Медта е химичен елемент с атомен номер 29 и символ Cu (). Представлява мек и ковък метал с изключително добра топлопроводимост и електропроводимост. В неокислено състояние има червеникаво-оранжев цвят, а изложена на влиянието на въздуха се покрива с плътен слой зеленикава патина.
Един от най-широко използваните метали, медта намира широко приложение като проводник на топлина и електричество, като строителен материал и като съставна част на различни сплави. Медта и нейните сплави са известни на хората от хилядолетия. През Римската епоха основен източник на мед в Средиземноморието е остров Кипър, откъдето идва и латинското име на метала. Съединенията на медта, най-вече нейните соли, които придават син или зелен цвят на минерали като тюркоаза, в миналото са използвани широко като оцветители.
Медните йони са разтворими във вода и в ниски концентрации се използват като бактериостатично вещество, фунгицид и импрегнант за дървесина. В същото време те са важно вторично хранително вещество за всички висши растения и животните, при които медта се използва в черния дроб, мускулите и костите. В по-голямо количество медните йони са отровни и за висшите организми.
История Откриване Медта е първият метал, който е бил известен след палеолитния и неолитния период. В началото на следващия исторически период, наричан каменно-медна епоха, са се използвали мед и камък за направата на изделия. В началото медта е била използвана за малки украшения. Първите сведения за използването на медта са от Източен Анадол от 6500 г. пр.н.е. и скоро тя се разпространява на други места. Около средата на 4000 г. пр.н.е. се развива бързо металургията на отлети медни инструменти и оръжия, което е фактор за заселването на Месопотамия. Около 3000 г. пр.н.е. използването на медта е добре известно в Средния изток и се разширява на запад към Средиземноморието и неолитните европейски култури. Европейските занаятчии откриват, че медните сплави с калай и цинк са здрави, твърди и се обработват лесно. Поради това намалява използването на чиста мед.
Наименование Древните римляни използвали медта на остров Кипър. Тя е била известна като „Aes Cyprum“ (метал на Кипър), или просто „cypruim“, а по-късно – „cuprum“
На български медта е известна и под остарялото наименование „бакър“.бакър в речник на българския език от ИБЕ към БАН.
Наличност в природата
Наличната в природата мед е резултат от процесите на ядрен синтез, протичащи в масивните звезди. На Земята медта е сред относително рядко срещаните метали, като средната концентрация на мед в земната кора е 50 към 1 милион.
Разпространението на медта в земната кора е 0,05% по маса, с което се нарежда около 27-о място по разпространеност. В чист вид се среща рядко.
В природата медта се среща като съставна част на различни минерали или в редки случаи като самородна мед. Самородната мед е поликристална, като най-големият регистриран единичен кристал има размери 4,4×3,2×3,2 cm. Най-голямата компактна маса чиста мед е с маса 420 тона и е открита през 1857 година в американския щат Мичиган.
Най-често медта се среща във вид на различни минерали, като участва в над 250 от тях. Халкопиритът (CuFeS2), халкоцитът (Cu2S), тетраедритът (Cu12Sb4S13) и енаргитът (Cu3AsS4) са медни сулфиди, азуритът (Cu3(CO3)2(OH)2) и малахитът (Cu2CO3(OH)2) са медни карбонати, а купритът (Cu2O) е меден оксид. Хрикалозата (Cu2H2SiO5(OH)4•2H2O) е хидроксид. Някои медни минерали се смятат за скъпоценни.
Физични свойства
Медта, среброто и златото са част от група 11 на периодичната система и споделят някои общи свойства: те имат по един s-електрон над изцяло запълнен d-електронен подслой и се характеризират с висока пластичност и електропроводимост. Запълнените d-подслоеве на тези елементи не допринасят много за междуатомните взаимодействия, които се определят от s-електроните, образуващи метални връзки. За разлика от металите с непълни d-подслоеве, металните връзки при медта нямат ковалентен характер и са относително слаби. Това обяснява ниската твърдост и високата пластичност на единичните медни кристали. В макроскопичен мащаб предизвикването на дефекти в кристалната решетка ограничава пълзенето на материала при подлагане на механични напрежения и по този начин увеличава неговата твърдост. По тази причина медта обикновено се използва в дребнозърнеста поликристална форма, която има по-голяма якост от монокристалните форми. Обикновената мед кристализира в кубична стеноцентрирана решетка с плътност 8,933 g/cm3 при 20 °C.
Ниската твърдост на медта частично обяснява нейната висока електропроводимост (59,6×106 S/m) и топлопроводимост, втори по големина сред чистите метали при стайна температура след среброто. Съпротивлението на пренос на електрони в металите при стайна температура се дължи главно на разсейването на електроните при температурните вибрации на кристалната решетка, които са относително слаби при меки метали. Максималната допустима плътност на електрическия ток при непокрита мед е около 3,1×106 A/m2 – над това ниво материалът започва силно да се нагрява. Както и при останалите метали, поставянето на медта в контакт с друг метал предизвиква галванична корозия.
Заедно със синкавия осмий и жълтото злато, медта е един от трите чисти метала, чийто естествен цвят не е сив или сребрист. Чистата мед е оранжево-червена с метален блясък и се покрива с червеникав слой при излагане на въздух. Характерният цвят на медта се дължи на електронните преходи между запълнения 3d и полупразния 4s електронен подслой – разликата в енергиите между тези подслоеве съответства на оранжевата светлина. Същият механизъм е причината и за жълтия цвят на златото.
Температурата на топене на медта е приета за фиксирана точка по ITS-90 при калибровка на термометри.
Изотопи Медта има 29 изотопа, от които само два стабилни – 63Cu и 65Cu. Тези два изотопа имат спин 3/2, като на 63Cu се падат около 69 % от срещащата се в природата мед.
Останалите изотопи на медта са радиоактивни, като най-стабилен сред тях е 67Cu с период на полуразпад 61,83 часа. Установени са седем метастабилни изотопа, сред които 68mCu е най-траен с период на полуразпад 3,8 минути. Изотопите с масово число над 64 се разпадат чрез β- разпад, а тези с масово число под 64 – чрез β+ разпад. 64Cu, който има период на полуразпад 12,7 часа, се разпада и по двата начина. Останалите изтопи имат период на полуразпад минути, секунди или части от секундата.
Сред радиоактивните изотопи на медта по-съществено приложение имат 62Cu и 64Cu. 64Cu служи за рентгеноконтрастен препарат в ренгтенографията, а в съчетание с хелати се използва за радиотерапия на рак. 62Cu се използва в позитронната томография.
Химични свойства
Медта е химичен елемент, член на 11-а група под номер 29. Има атомно тегло 63,546 и електронна структура 1s22s22p63s23p63d104s1. В сравнение с никела, се прибавят два електрона в 3d-подобвивката и се отнема един от 4s-подобвивката.
Химическата активност на медта не е голяма и тя се определя като полублагороден метал.
Медта образува голямо разнообразие от химични съединения със степени на окисление +1 и +2 (по-стабилна), които се наричат съответно купросъединения и куприсъединения. При специални условия са възможни +3 и +4 степен на окисление. Тя не реагира с водата, но в контакт с атмосферния кислород протича бавна реакция, която покрива медта със слой от кафяво-черен меден оксид. За разлика от окисляването на желязото, оксидният слой при медта е плътен и не позволява развитие на корозията в дълбочина. Зелената патина, която може да се види по стари сгради и съоръжения, като Статуята на свободата, най-големият меден паметник в света, представлява меден карбонат, образуван от реакция на медта с атмосферния въглероден диоксид.
Сероводородът и сулфидните йони също могат да реагират с медта, образувайки различни медни сулфиди по нейната повърхност. Тези реакции, наблюдавани при повишено съдържание на сяра във въздуха, могат да предизвикат сериозна корозия на медта. Кислородсъдържащите амонячни разтвори образуват с медта водоразтворими вещества, кислородът и солната киселина – медни хлориди, а диводородният пероксид – медни соли.
Във въздух и при стайна температура медта почти не се окислява. Забележимо взаимодействие с кислорода от въздуха започва около 200 °C по схемата: Cu → Cu2O → CuO, като до 377 °C се образува Cu2O, а над тази температура – CuO. На влажен въздух, в присъствието на CO2, се образува зелен слой (Cu(OH)2•CuCO3), а в присъствието на SO3 – CuSO4•3Cu(OH)2. В среда на сероводород се образува черен слой от меден сулфид. Медта реагира с H2, N2, C и Si. При обдухване на медта с амоняк се образува меден нитрид (Cu3N). Активно реагира с халогените, образувайки съответните соли. Реагира само с киселини със силно окислително действие. Със солна, разредена сярна и оцетна киселина реагира в присъствието на окислители до съответните Cu2+ соли. В азотна киселина образува нитрида Cu(NO3)2 и оксиди на азота, а в гореща концентрирана сярна киселина се образуват CuSO4 и SO2.
Съединения Известни са два вида медни съединения – купросъединения (Cu1+) и куприсъединения (Cu2+).
Всички съединения на медта са отровни. Попаднали в организма, предизвикват повръщане.
Купросъединения Те са неустойчиви, особено в присъствието на влага. Лесно се окисляват до куприсъединения, поради което действат като редуктори. Малко разтворимите във вода купросъединения се разтварят в цианиди, амоняк и др., образувайки комплекси.
Силно разтворимите соли на Cu(I) са нестабилни, защото при достигане на големи концентрации Cu+ търпи диспропорциониране:
2Cu^+ <-> Cu^2+ + Cu
Димеден оксид – Cu2O Той е червено, пожълтяващо и стареещо при стриване, неразтворимо във вода вещество. Топи се при 1230 °C. Има обемноцентрична кубична кристална решетка, изградена т кислородни атоми, всеки от които е обграден с 4 тетраедрично разположени медни атоми. В природата се среща като червена медна руда – куприт. Cu2O се получава при загряване на меден оксид до 800 °C. Димедният оксид се използва като пигмент в бои за боядисване на кораби. Той е отровен и не позволява на морските животни да се полепват по дъната им. Cu2O е най-трайното и приложимо съединение на едновалентната мед. Получава се от елементарна мед или при редукция на комплексни куприсъединения, например фелингов развтор. Друг възможен метод е редуциране на разтвори на куприсъединения. Използва се за оцветяване на стъкло и емайл в червен цвят.
Меден хидроксид – CuOH При електролиза на натриев хлорид с медни електроди в разтвора се получава CuOH. Представлява разтворима в киселини бяла утайка.
Купрохалогениди Медните(I) халогениди са бели малко разтворими утайки, като най-стабилен е CuI. Те се разтварят в амоняк, както и в разтвори с излишък на халогенидни йони, като водят до образуването на комплекси – [Cu(NH3)2], [CuCl2]-, [CuCl3]2-, [CuCl4]3-.
Меден хлорид може да се получи от термична редукция на меден дихлорид с медни стружки в разтвор на солна киселина:
CuCl2 + Cu ->[{T}][\ce{HCl_{(aq)}}] 2CuCl
Представлява бял прах, неразтворим във вода. В разтвор на концентрирана солна киселина CuCl адсорбира CO. При контакт с въздуха се окислява до зелен меден дихлорид. С амоняк образува комплексно съединение, което се използва в газовия анализ за адсобрция на въглероден оксид:
CuCl2 + 2 NH3 -> [Cu(NH3)2]Cl.
Други купросъединения Други малко разтворими купросъединения са Cu2S – черен, Cu2Se, Cu2Te и белият CuCN, който може да се получи от разтвори на Cu2+ с алкален цианид. В излишък от цианида CuCN се разтваря и образува комплекси – [Cu(CN)2]- [Cu(CN)3]2- [Cu(CN)4]3-.
Куприсъединения Те са трайни на въздух и трудно се редуцират до купросъединения. Всички са синьо оцветени заради купритетрахидратния катион [Cu(H2O)4]2+.
Меден оксид – CuO