Jan Drzymała

ŁUGOWANIE RUD MIEDZI

Właściwości miedzi.

Miedź jest metalem miękkim, ciągliwym o charakterystycznym czerwonym zabarwieniu. Doskonale przewodzi ciepło i elektryczność, w czym ustępuje tylko srebru. Ta cecha tłumaczy jego wszechstronne zastosowanie w elektrotechnice. Minimalne domieszki np. fosforu, arsenu w ilości 10^-3% znacznie pogarszają właściwości przewodzące. Średnie rozpowszechnienie miedzi w litosferze wynosi 5.5x10^-3%. Miedź może występować w naturze w postaci rodzimej. Rodzimki miedzi zawierają domieszki Au w ilości do 3% wagowych oraz srebro, arsen, antymon, german. Pospolitsze są jednak jej minerały, również z zawartością odzyskiwalnych domieszek złota, srebra, platyny, niklu, molibdenu. Znanych jest ok. 250 minerałów miedzi, w tym tylko kilka o znaczeniu eksploatacyjnym. Minerały miedzi dzieli się na utlenione (zawierające miedź w postaci tlenku, węglanu, siarczanu, krzemianu) i siarczkowe (zawierające miedź w postaci siarczków pierwotnych i wtórnych takich jak chalkopiryt CuFeS₂, chalkozyn Cu₂S, kowelin CuS, bornit Cu₅FeS₄). Miedź w związkach przyjmuje wartościowości +1 i + 2 (oraz wyjątkowo +3). Związki miedzi jednowartościowej (miedziawe) są na ogół nietrwałe i łatwo przechodzą na wyższy stopień utlenienia, chociaż tlenek miedziawy Cu₂O występuje w stanie naturalnym. Znacznie bardziej rozpowszechniane i znane są związki miedzi dwuwartościowej: tlenek CuO, wodorotlenek Cu(OH)₂, halogenki CuX₂ (X - chlorowiec), siarczek CuS, octan Cu(CH₃COO)₂, uwodniony siarczan miedzi CuSO₄ x 5 H₂O, węglan CuCO₃. Sole miedzi mają barwę niebieską lub zieloną i są w znacznym stopniu toksyczne. Dzięki tej cesze np. CuSO₄ x 5 H₂O znalazł zastosowanie w rolnictwie do niszczenia szkodników.

Miedź tworzy z metalami wiele stopów o dużym znaczeniu praktycznym: jak brązy- stopy miedzi z cyną, mosiądze - stopy miedzi z cynkiem, a także stopy z metalami szlachetnymi: srebrem i złotem. Miedź jako dodatek zawierają również inne stopy jak: tombak, nikielin, konstantan, materiał na druty oporowe.

Miedź jest odporna na działanie suchego powietrza w umiarkowanych temperaturach, natomiast wilgoć sprzyja tworzeniu się cienkiej warstwy zasadowego węglanu miedziowego barwy zielonej zwanej patyną, o działaniu wybitnie antykorozyjnym.

Kwasy nieutleniające HCl i HF w niskiej temperaturze i w warunkach beztlenowych w stosunku do miedzi są chemicznie neutralne, natomiast kwasy utleniające (stężony HNO₃) i stężony H₂SO₄ przeprowadzają miedź do roztworu w postaci odpowiednich soli, same ulegając redukcji (w związku z położeniem miedzi w szeregu napięciowym metali nie zachodzi wydzielanie wodoru!).

Ługowanie związków miedzi z rud można prowadzić kwasami nieorganicznymi.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Poddaj ługowaniu siarczkową rudę miedzi z Lubińsko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego i oznacz stężenie wyługowanej miedzi. W tym celu przygotuj trzy 5-cio gramowe (odważone z dokładnością do 0,01 g) naważki rudy miedzi. Po umieszczeniu materiału w zlewkach zalej pierwsza zlewkę 50cm³ wody destylowanej, drugą 50 cm³ 5 % HCl a trzecią 50 cm³ 20%. HCl. Prowadź ługowanie przez 0,5 godz., w czasie którego mieszaj każdą zawiesinę bagietką szklana. Po ługowaniu oddziel osady od roztworów przez sączenie a następnie przemyj je dwa razy wodą destylowaną. Rozcieńcz uzyskane roztwory w kolbach miarowych o objętości 200 cm³ wodą destylowaną do kreski. Oznacz jodometrycznie zawartość miedzi w roztworach wg podanej poniżej procedury.

Jodometryczne oznaczanie zawartości miedzi w roztworze

Jodometryczne oznaczenie zawartości miedzi polega na redukcji miedzi dwuwartościowej (Cu⁺²) do jednowartościowej (Cu⁺) przy zastosowaniu KJ w myśl reakcji:

2Cu²⁺ + 4 J^- → Cu₂J₂ + J₂

wydziela się przy tym trudno rozpuszczalny osad jodku miedziowego, warunkujący ilościowy przebieg reakcji w kierunku na prawo oraz wolny jod. Wydzielony ilościowo jod (w ilości równoważnej do początkowej zawartości Cu²⁺) miareczkuje się mianowanym roztworem tiosiarczanu sodu w obecności skrobi jako wskaźnika. Wolny jod barwi roztwór skrobi na kolor granatowy, który znika po związaniu całej ilości jodu według reakcji:

J₂ + 2S₂O₃^-2 → 2J^- + S₄O₆^-2

Ponieważ utlenienie jonu J^- zachodzi powoli, dlatego oznaczenie należy rozpocząć po upływie kilku - kilkunastu minut od momentu dodania KJ. Ten czas jest potrzebny, aby reakcja przebiegała ilościowo, tzn. aby użyty do miareczkowania mianowany roztwór tiosiarczanu związał całkowitą ilość jodu równoważną zawartości miedzi w roztworze.

Wykonanie miareczkowania

Weź 50 cm³ roztworu z kolby miarowej i umieść go w kolbie stożkowej o pojemności 200 cm³. Do kolby dodaj 1cm³ 50% roztworu KJ a całość mieszaj przez 3-4 minuty. Następnie poddaj roztwór miareczkowaniu mianowanym roztworem (0,10 molowym) tiosiarczanu sodu umieszczonym w biurecie. Zauważ, że miareczkowaniu towarzyszy zmiana zabarwienia z brunatnego do jasnożółtego w wyniku zaniku jodu. Kiedy roztwór będzie jeszcze jasnożółty dodaj do roztworu parę kropli 0,5% roztworu skrobi. Za koniec miareczkowania należy przyjąć moment, od którego po 30 sek. nie nastąpi powrót niebieskiego zabarwienia. Powtórz miareczkowanie z nową porcją (50 cm³) roztworu po ługowaniu.

Obliczanie wyników miareczkowania.

Zanotuj objętość roztworu tiosiarczanu sodu zużytego do miareczkowania poszczególnych próbek. Odpisz z butelki stężenie tiosiarczanu sodu. Wiedząc z reakcji chemicznych, że na zmiareczkowanie jednego mola jonów miedziowych potrzeba jeden mol jonów tiosiarczanowych oblicz stężenie jonów miedzi w roztworach po ługowaniu znajdujących się w kolbach miarowych. Stężenie miareczkowanego roztworu można wyliczyć ze wzoru:

v₁ c₁ = v₂ c₂

gdzie v₁ jest objętością roztworu miareczkowanego (w cm³), c₁ stężeniem tego roztworu w mol/dm³ zaś v₂ i c₂ odpowiednio objętością i stężeniem roztworu miareczkującego. Zauważ, że objętość roztworu wzięta do miareczkowania wynosiła 50 cm³. Zrób wykres opisujący zależność stężenia jonów miedzi w roztworach miareczkowanych od stężenia kwasu solnego użytego do ługowania. Oblicz procentowy stopień wyługowania miedzi biorąc pod uwagę fakt, że procentowa zawartość miedzi w rudzie wynosi 1,5% a całkowita objętość roztworu po ługowaniu była 200cm³. W sprawozdaniu dokładnie zinterpretuj rysunek i omów obliczenia oraz reakcje chemiczne

---