29 Cu Медь 63.546
Переходный металл d-block Period 4 Group 11

Медь

Cu · Element 29 · Coinage metals

The first metal humans smelted, and still the nervous system of the electrified world.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C Твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 63.546 u
ELECTRON CONFIGURATION [Ar] 3d¹⁰ 4s¹
28Ni All 118 30Zn

Строение

Атом медь

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место медь занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 8.96 g/cm³ 58%
Температура Плавления 1357.8 K 62%
Температура Кипения 2835 K 55%
Удельная теплоёмкость 0.385 J/g·K
Теплопроводность 401 W/m·K 99%

Атомные

Атомный Радиус 128 pm 20%
Ковалентный радиус 132 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 140 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.9 61%
Энергия ионизации 745.8 kJ/mol 61%
Сродство к Электрону 119.6 kJ/mol 77%

Распространённость

Распространённость в земной коре 60 mg/kg 79%

Идентификационные

СимволCu
Атомный номер29
Атомная масса63.546 u
КатегорияПереходный металл
Блокd
Кристаллическая структурагранецентрированная кубическая
Степени окисления+1, +2, +3, +4
ОткрытиеAncient
ПервооткрывательKnown since antiquity

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a медь atom?

Radius 128 pm — that is 0.128 nm, so about 3906 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Медь is liquid over a 1477 K window, from 1358 K to 2835 K.

Положение

Положение в таблице

Медь sits in period 4, group 11. Everything in group 11 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ

21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 30Zn 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh
All переходные металлы

История

Что такое медь и как его обнаружили

Первый металл, использованный людьми. Отличный проводник электричества.

The discovery of медь

🏺 Доисторическое происхождение: первый металл человечества

Медь стала первым металлом, который человечество начало целенаправленно использовать примерно в 9000 году до н. э. в Плодородном полумесяце. Археологические находки из Çayönü Tepesi в Турции свидетельствуют о существовании медных бусин и инструментов, появившихся ещё до возникновения земледелия. В отличие от железа и алюминия, самородная медь встречается в природе в металлическом виде, что позволяло древним людям обрабатывать её без сложных технологий выплавки.

🔥 Революция выплавки (5000 год до н. э.)

Примерно в 5000 году до н. э. цивилизации Балкан и Ближнего Востока обнаружили, что нагревание некоторых зелёных и синих пород (карбонатов меди) с древесным углём позволяет получить чистый металлический медь. Это открытие положило начало халколиту (медному веку), коренным образом изменив развитие человеческих технологий. Ледяной человек (Ötzi), обнаруженный в Альпах и живший около 3300 года до н. э., носил медный топор, свидетельствовавший о развитой металлургии.

⚗️ Древние инновации в создании сплавов: бронзовый век

Бронза — сплав меди и олова — появилась примерно в 3500 году до н. э. на Ближнем Востоке, положив начало бронзовому веку, продолжавшемуся до 1200 года до н. э. Вероятно, это открытие произошло случайно, когда вместе выплавляли медные руды, содержащие олово. Бронза оказалась превосходящей чистую медь при изготовлении оружия, инструментов и произведений искусства, способствуя развитию международных торговых сетей, поскольку цивилизации стремились найти источники олова.

Мастерство Месопотамии

Шумерские тексты, датируемые 2500 годом до н. э., описывают сложные методы обработки меди, включая литьё по выплавляемым моделям и состав сплавов. Штандарт из Ура и бесчисленные артефакты демонстрируют мастерство шумеров в металлургии меди и бронзы. Месопотамские купцы проложили торговые пути от Afghanistan (олово) до Cyprus (медь).

🏛️ Классические цивилизации и Cyprus

Остров Cyprus стал в древнем мире синонимом меди, дав металлу его латинское название «cuprum» (от «aes cyprium» — металл с Cyprus). Римские рудники на Cyprus работали более 1500 лет, добывая медь, которая помогла построить империю. Римские инженеры использовали медь для монет, водопровода, кровли и художественных изделий, сохранившихся до наших дней.

🏛️ Достижения египетских мастеров

Египетские металлурги достигли удивительного мастерства, создавая медные трубы для дренажных систем храмов и сложные изделия из бронзы. Папирус Эдвина Смита (1600 год до н. э.) описывает медицинское применение соединений меди для лечения инфекций, предвосхищая современные противомикробные методы на 3600 лет.

🚢 Эпоха географических открытий и мировая торговля

Европейские экспедиции отчасти были вызваны поиском меди и других металлов. Испанские конкистадоры столкнулись с развитой металлургией меди в Америке, где коренные народы независимо разработали сложные технологии. Медный край на Верхнем полуострове Мичигана поставлял медь силам Союза во время Гражданской войны.

⚡ Преобразования промышленной революции

Открытие электричества превратило медь из полезного металла в незаменимый материал. Электромагнитные эксперименты Michael Faraday по индукции (1831) продемонстрировали потенциал электричества, а системы распределения электроэнергии Thomas Edison сделали медную проводку необходимой. Бессемеровский процесс (1856) позволил наладить крупномасштабное производство стали, создав спрос на медь для паровых двигателей и промышленного оборудования.

🔬 Современное научное понимание

Antoine Lavoisier включил медь в свой новаторский труд «Элементы химии» (1789), установив её как фундаментальный элемент. Атомная теория John Dalton (1803) создала теоретическую основу для понимания свойств меди. Рентгеновская кристаллография выявила гранецентрированную кубическую структуру меди, объяснив её исключительные электрическую проводимость и теплопроводность.

🏭 Промышленное применение в XX веке

Эпоха электричества создала беспрецедентный спрос на медь. Компании Westinghouse и General Electric соперничали в разработке систем электроснабжения переменным током, требовавших огромного количества медного провода. Первая и Вторая мировые войны продемонстрировали стратегическое значение меди, что привело к созданию государственных запасов и программ переработки. Развитие холодильной техники, кондиционирования воздуха и электроники ещё больше расширило применение меди.

Применение

Для чего используется медь

⚡ Инфраструктура электроснабжения

Исключительная электропроводность меди (уступает только серебру) делает её незаменимой для глобальных энергетических систем. Линии электропередачи доставляют электричество от электростанций в города, используя электропроводность меди, равную 59.6 MS/m. Электродвигатели — от холодильников до промышленных насосов — используют медные обмотки, которые преобразуют электрическую энергию в механическое движение с эффективностью более 95%. Электротехническая промышленность потребляет 65% мировой добычи меди.

🏠 Водопровод и водные системы

Медные трубы снабжают людей чистой водой уже более 4000 лет, естественным образом уничтожая бактерии и вирусы благодаря олигодинамическому эффекту. В современных домах медные водопроводные системы используют благодаря их надёжности, устойчивости к коррозии и антимикробным свойствам. В больничных водных системах всё чаще указывают медь для предотвращения распространения Legionella и других патогенов, передающихся через воду. Системы ионизации меди и серебра очищают воду в бассейнах и космических аппаратах.

🔥 Исключительная теплопередача

Теплопроводность меди (401 W/m·K) обеспечивает эффективную работу теплообменников в кондиционерах, автомобильных радиаторах и промышленных процессах. Медная посуда обеспечивает непревзойдённое распределение тепла на профессиональных кухнях. Конденсаторы электростанций используют медно-никелевые сплавы для передачи отработанного тепла от паровых турбин охлаждающей воде, повышая эффективность выработки электричества.

⚙️ Передовое конструирование сплавов

Бронза (медь-олово) положила начало бронзовому веку цивилизации 5000 лет назад и по-прежнему необходима для подшипников, корабельных гребных винтов и архитектурных элементов. Латунь (медь-цинк) используется для создания музыкальных инструментов с идеальной акустикой и морской арматуры, устойчивой к коррозии в солёной воде. Бериллиевая медь применяется для изготовления искробезопасных инструментов для взрывоопасных сред и пружин, сохраняющих натяжение десятилетиями.

🛡️ Антимикробные поверхности

EPA признаёт медь единственной твёрдой поверхностью, которая непрерывно уничтожает бактерии, вирусы и грибки. Дверные ручки, поручни и каркасы кроватей в больницах изготавливают из медных сплавов, чтобы сократить число инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, до 58%. Исследования COVID-19 показывают, что медные поверхности инактивируют вирус в течение 4 часов, что приводит к их более широкому применению в общественных местах.

🎨 Архитектурная красота

Естественная патина меди создаёт характерный зелёный цвет Статуи Свободы, многочисленных церковных куполов и современных архитектурных элементов. Медная кровля с фальцевыми соединениями служит более 100 лет, постепенно приобретая красивое сине-зелёное окисление. Frank Lloyd Wright и другие архитекторы выбирали медь за её долговечность, технологичность и меняющуюся эстетическую привлекательность.

🔬 Химические и каталитические применения

Медные катализаторы обеспечивают синтез метанола, производство фармацевтических препаратов и переработку нефтехимического сырья. В реакции Ullmann медь используется для образования углерод-углеродных связей при производстве лекарственных средств. Сульфат меди контролирует рост водорослей при очистке воды и обеспечивает растения необходимыми микроэлементами в сельском хозяйстве.

⚡ Электрическое применение

  • Проводка в домах — кабели Romex, монтажные коробки, электрические щиты
  • Электродвигатели — стиральные машины, пылесосы, электроинструменты
  • Трансформаторы — опоры линий электропередачи, подстанции, промышленное оборудование
  • Электроника — печатные платы, компьютерные компоненты
  • Линии электропередачи — воздушные линии, подземные кабели
  • Молниеотводы — системы защиты зданий

🏠 Сантехника и строительство

  • Водопроводные трубы — бытовые, коммерческие и муниципальные системы
  • Фитинги — клапаны, соединения, муфты, переходники
  • Кровельные покрытия — фальцевая кровля, желоба, водосточные трубы
  • Системы HVAC — змеевики кондиционеров, тепловые насосы
  • Лучистое отопление — системы напольного отопления

🚗 Транспорт

  • Автомобильная проводка — жгуты проводов двигателя, кабели аккумулятора
  • Радиаторы — охлаждение двигателя, охладители трансмиссии
  • Тормозные трубки — гидравлические системы, компоненты ABS
  • Электромобили — Tesla Model 3 (180 lbs меди), Chevy Bolt
  • Авиационная проводка — электрические системы Boeing 787, Airbus A350
  • Судовые гребные винты — бронзовые сплавы для морского применения

🍳 Потребительские товары

  • Кухонная посуда — медные кастрюли и сковороды All-Clad, Mauviel
  • Монеты — центы США (цинковая сердцевина, медное покрытие)
  • Ювелирные изделия — розовое золото, медные браслеты, изделия ручной работы
  • Музыкальные инструменты — трубы, тромбоны, валторны
  • Декоративные предметы — скульптуры, садовое искусство, флюгеры

🏥 Медицина и здоровье

  • Поверхности в больницах — дверные ручки, поручни кроватей, стойки для капельниц
  • Медицинские устройства — внутриматочные спирали (медная T), антимикробные покрытия
  • Очистка воды — системы ионизации меди и серебра
  • Пищевые добавки — жизненно необходимый микроэлемент

🏭 Промышленное применение

  • Теплообменники — электростанции, химическое производство
  • Электрооборудование — генераторы, электродвигатели, коммутационная аппаратура
  • Телекоммуникации — коаксиальные кабели, телефонные линии
  • Морская арматура — гребные винты, фитинги, обшивка корпусов
  • Химическое производство — катализаторы, реакционные сосуды

🎨 Искусство и архитектура

  • Скульптуры — Статуя Свободы, общественные памятники
  • Фасады зданий — современная архитектура, церкви
  • Витражи — рубиновое стекло, архитектурные элементы
  • Традиционные ремёсла — медное дело, обработка металла

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

60 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 79% of elements

🌍 Распространённость в земной коре и глобальное распределение

Медь занимает 25-е место по распространённости среди элементов в земной коре: её содержание составляет 60 частей на миллион, однако экономически значимые концентрации требуют геологических процессов, увеличивающих локальную распространённость в 100 раз. В Чили находится 28% мировых запасов, главным образом в пустыне Атакама, где засушливые условия сохраняют сульфидные руды. В Перу, Китае и Демократической Республике Конго расположены другие крупные месторождения, сформированные разнообразными геологическими процессами.

🌋 Формирование порфировой меди

Порфировые месторождения обеспечивают 75% мировой добычи меди и формируются в результате масштабных гидротермальных систем, связанных с вулканизмом в зонах субдукции. Рудник Чукикамата в Чили — крупнейший в мире медный карьер — служит примером таких гигантских систем, в которых магматические флюиды переносили медь на протяжении миллионов лет. Молибден, золото и серебро часто сопровождают медь в этих месторождениях, образуя полиметаллические рудные тела.

Процесс формирования

Погружающиеся океанические плиты порождают богатые медью магмы, которые внедряются в вышележащую земную кору в виде порфировых штоков. Гидротермальные флюиды при температуре 300–600°C переносят медь в виде хлоридных комплексов, отлагая халькопирит (CuFeS₂) и борнит (Cu₅FeS₄) в сетях трещин. Этот процесс требует определённых температурных, барических и химических условий, которые возникают главным образом на сходящихся границах плит.

⛰️ Другие типы месторождений

Медь в осадочных породах

Медный пояс Замбии и Демократической Республики Конго содержит пластообразные месторождения меди, сформированные в древних рифтовых бассейнах. Флюиды, содержащие медь, мигрировали через осадочные породы, осаждая халькозин (Cu₂S) и малахит [Cu₂CO₃(OH)₂] в восстановительной среде. Эти месторождения обеспечивали медью африканские цивилизации тысячи лет назад.

Вулканогенные массивные сульфиды

Месторождения кипрского типа формируются на срединно-океанических хребтах, где гидротермальные источники осаждают сульфиды меди на морском дне. Остров Кипр дал меди её название (латинское «cuprum») благодаря масштабной древней добыче из этих месторождений. Современные аналоги включают «чёрные курильщики» — гидротермальные источники, концентрирующие медь, цинк и свинец в полиметаллических сульфидах.

🔴 Месторождения самородной меди

Полуостров Кевино в Мичигане содержит крупнейшие в мире месторождения самородной меди, где металлическая медь встречается в природе без химического соединения с другими элементами. Древние докембрийские базальты плато создали восстановительные условия, при которых чистая медь отложилась в миндалинах и трещинах. Коренные народы Америки добывали эту медь на протяжении 7000 лет, изготавливая инструменты и украшения, которыми торговали по всей Северной Америке.

⭐ Звёздное происхождение и космическое распределение

Медь образуется в результате медленного захвата нейтронов (s-процесс) в звёздах асимптотической ветви гигантов, а также посредством взрывного нуклеосинтеза в сверхновых типа II. Соотношение изотопов Cu-63/Cu-65 даёт сведения о химической эволюции галактики и процессах в звёздах. Метеориты содержат медь в сульфидных агрегатных состояниях, что указывает на её присутствие во время формирования Солнечной системы 4,6 миллиарда лет назад.

🌊 Круговорот меди в морской среде

Морская вода содержит 0,25 частей меди на миллиард; медь необходима морским организмам, но в более высоких концентрациях токсична. Полиметаллические конкреции на дне глубокого океана накапливают медь в течение миллионов лет по мере осаждения металлов из морской воды. Гидротермальные системы срединно-океанических хребтов постоянно переносят медь между мантией и океанами, поддерживая глобальный геохимический баланс.

🌿 Биогеохимический круговорот

Медь служит важнейшим микроэлементом для всех форм жизни, участвуя в работе таких ферментов, как цитохромоксидаза и супероксиддисмутаза. Растениям медь необходима для фотосинтеза и обмена железа, а животным — для формирования соединительной ткани и переноса железа. Доступность меди в почве влияет на продуктивность сельского хозяйства и здоровье экосистем.

🏺 Формирование вторичных минералов

Выветривание сульфидов меди создаёт впечатляющие вторичные минералы. Азурит [Cu₃(CO₃)₂(OH)₂] образует ярко-синие кристаллы, а малахит [Cu₂CO₃(OH)₂] — насыщенные зелёные полосчатые узоры. Хризоколла формирует сине-зелёные силикатные массы, а куприт (Cu₂O) отличается тёмно-красными октаэдрическими кристаллами. Эти красочные минералы привлекали людей на протяжении тысячелетий.

Обращение

Безопасность

⚠️ Предельные уровни воздействия и нормы для здоровья

OSHA PEL: 1 mg/m³ для медных паров, 1 mg/m³ для медной пыли и аэрозолей (8-часовое средневзвешенное по времени значение). NIOSH REL: 1 mg/m³ для соединений меди, 0.1 mg/m³ для медных паров для предотвращения лихорадки от металлических паров. ACGIH TLV: 0.2 mg/m³ для медных паров с учётом повышенного риска сенсибилизации дыхательных путей при сварке и высокотемпературных работах.

🔥 Риск лихорадки от металлических паров

Лихорадка от медных паров поражает сварщиков и работников, занятых обработкой металлов, подвергающихся воздействию паров оксида меди, вызывая гриппоподобные симптомы, включая жар, озноб, мышечные боли и металлический привкус. Симптомы обычно начинаются через 4–12 часов после воздействия и проходят в течение 24–48 часов. Лихорадка понедельника утром возникает, когда работники теряют устойчивость к воздействию за выходные. Для профилактики необходимы достаточная вентиляция и защита органов дыхания во время горячих работ.

🛡️ Средства индивидуальной защиты

  • Защита органов дыхания: противоаэрозольные фильтры P95 для пыли, подача воздуха для замкнутых пространств
  • Защита при сварке: системы удаления паров, средства защиты органов дыхания с фильтрами P100
  • Защита глаз: защитные очки с боковыми щитками, сварочные маски для горячих работ
  • Защита кожи: перчатки с защитой от порезов при работе с материалами, химически стойкие перчатки для растворов
  • Одежда: хлопчатобумажные или огнестойкие материалы, избегать синтетических тканей рядом с источниками тепла

💊 Острая токсичность и болезнь Вильсона

Попадание сульфата меди внутрь вызывает сильное раздражение желудочно-кишечного тракта, тошноту, рвоту и потенциально смертельное поражение печени при дозах свыше 10–20 граммов. Болезнь Вильсона — генетическое заболевание, поражающее 1 человека из 30 000, — препятствует нормальному выведению меди, что приводит к опасному накоплению меди в печени и головном мозге. Симптомы включают заболевания печени, неврологические нарушения и характерные кольца Кайзера—Флейшера в глазах.

🚨 Первая помощь и действия в чрезвычайных ситуациях

Вдыхание: немедленно выйти на свежий воздух, следить за отсроченными респираторными симптомами, обратиться за медицинской помощью при сохраняющемся кашле или затруднённом дыхании. Контакт с кожей: промыть водой с мылом, снять загрязнённую одежду. Контакт с глазами: промывать чистой водой в течение 15 минут, обратиться за медицинской помощью при сохраняющемся раздражении. Попадание внутрь: не вызывать рвоту, дать воду или молоко, немедленно обратиться за медицинской помощью.

💧 Экологическая безопасность и безопасность воды

Стандарт EPA для питьевой воды: контрольный уровень 1.3 mg/L для меди в общественных системах водоснабжения. Более высокие концентрации вызывают желудочно-кишечные расстройства и могут указывать на коррозию трубопровода. Токсичность для водных организмов: медь чрезвычайно токсична для рыб и водных беспозвоночных, поэтому требуется осторожная утилизация медьсодержащих растворов и очистка промышленных сточных вод.

🔄 Безопасное обращение и хранение

Храните медные материалы в сухих условиях, чтобы предотвратить окисление и образование пыли. Для операций по шлифовке и резке необходима местная вытяжная вентиляция для контроля медной пыли. При сварке и пайке требуются специализированные системы удаления паров. Регулярная уборка предотвращает накопление медной пыли, которое может создать опасность для органов дыхания или привести к образованию взрывоопасной пыли.

🩺 Медицинский контроль

Работникам, подвергающимся значительному воздействию меди, необходимы исходные и периодические исследования функции печени, общий анализ крови и оценка состояния органов дыхания. Уровни меди в сыворотке и церулоплазмина помогают выявить избыточное всасывание. Раннее выявление болезни Вильсона у работников позволяет правильно организовать медицинское наблюдение и предотвратить серьёзные осложнения.

Краткие ответы

Медь: часто задаваемые вопросы

What is Медь?

Медь (symbol Cu) is element 29 on the periodic table, a переходный металл in period 4, group 11. The first metal humans smelted, and still the nervous system of the electrified world. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Медь?

Медь's ground-state electron configuration is [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 18, 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Медь?

Медь melts at 1357.8 K (1084.6 °C) and boils at 2835 K (2561.9 °C).

What is the atomic mass of Медь?

The standard atomic weight of Медь is 63.546 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Медь?

Медь has a density of 8.96 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of медь is about 9× heavier.

What is the electronegativity of Медь?

Медь has a Pauling electronegativity of 1.9. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered Медь, and when?

Медь has been known since antiquity — it occurs in a form usable without smelting, so no single person can be credited with its discovery. The name comes from latin cuprum, from Cyprus.

How common is Медь on Earth?

Медь makes up about 60 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

← Предыдущий Ni Nickel Element 28 · Transition metal Далее → Zn Zinc Element 30 · Transition metal