Měď

Vydáno: 16. 12. 2013; Poslední aktualizace: 03. 01. 2024; Autor: Zdeněk Moravec

Měď je načervenalý, kovový prvek, který je znám a používán již od starověku. První známky o využívání mědi člověkem pocházejí z období 5000 – 4000 let př.n.l. V přírodě ji nacházíme např. v malachitu.

Atomové číslo29Počet stabilních izotopů2
Atomová hmotnost63,546Elektronová konfigurace[Ar] 3d10 4s1
Teplota tání [°C]1084,62Teplota varu [°C]2562
Elektronegativita1,90Hustota [g.cm-3]8,94
Vlastnosti mědi

Měď je z kovů 11. skupiny nejméně ušlechtilá, lze to demonstrovat pomocí hodnoty elektrodového potenciálu:

Cu2+/Cu0,337
Ag+/Ag0,80
Au+/Au1,83

Izotopy mědi

Přírodní měď se skládá ze dvou stabilních izotopů, dále známe 27 radioizotopů. Radioizotopem s nejdelším poločasem přeměny je 67Cu (61,83 hodiny).[7]

IzotopZastoupení [%]
63Cu69,15
65Cu30,85

Výroba mědi

Velká část mědi se získává recyklací, z přírodních zdrojů se využívají hlavně sulfidické rudy, např. chalkocit (Cu2S) nebo chalkopyrit (CuFeS2). Ty se praží na vzduchu, čímž dochází k částečné oxidaci:

2 Cu2S + O2 → 2 Cu2O + SO2

Oxid je poté redukován sulfidem za vzniku surové mědi, uvolněný oxid siřičitý se využívá při výrobě kyseliny sírové.

2 Cu2O + Cu2S → 6 Cu + SO2

Surová měď se následně čistí elektrolýzou, jako elektrolyt slouží modrá skalice, CuSO4.5H2O.

Těžba a výroba mědi

Využití

Měděné vodiče

Měď je velmi důležitá pro konstrukci vodičů elektrického proudu, využívá se již od 20. let 18. století. V současnosti (2017) se s měděnými kabely můžeme potkat při výrobě elektrické energie, jejím přenosu, v telekomunikační technice, elektronických obvodech a mnoha dalších aplikacích.

Měděný koaxiální kabel
Měděný koaxiální kabel. Zdroj: Averse/commons

Měď má nejvyšší elektrickou vodivost z běžných kovů: 16,78 nΩ·m při 20 °C.

Na dostupnosti mědi jsou silně závislé plány přechodu na zelené zdroje energie a na decentralizaci energetických zdrojů. Na začátku roku 2024 byl předpovězen prudký nárůst ceny mědi.[8]

Chemické vlastnosti

Měď se nerozpouští v neoxidujících kyselinách bez přítomnosti vzduchu, jedinou výjimkou je horká koncentrovaná kyselina sírová s níž reaguje podle rovnice:

Cu + 2 H2SO4 → SO2 + CuSO4 + 2 H2O

Měď vytváří sloučeniny v oxidačních číslech 0, I, II, III a IV.

Sloučeniny v oxidačním čísle 0 jsou většinou nestabilní, příkladem může být [Cu2(CO)6], který byl izolován v matrici.[5]

Sloučeniny v oxidačním čísle I, mědné sloučeniny, jsou poměrně běžné a mají značný význam. Ion Cu+ má v nich konfiguraci d10, tzn. že jsou diamagnetické a ve většině případů bezbarvé. Je to měkká kyselina, takže se ochotně váže s měkkými zásadami, např. sírou a fosforem, ale známy jsou i komplexy s kyslíkem a dusíkem jako donorovými atomy.

V oxidačním stavu II má měď konfiguraci d9, z toho důvodu se v měďnatých sloučeninách uplatňuje, v různé míře Jahnův-Tellerův efekt. Příkladem může být ion [Cu(bpy)3]2+, kde jsou čtyři vazby Cu-N stejně dlouhé a zbylé, axiální, dvě jsou delší.[6] Měďnatý ion v komplexních sloučeninách má koordinační číslo v rozmezí 4-6.

Struktura komplexů M(bpy)3. Zdroj: Choij/commons

Ve vysokoteplotních supravodičích typu YBCO se setkáváme s mědí v oxidačním čísle III, obecný vzorec je YBa2Cu3O7-x (x = 0-1). Další známé sloučeniny jsou např. Cs3[CuF6], KCuO2.

Oxidační číslo IV nacházíme u mědi vzácně, lze jej dosáhnout např. fluorací CsCuCl3 při 250 °C, která poskytuje červenou sloučeninu Cs2CuF6. Měď má v tomto komplexu konfiguraci d7 a oktaedr je deformován vlivem Jahnova-Tellerova efektu.

2 CsCuCl3 + 2 CsF + 5 F2 → 2 Cs2CuF6 + Cl2

Modrá skalice

Jako modrá skalice se označuje pentahydrát síranu měďnatého, CuSO4 . 5 H2O, který krystaluje jako modrá látka. V bezvodém stavu je bílý. Používá se jako herbicid a fungicid.

Dehydratace modré skalice probíhá ve dvou krocích, jak je vidět z termogravimetrické křivky:

Termogravimetrická křivka termického rozkladu modré skalice

Modrou skalici nelze připravit přímou reakcí mědi s kyselinou sírovou. Elektrodový potenciál mědi je kladný (+0,34 V), proto nedokáže vytěsnit vodík z neoxidující kyseliny. Přípravu lze provést reakcí s koncentrovanou kyselinou sírovou za horka. Nejprve dochází k oxidaci a následně ke vzniku síranu:

Cu + H2SO4 → CuO + SO2 + H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

Celková rovnice je tedy:

Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2 H2O

Alternativní možností je využití kyseliny dusičné k oxidaci:

Cu + 2 HNO3 → CuO + 2 NO + H2O
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

Biochemie

Měď je součástí hemocyaninu, bílkoviny, která má u některých měkkýšů podobnou funkci jako hemoglobin u savců. Obsahuje dva ionty mědi, v oxidovaném stavu jde o měďnaté ionty, v redukovaném o měďné. Také se nachází v superoxid dismutázách, kde slouží k přeměně toxického superoxidu na méně toxický peroxid, který je následně rozkládán dalšími enzymy.

Hemocynin. Zdroj: Commons

Dospělý člověk má v těle přibližně 1,4-2,1 mg mědi na kilogram hmotnosti, kterou je potřeba doplňovat stravou.

NMR

Standardem je roztok [Cu(CH3CN)4][ClO4].

63Cu NMR

Toto jádro se měří častěji, protože je citlivější než 65Cu, ale poskytuje mírně širší signály.

Spin3/2
Zastoupení v přírodě69,17 %
Jaderný magnetický moment+2,22329
Rozsah chemických posunů-300 až 800 ppm
Relativní citlivost k 1H0,0650
Relativní citlivost k 13C382

65Cu NMR

Méně citlivé jádro než 63Cu, ale poskytuje užší signály.

Spin3/2
Zastoupení v přírodě30,83 %
Jaderný magnetický moment+2,38167
Rozsah chemických posunů-300 až 800 ppm
Relativní citlivost k 1H0,0354
Relativní citlivost k 13C208

Odkazy

  1. Měď na české wikipedii
  2. Měď na anglické wikipedii
  3. Copper NMR
  4. Origin of the Exotic Blue Color of Copper-Containing Historical Pigments
  5. Huber, H.; Kündig, E.P.; Moskovits, M.; Ozin, G.A. J. Am. Chem. Soc. 197497, 2097-2106. DOI: 10.1021/ja00841a017
  6. Wolciechowska, A.; Pietraszko, A.; Bronowska, W.; Staszak, Z.; Jeziersk, J. ; Cieslak-Golonka, M. Polyhedron 201029, 2574-2581. DOI: 10.1016/j.poly.2010.06.003
  7. Isotopes of copper
  8. Copper could skyrocket over 75% to record highs by 2025 — brace for deficits, analysts say

Navigace

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr