Медь

Медь представляет собой химический элемент с обозначением Cu (от латинского: cuprum) и менделеевским числом 29. Это пластичный металл с достаточно высокой теплопроводностью и электропроводностью. Чистая медь мягкая и ковкая; свежие обнажения имеют красно-оранжевый цвет. Используется в качестве проводника тепла и электричества, строительного материала и составляющей различных металлических сплавов. Металл и его сплавы используются на протяжении тысячелетий. В римскую эпоху медь преимущественно добывалась на Кипре, отсюда и происхождение названия металла сyprium (металл Кипра), позже сокращенное до сuprum. Его соединения обычно встречаются как медные(II) соли, которые часто обладают голубыми или зелеными цветами, близкими к таким минералам как азурит и бирюза, исторически широко использовались в качестве пигментов. Архитектурные сооружения строятся с использованием меди и, подвергаясь коррозии, дают зеленую медянку (или патину). Прикладное искусство заметно отражает использование меди, как самой по себе, так и в качестве составляющей пигментов. Медь незаменима для всех живых организмов как малый пищевой минерал, так как она является ключевой составляющей комплекса дыхательного фермента цитохром-с-оксидазы. У моллюсков и ракообразных медь входит в состав пигмента крови гемоцианина, который заменен объединенным с железом гемоглобином у рыб и других позвоночных. Основные зоны, где медь обнаруживается у людей, представлены печенью, мышцами и костями.¹⁾ Соединения меди используются в качестве бактериостатических веществ, фунгицидов и антисептиков для древесины.

медь

Cu

красно-оранжевый металлический блеск

Медь, серебро и золото находятся в 11 группе периодической таблицы и разделяют определенные характеристики: они имеют один s-орбитальный электрон наряду с заполненной электронной d-оболочкой и характеризуются высокой ковкостью и электрической проводимостью. Заполненные d-оболочки этих элементов в большей степени не способствуют межатомным взаимодействиям, в которых преобладают s-электроны, посредством металлических связей. В отличие от металлов с незаполненными d-оболочками, металлические связи в меди не имеют ковалентного свойства и достаточно слабы. Это объясняет низкую твердость и высокую ковкость отельных кристаллов меди. На макроскопическом уровне, появление протяженных дефектов на кристаллической решетке, таких как границы зерен, замедление движении материала под накладываемым напряжением повышает твердость металла. По этой причине медь обычно поставляется в тонкозернистой поликристаллической форме, которая имеет большую прочность, чем монокристаллические формы.²⁾ Мягкость меди отчасти объясняет ее высокую электрическую проводимость (59,6×106 См/м) и, таким образом, высокую теплопроводимость, которая является второй наиболее высокой среди чистых металлов при комнатной температуре. Причина заключается в том, что сопротивление переносу электронов в металлах при комнатной температуре большей частью происходит за счет рассеивания электронов за счет тепловых колебаний решетки, которые сравнительно слабее у мягких металлов. Предельно допустимая плотность потока меди на открытом воздухе составляет приблизительно 3,1×106 А/м2 площади поперечного сечения, при значении выше этого начинает чрезмерно нагреваться. Как и в случае других металлов, если медь располагается вплотную к другому металлу, наблюдается электрохимическая коррозия. Наряду с цезием и золотом (оба желтые), а также осмием (голубоватый) медь представляет собой один из четырех элементарных металлов с естественным цветом, не считая серого или серебристого. Чистая медь имеет красно-оранжевый цвет и приобретает рыжеватый налет под воздействием воздуха. Характерный цвет меди является результатом электронных перескоков между заполненной 3d и полузаполненной 4s оболочками атомов – разница энергий между этими оболочками соответствует оранжевому свету. Аналогичный механизм служит причиной желтого цвета золота и цезия.

Медь не вступает в реакцию с водой, но дает медленную реакцию с атмосферным кислородом, образуя слой черно-коричневого оксида меди, который, в отличие от ржавчины, которая образуется, когда железо подвергается воздействию влажного воздуха, защищает находящуюся под ним медь от более обширной коррозии. Зеленый слой медянки (меди карбонат) может часто наблюдаться на старых медных конструкциях, таких как Статуя свободы. Медный налет под воздействием сульфидов, с которыми он реагирует, образует различные сульфиды меди.³⁾

Существует 29 изотопов меди. 63Cu и 65Cu устойчивы, при этом 63Cu составляет примерно 69% меди естественного происхождения; оба имеют спин в 3⁄2.⁴⁾ Другие изотопы радиоактивны, при этом наиболее стабилен 67Cu с периодом полураспада в 61,83 часов. Описаны семь метастабильных изотопов, при этом 68mCu устойчив со значением периода полураспада в 3,8 минут. Изотопы с массовым числом выше 64 разрушаются β−, в то время как изотопы с массовым числом ниже 64 разрушаются β+. 64Cu, имеющий период полураспада в 12,7 часов, разрушается обоими способами. 62Cu и 64Cu имеют обширное применение. 64Cu представляет собой радиоконтрастный агент для формирования рентгеновских изображений, а в сочетании с хелатом может использоваться для лечения рака. 62Cu используется в 62Cu-PTSM, который является радиоактивной изотопной меткой для позитронно-эмиссионной томографии.

Медь синтезируется в крупных звездах и представлена в земной коре в концентрации около 50 частей на миллион (ч/млн),⁵⁾ где она образуется как самородная медь или в минералах, таких как сульфиды меди халькопирит и халькоцит, карбонаты меди азурит и малахит, а также в минерале оксида меди (I) куприте. Наибольшая масса обнаруженной элементарной меди составляет 420 тонн и была найдена в 1857 г. на полуострове Кивинау в Мичигане, США. Самородная медь является поликристаллической, при этом крупнейший описанный отдельный кристалл имеет размеры 4,4×3,2×3,2 см.⁶⁾

Большая часть меди добывается или экстрагируется в качестве сульфидов меди из крупных открытых рудников в отложениях медно-порфировой руды, которая содержит от 0,4 до 1,0% меди. В качестве примера можно привести Чукикамата в Чили, шахту Бингем-каньона в Юте, Соединенные Штаты и шахту Эль Чино в Нью-Мексико, США. Согласно Геологической службе Великобритании, в 2005 г. Чили была ведущим добытчиком меди, добывая по меньшей мере одну треть меди в мире, далее следуют Соединенные Штаты, Индонезия и Перу. Медь также может восстанавливаться с помощью подземного выщелачивания. Некоторые залежи штата Аризона считаются первыми кандидатами для данного метода. Количество используемой меди растет и доли доступной меди едва достаточно, чтобы позволить всем странам достичь мирового уровня развития использования.

Медь используется как минимум 10000 лет, но более чем 95% всей меди, когда-либо добытой и расплавленной, было получено после 1900 г.,⁷⁾ и более половины было извлечено только за последние 24 года. Так как имеется множество естественных источников, общее количество меди на Земле значительно (около 1014 тонн всего лишь в верхнем километре земной коры, либо около 5 миллионов лет добычи с текущей скоростью). Тем не менее, только ничтожная часть этих запасов экономически оправдана, учитывая текущие цены и технологии. Различные расчеты существующих запасов меди, доступной для добычи, варьируются от 25 до 60 лет, в зависимости от базовых предположений, таких как темпы развития. Переработка представляет собой основной источник меди в современном мире. Учитывая эти и другие факторы, будущее добычи меди и поставки представляет объект многих дискуссий, включая представление о пике добычи меди, аналогичное пику добычи нефти. Цена меди исторически нестабильна, она поднялась в шесть крат с 60-летней низкой цены в 0,60 USD/фунт (1,32 USD/кг) в июне 1999 г. до 3,75 USD за фунт (8,27 USD/кг) в мае 2006 г. Затем спала до 2,40 USD/фунт (5,29 USD/кг) в феврале 2007 г., а потом восстановилась до 3,50 USD/фунт (7,71 USD/кг) в апреле 2007 г. В феврале 2009 г. ослабление глобального спроса и резкое падение сырьевых цен по сравнению с высокими в прошлом году вернула цену меди на уровне 1,51 USD/фунт (3,33 USD/кг).

Концентрация меди в руде составляет в среднем всего лишь 0,6%, в основном коммерческие руды представлены сульфидами, в особенности халькопиритом (CuFeS2) и в меньшей степени халькоцитом (Cu2S). Эти минералы концентрируются из дробленой руды с уровнем меди в 10–15% посредством пенной флотации или биовыщелачивания.⁸⁾ Нагрев этого материала посредством двуокиси кремния во взвешенной плавке удаляет большую часть железа как шлак. Процесс с легкостью преобразует железо в оксиды, которые в свою очередь реагируют с двуокисью кремния, образуя силикатный шлак, которые всплывает на поверхность расплавленной массы. В результате медный штейн, состоящий из Cu2S, в дальнейшем накаляется с целью преобразования всех сульфидов в оксиды: 2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2 Оксид меди преобразуется в черновую медь в результате плавки: 2 Cu2O → 4 Cu + O2 Процесс образования штейна Садбери преобразует только половину сульфидов в оксиды и затем использует оксиды для удаления остальной серы как оксида. Тогда электролитическое рафинирование и анодный ил использовались в отношении платины и золота, которые он содержит. Этот шаг использует достаточно легкое восстановление оксида меди в металл. Природный газ продувается через черновую медь для удаления большей части оставшегося кислорода, и затем выполняется электролитическое рафинирование в отношении полученного материала, чтобы получить чистую медь:⁹⁾ Cu2+ + 2 e− → Cu

Как и алюминий, медь на 100% пригодна для повторного использования без потерь в отношении качества, независимо от того, находится она в сыром состоянии или входит в состав промышленного продукта. По объему медь является третьим наиболее перерабатываемым металлом после железа и алюминия. Подсчитано, что 80% меди, когда-либо добытой, на сегодняшний день используется. Согласно Докладу о запасе металлов в обществе Ресурсной панели ООН, мировой запас меди в использовании на душу населения составляет 35–55 кг. Большая часть приходится на более развитые страны (140–300 кг на душу населения), чем на менее развитые (30–40 кг на душу населения). Процесс переработки меди, проще говоря, аналогичен тому, который используется для извлечения меди, но требует меньшего количества шагов. Лом меди с высокой степенью чистоты плавится в печи и затем восстанавливается и заливается в заготовки и формы; скрап с низкой степенью чистоты рафинируется посредством электролитического разделения в ванне с серной кислотой.¹⁰⁾

Существует несколько медных сплавов, многие имеют важное применение. Латунь представляет собой сплав меди и цинка. Бронза относится к медно-оловянным сплавам, но также может иметь отношение к любым сплавам меди, таким как алюминиевая бронза. Медь является одной из наиболее важных составляющих карата серебряных и золотых сплавов, при этом припои каратов используются в ювелирной промышленности, изменяя цвет, твердость и температуру плавления получающихся сплавов. Сплав меди и никеля, носящий название мельхиор, используется в монетах низкого достоинства, часто для наружной оболочки. Монета США в 5 центов, называемая никель, состоит из 75% меди и 25% никеля и обладает гомогенной структурой. Сплав, состоящий из 90% меди и 10% никеля примечателен за счет устойчивости к коррозии и используется в различных деталях, подверженных действию морской воды. Сплавы меди с алюминием (около 7%) имеют приятный золотой цвет и используются в декорациях. Некоторые бессвинцовые припои состоят из олова, сплавленного с небольшими долями меди и других металлов.¹¹⁾

Медь образует широкий спектр соединений, обычно за счет окислительных состояний +1 и +2, которые часто называются соединениями закисной меди и двухвалентной меди соответственно.

Как и у других элементов, простейшие соединения меди представляют собой бинарные соединения, т.е. содержащие только два элемента. Преимущественно представлены оксидами, сульфидами и галогенидами. Известны оксиды как с закисной медью, так и с двухвалентной. Среди многочисленных сульфидов меди наиболее важные примеры включают сульфид меди (I) и сульфид меди (II). Существуют галогениды закисной меди с хлором, бромом и йодом, а также галогениды двухвалентной меди – с фтором, хлором и бромом. Попытка получить йодид меди (II) дает йодид меди и йод.¹²⁾ 2 Cu2+ + 4 I− → 2 CuI + I2

Медь, как и все металла, образует координационные соединения с лигандами. В водном растворе медь (II) существует как [Cu(H2O)6]2+. Данное соединение демонстрирует наиболее быструю скорость водообмена (скорость, с которой лиганды воды присоединяются и отсоединятся) для перехода к металло-аквокомплексу. Добавление водного гидроксида натрия вызывает выпадение осадка в виде светло-синего твердого гидроксида меди (II). Упрощенное уравнение: Cu2+ + 2 OH− → Cu(OH)2 Водный аммиак вызывает аналогичное выпадение осадка. За счет добавления избыточного аммония осадок растворяется, образуя тетраамминмедь(II): Cu(H2O)4(OH)2 + 4 NH3 → [Cu(H2O)2(NH3)4]2+ + 2 H2O + 2 OH− Множество других оксианионов образуют комплексы; они включают ацетат меди (II), нитрат меди (II) и карбонат меди (II). Сульфат меди (II) образует голубой кристаллический пентагидрат, который является наиболее узнаваемым соединением меди в лаборатории. Он используется в качестве фунгицида под названием бордосская жидкость. Полиолы, соединения, состоящие более чем из одной спиртовой функциональной группы, в целом взаимодействуют с медными солями. Например, медные соли используются в тесте восстанавливающих сахаров. В особенности, использование реактива Бенедикта и раствора Фелинга в присутствии сахара сигнализирует посредством изменения цвета с синего Cu(II) до красноватого оксида меди (I). Реактив Швейцера и родственные комплексы с этилендиамином и другими аминами растворяют целлюлозу.¹³⁾ Аминокислоты образуют достаточно устойчивые хелатные комплексы с медью (II). Существует множество жидких реактивов для тестирования ионов меди, один из них включает калия ферроцианид, который дает коричневый осадок с медными (II) солями.

Соединения, содержащие связь углерод-медь, известны как органомедные соединения. Они в высокой степени реактивны в отношении кислорода, образуя оксид меди (I), и обладают множеством применений в химии. Они синтезируются посредством обработки медных (I) соединений реактивами Гриньяра, терминальными алкинами или органолитиевыми реактивами; в частности, последняя описанная реакция вырабатывает реактив Гилмана. Они могут подвергаться замещению алкилгалогенидами, образуя контактирующие продукты; фактически, они важны в области органического синтеза. Ацетилид меди (I) высокочувствителен к ударным нагрузкам, но представляет собой посредник в таких реакциях как реакция Кадио-Ходкевича¹⁴⁾ и связывание по Соногашира. Сопряженное соединение с енонами и карбокупрация алкинов также могут быть достигнуты за счет органомедных соединений. Медь (I) образует множество слабых комплексов с алкенами и монооксидом углерода, в особенности в присутствии аминовых лигандов.¹⁵⁾

Медь (III) обычно обнаруживается в оксидах. Простейшим примером является купрат калия, KCuO2, черно-синее твердое вещество. Наиболее хорошо исследованными соединения меди (III) являются меднокислые сверхпроводники. Оксид иттрий-барий-медь (YBa2Cu3O7) состоит как из центров Cu(II), так и Cu(III). Как и оксид, фторид представляет собой высокоосновный анион и стабилизирует ионы металлов в состояниях с высокой степенью окисления. Более того, известны фториды и меди (III), и даже меди (IV), K3CuF6 и Cs2CuF6 соответственно. Некоторые медьсодержащие белки образуют оксо комплексы, которые также содержат медь (III). Что касается ди- и трипептидов, пурпурные комплексы меди (III) стабилизируются депротонированными амидными лигандами. Комплексы меди (III) также наблюдаются в качестве посредников в реакциях органомедных соединений.

Медь образуется в природе как самородная медь и обнаруживается в записях некоторых древнейших цивилизаций. Она обладает историей применения, которая насчитывает по меньшей мере 10000 лет, по расчетам она была открыта в 9000 г. до н.э. на Среднем Востоке; медная подвеска была обнаружена в северном Ираке и датируется 8700 г. до н.э. Это свидетельствует, что золото и метеоритное железо (но не выплавка чугуна) были единственными металлами, которые использовались людьми до меди.¹⁶⁾ История медной металлургии предположительно развивалась в следующей последовательности: 1) холодная обработка самородной меди, 2) прокаливание, 3) плавка и 4) литье по выплавляемым моделям. В юго-восточной Анатолии все четыре металлургические техники более или менее единовременно появились в Новом каменном веке в 7500 г. до н.э. Тем не менее, точно так же как земледелие было независимо открыто в нескольких регионах мира (включая Пакистан, Китай и Америку), плавка меди была изобретена в нескольких разных регионах. Предположительно, она была открыта независимо в Китае до 2800 г. до н.э., в Центральной Америке, возможно, около 600 г. н.э., а также в Западной Африке около 9 или 10 века н.э. Литье по выплавляемым моделям было изобретено в 4500–4000 гг. до н.э. в Юго-Восточной Азии,¹⁷⁾ датирование по углероду установило, что горные работы велись в Олдерли Эдж в Чешире, Великобритания, с 2280 до 1890 г. до н.э. Ötzi the Iceman, мужчина, датированный 3300–3200 гг. до н.э., был обнаружен с осью с медной головкой со степенью чистоты 99,7%; высокий уровень мышьяка в его волосах свидетельствует, что он был причастен к плавке меди. Опыт обращения с медью сопровождался развитием других металлов; в частности, плавка меди привела к открытию плавки железа. Производство в Старом медном комплексе в Мичигане и Висконсине датируется между 6000 и 3000 гг. до н.э.¹⁸⁾ Натуральная бронза, тип меди, изготавливаемый из руды, обогащенной кремнием, мышьяком и (редко) оловом, вошла в употребление на Балканах около 5500 г. до н.э.[требуется источник]

Сплавливание меди с оловом для получения бронзы было впервые применено на практике спустя 4000 лет после открытия плавки меди, и спустя около 2000 лет после этого «натуральная бронза» вошла в употребление. Бронзовые артефакты из культуры Винча датируются 4500 г. до н.э. Шумерские и египетские артефакты медных и бронзовых сплавов датируются 3000 г. до н.э. Бронзовый век начался в Юго-Восточной Европе около 3700–3300 гг. до н.э., в Северо-Западной – около 2500 г. до н.э. Он закончился с началом Железного века, 2000–1000 гг. на Ближнем Востоке, 600 г. до н.э. в Северной Европе. Переход между Каменным веком и Бронзовым ранее назывался Хальколитическим веком (медь-камень), когда медные инструменты использовались наряду с каменными. Это понятие постепенно впало в немилость, поскольку в некоторых частях света Хальколитический и Каменный век имеют общую границу с обоих концов. Латунь, сплав меди и цинка, имеет более недавнее происхождение. Она была известна грекам, но стала значительным дополнением к бронзе во времена Римской Империи.¹⁹⁾

В Греции медь была известна под названием халькос (χαλκός). Она была важным ресурсом для римлян, греков и других античных народов. Во времена Римской Империи она была известна как Cyprium, так как является обобщенным латинским термином для обозначения медных сплавов, и Cyprium от названия острова Кипр, где добывалось большое количество меди. Слово было сокращено до cuprum, а затем до английского copper. Афродита и Венера представляют медь в мифологии и алхимии, поскольку, за счет ее глянцевитой красоты, в античности она использовалась для производства зеркал, а также за счет связи с Кипром, который был посвящен богине. Семь небесных светил, известных в античности, ассоциировались с семью известными в то время металлами, и Венера была закреплена за медью. Первое применение в Британии латуни датируется около III–II века до н.э. В Северной Америке добыча меди началась с малодоходных работ, проводимых коренными американцами. Самородная медь извлекалась из мест заложения на Айл Роял примитивными каменными инструментами между 800 и 1600 гг.²⁰⁾ Медная металлургия процветала в Южной Америке, а именно в Перу около 1000 г. н.э.; более медленно она переходила на другие континенты. Были найдены погребальные украшения из меди XIV века, но коммерческое производство металла не начиналось до ранних годов XX века. Роль меди в культуре достаточно важна, в частности в качестве платежного средства. Римляне с VI до III века до н.э. использовали куски меди в качестве денег. В первую очередь, медь ценилась сама по себе, но постепенно форма и внешний вид меди становились все более важными. У Юлия Цезаря имелись собственные монеты, изготовленные из латуни, в то время как монеты цезаря Октавиана Августа были выполнены из сплава Cu-Pb-Sn. Учитывая расчетный ежегодный выход приблизительно в 15000 т, активность римлян в отношении добычи и плавки меди достигла уровня, непревзойденного до времен Промышленной революции; добыча наиболее интенсивно велась в провинциях, таких как Испания, Кипр и Центральная Европа. Ворота Иерусалимского храма выполнены из коринфской бронзы, покрытой позолотой. Это было широко распространено в Александрии, где предположительно получила начало алхимия. В древней Индии медь использовалась в холистической медицинской науке Аюрведе для хирургических инструментов и другого медицинского оборудования. Древние египтяне (~2400 г. до н.э.) использовали медь для обеззараживания ран и питьевой воды, а позже в отношении головных болей, ожогов и зуда. Багдадская батарея с медными цилиндрами, припаянными к проволочному выводу, датируется с 248 г. до н.э. до 226 г. н.э. и имеет сходство с гальваническим элементом, в связи с чем люди полагают, что это была первая батарейка; не было подтверждено.²¹⁾

Великая медна гора представляла собой шахту в Фалун, Швеция, которая работала с X века до 1992 г. Она удовлетворяла две трети европейского спроса на медь в XVII веке и финансировала многие шведские войны в это время. Упоминалась как сокровище нации; Швеция имела обеспеченную медью денежную единицу. Использование меди в искусстве не ограничивалось деньгами: она использовалась скульпторами Ренессанса, в фотографической технологии, известной как дагерротип, а также в Статуе свободы. Было широко распространено нанесение медного покрытия и медная обшивка корпусов кораблей; корабли Христофора Колумба были среди первых, имевших такое новшество. Компания Norddeutsche Affinerie в Гамбурге была первым современным гальваническим заводом, начавшим производство в 1876 г. Немецкий ученый Готтфрид Озанн открыл порошковую металлургию в 1830 г. и в то же время определение атомной массы металлов; позже было открыто, что количество и тип добавляемого элемента (например, олова) к меди влияет на тон колокола. Взвешенная плавка была развита компанией Оутокумпу в Финляндии и впервые применена в Харьявалте в 1949 г.; энергосберегающий процесс лежал в основе 50% мирового первичного производства меди.²²⁾ Межгосударственный совет стран-экспортеров меди, сформированный в 1967 г. Чили, Перу, Заиром и Замбией, играл аналогичную роль в отношении меди, как ОПЕК для нефти. Он никогда не достиг такого же влияния, в частности, потому что был вторым по величине производителем, Соединенные Штаты никогда не были членом Совета; Совет был распущен в 1988 г.

Основное применение меди заключается в использовании в электрических проводах (60%), в качестве кровельного покрытия и для паяльных работ (20%), а также в промышленном оборудовании (15%). Медь в основном используется в виде чистого металла, но когда требуется повышенная прочность, она объединяется с другими элементами в сплавы (5% от общего использования), такие как латунь и бронза. Малая часть поставляемой меди используется в производстве соединений для биологически активных добавок и фунгицидов в сельском хозяйстве.²³⁾ Механическая обработка меди возможна, хотя обычно необходимо использовать сплав для сложных деталей, чтобы получить хорошую обрабатываемость.

Несмотря на конкуренцию со стороны других материалов, медь остается предпочтительным электрическим проводником практически во всех категориях электрических проводов, в основном за исключением воздушной передачи электроэнергии, где часто предпочтение отдают алюминию.²⁴⁾ Медный провод используется в электрогенерации, электропередаче, распределении электроэнергии, телекоммуникациях, электронной схематике и бесчисленных типах электрооборудования. Монтаж электрических проводок представляет собой наиболее важный рынок для медной промышленности. Он включает установочный провод, кабель связи, распределительный кабель, провода для бытовых нужд, автомобильные провода и кабели, а также обмоточный провод. Примерно половина всей добываемой меди используется в производстве электрических проводов и многожильных кабелей. Многие электрические устройства имеют медные провода за счет множества их полезных свойств, таких как высокая электрическая проводимость, разрывное сопротивление , пластичность, устойчивость к деформации, устойчивость к коррозии, низкое термальное расширение, высокая теплопроводимость, способность к пайке и легкая установка.

В интегральных схемах и платах с печатной схемой все больше и больше используется медь вместо алюминия за счет ее выдающейся электрической проводимости (см. Медная соединительная панель в качестве основной статьи); в теплоотводах и теплообменниках используется медь благодаря ее значительной способности к теплопередаче по сравнению с алюминием. В электромагнитах, электронно-лучевых трубках, кинескопах и магнетронах в микроволновых печах используется медь, так как обеспечивает волновод для микроволнового излучения.

Более высокая проводимость меди по сравнению с другими металлами повышает эффективность использования электроэнергии двигателей. Это имеет значение, поскольку двигатели и приводимые двигателем системы составляют 43%-46% мирового потребления электроэнергии и 69% всей электроэнергии, используемой промышленностью. Повышение массы и площади поперечного сечения меди в катушке повышает эффективность использования электроэнергии двигателя. Медные роторы двигателей, новая технология, разработанная для применения в двигателях, где экономия энергии является первоочередным требуемым параметром,²⁵⁾ способны сделать индукционные электродвигатели общего назначения соответствующими и превосходящими стандарты высшего КПД Национальной ассоциации производителей электрического оборудования (NEMA).

Медь использовалась с античных времен в качестве износостойкого, устойчивого к коррозии и стойкого против атмосферных влияний строительного материала.²⁶⁾ Крыши, водосливы, водосточные желоба, отводные трубы, купола, шпили, арки и двери изготавливались из меди сотни и тысячи лет. Использование меди в строительстве распространяется и на современность, включая внутреннюю и внешнюю обшивку стен, монтаж расширительных швов, радиоэкранирования и противомикробных внутренних предметов, таких как перила, сантехника и опорные поверхности. Некоторые другие важные полезные свойства меди как строительного материала включают низкую степень термической деформации, легкий вес, молниезащиту и способность к переработке. Отличительным свойством металла является натуральная зеленая патина, которая на протяжении долгого времени жаждалась архитекторами и дизайнерами. В конечном итоге, патина – это износостойкий слой, высоко устойчивый к атмосферной коррозии, таким образом, защищающий находящийся под ним металл от дальнейшего разрушения. Может представлять собой смесь карбонатных и сульфатных соединений в различных количествах, в зависимости от условий окружающей среды, таких как содержащий серу кислотный дождь.²⁷⁾ Строительная медь и ее сплавы также «дорабатываются» для получения конкретного внешнего вида, качества на ощупь и/или цвета. Доработка включает механическую обработку поверхности, химическое окрашивание и нанесение покрытия. Медь обладает превосходными свойствами в отношении плавки и пайки, также может подвергаться сварке; наилучшие результаты наблюдаются за счет газодуговой сварки металлическим электродом.

Медь биостатична, что означает, что бактерии не могут расти на ней. По этой причине она долгое время использовалась в деталях кораблей для защиты против усоногих рачков и моллюсков. Изначально использовалась в виде чистого металла, но потом была заменена морской латунью. Схожим образом, как обсуждалось в медные сплавы в аквакультуре, сплавы меди стали важным сетематериалом в аквакультурной промышленности, поскольку они обладают противомикробными свойствами и предотвращают биологическое обрастание, даже в экстремальных условиях, а также обладают сильной структурой и устойчивостью к коррозии в условиях моря.

Многочисленные исследования противомикробной эффективности были проведены за последние 10 лет в отношении способности меди уничтожать широкий диапазон бактерий, например, вируса гриппа A, аденовируса и фунги. Контактные поверхности из медных сплавов обладают естественными внутренними свойствами уничтожать широкий спектр микроорганизмов например, E. coli O157:H7, метициллин-устойчивый Staphylococcus aureus (MRSA), Staphylococcus, Clostridium difficile, вирус гриппа A, аденовирус и фунги). Некоторые из 355 медных сплавов подтвержденно убивают более чем 99,9% вызывающих заболевания бактерий в течение всего лишь двух часов при регулярной очистке. Управление по охране окружающей среды США (EPA) утвердило регистрацию этих медных сплавов в качестве “противомикробных материалов с полезным действием для общественного здоровья,«²⁸⁾ что позволяет производителям заявлять о полезном действии в отношении здоровья продуктов, изготовленных из зарегистрированных противомикробных медных сплавов. Более того, EPA утвердила обширный перечень противомикробных медных продуктов, изготовленных из данных сплавов, таких как перильца, перила, надкроватные столики, раковины, вентили, дверные ручки, туалетное оборудование, компьютерные клавиатуры, оборудование спортивно-оздоровительных центров, ручки магазинных тележек и т.д. (полный перечень продуктов: Противомикробные контактные поверхности из медных сплавов#Утвержденные продукты). Медные дверные ручки использовались в госпиталях для снижения распространения болезни, при этом болезнь легионеров была подавлена за счет медных труб в водопроводных системах. Предметы из противомикробных медных сплавов в настоящее время устанавливаются в медицинских учреждениях Великобритании, Ирландии, Японии, Кореи, Франции, Дании и Бразилии, а также в подземных транспортных системах в Сантьяго и Чили, где перила из сплава медь-цинк были установлены на 30 станциях в период 2011–2014 гг.²⁹⁾

Медь широко используется в ювелирном деле, и фольклор сообщает, что медные браслеты облегчают симптомы артрита.³⁰⁾ В альтернативной медицине некоторые сторонники предполагают, что избыток меди, абсорбирующийся через кожу, может вылечивать некоторые заболевания, или что медь в некоторой степени создает магнитное поле, вылечивающее близлежащие ткани. В различных исследованиях не было обнаружено различий между артритом, подвергающимся лечению медным браслетом, магнитным браслетом или плацебо. Что касается медицинской науки, ношение меди не несет полезного действия ни при каких заболеваниях вообще. Люди могут страдать дефицитом пищевой меди, но это достаточно редко встречается, потому что медь представлена во многих обычных продуктах питания, включая бобовые растения (бобы), зерна и орехи. Отсутствует свидетельства, что медь может абсорбироваться через кожу. Если бы это было реально, это фактически привело бы к отравлению медью, что на деле более вероятно, чем полезное действие. В последнее время некоторая утягивающая одежда может реализовываться с медными вплетениями в ней, если учитывать заявления со стороны традиционной медицины. В то время как утягивающая одежда представляет собой реальное лечение некоторых заболеваний, в связи с чем одежда может действовать, добавление меди может не давать полезного действия помимо эффекта плацебо.

Соединения меди в жидкой форме используются в качестве антисептиков для древесины, в частности в обработке первоначальных структур во время хранения от повреждения в связи с загниванием. Совместно с цинком медные провода могут располагаться поверх непроводящих кровельных материалов для предотвращения роста мха. В текстильных волокнах используется медь для создания противомикробных защитных тканей,³¹⁾ также она используется в керамической глазури, витражном стекле и музыкальных инструментах. Гальваническое производство обычно использует медь в качестве основы для других металлов, таких как никель. Медь представляет собой один из трех металлов, наряду со свинцом и серебром, использующихся в процедуре тестирования музейных материалов, носящей название тест Одди. В данной процедуре медь используется для обнаружения хлоридов, оксидов и серных соединений. Медь используется в качестве печатной пластины в вытравливании, гравировании и других формах металлографии. Оксид меди и карбонат используются в производстве стекла и в керамической глазури для обеспечения зеленого и коричневого цветов. Медь представляет собой основной легирующий металл в некоторых серебряных и золотых сплавах. Она может использоваться сама по себе, либо в качестве составляющей латуни, бронзы, медно-цинкового сплава для гильз и многих других полиметаллических сплавов.

Хромобактерия фиолетовая и Псевдомонада флуоресцентная могут мобилизовать твердую медь в виде цианистого соединения.³²⁾ Микоризальный фунги Ericoid Calluna, вереск и вакциниум могут произрастать в медном рудоносном грунте. Эктомикоризальный фунги Suillus luteus защищает молодые сосны от токсичности, связанной с медью. Образец грибка Аспергиллус черный был обнаружен произрастающим в золотодобывающем растворе; содержит цианометаллокомплекс, также как золото, серебро, медь, железо и цинк. Грибок также играет роль в солюбилизировании сульфидов тяжелых металлов.

Крупнейшие источники меди включают устриц, говядину и печень ягненка, бразильские орехи, сырую мелассу, какао и черный перец. Крупные источники включают лобстера, орехи и семена подсолнечника, зеленые оливки, авокадо и пшеничные отруби. Медьсодержащие белки обладают различными ролями в биологическом переносе электронов и транспортировке кислорода, процессах, которые применяют легкое взаимопреобразование Cu(I) и Cu(II). Биологическая роль меди начинается с присутствия кислорода в земной атмосфере. Белок гемоцианин представляет собой переносчик кислорода у большинства моллюсков и некоторых членистоногих, таких как мечехвост (Limulus polyphemus). Поскольку гемоцианин имеет голубой цвет, эти организмы обладают голубой кровью, в отличие от красной крови, обнаружимой в организмах, которые используют гемоглобин для этой цели. Сходные по структуре с гемоцианином соединения представлены лакказами и тирозиназами. Вместо обратимого связывания кислорода данные белки гидроксилируют субстраты, что объясняется их ролью в образовании летучих лаков.³³⁾ Медь также является составляющей других белков, связанных с обработкой кислорода. В цитохром-c-оксидазе, которая необходима для клеточного дыхания, медь и железо взаимодействуют в снижении уровня кислорода. Медь также обнаруживается во многих супероксиддисмутазах, белках, которые катализируют распад супероксидов посредством преобразования их (за счет перераспределения) в кислород и перекись водорода: 2 HO2 → H2O2 + O2 Некоторые медьсодержащие белки, такие как «голубые медьсодержащие белки», не взаимодействуют напрямую с субстратами, следовательно, не являются ферментами. Данные белки передают электроны посредством процесса, носящего название перенос электронов. Уникальный тетраядерный медьсодержащий центр был обнаружен в редуктазе оксида азота.³⁴⁾

Медь представляет собой незаменимый малый элемент в растениях и животных, но не в некоторых организмах. Человеческий организм содержит медь на уровне приблизительно от 1,4 до 2,1 мг на кг массы тела. Другими словами, рекомендованная суточная норма меди для нормальных здоровых взрослых указывается как 0,97 мг/день и как 3,0 мг/день. Медь абсорбируется в толстом кишечнике, а затем переносится в печень, связываясь с альбумином. После обработки в печени медь распределяется в другие ткани во второй фазе. Переносчик меди здесь включает белок церулоплазмин, который переносит подавляющее большинство меди в кровь. Церулоплазмин также переносит медь, которая выделяется в молоко, и отчасти является хорошо абсорбируемым источником меди.[119] Медь в организме обычно подвергается печеночно-кишечной рециркуляции (около 5 мг в день против 1 мг в день абсорбируемой с пищей и выводимой из организма), при этом организм способен выводить некоторое количество избыточной меди при необходимости посредством желчи, выносящей часть меди из печени, которая затем не абсорбируется повторно в кишечнике.³⁵⁾

По причине роли меди в содействии поглощению железа, дефицит меди может давать подобные анемии симптомы, нейтропению, патологические нарушения костей, гипопигментацию, нарушенный рост, повышенное проявление инфекций, остеопороз, гипертиреоз и нарушения обмена глюкозы и холестерина. Болезнь Вилсона, наоборот, вызывает аккумулирование меди в тканях организма. Серьезный дефицит может быть обнаружен посредством тестирования на предмет низкого уровня меди в плазме или сыворотке, низкого уровня церулоплазмина и низкого уровня супероксиддисмутазы красных кровяных тел; не восприимчиво к краевому уровню меди. «Активность цитохром-c-оксидазы лейкоцитов и тромбоцитов» определяется как другой фактор дефицита, но результаты не были подтверждены повторением. Граммы различных солей меди, принимаемые при попытках суицида, вызывают острую токсичность у людей, предположительно за счет окислительно-восстановительного цикла и образования активных форм кислорода, которые повреждают ДНК. Соответствующие количества медных солей (30 м/кг) токсичны для животных. Минимальное пищевое значение для здорового роста у кроликов, как сообщается, составляет как минимум 3 ч/млн пищи.³⁶⁾ Тем не менее, более высокие концентрации меди (100 ч/млн, 200 ч/млн или 500 ч/млн) в пище у кроликов могут благоприятно влиять на эффективность использования кормов, скорость роста и процентную долю разделки мясной туши. Хроническая медная токсичность обычно не встречается у людей за счет системы переноса, которая регулирует абсорбцию и выведение. Аутосомно-рецессивные мутации переносящих медь белков могут выводить из строя эту систему, вызывая болезнь Вилсона с аккумулированием меди и циррозом печени у людей, которые унаследовали два дефективных гена.

:Tags

Читать еще: Бутриптилин , Грейпфрут , Оксид азота (окись азота) , Синдром Тёрнера (Синдром Шерешевского — Тёрнера) , Экселон (Ривастигмин) ,