Chimie de cuivre
« Depuis près de 5000 années de cuivre est le seul métal connu à l'homme. Aujourd'hui, il est l'un des plus utilisés et réutilisés de nos métaux modernes. »
Les humains d'abord utilisé le cuivre il y a environ 10.000 ans. Un pendentif en cuivre découvert en Irak du Nord est remonteraient à environ 8700 av. L'homme préhistorique cuivre probablement utilisé pour la fabrication d'armes. Les anciens Egyptiens aussi semblait avoir apprécié la résistance à la corrosion du métal. Ils ont utilisé des bandes de cuivre et des clous dans la construction navale et des tuyaux en cuivre ont été utilisés pour transporter de l'eau. Certains de ces objets subsisté jusqu'à nos jours en bon état. Une estimation de la production totale de cuivre égyptienne plus de 1500 ans est de 10.000 tonnes.
Utilisation des composés de cuivre remonte également à 4000 avant JC. Le sulfate de cuivre par exemple, était un composé particulièrement important dans les premiers temps. Anciens égyptiens l'utilisaient comme mordant dans leur processus de teinture. Le composé a également été utilisé pour fabriquer des onguents et autres préparations. Par la suite, l'utilisation médicinale de sulfate de cuivre est arrivé avec sa prescription pour les maladies pulmonaires. Le sulfate de cuivre est encore largement utilisé aujourd'hui et pas d'effets secondaires nocifs de son utilisation prescrite ont été signalés.
Le cuivre est 25 e élément le plus abondant de la terre, mais l'un des premiers métaux de transition de rangée moins courants. Il se produit comme un métal rougeâtre doux qui peut être trouvé natif de gros blocs pesant plusieurs centaines de tonnes ou de minerais sulfurés. Ces derniers sont des complexes de cuivre, des mélanges de fer et de soufre en combinaison avec d'autres métaux tels que l'arsenic, le zinc et l'argent. La concentration de cuivre dans ces minerais est généralement comprise entre 0,5 à 2%.
Le cuivre se produit dans des systèmes biologiques en tant que partie du groupe prosthétique de certaines protéines. Pour des exemples de cuivre contenant des protéines voir l'article à l'origine de l'Université de Leeds, Département de biochimie et de biologie moléculaire à l'Institut Scripps.
Le pigment rouge dans le softbilled T (o) uraco Oiseau contient un complexe de porphyrine de cuivre. Le pigment est très soluble dans l'eau dans des conditions alcalines et il a été signalé en 1952 que les tentatives faites par les soigneurs de se laver un oiseau a donné lieu à l'eau devenant teinté de rouge.
uracos T (o) sont dits être les seuls oiseaux à posséder vraie couleur rouge et vert. En général, la couleur que vous percevez lors de l'observation des oiseaux, est due à des réflexions produites par la structure des plumes. Les pigments rouges et verts (turacin et turacoverdin) trouvés dans les plumes du T (o) uraco les deux contiennent du cuivre.
Propriétés de cuivre
Autre lien utile est aux pages du projet Géologie à l'Université. du Nevada, Reno.
L'extraction de cuivre
Le cuivre est extrait de son minerai par deux méthodes principales:
- méthode pyrométallurgique
- méthode hydrométallurgique
Cette technique est souvent utilisée dans l'extraction de minerais de sulfure. Il y a quatre grandes étapes:
- Minage et d'usinage
- Le minerai est concassé et broyé en une poudre contenant en général moins de 1% de cuivre.
Les minéraux sont concentrés dans une suspension qui est d'environ 15% de cuivre.
minéraux de cuivre sont séparées de matériau inutile par flottation en utilisant des solutions de formation de mousse.
Procédé hydrométallurgique -SX / EW
L'extraction par solvant / Électro est le processus de lixiviation le plus dominant utilisé aujourd'hui dans la récupération du cuivre à partir de solutions chimiques. Comme son nom l'indique la méthode implique deux étapes majeures:
Solvant extraction- le processus par lequel les ions de cuivre sont lixiviés ou autrement extrait du minerai brut en utilisant des agents chimiques.
électrolyse Electrowinning- d'une solution contenant des ions métalliques tels que les ions Cu au sein de celui-ci sont étalés sur la cathode et ensuite éliminés sous forme élémentaire.
Le processus se déroule dans les étapes suivantes:
- A lixivant (solution de lixiviation) est sélectionné pour être utilisé dans la lixiviation des ions Cu à partir du minerai. réactifs communs sont des acides faibles par exemple H2 SO4. H2 SO4 + Fe2 (SO4) 3. des solutions de chlorure acides, par exemple FeCl2. chlorure d'ammonium et compositions sel d'ammonium.
Des exemples de tels agents d'extraction sont le 5-nonylsalicylaldoxime et un mélange de ce composé et du 2-hydroxy-5-nonyl-acétophénone-oxime. Les réactifs disponibles dans le commerce contiennent habituellement de 5% à 10% de l'oxime dans un diluant de pétrole 90-95% tel que le kérosène.
Avant de mélanger avec le produit lixivant contiendra l'agent d'extraction du cuivre peu ou pas et est à ce stade appelé « organique stérile extractant ».
- Les ions de cuivre sont transférés de la solution de lixiviation à l'agent d'extraction organique lors du mélange des deux réactifs. Une séparation de phase a lieu pour donner une phase aqueuse et une phase organique appelée les premières aqueuses et les premières phases organiques, respectivement. La première phase aqueuse, le « raffinât », est le lixivant dépouillé de ses ions de cuivre tandis que la première phase organique est le « extractant organique chargée » à savoir l'agent d'extraction avec des ions de cuivre présents.
Une note sur Impuretés
Les effets de ces contaminants sont considérables et comprennent:
- l'augmentation du temps de séparation de phases à des étapes quand on mélange des solvants organiques et aqueux.
il en résulte une perte de organique coûteuse, car extractant une grande partie reste dans la solution aqueuse.
Utilisations de cuivre et ses composés
Le cuivre est au deuxième rang de fer dans son utilité à travers les âges. Le métal et ses composés sont utilisés dans tous les domaines de la vie de l'électricité aux industries médicales et agricoles.
Utilisations de métal de cuivre
L'industrie électrique est le bénéficiaire de la majeure partie de la production de cuivre du monde. Le métal est utilisé dans la fabrication d'appareils électriques tels que les cathodes et les fils.
D'autres utilisations comprennent:
-Toiture
-Ustensiles
-Pièces de monnaie
-Travail des métaux
-Plomberie
-bobines réfrigérateur et climatisation
-Par exemple les alliages bronze, laiton
Les composés de cuivre ont leur utilisation la plus vaste dans l'agriculture. Depuis la découverte de leur toxicité pour certains insectes, les champignons et les algues de ces composés ont été utilisés dans les insecticides, les fongicides et pour empêcher le développement d'algues dans les réservoirs d'eau potable. Ils sont donc utilisés dans la lutte contre les maladies animales et végétales. Les engrais sont souvent complétés par des composés du cuivre, par exemple sulfate de cuivre, afin d'augmenter la fertilité des sols et stimuler ainsi la croissance des cultures.
Les composés de cuivre sont également utilisés en photographie et comme colorants pour le verre et la porcelaine.
Cuivre pour une bonne santé
Le cuivre est l'un des nombreux oligo-éléments nécessaires pour une bonne santé. Il fait partie des groupes prosthétiques de nombreuses protéines et enzymes et est donc indispensable à leur bon fonctionnement. Puisque le corps ne peut synthétiser le cuivre, il doit être pris dans l'alimentation. Les noix, les graines, les céréales, la viande (par exemple le foie) et le poisson sont de bonnes sources de cuivre.
Le cuivre a également trouvé une utilisation médicinale. Il a été utilisé depuis les premiers temps dans le traitement des blessures à la poitrine et la purification de l'eau. Il a été récemment suggéré que le cuivre aide à prévenir l'inflammation associée à l'arthrite et de telles maladies. La recherche se poursuit dans les médicaments contenant du cuivre pour le traitement de cela et d'autres conditions.
Pour plus d'informations sur l'importance du cuivre pour la santé et la carence en cuivre voir mothernature et / ou de la vitamine Produits de recherche
Le cuivre présente une variété de composés, dont beaucoup sont de couleur. Les deux états d'oxydation principaux de cuivre sont 1 et 2, bien que certains 3 complexes sont connus. Cuivre composés (I) devraient être diamagnétique dans la nature et sont généralement sans couleur, sauf lorsque les résultats de la couleur de transfert de charge ou de l'anion. L'ion a une géométrie plane carrée ou tétraédrique. Dans les composés solides, le cuivre (I) est souvent l'état plus stable à des températures modérées.
Le cuivre ionique (II) est généralement de l'état plus stable dans des solutions aqueuses. Les composés de cet ion, souvent appelés composés cuivriques, sont généralement colorés. Ils sont affectés par des distorsions Jahn Teller et présentent un large éventail de stéréochimie avec quatre, cinq et six composés de coordination prédominent. L'ion 2 montre souvent la géométrie tétraédrique déformée.
Les halogénures de cuivre (I) sont peu solubles dans l'eau et une grande partie du cuivre dans une solution aqueuse est dans l'état de Cu (II). Même ainsi, la faible solubilité des composés de cuivre (I) est augmentée lors de l'addition d'ions halogénure. Le tableau ci-dessous présente quelques propriétés des halogénures de cuivre (I).
les halogénures de cuivre (II) sont des agents oxydants modérés en raison du couple de Cu (I) / Cu (II). Dans l'eau, où le potentiel est en grande partie que des aqua-complexes, il n'y a pas beaucoup de différence entre eux, mais dans des milieux non aqueux, la puissance oxydants (halogénation) augmente dans la séquence; CuF2 << CuCl2 << CuBr2 .
Ils peuvent être préparés par réaction directe avec les halogènes respectifs:
Cu + F2 → CuF2;
Cu + Cl2 / 450 C → CuCl2;
Cu + Br2 → CuBr2
Ils peuvent également être préparés à partir CuX2 .aq par chauffage -> CuX2
L'oxyde de cuivre (II) se produit naturellement comme tenorite. Ce solide cristallin noir peut être obtenu par la pyrolyse du nitrate, de l'hydroxyde ou de sels de carbonate. Il est également formé lors de cuivre en poudre est chauffé dans de l'air ou de l'oxygène. Le tableau ci-dessous présente quelques caractéristiques des oxydes de cuivre.
Redox Chimie de cuivre
Cu 2+ + e → Cu + E = 0,15 V
Cu + + e- → Cu E = 0.52V
Cu 2+ + 2e- → Cu E = 0.34V
En contrepartie de ces données, on constate que tout oxydant assez fort pour Cu covert à Cu + est plus assez forte pour convertir Cu + en Cu 2+ (0,52 voir 0.14V). On ne prévoit donc que tous les sels de Cu + stable existeront en solution aqueuse.
Dismutation peut également se produire:
2Cu → + Cu 2+ + Cu E = 0.37V ou K = 10 6
complexes de coordination
La réaction d'ions EDTA 4 avec le cuivre (II) a donné un complexe où l'EDTA a été jugée pentadentate pas hexadentés, contrairement aux autres M (II).
Na + et K + sels de [Cu (ox) 2] 2-
Cu (OH) 2 réagit avec NH3 pour donner une solution qui dissout la cellulose. Ceci est exploité dans la préparation industrielle de Rayonne. Les solutions contiennent tetrammines et pentammines. Avec de la pyridine, seuls tétramines sont formés par exemple Cu (py) 4 SO4.
La réaction du cuivre (II) avec des amino-acides a été largement étudiée. Dans presque tous les cas, le produit contient les groupes dans une configuration trans, qui devrait être plus stable. Dans le cas de la glycine, le premier produit précipité est toujours l'isomère eis qui convertit en trans sur le chauffage. Consultez le manuel de laboratoire pour C31L pour plus de détails.
Détermination analytique de cuivre (II)
Un réactif utile pour la détermination analytique de l'ion cuivre (II) est le sel de sodium de N, N-diéthyldithiocarbamate. Dans les solutions diluées d'alcool la présence de niveaux de traces de Cu 2+ est indiquée par une couleur jaune, qui peut être mesurée par un spectrophotomètre, et la concentration déterminée à partir d'un complot de la loi de Beer. Le complexe est Cu (Et2 dtc) 2. qui peut être isolé sous forme d'un solide brun.
« Complexes et la première rangée des éléments de transition », D. Nicholls
"Basic Inorganic Chemistry", coton F.A., G. Wilkinson et P.L. Gaus
"Advanced Inorganic Chemistry", coton F.A., G. Wilkinson, C. A. Murillo et M. Bochmann
« La chimie des éléments », Greenwood et Earnshaw
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