w Kornwalii pozostały w dużej mierze nietknięte, pomimo intensywnego wydobycia cyny w regionie, z powodów prawdopodobnie raczej społecznych i politycznych niż technologicznych.

W Ameryce Północnej wydobycie miedzi rozpoczęło się od marginalnych prac rdzennych Amerykanów. Wiadomo, że rodzima miedź była wydobywana z miejsc na Isle Royale przy użyciu prymitywnych narzędzi kamiennych między 800 a 1600 rokiem. Metalurgia miedzi kwitła w Ameryce Południowej, zwłaszcza w Peru około 1000 roku naszej ery. Odkryto miedziane ozdoby grobowe z XV wieku, ale komercyjna produkcja metalu rozpoczęła się dopiero na początku XX wieku.

Kulturowa rola miedzi była ważna, zwłaszcza w walucie. Rzymianie w okresie od VI do III wieku pne używali brył miedzi jako pieniędzy. Początkowo ceniono samą miedź, ale stopniowo coraz ważniejsze stawały się jej kształt i wygląd. Juliusz Cezar miał własne monety wykonane z mosiądzu, podczas gdy monety Oktawiana Augusta Cezara zostały wykonane ze stopów Cu-Pb-Sn. Przy szacowanej rocznej produkcji na poziomie około 15 000 ton, rzymskie wydobycie i hutnictwo miedzi osiągnęło skalę niespotykaną aż do czasów rewolucji przemysłowej ; prowincje najbardziej eksploatowane to prowincje Hispania , Cypr i Europa Środkowa.

W bramach świątyni jerozolimskiej zastosowano brąz koryncki , pokryty złoceniami zubożonymi . Proces ten był najbardziej rozpowszechniony w Aleksandrii , gdzie uważa się, że rozpoczęła się alchemia. W starożytnych Indiach miedź była używana w holistycznej medycynie Ayurveda do produkcji narzędzi chirurgicznych i innego sprzętu medycznego. Starożytni Egipcjanie ( ok. 2400 pne ) używali miedzi do sterylizacji ran i wody pitnej, a później do leczenia bólów głowy, oparzeń i swędzenia.

Miedziane ozdoby

Nowoczesny

Kwaśne odwadnianie kopalni wpływające na strumień płynący z nieczynnych kopalń miedzi Parys Mountain
XVIII-wieczny miedziany czajnik z Norwegii wykonany ze szwedzkiej miedzi

Wielka Góra Miedzi była kopalnią w Falun w Szwecji, która działała od X wieku do 1992 roku. Zaspokajała dwie trzecie europejskiego zużycia miedzi w XVII wieku i pomagała finansować wiele szwedzkich wojen w tym czasie. Nazywano go skarbcem narodu; Szwecja miała walutę opartą na miedzi .

Chalkografia miasta Wyborg na przełomie XVII i XVIII wieku. Rok 1709 wyryty na płycie drukarskiej.

Miedź jest używana w pokryciach dachowych, walutach i technologii fotograficznej znanej jako dagerotyp . Miedź była używana w rzeźbie renesansu i została wykorzystana do budowy Statuy Wolności ; miedź jest nadal stosowana w budownictwie różnego rodzaju. Miedziowanie i poszycie miedziane były szeroko stosowane do ochrony podwodnych kadłubów statków, technika zapoczątkowana przez brytyjską Admiralicję w XVIII wieku. Norddeutsche Affinerie w Hamburgu była pierwszą nowoczesną galwanizernią , która rozpoczęła produkcję w 1876 roku. Niemiecki naukowiec Gottfried Osann wynalazł metalurgię proszków w 1830 roku, określając masę atomową metalu; mniej więcej wtedy odkryto, że ilość i rodzaj pierwiastka stopowego (np. cyny) do miedzi wpływa na tony dzwonów.

Podczas wzrostu zapotrzebowania na miedź w epoce elektryczności, od lat osiemdziesiątych XIX wieku do Wielkiego Kryzysu lat trzydziestych XX wieku, Stany Zjednoczone wyprodukowały jedną trzecią do połowy nowo wydobywanej miedzi na świecie. Główne dystrykty obejmowały dystrykt Keweenaw w północnym Michigan, głównie rodzime złoża miedzi, które zostały przyćmione przez rozległe złoża siarczków w Butte w stanie Montana pod koniec lat osiemdziesiątych XIX wieku, które z kolei zostały przyćmione przez złoża porfiru w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych, zwłaszcza w Bingham Canyon, Utah i Morenci w Arizonie . Wprowadzenie odkrywkowego wydobycia łopatą parową i innowacji w zakresie wytapiania, rafinacji, koncentracji flotacji i innych etapów przetwarzania doprowadziło do masowej produkcji. Na początku XX wieku pierwsze miejsce zajęła Arizona , następnie Montana , następnie Utah i Michigan .

Wytapianie błyskawiczne zostało opracowane przez firmę Outokumpu w Finlandii i po raz pierwszy zastosowane w Harjavalta w 1949 roku; energooszczędny proces odpowiada za 50% światowej produkcji miedzi pierwotnej.

Międzyrządowa Rada Krajów Eksportujących Miedź , utworzona w 1967 roku przez Chile, Peru, Zair i Zambię, działała na rynku miedzi podobnie jak OPEC w przypadku ropy naftowej, chociaż nigdy nie osiągnęła takiego samego wpływu, zwłaszcza że drugi co do wielkości producent, Stany Zjednoczone , nigdy nie był członkiem; został rozwiązany w 1988 roku.

Aplikacje

Złączki miedziane do lutowanych połączeń hydraulicznych

Główne zastosowania miedzi to przewody elektryczne (60%), pokrycia dachowe i hydraulika (20%) oraz maszyny przemysłowe (15%). Miedź jest stosowana głównie jako czysty metal, ale gdy wymagana jest większa twardość, dodaje się ją do takich stopów jak mosiądz i brąz (5% całkowitego zużycia). Przez ponad dwa stulecia farba miedziana była używana do malowania kadłubów łodzi w celu kontrolowania wzrostu roślin i skorupiaków. Niewielka część dostaw miedzi jest wykorzystywana do produkcji suplementów diety i fungicydów w rolnictwie. Obróbka miedzi jest możliwa, chociaż stopy są preferowane ze względu na dobrą skrawalność przy tworzeniu skomplikowanych części.

Drut i kabel

Pomimo konkurencji ze strony innych materiałów, miedź pozostaje preferowanym przewodnikiem elektrycznym w prawie wszystkich kategoriach okablowania elektrycznego, z wyjątkiem napowietrznego przesyłu energii elektrycznej, gdzie aluminium jest często preferowane. Drut miedziany jest używany w wytwarzaniu energii , przesyłaniu energii , dystrybucji energii , telekomunikacji , obwodach elektronicznych i niezliczonych rodzajach urządzeń elektrycznych . Okablowanie elektryczne jest najważniejszym rynkiem dla przemysłu miedziowego. Obejmuje to strukturalne okablowanie zasilania, kabel dystrybucji zasilania, przewód urządzenia, kabel komunikacyjny, przewód i kabel samochodowy oraz drut magnetyczny. Mniej więcej połowa całej wydobywanej miedzi jest wykorzystywana do produkcji przewodów elektrycznych i kabli. Wiele urządzeń elektrycznych opiera się na okablowaniu miedzianym ze względu na wiele nieodłącznych korzystnych właściwości, takich jak wysoka przewodność elektryczna , wytrzymałość na rozciąganie , plastyczność , odporność na pełzanie (odkształcenie) , odporność na korozję , niska rozszerzalność cieplna , wysoka przewodność cieplna , łatwość lutowania , plastyczność i łatwość instalacji.

Przez krótki okres od późnych lat 60. do późnych 70. okablowanie miedziane zostało zastąpione okablowaniem aluminiowym w wielu projektach budownictwa mieszkaniowego w Ameryce. Nowe okablowanie było zamieszane w wiele pożarów domów, a przemysł powrócił do miedzi.

Elektronika i powiązane urządzenia

Miedziane szyny elektryczne rozprowadzające energię do dużego budynku

W obwodach scalonych i płytkach drukowanych coraz częściej stosuje się miedź zamiast aluminium ze względu na jej lepszą przewodność elektryczną; radiatory i wymienniki ciepła wykorzystują miedź ze względu na jej doskonałe właściwości rozpraszania ciepła. Elektromagnesy , lampy próżniowe , kineskopy i magnetrony w kuchenkach mikrofalowych wykorzystują miedź, podobnie jak falowody do promieniowania mikrofalowego.

Silniki elektryczne

Doskonałe przewodnictwo miedzi zwiększa wydajność silników elektrycznych . Jest to ważne, ponieważ silniki i systemy napędzane silnikami odpowiadają za 43–46% całkowitego światowego zużycia energii elektrycznej i 69% całej energii elektrycznej zużywanej przez przemysł. Zwiększenie masy i przekroju miedzi w cewce zwiększa sprawność silnika. Miedziane wirniki silników , nowa technologia zaprojektowana do zastosowań silnikowych, w których oszczędność energii jest głównym celem projektowym, umożliwia silnikom indukcyjnym ogólnego przeznaczenia spełnianie i przekraczanie najwyższych standardów sprawności National Electrical Manufacturers Association (NEMA) .

Produkcja energii odnawialnej

Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna , wiatrowa , pływowa , wodna , biomasa i energia geotermalna , stały się znaczącymi sektorami rynku energetycznego. Szybki rozwój tych źródeł w XXI wieku był spowodowany rosnącymi kosztami paliw kopalnych , a także kwestiami ich wpływu na środowisko , które znacznie zmniejszyły ich wykorzystanie.

Miedź odgrywa ważną rolę w tych systemach energii odnawialnej. Zużycie miedzi jest średnio do pięciu razy większe w systemach energii odnawialnej niż w tradycyjnych źródłach energii, takich jak elektrownie na paliwa kopalne i elektrownie jądrowe . Ponieważ miedź jest doskonałym przewodnikiem ciepła i elektryczności wśród metali konstrukcyjnych (drugi po srebrze), systemy elektryczne wykorzystujące miedź generują i przesyłają energię z wysoką wydajnością i przy minimalnym wpływie na środowisko.

Wybierając przewody elektryczne, planiści obiektów i inżynierowie biorą pod uwagę koszty inwestycji kapitałowych materiałów w porównaniu z oszczędnościami operacyjnymi wynikającymi z ich efektywności energetycznej w okresie ich użytkowania, plus koszty konserwacji. Miedź często wypada dobrze w tych obliczeniach. Współczynnik zwany „intensywnością zużycia miedzi” jest miarą ilości miedzi potrzebnej do zainstalowania jednego megawata nowej mocy wytwórczej.

Druty miedziane do recyklingu

Planując nową elektrownię odnawialną, inżynierowie i osoby odpowiedzialne za specyfikacje produktów starają się uniknąć niedoborów w dostawach wybranych materiałów. Według United States Geological Survey , zasoby miedzi w ziemi wzrosły o ponad 700% od 1950 r., z prawie 100 mln ton do 720 mln ton w 2017 r., pomimo faktu, że światowe zużycie miedzi rafinowanej wzrosło ponad trzykrotnie w ciągu ostatnich 50 lat . Zasoby miedzi szacuje się na ponad 5 miliardów ton.

Zwiększenie podaży z wydobycia miedzi wynika z faktu, że ponad 30 procent miedzi zainstalowanej w ciągu ostatniej dekady pochodziło ze źródeł pochodzących z recyklingu. Jego wskaźnik recyklingu jest wyższy niż w przypadku jakiegokolwiek innego metalu.

W artykule omówiono rolę miedzi w różnych systemach wytwarzania energii odnawialnej.

Architektura

Miedziany dach ratusza w Minneapolis , pokryty patyną
Stare naczynia miedziane w jerozolimskiej restauracji
Duża miska miedziana. Dhankar Gompa .

Miedź była używana od czasów starożytnych jako trwały, odporny na korozję i warunki atmosferyczne materiał architektoniczny. Dachy , obróbki blacharskie , rynny deszczowe , rury spustowe , kopuły , iglice , sklepienia i drzwi są wykonywane z miedzi od setek lub tysięcy lat. Zastosowanie miedzi w architekturze zostało rozszerzone w czasach nowożytnych, obejmując okładziny ścian wewnętrznych i zewnętrznych, dylatacje budowlane , ekranowanie częstotliwości radiowych oraz antybakteryjne i dekoracyjne produkty wewnętrzne, takie jak atrakcyjne poręcze, armatura łazienkowa i blaty. Niektóre inne ważne zalety miedzi jako materiału architektonicznego obejmują niski ruch termiczny , lekkość, ochronę przed wyładowaniami atmosferycznymi i możliwość recyklingu

Charakterystyczna naturalna zielona patyna metalu od dawna jest pożądana przez architektów i projektantów. Końcowa patyna jest szczególnie trwałą warstwą, która jest wysoce odporna na korozję atmosferyczną, chroniąc w ten sposób leżący pod spodem metal przed dalszymi warunkami atmosferycznymi. Może to być mieszanina związków węglanowych i siarczanowych w różnych ilościach, w zależności od warunków środowiskowych, takich jak kwaśne deszcze zawierające siarkę. Miedź architektoniczna i jej stopy można również „wykończyć”, aby uzyskać określony wygląd, dotyk lub kolor. Wykończenia obejmują mechaniczną obróbkę powierzchni, chemiczne barwienie i powłoki.

Miedź ma doskonałe właściwości lutowania i lutowania oraz może być spawana ; najlepsze wyniki uzyskuje się przy spawaniu łukiem metalowym w osłonie gazowej .

Antybiofouling

Miedź jest biostatyczna , co oznacza, że ​​bakterie i wiele innych form życia nie będzie się na niej rozwijać. Z tego powodu od dawna jest używany do wyściełania części statków w celu ochrony przed skorupiakami i małżami . Pierwotnie był używany w czystej postaci, ale od tego czasu został zastąpiony farbą na bazie metalu i miedzi firmy Muntz. Podobnie, jak wspomniano w stopach miedzi w akwakulturze , stopy miedzi stały się ważnymi materiałami sieciowymi w branży akwakultury , ponieważ mają działanie przeciwdrobnoustrojowe i zapobiegają biofoulingowi , nawet w ekstremalnych warunkach, oraz mają silne właściwości strukturalne i odporne na korozję w środowiskach morskich.

Antybakteryjne

Powierzchnie dotykowe ze stopu miedzi mają naturalne właściwości, które niszczą szeroką gamę mikroorganizmów (np. E. coli O157:H7, oporny na metycylinę Staphylococcus aureus ( MRSA ), Staphylococcus , Clostridium difficile , wirus grypy A , adenowirus , SARS-Cov-2 i grzybów ). Indianie używali miedzianych naczyń do przechowywania wody od czasów starożytnych, jeszcze zanim współczesna nauka zdała sobie sprawę z ich właściwości przeciwdrobnoustrojowych. Udowodniono, że niektóre stopy miedzi zabijają ponad 99,9% bakterii chorobotwórczych w ciągu zaledwie dwóch godzin, jeśli są regularnie czyszczone. Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) zatwierdziła rejestrację tych stopów miedzi jako „ materiałów przeciwdrobnoustrojowych przynoszących korzyści dla zdrowia publicznego”; ta aprobata umożliwia producentom zgłaszanie roszczeń prawnych w zakresie korzyści dla zdrowia publicznego wynikających z produktów wykonanych z zarejestrowanych stopów. Ponadto EPA zatwierdziła długą listę produktów z miedzi przeciwdrobnoustrojowej wykonanych z tych stopów, takich jak poręcze łóżek, poręcze , stoliki nadłóżkowe, zlewozmywaki , krany , klamki do drzwi , sprzęt toaletowy , klawiatury komputerowe , wyposażenie klubów fitness i koszyki na zakupy uchwyty (pełna lista znajduje się w części: Antybakteryjne powierzchnie dotykowe ze stopu miedzi#Zatwierdzone produkty ). Miedziane klamki do drzwi są używane przez szpitale w celu ograniczenia przenoszenia chorób, a choroba legionistów jest tłumiona przez miedziane rurki w systemach hydraulicznych. Produkty ze stopów miedzi przeciwdrobnoustrojowej są obecnie instalowane w placówkach opieki zdrowotnej w Wielkiej Brytanii, Irlandii, Japonii, Korei, Francji, Danii i Brazylii, a także w Stanach Zjednoczonych oraz w metrze w Santiago w Chile, gdzie poręcze ze stopu miedzi i cynku zainstalowano na około 30 stacjach w latach 2011–2014. Włókna tekstylne można mieszać z miedzią, tworząc tkaniny chroniące przed drobnoustrojami.

Inwestowanie spekulacyjne

Miedź może być wykorzystywana jako inwestycja spekulacyjna ze względu na przewidywany wzrost jej wykorzystania wynikający z ogólnoświatowego rozwoju infrastruktury oraz ważną rolę, jaką odgrywa w produkcji turbin wiatrowych , paneli słonecznych i innych odnawialnych źródeł energii. Innym powodem przewidywanego wzrostu popytu jest fakt, że samochody elektryczne zawierają średnio 3,6 razy więcej miedzi niż samochody konwencjonalne, chociaż wpływ samochodów elektrycznych na popyt na miedź jest przedmiotem dyskusji. Niektórzy ludzie inwestują w miedź za pośrednictwem akcji wydobywających miedź, funduszy ETF i kontraktów futures . Inni przechowują fizyczną miedź w postaci miedzianych sztabek lub krążków, chociaż zazwyczaj mają one wyższą premię w porównaniu z metalami szlachetnymi. Ci, którzy chcą uniknąć płacenia premii za miedź kruszcową, alternatywnie przechowują stare druty miedziane , rurki miedziane lub amerykańskie pensy wyprodukowane przed 1982 rokiem .

Medycyna ludowa

Miedź jest powszechnie stosowana w biżuterii, a według niektórych wierzeń miedziane bransoletki łagodzą objawy zapalenia stawów . W jednym badaniu dotyczącym choroby zwyrodnieniowej stawów i jednym badaniu dotyczącym reumatoidalnego zapalenia stawów nie stwierdzono różnic między miedzianą bransoletką a kontrolną (niemiedzianą) bransoletką. Nie ma dowodów na to, że miedź może być wchłaniana przez skórę. Gdyby tak było, mogłoby to doprowadzić do zatrucia miedzią .

Odzież kompresyjna

Ostatnio na rynku pojawiła się odzież uciskowa z wplecioną miedzią z oświadczeniami zdrowotnymi podobnymi do oświadczeń medycyny ludowej. Ponieważ odzież uciskowa jest skutecznym sposobem leczenia niektórych dolegliwości, odzież może przynosić tę korzyść, ale dodana miedź może nie przynosić żadnych korzyści poza efektem placebo .

Degradacja

Chromobacterium violaceum i Pseudomonas fluorescens mogą mobilizować stałą miedź jako związek cyjankowy. Grzyby mikoryzowe wrzosowate związane z Calluna , Erica i Vaccinium mogą rosnąć w metalonośnych glebach zawierających miedź. Grzyb ektomikoryzowy Suillus luteus chroni młode sosny przed toksycznością miedzi. Stwierdzono , że próbka grzyba Aspergillus niger wyrastająca z roztworu do wydobywania złota zawiera cyjanowe kompleksy takich metali, jak złoto, srebro, miedź, żelazo i cynk. Grzyb odgrywa również rolę w rozpuszczaniu siarczków metali ciężkich.

Rola biologiczna

Bogate źródła miedzi obejmują ostrygi, wątrobę wołową i jagnięcą, orzechy brazylijskie, melasę z czarnego paska, kakao i czarny pieprz. Dobrym źródłem są homary, orzechy i nasiona słonecznika, zielone oliwki, awokado i otręby pszenne.

Biochemia

Białka miedzi odgrywają różne role w biologicznym transporcie elektronów i transporcie tlenu, procesach wykorzystujących łatwą wzajemną konwersję Cu(I) i Cu(II). Miedź jest niezbędna w oddychaniu tlenowym wszystkich organizmów eukariotycznych . W mitochondriach występuje w oksydazie cytochromu c , która jest ostatnim białkiem fosforylacji oksydacyjnej . Oksydaza cytochromu c jest białkiem, które wiąże O2 między miedzią a żelazem; białko przenosi 8 elektronów do cząsteczki O 2 , aby zredukować ją do dwóch cząsteczek wody. Miedź znajduje się również w wielu dysmutazach ponadtlenkowych , białkach, które katalizują rozkład nadtlenków , przekształcając je (przez dysproporcjonowanie ) w tlen i nadtlenek wodoru :

  • Cu 2+ -SOD + O 2 → Cu + -SOD + O 2 (redukcja miedzi; utlenianie nadtlenku)
  • Cu + -SOD + O 2 + 2H + → Cu 2+ -SOD + H 2 O 2 (utlenianie miedzi; redukcja nadtlenku)

Hemocyjanina białkowa jest nośnikiem tlenu u większości mięczaków i niektórych stawonogów , takich jak podkowiasty ( Limulus polyphemus ). Ponieważ hemocyjanina jest niebieska, organizmy te mają raczej niebieską krew niż czerwoną hemoglobinę opartą na żelazie . Strukturalnie spokrewnione z hemocyjaninami są lakazy i tyrozynazy . Zamiast odwracalnie wiązać tlen, białka te hydroksylują substraty, co ilustruje ich rola w tworzeniu lakierów . Biologiczna rola miedzi rozpoczęła się wraz z pojawieniem się tlenu w atmosferze ziemskiej. Kilka białek miedzi, takich jak „niebieskie białka miedzi”, nie oddziałuje bezpośrednio z substratami; stąd nie są enzymami. Białka te przekazują elektrony w procesie zwanym przenoszeniem elektronów .

Fotosynteza działa poprzez rozbudowany łańcuch transportu elektronów w błonie tylakoidów . Centralnym ogniwem tego łańcucha jest plastocyjanina , białko niebieskiej miedzi.

W reduktazie podtlenku azotu znaleziono unikalne czterojądrowe centrum miedzi .

Związki chemiczne, które zostały opracowane do leczenia choroby Wilsona, zostały zbadane pod kątem zastosowania w terapii raka.

Odżywianie

Miedź jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym w roślinach i zwierzętach, ale nie we wszystkich mikroorganizmach. Organizm człowieka zawiera miedź na poziomie około 1,4 do 2,1 mg na kg masy ciała.

Wchłanianie

Miedź jest wchłaniana w jelitach, a następnie transportowana do wątroby związana z albuminami . Po przetworzeniu w wątrobie miedź jest rozprowadzana do innych tkanek w drugiej fazie, w której bierze udział białko ceruloplazmina , przenoszące większość miedzi we krwi. Ceruloplazmina przenosi również miedź, która jest wydzielana z mlekiem i jest szczególnie dobrze wchłaniana jako źródło miedzi. Miedź w organizmie normalnie podlega krążeniu jelitowo-wątrobowemu (około 5 mg dziennie w porównaniu z około 1 mg dziennie wchłanianym z pożywieniem i wydalanym z organizmu), a w razie potrzeby organizm jest w stanie wydalić nadmiar miedzi z żółcią , który przenosi pewną ilość miedzi z wątroby, która nie jest ponownie wchłaniana przez jelita.

Zalecenia dietetyczne

Amerykański Instytut Medycyny (IOM) zaktualizował szacunkowe średnie zapotrzebowanie (EAR) i zalecane dzienne spożycie (RDA) miedzi w 2001 r. Jeśli nie ma wystarczających informacji do ustalenia EAR i RDA, stosuje się oszacowanie oznaczone jako odpowiednie spożycie (AI). Zamiast. AI dla miedzi to: 200 μg miedzi dla samców i samic w wieku 0-6 miesięcy oraz 220 μg miedzi dla samców i samic w wieku 7-12 miesięcy. Dla obu płci RDA dla miedzi to: 340 μg miedzi dla dzieci w wieku 1–3 lat, 440 μg miedzi dla dzieci w wieku 4–8 lat, 700 μg miedzi dla dzieci w wieku 9–13 lat, 890 μg miedzi dla dzieci w wieku 14– 18 lat i 900 μg miedzi dla osób w wieku 19 lat i starszych. W przypadku ciąży 1000 μg. W okresie laktacji 1300 μg. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, IOM ustala również tolerowane górne poziomy spożycia (UL) dla witamin i minerałów, gdy dowody są wystarczające. W przypadku miedzi UL ustalono na 10 mg/dzień. Łącznie EAR, RDA, AI i UL są określane jako dietetyczne referencyjne wartości spożycia .

Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) odnosi się do zbiorczego zestawu informacji jako do referencyjnych wartości spożycia, z referencyjnym populacyjnym spożyciem (PRI) zamiast RDA i średnim zapotrzebowaniem zamiast EAR. AI i UL zdefiniowano tak samo jak w Stanach Zjednoczonych. Dla kobiet i mężczyzn w wieku 18 lat i starszych AIs ustalono odpowiednio na 1,3 i 1,6 mg dziennie. AI dla ciąży i laktacji wynosi 1,5 mg / dzień. W przypadku dzieci w wieku 1–17 lat AI wzrasta wraz z wiekiem z 0,7 do 1,3 mg dziennie. Te AI są wyższe niż RDA w USA. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności dokonał przeglądu tego samego pytania dotyczącego bezpieczeństwa i ustalił UL na 5 mg/dzień, co stanowi połowę wartości amerykańskiej.

Do celów etykietowania żywności i suplementów diety w USA ilość w porcji jest wyrażona jako procent dziennej wartości (%DV). Do celów etykietowania miedzi 100% dziennej wartości wynosiło 2,0 mg, ale od 27 maja 2016 r. Zmieniono ją na 0,9 mg, aby dostosować ją do RDA. Tabela starych i nowych wartości dziennych dla dorosłych znajduje się na stronie Referencyjne dzienne spożycie .

Niedobór

Ze względu na swoją rolę w ułatwianiu wchłaniania żelaza, niedobór miedzi może powodować objawy podobne do anemii , neutropenię , nieprawidłowości kostne, hipopigmentację, zaburzenia wzrostu, zwiększoną częstość infekcji, osteoporozę, nadczynność tarczycy oraz nieprawidłowości w metabolizmie glukozy i cholesterolu. I odwrotnie, choroba Wilsona powoduje gromadzenie się miedzi w tkankach ciała.

Poważny niedobór można stwierdzić, badając niski poziom miedzi w osoczu lub surowicy, niski poziom ceruloplazminy i niski poziom dysmutazy ponadtlenkowej krwinek czerwonych; nie są one wrażliwe na krańcowy status miedzi. „Aktywność oksydazy cytochromu c leukocytów i płytek krwi” została określona jako kolejny czynnik niedoboru, ale wyniki nie zostały potwierdzone przez replikację.

Toksyczność

Kilogramowe ilości różnych soli miedzi zostały pobrane podczas prób samobójczych i spowodowały ostrą toksyczność miedzi u ludzi, prawdopodobnie z powodu cykli redoks i wytwarzania reaktywnych form tlenu , które uszkadzają DNA . Odpowiednie ilości soli miedzi (30 mg/kg) są toksyczne dla zwierząt. Zgłoszono, że minimalna wartość dietetyczna dla zdrowego wzrostu królików wynosi co najmniej 3 ppm w diecie. Jednak wyższe stężenia miedzi (100 ppm, 200 ppm lub 500 ppm) w diecie królików mogą korzystnie wpływać na efektywność wykorzystania paszy , tempo wzrostu i procentową zawartość tuszki.

Przewlekła toksyczność miedzi zwykle nie występuje u ludzi z powodu systemów transportu, które regulują wchłanianie i wydalanie. Autosomalne recesywne mutacje w białkach transportujących miedź mogą wyłączyć te systemy, prowadząc do choroby Wilsona z nagromadzeniem miedzi i marskości wątroby u osób, które odziedziczyły dwa wadliwe geny.

Podwyższony poziom miedzi został również powiązany z pogorszeniem objawów choroby Alzheimera .

Narażenie ludzi

W Stanach Zjednoczonych Urząd ds. Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA) wyznaczył dopuszczalną wartość graniczną (PEL) dla pyłu i oparów miedzi w miejscu pracy jako średnią ważoną w czasie (TWA) wynoszącą 1 mg/m 3 . Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (NIOSH) ustalił zalecaną wartość graniczną narażenia (REL) na 1 mg/m 3 , średnią ważoną w czasie. Wartość IDLH (bezpośrednio niebezpieczna dla życia i zdrowia) wynosi 100 mg/m 3 .

Miedź jest składnikiem dymu tytoniowego . Roślina tytoniu łatwo wchłania i gromadzi w liściach metale ciężkie , takie jak miedź, z otaczającej gleby. Są one łatwo wchłaniane przez organizm użytkownika po wdychaniu dymu. Konsekwencje zdrowotne nie są jasne.

Zobacz też

Bibliografia

Notatki

Diagramy Pourbaix dla miedzi
Miedź w wodzie pourbiax diagram.png
Miedź w mediach siarczkowych pourbiax diagram.png
Miedź w 10M amoniaku pourbiax diagram.png
Miedź w mediach chlorkowych więcej miedzi pourbiax.png
w czystej wodzie lub w środowisku kwaśnym lub zasadowym. Miedź w neutralnej wodzie jest bardziej szlachetna niż wodór. w wodzie zawierającej siarczki w 10 M roztworze amoniaku w roztworze chlorku

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne