Малахит

1. Разложение малахита.
2. Растворение малахита в кислотах.
3. Гидролиз малахита.
4. Реакция с углекислым газом.
5. Коррозия меди на воздухе (образование зеленого налета на медных предметах во влажном воздухе):

6. Растворение меди в азотной кислоте.
7. Прокаливание меди на воздухе.
8. Взаимодействие твердого тела карбоната меди(II) c крепким раствором азотной кислоты.
9. Восстановление меди из ее соли более активным металлом или в результате электролиза.
10. Восстановление меди из ее оксида водородом или другим удобным восстановителем (монооксид углерода, древесный уголь).
11. Нагревание твердого тела нитрата меди(II) до полного разложения.
12. Растворение оксида CuO в концентрированной азотной кислоте.
13. Нейтрализация основания Cu(OH)₂ азотной кислотой.
14. Взаимодействие нитрата меди(II) с раствором щелочи.
15. Образование малахита в природных условиях. В самых общих чертах генезис сложных геохимических процессов можно представить так:

16. Нагревание твердого вещества Cu(ОН)₂ (несильно, чтобы не перевести оксид CuO в оксид Cu₂O) до полного разложения.
17. Нагревание CuCO₃ до полного разложения на CuO и СО₂.
18. Гидролиз карбоната меди(II).
19. Получение порошкообразного малахита в лабораторных условиях. Формально химизм образования дисперсного малахита можно выразить следующими уравнениями:

Однако это именно тот случай, когда «гладко пишутся бумаги, а кругом одни овраги».

Химизм образования малахита, если рассматривать его по стадиям, не может быть однозначно представленным, здесь допускается вариативность мышления.

Последовательность превращений для уравнения (I):

Последовательность ионных превращений для уравнения (II):

Этим и объясняется слоистая структура минерала. Концентрация ионов (СuОН)⁺, (FеОН)⁺, (ZnОН)⁺, Са²⁺, СО₃^2-, РО₄^3- при совместном присутствии в растворах минералов непостоянная. Поэтому испарение воды ведет к образованию своеобразного рисунка и различной величины кристаллов.

20. Взаимодействие сульфата меди(II) со щелочью аналогично п. 14.
21. Медную стружку обрабатывают концентрированной серной кислотой при несильном нагревании. Образовавшийся раствор упаривают до начала кристаллизации.

22. Восстановление меди из сульфата меди(II) аналогично п. 9.
23.К раствору сульфата меди(II), который образуется при растворении в воде медного купороса, приливают раствор нитрата бария.
Над образующимся осадком сульфата бария будет находиться раствор нитрата меди, который можно или декантировать, или отделить фильтрованием.
24. Если прогревать медный купорос в фарфоровой чашке, то постепенно будет происходить не только обезвоживание кристаллогидрата, но и разложение сульфата до оксида меди, сернистого газа и кислорода.

25. Знак (пустое множество) обозначает, что данную реакцию осуществить невозможно.

Механизм образования малахита в близком к истине приближении видится таким (исходные и включающиеся в процесс вещества взяты в рамки):

Образование малахита из азурита поддается объяснению, если учесть, что нерастворимые ионные кристаллы не абсолютно нерастворимы:

[8]

1. 5. Искусственный малахит.

Существует несколько способов получения искусственных минералов. Один из них – это создание композитных материалов спеканием порошка природного минерала в присутствии инертного связующего при высоком давлении. При этом происходит много процессов, из которых главные – это уплотнение и перекристаллизация вещества. Этот метод получил широкое распространение в США для получения искусственной бирюзы. Так же были получены жадеит, лазурит, другие полудрагоценные камни. В нашей стране композиты получали цементированием мелких обломков природного малахита размером от 2 до 5 мм с помощью органических отвердителей (наподобие эпоксидных смол) с добавлением в них красителей соответствующего цвета и тонкого порошка того же минерала в качестве наполнителя. Рабочую массу, составленную из указанных компонентов в определенном процентном отношении, подвергали сжатию при давлениях до 1 ГПа (10000 атм.) при одновременном нагревании свыше 100° С. В результате различных физических и химических процессов происходило прочное цементирование всех компонентов в сплошную массу, которая хорошо полируется. За один рабочий цикл таким образом получают четыре пластинки со стороной 50 мм и толщиной 7 мм. Правда, их довольно легко отличить от природного малахита.

Другой возможный способ – гидротермальный синтез, т.е. получение кристаллических неорганических соединений в условиях, моделирующих процессы образования минералов в земных недрах. Он основан на способности воды растворять при высоких температурах (до 500° С) и давлениях до 3000 атм. вещества, которые в обычных условиях практически нерастворимы – оксиды, силикаты, сульфиды. Ежегодно этим способом получают сотни тонн рубинов и сапфиров, с успехом синтезируют кварц и его разновидности, например, аметист. Именно этим способом был получен малахит, почти не отличающийся от природного. При этом кристаллизацию ведут в более мягких условиях – из слабощелочных растворов при температуре около 180°С и атмосферном давлении[5].

Сложность получения малахита в том, что для этого минерала главное – не химическая чистота и прозрачность, важная для таких камней как алмаз или изумруд, а его цветовые оттенки и текстура – неповторимый рисунок на поверхности отполированного образца. Эти свойства камня определяются размером, формой, и взаимной ориентацией отдельных кристалликов, из которых он состоит. Одна малахитовая «почка» образована серией концентрических слоев разной толщины – от долей миллиметра до 1,5 см разных оттенков зеленого цвета. Каждый слой состоит из множества радиальных волокон («иголочек»), плотно прилегающих друг к другу и подчас неразличимых простым глазом. От толщины волокон зависит интенсивность цвета. Например, тонкокристаллический малахит заметно светлее крупнокристаллического, поэтому внешний вид малахита, как природного, так и искусственного, зависит от скорости зарождения новых центров кристаллизации в процессе его образования. Регулировать такие процессы очень трудно; именно поэтому этот минерал долго не поддавался синтезу.

Получить искусственный малахит, не уступающий природному, удалось трем группам российских исследователей – в Научно-исследовательском институте синтеза минерального сырья (город Александров Владимирской области), в Институте экспериментальной минералогии Российской Академии наук (Черноголовка Московской области) и в Петербургском государственном университете. Соответственно было разработано несколько методов синтеза малахита, позволяющих получить в искусственных условиях практически все текстурные разновидности, характерные для природного камня – полосчатые, плисовые, почковидные. Отличить искусственный малахит от природного можно было разве что методами химического анализа: в искусственном малахите не было примесей цинка, железа, кальция, фосфора, характерных для природного камня. Разработка методов искусственного получения малахита считается одним из наиболее существенных достижений в области синтеза природных аналогов драгоценных и поделочных камней. Так, в музее упомянутого института в Александрове стоит большая ваза, изготовленная из синтезированного здесь же малахита. По всем своим свойствам синтетический малахит способен заменить природный камень в ювелирном и камнерезном деле. Его можно использовать для облицовки архитектурных деталей как внутри, так и снаружи зданий.

Искусственный малахит с красивым тонкослоистым рисунком производится также в Канаде, в ряде других стран.

II. Практическая часть. 2.1. Получение малахита.

Получение малахита по приведенному ниже методу является наиболее простым и удобным. Преимущество заключается в том, что эксперимент не требует много времени, используются доступные реагенты, причем в небольшом количестве, а так же обеспечивается высокий процент практического выхода.

Для получения малахита (Cu₂(OH)₂CO₃) необходимо:

1)Реактивы:

NaHCO₃ – 4,065 г.

CuSO₄·5H₂O – 5,5 г.

2) Приборы:

Фарфоровая ступка с пестиком – 1, термический стакан – 250 мл, штатив, стеклянная палочка – 2, воронка Бюхнера – 1, колба Бунзана – 1, фильтровальная бумага, пробирка, горелка.

Ход работы.

В фарфоровой ступке смешали 5,5 г. тонко стёртой сухой соли CuSO₄ ·5H₂O с гидрокарбонатом натрия 4,065 г.

В стакане нагрели до кипения 100 мл. воды. Смесь высыпали небольшими порциями в кипящую воду, быстро перемешивая. При этом наблюдается вспенивание. Следующую порцию смеси вносили после прекращения вспенивания. Содержимое стакана кипятили 10-15 мин для удаления из раствора СО₂. В результате реакции образуется гидроксокарбонат меди:

2CuSO₄ + 4NaHCO₃= CuCО₃·Cu(OH)₂↓ + 2Na₂SO₄+3CO₂↑ + H₂O.(*)

Осадку давали отстояться, затем промывали декантацией горячей водой, отмывая от иона SO₄^2-; делали пробу на полноту промывания (4 раза). Основную соль сушили между листьями фильтровальной бумаги, а затем высушивали в сушильном шкафу при температуре около 40-60°С.

Расчёт и материальный баланс.

Массы исходных веществ:

m (NaHCO₃)=4,065г

m (CuSO₄*5Н₂О)=5,5г

Вычислим их количество:

(NaHCO₃) = 4,065/84=0,048 моль

(CuSO₄*5Н₂О) =5,5/249=0,024 моль

По уравнению (*) найдем количество малахита:

(малахита) =0,011 моль

m_теор (малахита) =0,011 * 222=2,442 г

Рассчитаем практический выход продукта:

m_практ (малахита)пр=2,21 г

В результате мною было получено 2,21г малахита. Практический выход составил 90,6%

Проведем качественные реакции на обнаружение иона меди Cu²⁺ . Для этого насыпем малахитв три пробирки:

В первую пробирку добавим избыток раствора карбоната натрия, наблюдаем появление красивой синей окраски раствора:

Cu₂(OH)₂CO₃ + Na₂CO₃ = Na₂[Cu(CO₃)₂] + Cu(OH)₂↓.

Во вторую прильем уксусную кислоту:

(CuOН)₂CO₃+ 4CH₃СООН = 2Cu(CH₃COO)₂+ CO₂↑+ ЗH₂O.

К третьей добавим аммиак, который окрашивает при этом раствор в красивый темно-синий цвет:

Cu₂(OH)₂CO₃ + 8NH₃ = [Cu(NH₃)₄]CO₃ + [Cu(NH₃)₄](OH)₂.

К четвертой пробирке прильем концентрированный раствор HCl. Окраска станет ярко-зеленой:

Сu₂(ОН)₂СО₃ + 2HCl = 2CuCl₂ + CO₂↑ + H₂O.

Пятую пробирку нагреем над пламенем горелки. Наблюдаем выделение газа и образование черного осадка:

Сu₂(ОН)₂СО₃=2CuO↓ + CO₂↑+ H₂O.

2. 2.Вывод.

При выполнении практической части я сократила количество используемых веществ в 2 раза по сравнению с методикой получения, так как в лаборатории находится малое количество данных реагентов. В результате опыта мной было получено 2,21г порошкообразного малахита. Практически выход продукта составил 90,6% от теоретического, что удовлетворяет поставленной цели. Потери вещества произошли во время промывания а также при высушивании на фильтровальной бумаге.

III.Список литературы.

1.Малахит. БСЭ, т. 15, с. 276;

2." Ферсман А.Е. "Рассказы о самоцветах" Л., Детгиз, 1952.

3.Марченков В.И.Ювелирное дело. М.: Высшая школа, 1975, с. 37; М., 1982;

4.Здорик Т.Б., Фельдман Л.Г. Минералы и горные породы, т. 1. М, «ABF», 1998 г.;

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

6.Г.Смит. Драгоценные камни. М., «Мир», 1980;

7. физ свва

8.http://him.1september.ru/articlef.php?ID=200300705

9.Карякин Ю.В., Ангелов И.И. «Чистые химические вещества», Издательство «Химия», Москва, 1974 г.;

10.Реми Г. «Курс неорганической химии» том 1. Издательство «Химия», Москва 1967 г.;

11.Подчайнова В.Н., Медь, М., Свердловск: Металургиздат, 1991. – 249с.;