Miedź (symbol Cu) jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 29, znajdującym się w 11 grupie układu okresowego pierwiastków. Ma 26 izotopów z o masach od 55 do 80u, z których trwałe są jedynie 63Cu i 65Cu. Miedź jest metalem znanym już od czasów starożytnych, kiedy to była stosowana jako główny składnik brązów. W skorupie ziemskiej występuje przede wszystkim w postaci minerałów, takich jak chalkopiryt, chalkozyn, malachit i inne. Miedź jest pierwiastkiem, który spełnia także funkcje biologiczne. Dostarczana jest do organizmu przy okazji spożywania niektórych produktów żywnościowych. Najwięcej miedzi znajduje się przede wszystkim w nieprzetworzonych produktach spożywczych, szczególnie w owocach morza. Można ją także znaleźć w pieczywie gruboziarnistym, warzywach strączkowych, niektórych gotowanych podrobach, a także w kiwi. W stanie czystym, miedź metaliczna charakteryzuje się następującymi właściwościami:

  •   Jest ciałem stałym, stosunkowo miękkim, posiadającym charakterystyczną, czerwono-brązową barwę.
  •   Wykazuje bardzo dobre przewodnictwo cieplne oraz elektryczne.

Jedną z najistotniejszych własności miedzi jest właśnie jej stosunkowo duża odporność na korozję, gdyż pokrywa się warstwą tzw. patyny, która jest w rzeczywistości zasadowym węglanem miedzi. Patyna chroni w pewnym stopniu metaliczną miedź przed dalszą korozją. Niestety miedź nie jest odporna na działanie wilgotnej atmosfery, zawierającej duże ilości dwutlenku siarki, gdyż wytwarzają się wtedy na powierzchni warstwa siarczanu miedzi, która nie stanowi już wystarczającego zabezpieczenia przed dalszą korozją. W przemyśle ma się do czynienia zwykle z miedzią utlenioną w mniejszym lub większym stopniu. Traci ona zdolność do obróbki plastycznej w temperaturze około 5000C, albo w temperaturze wyższej w atmosferze o charakterze redukującym (np. w obecności wodoru). Szkodliwym zjawiskiem jest tzw. choroba wodorowa miedzi. Związana jest ona wysoką zdolnością do dyfuzji wodoru do miedzi, szczególnie w podwyższonych temperaturach. Wodór ten reaguje z tlenkiem miedzi(I) zgodnie z równaniem:

Cu2O + H2 → 2Cu + H2O

W wyniku tej reakcji powstaje czysta miedź, oraz para wodna, która nie ma zdolności do dyfuzji, więc nie może wydostać się na zewnątrz. Czasami, gromadząca się wewnątrz para wodna może mieć nawet lokalnie wysokie ciśnienie i doprowadzić do mikroskopowych pęknięć, które uwidaczniają się dopiero w dalszych etapach obróbki. Aby uniknąć tego zjawiska, należy w miarę możliwości używać miedzi, która nie zawiera tlenu, albo stosować wyżarzanie w atmosferze pozbawionej wodoru. Z wykorzystywanych często w przemyśle materiałów, silnie na miedź działają między innymi: chlor, chlorki (amonu, glinu, żelaza), fluorek amonu, kwas siarkowy, a w wyższych temperaturach siarkowodór. Nieco słabiej ma miedź wpływają między innymi acetylen, chlorek sodu, chlorek wapnia, chlorowodór, kwas solny, a także zaprawa murarska itp. Głównym rozpuszczalnikiem miedzi jest kwas azotowy(V), który rozpuszcza ją bardzo łatwo.

Najważniejsze związki miedzi

Jednym z najważniejszych związków miedzi jest siarczan(VI) miedzi(II), o wzorze CuSO4. Charakteryzuje się on przede wszystkim własnościami odkażającymi. Bezwodny siarczan(VI) miedzi(II) ma silne własności higroskopijne, co wykorzystuje się między innymi w procesie suszenia rozpuszczalników. Kompleksy miedzi są stosunkowo trwałe, jednak stosunkowo łatwo można zmieniać stopień utlenienia metalu w takich kompleksach. Dlatego właśnie są one często wykorzystywane jako katalizatory w różnych reakcjach redoks. Roztwory wodne soli miedzi(I) są wykazują intensywnie zielone zabarwienia. Roztwory soli miedzi(II) mają barwę intensywnie niebieską. Zależność ta również znalazła praktyczne zastosowanie, między innymi do kolorymetrycznego miareczkowania różnych układów redoks. Miedź łatwo tworzy stopy z innymi metalami, które znajdują bardzo szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach. Szczegółowe zastosowania samej miedzi, oraz jej stopów z innymi metalami zostaną omówione w dalszej części pracy.

Jak już wspomniano, miedź spełnia również wiele istotnych funkcji biologicznych. Jest mikroelementem, który wchodzi w skład centrów aktywnych wielu istotnych enzymów. Niezbędna jest między innymi do wytwarzania krwinek czerwonych. Wchodzi w skład hemocyjaniny, ma pozytywny wpływ na błonę otaczającą komórki nerwowe, a także bierze udział w procesie przesyłania impulsów nerwowych. Jest również jednym ze składników ważnego enzymu, dysmutazy ponadtlenkowej, który ma właściwości przeciwutleniające i chroni między innymi błony komórkowe przed szkodliwym działaniem wolnych rodników. Miedź bierze też udział w tworzeniu tkanki łącznej oraz syntezie tzw. hormonów miejscowych - prostaglandyn, które wpływają między innymi na ciśnienie tętnicze krwi, a także na czynność serca. Przyjęte jest, że minimalne dzienne spożycie miedzi powinno wynosić około 0,5ppm. Niedobór miedzi może być jedną z przyczyn niedokrwistości. Dzieje się tak dlatego, że zbyt mała ilość tego pierwiastka wpływa negatywnie na procesy wchłaniania żelaza, co zmniejsza liczbę czerwonych krwinek w organizmie. Niektórzy specjaliści twierdzą, że niedobór miedzi może powodować uszkodzenie serca i tętnic, a także zaburzenia pracy systemu nerwowego. Zbyt mała ilość miedzi w organizmie prowadzi również do obniżenia odporności organizmy, na skutek zmniejszenia liczby białych krwinek.

Miedź była jednym z nielicznych pierwiastków znanych już w starożytności. Otrzymywana jest obecnie przede wszystkim przy pomocy procesów ogniowych stosowanych w tzw. pirometalurgii a także (w mniejszym stopniu) w wyniku procesów hydroelektrometalurgicznych. Miedź otrzymana w wyniku procesów pirometalurgicznych jest zazwyczaj w dużym stopniu zanieczyszczona. Z tego powodu poddaje się ją zwykle dodatkowo procesowi rafinacji ogniowej lub elektrolitycznej. Tzw. miedź elektrolityczna dla celów naukowych i elektronicznych, jest jednak również jeszcze za bardzo zanieczyszczona. Poddaje się ją więc dodatkowym procesom rafinacji, co odbywa się już z reguły w wyspecjalizowanych pracowniach naukowych oraz w zakładach użytkowych. Wykorzystuje się w tym celu między innymi metody metalurgii próżniowej. Materiałem wyjściowym do procesów rafinacji jest zwykle miedź elektrolityczna, która poddawana jest najpierw redukcji tlenkiem węgla lub węglem w celu otrzymania miedzi beztlenowej. W następnej kolejności miedź ta jest przetapiana w próżni. W wyniku tego procesu otrzymuje się miedź próżniową, która jest niemal całkowicie pozbawiona gazów.

Jak już wspomniano, miedź, ze względu na swe właściwości już od bardzo dawna znajdowała bardzo szerokie zastosowania. Obecnie ma duże znaczenie dla ochrony środowiska naturalnego, gdyż dzięki szczególnej odporności na korozję i możliwości ponownego przetwarzania, nie jest szkodliwa dla środowiska. Nie wpływa również negatywnie na zdrowie człowieka. Dzięki temu, że miedź znalazła zastosowanie w budowie maszyn oraz urządzeń elektrycznych, możliwe było rozwinięcie technologie oszczędzających energię. Zastosowanie energooszczędnych urządzeń powoduje możliwość zmniejszenia emisji do atmosfery wielu szkodliwych substancji, przede wszystkim dwutlenku węgla, dwutlenku siarki, a także tlenków azotu. Również zmniejszeniu ulega emisja szkodliwych pyłów. Szacuje się, że oszczędności możliwe do osiągnięcia na całym Świecie dzięki wymianie silników na energooszczędne w znacznym stopniu mogą się przyczynić do zmniejszenia wielu zagrożeń ekologicznych, np. zmniejszenia intensywności wzrostu efektu cieplarnianego na Ziemi.

Miedź powszechnie stosowana jest w budownictwie. Szczególnie popularne jest pokrywanie nią dachów, oraz wykonywanie elementów wykończeniowych, jak rynny, parapety itp. Na powietrzu miedź pokrywa się zielonkawym nalotem, co daje bardzo pożądany i elegancki efekt estetyczny. Dachy pokryte spatynowaną miedzią postrzegane są jako eleganckie i długowieczne. Również w tym wypadku odporność na korozję, łatwość w użyciu i stosunkowo długa żywotność są dodatkowym atutem. Wszystko to sprawia, że wykorzystanie miedzi przy pokrywaniu dachów jest obecnie powszechne. Ze względu na swoje specyficzne właściwości fizyczne, przede wszystkim trwałość, ciągliwość oraz połysk, miedź była od dawna stosowana do wyrobu różnego rodzaju przedmiotów przez artystów i rzemieślników. Obecnie miedź jest stosowana również między innymi do produkcji różnego rodzaju instrumentów muzycznych. Również w jubilerstwie, jako dodatek do metali szlachetnych (przede wszystkim złota) pełni ważną funkcję. Kolejną ważną właściwością miedzi, która jest szeroko wykorzystywana, jest nadzwyczajnie duża zdolność do przewodzenia prądu. Również dzięki odporności na korozję, jest najbardziej niezawodnym, bezpiecznym oraz oszczędnym materiałem do produkcji elementów wykorzystywanych do przesyłania energii elektrycznej i to zarówno na duże odległości, jak i w gospodarstwie domowym. Wiele urządzeń elektrycznych zawiera w sobie elementy wykonane w głównej mierze z miedzi. Ze względu na znaczne przewodnictwo cieplne, wykorzystuje się ją również do budowy instalacji wodnych, a nawet gazowych. Rury miedziane nie są porowate, a ze względu na swe właściwości odkażające, ograniczają także rozwój bakterii w wodzie. Kolejną ważną zaletą miedzi, jest fakt, iż jest ona produktem, który może być używany wielokrotnie, bez wyraźnego pogorszenia się jakości. Szacuje się, że co najmniej 80% całej ilości wydobytej kiedykolwiek miedzi jest w dalszym ciągu używana do róznych celów.

Coraz większy postęp w dziedzinie przesyłania danych, umożliwia coraz większej ilości ludzi na całym Świecie korzystanie z wysokiej jakości usług telekomunikacyjnych, przy użyciu istniejących instalacji wykonanych w większości właśnie z miedzi. Miedź nadal jest i prawdopodobnie będzie jeszcze przez długi czas najlepszym nośnikiem informacji.

Bardzo szerokie zastosowania znajdują również od najdawniejszych czasów różnego rodzaju stopy miedzi z innymi metalami. Stop, z punktu widzenia chemicznego, jest jednorodną mieszaniną metali stopionych w odpowiednich proporcjach. Poszczególne stopy różnią się od siebie właściwościami fizycznymi oraz chemicznymi. Właściwości te różnią się także od właściwości pierwiastków wchodzących w skład stopów. Zwykle właściwości stopów metali są z punktu widzenia praktycznego bardziej korzystne (np. są twardsze, bardziej odporne na korozję itp.). Wśród najważniejszych stopów miedzi należy przede wszystkim wymienić:

  •   Mosiądz, który jest stopem miedzi z cynkiem, wykazującym dużo większą twardość od obydwu metali w stanie czystym. W zależności od składu procentowego składników, mosiądz może przyjmować barwy od białej, przez żółtą, aż do czerwonej. Ma bardzo dobre właściwości odlewnicze. Część gatunków mosiądzu zawierają w sobie również czasami dodatki innych pierwiastków, takich jak cyna, ołów, żelazo, glin, chrom, czy krzem. Mosiądz wykorzystywany jest przede wszystkim do wyrobu części maszyn, między innymi w przemyśle maszynowym, samochodowym oraz elektrotechnicznym, a także do produkcji przedmiotów codziennego użytku, takich jak armatura, klamki, okucia. Wykazuje również bardzo wysoką odporność na korozję, co wykorzystuje się przy produkcji przedmiotów, które muszą charakteryzować się szczególną odpornością na działanie niekorzystnych czynników korozyjnych. Kruchy mosiądz wykorzystuje się czasami jako formę odlewniczą. Szczególną odmianą mosiądzu jest tzw. mosiądz czerwony, który zawiera powyżej 80% miedzi. Nazywany jest on również tombakiem, a jego barwa do złudzenia przypomina złoto. Jest on szeroko wykorzystywany jako imitacja złota w wyrobach artystycznych i jubilerskich oraz do wyrobu instrumentów muzycznych.
  •   Brąz jest stopem miedzi z cyną. Czasami zawiera również dodatki takich pierwiastków. jak aluminium, krzem, mangan itp. Był znany i powszechnie wykorzystywany już w czasach starożytnych, przede wszystkim z tego powodu, że rudy miedzi i cyny często znajdowały się w tych samych miejscach. Brąz charakteryzuje się wysoką odpornością na działanie wysokiej temperatury oraz korozję. Używany jest między innymi do wyrobu części maszyn, aparatury chemicznej oraz w numizmatyce do produkcji monet. Szeroko stosowany jest także w odlewnictwie przedmiotów artystycznych, a jedynym czynnikiem, który ogranicza jego wykorzystanie jest stosunkowo wysoka cena.
  •   Miedzionikle stanowią grupę stopów miedzi i niklu, zawierających również często dodatki innych pierwiastków, takich jak krzem, żelazo, glin, czy mangan. Charakteryzuje je dobra wytrzymałość mechaniczna, a także odpornością na korozję. Mają dobre własności oporowe, co wykorzystuje się między innymi w elektrotechnice. Stosowane są także do produkcji monet.
  •   Spiż jest to stopem miedzi z cyną, cynkiem i ołowiem. Czasami jest zaliczany do grupy brązów, ale zawiera znacznie więcej cyny (11%). Charakteryzuje się bardzo wysoką odpornością na korozję i ścieranie. W dawnych czasach wykorzystywano go między innymi do odlewania dzwonów, a później także armat. Obecnie stosowany jest przede wszystkim w rzeźbiarstwie oraz do wyrobu elementów ozdobnych.