Синтез карбоната меди

Сейчас различают только «бирюзовый» и «плисовый» сорта  малахита.

Плисовый малахит образуется в трещинах или нарастает на обломки  кремнистых пород. Агрегаты его состоят  из плотно прилегающих друг к другу лучистых конусообразных пучков.

Окраска темно-зеленая  густая (до черно-зеленой). Рисунок простой, преимущественно волокнисто полосчатый и обусловлен наличием тонких полос  с различной интенсивностью окраски.

Бирюзовый отличается большим  разнообразием рисунков и цветовых вариаций. Ленточный бирюзовый малахит с волокнисто- полосчатым или прямолинейно-полосчатым рисунком образуется в полостях неправильной формы, нарастая на мелкоузорчатый малахит или образуя внешние зоны в сталактитах. Рисунок камня образован чередующимися волнами и полосами, повторяющие очертания «подложки».

Бирюзовый малахит с  концентрически-полосчатой структурой встречается в натечных формах –  почках, корках, трубчатых выделениях, сталактитах. Рисунок бирюзового малахита очень сложный, причудливый и неповторимый. В одних случаях наблюдаются крупные одиночные почки с концентрически-зональным строением, в других случаях многочисленные мелкие почки, сливаясь, образуют мелкоузорчатые агрегаты.

Также выделяют такой  вид как азурмалахит, который представляет собой взаимное прорастание малахита и азурита.

                              1.6 Физические свойства малахита

           Название: основный карбонат меди, малахит, медная зелень, малахитовая зелень, плисовый малахит, атласная руда, павлиний камень, (CuOH)₂CO₃ - довольно хрупкий минерал.

Цвет: варьирует от сочного  темно-зеленого до светлого бирюзово-зеленого. Непрозрачен, в мелких кристаллах просвечивает. В плотных почковидных агрегатах  окраска обычно распределяется ритмично, с чередованием темных и светлых зон. Тонкоигольчатый (плисовый) и порошковатый агрегаты окрашены равномерно. Более или менее одноцветные куски встречаются редко.

При нагревании до 150˚C не изменяется, при 200˚C реактив разлагается и чернеет, переходя в CuO. Нерастворим в воде, растворяется в кислотах с образованием соответствующих медных солей, а также в водных растворах цианидов, солей аммония в щелочных карбонатах с образованием комплексных соединений меди.

 

                               1.7 Химические свойства малахита

            Состав малахита отвечает формуле Cu2H2CO5. Всесторонние исследование привели к более содержательной формуле: Сu2 (ОН)2СО3. С учетом современных знаний о составе ионных кристаллов мы можем записать формулу малахита:

 

[CuOH]₂²⁺CO₃^2-

 

Состав малахита различные авторы выражают идентично (имея в виду ионный состав кристалла): у Н.С.Ахметова – СuСО₃•3Сu(ОН)₂, у Д.И.Менделеева – СuO₂H₂CuCO₃.

Рассмотрим реакцию  разложения малахита:

 

(СuОН)₂СО₃=2CuO↓ + CO₂↑ + H₂O(180-200˚C)

(СuОН)₂СО₃+ K2CO3 = K2[Cu(CO3)2] + Cu(OH) ₂↓.

((СuОН)₂СО₃+ 4CH3СООН = 2Cu(CH3COO) ₂+ CO₂↑ + ЗH₂O.

(СuОН)₂СО₃+ 4HCl _(разб.) = 2CuCl₂+ CO₂↑ +ЗH₂O

(СuОН)₂СО₃+4NH₄Cl _(конц.) =2CuCl₂+ CO₂↑ + 3H₂O + 4NH₃↑ (кип.)

(СuОН)₂СО₃+ 8(NH₃∙H₂O) _[кoнц.] = [Cu(NH₃)₄]CO₃+ [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 8H₂O

(СuОН)₂СО₃+ 8KCN _(конц.) = 2K₂[Cu(CN)₄] + K₂CO₃+ 2KOH

(СuОН)₂СО₃+ 3CO₂+ 4KOH _(разб.) = 2 K₂[Cu(CO₃)₂] _(син.) + ЗH₂O

(СuОН)₂СО₃+ CO₂ = 2Cu СО_{3 (бел.)} +H₂O (180˚C, p)

 

                                 1.8 Применение

    Малахит относится к минералам, в которых соединились польза от практического использования и природная красота. Ценный поделочный декоративный камень. Наиболее эффектен плотный малахит зональной структуры, при полировке дающий красивый рисунок. Медная зелень – важный поисковый признак на месторождениях меди.

Красота и прочность  камня сделали его одним из важнейших материалов в искусстве. Из малахита изготовлялись броши. Исключительно  красивы столешницы, особенно мозаичные. В коллекции изделий из камня  Эрмитажа одно из первых мест принадлежит  предметам из малахита – около 200 ваз, столешниц, торшеров и других произведений камнерезного искусства.

В Эрмитаже декоративные вазы, чаши, торшеры и канделябры из малахита и другого цветного камня  размещены в Галерее древней  живописи, в зале итальянской школы, на площадке Советской лестницы, в Фельдмаршальском и Георгиевском залах. Наиболее художественно ценные бытовые вещи из малахита выставлены в Малахитовом зале. В его убранстве широко использован малахит. Вдоль длинных сторон зала установлено 8 малахитовых колонн, расположенных попарно, вдоль коротких сторон – 8 пилястров с капителями на белых мраморных постаментах. Под огромными зеркалами в деревянных золоченых рамах вделаны большие малахитовые камины. В центре паркетного пола, откуда расходятся деревянные лучи, стоит малахитовая ваза на треножнике из золоченой бронзы с крылатыми женскими фигурами и козьими ногами. Вдоль стен и окон стоят покрытые малахитовой мозаикой столы, торшеры и вазы. В четырех витринах выставлены разнообразные изделия из малахита – настольные украшения, пресс-папье, письменные приборы, шкатулки и коробочки для бумаг и др.

Кроме чаш, ваз, канделябров  и бытовых изделий в Эрмитаже хранится памятник искусства прошлого века – «Малахитовый храм», выполненный  в виде античного храма-ротонды. В нем малахит применен в отделке колонн.

В настоящее время  изделия из малахита – бусы, броши, перстни, кулоны – ценятся наравне  с полудрагоценными камнями и  пользуются большим спросом.

 

 

                                

 

                               

 

 

                                    2. Экспериментальная часть

                     Получение карбоната меди СuCO₃ * Cu(OH)₂

В фарфоровой ступке смешивают 5 г. тонко истертой сухой соли CuSO₄ * 5 H₂O с гидрокарбонатом натрия (количество NaHCO₃ рассчитывают по равенству реакции и берут на 20 % больше рассчитанного).

В стакане нагревают  до кипения 50 мл воды. Смесь всыпают  небольшими порциями в кипящую воду,  быстро перемешивают. При этом наблюдается  вспенивание. Следующую порцию смеси вносят после прекращения вспенивания. Содержимое стакана кипятят втечение 10-15 минут для удаления из раствора CO₂ .В результате реакции образуется основная углемедная соль.

2СuSO₄ + 4NaHCO₃= CuCO₃ * Cu(OH)₂ +2Na₂SO₄+3CO₂+ H₂O

Осадку дают отстоять , затем промывают декантацией горячей водой, отмывая от иона SO₄^-2 ,делают пробу на полноту промывания. Основную соль отсасывают и сушат между листами фильтровальной бумаги при комнатной температуре, а затем высушивают при температуре 80-100 ⁰С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано: Решение:

                                                  3,2              3,36                     х

m(CuSO₄ * 5 H₂O )=5г. 2СuSO₄ + 4NaHCO₃= CuCO₃ * Cu(OH)₂+2Na₂SO₄+

                                                  320 г          336 г                  222 г

 +3CO₂+ H₂O

 

                                                 ŋ= m_пр./m_теор.* 100%

                          

M(СuSO₄)= 64+32+64=160г/моль

Найти: ŋ-? m (СuSO₄)=160 г/моль * 2 моль=320г

M(NaHCO₃)=23+1+12+48=84 г/моль

m(NaHCO₃)= 84 г/моль * 4 моль=336г

M(CuCO₃ * Cu(OH)₂)=64+12+48+64+34=222г/моль

m(CuCO₃ * Cu(OH)₂)= 222г/моль* 1 моль=222г

M(CuSO₄ * 5 H₂O)=160+90=250 г/моль

 

1) Найдем процентное содержание СuSO₄ в соединении CuSO₄ * 5 H₂O:

 

 M(CuSO₄ * 5 H₂O)               100%

 

 M(СuSO₄)               Х%

 

 

250г-100%

160г-х% х=160*100/250=64%

 

Значит в  соединении CuSO₄ * 5 H₂O процентное содержание СuSO₄ равно 64%,следовательно содержание воды равно 36%.

 

2) Найдем массу CuSO₄:

 

5г-100%

хг-64%  х=64*5/100=3,2г

 

3) Найдем то количество NaHCO₃,которое нам необходимо взять для проведения реакции:

3,2г-хг

320г-336г      х=3,2*336/320=3,36г

 

По условию  массу NaHCO₃ берем на 20 % больше рассчитанного:

3,36г-100%

хг-120% х=120*3,36/100=4,032г

 

4)Найдем какая  из солей находится в недостатке:

(CuSO₄)3,2/320=0,01 (NaHCO₃)4,032/336=0,012

Из вычислений видно, что CuSO₄ находится в недостатке, следовательно, массу практическую CuCO₃ * Cu(OH)₂ будем рассчитывать, используя данные CuSO₄:

3,2г-хг

320-222г                    х=3,2*222/320=2,22г

 

5)Для расчета  выхода продукта реакции необходима масса практическая. Её мы нашли входе проведения опыта. Она равна 1,8 г.

 

6)Найдем выход  продукта реакции:

 

ŋ=1,8/2,22*100%=81%

 

 

Ответ: 81%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       Выводы

 

1)Провели литературный обзор по синтезу и свойствам малахита.

 

2)Ознакомились  с применением малахита и его  получением в лаборатории.

 

3)Получили малахит,  выход продукта которого составил 81%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            Список литературы

 

1. Подчайнова В.Н, Медь, Свердловск: Металлургиздат, 1991. – 249с.;

2. Смирнов В. И., Металлургия меди и никеля, (М., Свердловск , 1950. – 234с.);

3. Газарян Л. М., Пирометаллургия меди, Свердловск: Металлургиздат 1960. – 189с.;

4.Справочник металлурга  по цветным металлам, под редакцией  Н. Н. Мурача, Т. 1, М., 1953,– 211с

5.Степин Б.Д., Аликберова  Л.Ю. Книга по химии для домашнего  чтения. М., Химия, 1994. 175с

6.Карякин Ю.В., Ангелов  И.И. Чистые химические вещества. М.: Химия, 1974. 367с.

7.Реми Г. «Курс неорганической  химии» Т. 1. М.: Химия, 1967 г. 413с.

8.Смит Г. Драгоценные  камни. М.: Мир, 1980. 319.

9.Здорик Т.Б., Фельдман  Л.Г. Минералы и горные породы, Т. 1. М.:, ABF, 1998. 263с.

10.http://ru.wikipedia.org/wiki/Малахит