Měď (chemická značka Cu, cuprum) je ušlechtilý kovový prvek načervenalé barvy, používaný člověkem již od pravěku: v pozdní době kamenné, zvané eneolit (též chalkolit, doba měděná) se začala měď těžit, tavit a zpracovávat vedle dosavadních kamenných industrií a předznamenala tak nástup doby bronzové. Do této doby (cca 3200 př. n. l.) patří např. nález těla tzv. Ötziho, vybaveného měděnou sekyrou remedellské kultury, roku 1991 v Alpách na hranici Rakouska a Itálie. Nejstarší doklady o tavení tohoto kovu v primitivních pecích, v nichž se topilo datlovými peckami nebo suchým trusem, pocházejí z 3. tisíciletí ze severní Mezopotámie. V období Římské říše se měď těžila hlavně na Kypru, proto dostala jméno cyprium (kov Kypru); později se zkrátilo na cuprum. České slovo měď (a podobně v ostatních slovanských jazycích) pochází ze staré perštiny, která tento kov nazývala med, nebo také možná původně z názvu Médie, oblasti v Turecku a severozápadním Íránu, přes kterou se měď na Iónské ostrovy a dál do Evropy dovážela. Území Persie (přibližně dnešní Írán a Afghánistán) patřilo k nejstarším nalezištím měděné rudy. Měď se vyznačuje velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí, dobře se mechanicky zpracovává a je odolná k atmosférické korozi. Je základní součástí řady velmi důležitých slitin a mimořádně důležitá pro elektrotechniku.
Historický význam Většina etap lidských dějin nese názvy po kovech či jejich slitinách a měď zde stojí na samém počátku. Lidé v době kamenné se naučili mechanickou úpravou za studena zpracovávat kov, nalezený v nativní podobě. Jednalo se o zlato, stříbro a měď. Tyto výrobky sloužily většinou ke zdobení a neměly výrazný vliv na technický rozvoj. Aby bylo možné z kovu vyrábět nástroje, bylo nutné ho získat v množství, které nálezy čistého kovu neumožňovaly. Že lze kov získat zahřátím určitých kamenů v redukčním prostředí, nemohlo napadnout ani toho nejtalentovanějšího jedince v době kamenné. Teplo a v některých částech i redukční prostředí však poskytovalo ohniště, šlo jen o to dostat do pravých míst pravý kámen. K potřebné náhodě došlo nezávisle na celém světě zhruba ve stejné době kolem 5. tisíciletí před naším letopočtem. Kameny, atraktivní svým vzhledem, obsahující malachit a azurit se staly předmětem šamanských manévrů na jejichž výstupech se ocitly kapičky mědi spojené struskou v kujnou hmotu. Uhlík a oxid uhelnatý se za vysoké teploty setkal s uhličitany mědi. Mezi lidská poznání přibyl první metalurgický proces. Následovalo hledání a dobývání měděné rudy a zdokonalování výrobního procesu. Nejcennější stopu po způsobu dobývání rudy poskytuje prehistorický důl Rudna Glava v Srbsku, spojený s kulturou Vinča. Hutní proces nejlépe prokazuje archeologické naleziště Los Millares ve Španělsku. Na západní polokouli ve stejné době došlo k rozvoji metalurgie mědi v Peru během aktivit kultury Moche.
V procesu, objeveném díky mědi, se časem ocitly i rudy jiných kovů, redukcí za tepla byl získán cín a začala tak doba bronzová. Později do žáru dřevného uhlí zamířil magnetovec. Po vykování prvního předmětu z železné houby nastala doba železná, která trvá dodnes. Čistá měď ustoupila do pozadí až do konce 19. století, kdy se navíjený měděný drát stal nezbytným prvkem éry elektřiny. S pravděpodobností blížící se jistotě stály na počátku technického pokroku vzhledově atraktivní uhličitany mědi.
Základní fyzikálně-chemické vlastnosti náhled|vlevo|Plamenová zkouška měďnaté soli Typický kovový prvek, kovově lesklý s červeným nádechem. Na vzduchu vlivem oxidace tmavne a pozvolna přechází do rezavohnědé barvy. Ve velmi tenkých plíšcích prosvítá zelenomodře. Krystalizuje v kubické plošně centrované soustavě. Patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-sféře a patří do 11. skupiny. Měď, stejně jako stříbro a zlato, které se nacházejí ve stejné skupině, se většinou vlastností podobají svým sousedům nalevo v periodické tabulce (prvkům triády železa a tedy přechodným kovům – nikl, palladium a platina), v některých vlastnostech se však velmi podobají prvkům 1. skupiny – alkalickým kovům, tedy prvkům nepřechodným. Společný rys se sousedy vlevo má měď v oxidačním stupni Cu2+ a svých barevných komplexech a společný rys s alkalickými kovy má zejména Cu1+. V těchto dvou oxidačních stupních tvoří měď nejvíce sloučenin, vzácně i v oxidačním stupni Cu3+ a Cu4+. Trojmocnou měď je nutné stabilizovat velkými anionty.
K rozpouštění mědi v minerálních kyselinách dochází, jako ušlechtilý kov však nedokáže z kyseliny vytěsnit kation vodíku, a proto se rozpouští v oxidujících kyselinách nebo v neoxidujících kyselinách v prostředí oxidačních činidel.
Ve zředěném roztoku kyseliny chlorovodíkové se měď nerozpouští. Pokud se do roztoku přidá oxidační činidlo (nejběžněji peroxid vodíku), probíhá rozpouštění velmi pomalu až bouřlivě v závislosti na koncentraci kyseliny a peroxidu. V koncentrované kyselině chlorovodíkové se měď také nerozpouští, v přítomnosti oxidačních činidel však probíhá rozpouštění poměrně rychle za vzniku zeleného roztoku chloridu měďnatého.
2 HCl + H2O2 + Cu → CuCl2 + 2 H2O
Ve zředěném roztoku kyseliny sírové se měď nerozpouští, v přítomnosti oxidačního činidla se však rozpouští za vzniku zelenomodrého roztoku síranu měďnatého. V koncentrované kyselině sírové, která je sama oxidující kyselinou, se měď zprvu nerozpouští a pouze černá na oxid měďnatý, přičemž se uvolňuje oxid siřičitý, a teprve po zčernání mědi se oxid měďnatý rozpouští v kyselině sírové na modrý roztok síranu měďnatého.
H2SO4 + H2O2 + Cu → CuSO4 + 2 H2O Cu + H2SO4 → CuO + SO2 + H2O CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
Ve zředěném roztoku kyseliny dusičné, která je oxidující kyselinou, se měď rozpouští za vzniku modrého roztoku dusičnanu měďnatého a uvolňování oxidu dusnatého. V koncentrované kyselině dusičné, která je také oxidující kyselinou, se měď rozpouští za vzniku modrého roztoku dusičnanu měďnatého a uvolňování oxidu dusičitého.
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
V alkalických hydroxidech je měď nerozpustná, dobře se však rozpouští v koncentrovaných roztocích alkalických kyanidů za vývoje vodíku.
2 Cu + 2 H2O + 4 CN− → 2 [CuI(CN)2]− + 2 OH− + H2
náhled|vlevo|Měděnka v pražském metru ve stanici Florenc Ke korozi na vzduchu vykazuje měď (velmi) dobrou odolnost, neboť se působením kyslíku, atmosférické vlhkosti a oxidu uhličitého pokrývá tenkou vrstvičkou zeleného zásaditého uhličitanu měďnatého (CuCO3 . Cu(OH)2) – měděnkou, která ji účinně chrání proti další korozi (tzv. pasivace). Proto se silnější vrstva měděnky vytvoří, v závislosti na vzdušné vlhkosti, za několik měsíců až mnoho let. Na měď působí za pokojové teploty a vzdušné vlhkosti i chlór. Za vyšší teploty se měď slučuje s velkým počtem prvků; k nejvýraznějším vlastnostem patří slučivost se sírou. Sloučeniny měďnaté barví plamen zeleně. vpravo|náhled|Chalkopyrit – CuFeS2 Měď vede v čistém stavu velmi dobře elektrický proud, po stříbře vykazuje druhou nejlepší vodivost ze všech kovových prvků za normální teploty.Vodivost se však výrazně snižuje i při velmi malém obsahu nečistot, zejména antimonu a arzénu. Zároveň je i výborným vodičem tepla. (Z praxe: Je třeba elektrodou k sobě svařit dva vodorovné ocelové plechy tloušťky 6 mm, mezera také 6 mm. Zespod se přitiskne měděná destička tloušťky 10 mm. Poté se začnou el. obloukem tyto plechy k sobě svářet. Ačkoliv teplota oblouku je 3000 °C a roztavené oceli 1500 °C, měď odvádí teplo tak rychle, že se ani nenataví a žhavou lázeň udrží. Destička—neporušená—pak odpadne). Čistá kovová měď je poměrně měkká, a proto se pro praktické aplikace často používají její slitiny. Měď je velmi tažná a kujná a i proto se z ní vyrábějí vodiče elektrického proudu.
U určitého druhu mědi se při teplotě vyšší než 400 °C vyskytuje vodíková nemoc. Jde o měď obsahující O2 nad 0,003% (u bezkyslíkové mědi nad 0,002%). Za vysokých teplot do mědi difunduje (proniká) vodík, který se následně váže s kyslíkem v mědi a vytváří molekuly vody v podobě vodní páry. Vodní pára působí tlakem na okolní strukturu materiálu a vznikají malé trhlinky, jejichž následkem je zhoršení mechanických vlastností mědi.
Jestliže měď rozžhavíme a prudce ochladíme ve vodě, změkne. Časem opět sama ztvrdne. Této vlastnosti využívali například mědikovci. Automechanici si takové nýty dávali do ledničky, aby déle vydržely měkké.
Výskyt vpravo|náhled|Azurit – 2 CuCO3 . Cu(OH)2 vlevo|náhled|Kuprit – Cu2O Měď je v zemské kůře přítomna poměrně vzácně. Odhaduje se, že její obsah činí 55 – 70 ppm (mg/kg). V mořské vodě se její koncentrace pohybuje pouze na úrovni 0,003 miligramů v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom mědi přibližně 1 miliarda atomů vodíku.
Ryzí měď se v přírodě nachází, avšak pouze vzácně ve větším množství a vyskytuje se tedy převážně ve sloučeninách. Elementární měď se hojněji vyskytuje u Hořejšího jezera v Severní Americe. Nejčastěji se nachází ve formě sulfidů, k nimž patří například chalkocit neboli leštěnec měděný Cu2S, covellin CuS, bornit Cu3FeS3, bournonit (Cu2. Pb)3[SbS3]2 a chalkopyrit neboli kyz měděný CuFeS2. Dalšími významnými minerály jsou kuprit Cu2O, zelený malachit CuCO3 . Cu(OH)2 a jemu chemicky podobný modrý azurit 2 CuCO3 . Cu(OH)2.
K největším světovým producentům mědi patří především Chile, Peru a USA v Novém Mexiku a Utahu. Významná ložiska měděných rud se nacházejí také v Zairu, Zambii, Kanadě, Kazachstánu a Polsku.
Měď patří také k biogenním prvkům, neboť je součástí hemocyaninu, obsaženého v krvi měkkýšů.
Výroba
vlevo|náhled|Světová produkce mědi roku 2005. Na prvním místě je Chile s asi 5,3 miliony tun za rok, následují Peru, Spojené státy americké a Indonésie: každá z těchto zemí těží asi 1 milion tun ročně. vpravo|náhled|Graf světové produkce mědi 1900 až 2010 náhled|Chuquicamata v Chile je vůbec jeden z největších povrchových dolů na světě. Hlavním zdrojem pro průmyslovou výrobu mědi jsou sulfidické rudy, které jsou poměrně bohaté na železo; obsah mědi se v nich pohybuje kolem 1 %. Vytěžená ruda se proto nejprve drtí a koncentruje, čímž obsah mědi stoupne na 15 až 20 %.
Výroba mědi ze sulfidických rud probíhá ve třech základních krocích. Třetí krok se však postupem času změnil a dnes se již nevyužívá ani německého pochodu pražně-redukčního, ani anglického pochodu pražně-reakčního.
1. Pražení je první základní krok, jehož podstatou je odstranění co možná největšího podílu síry z rudy a převedení co možná největšího podílu sulfidů na oxidy. Oxidy arzénu a antimonu při pražení vytěkají. Když klesne obsah síry v rudě natolik, že na jeden atom mědi připadá přibližně jeden atom síry, následuje druhý krok.
Cu2S + 2 O2 → 2 CuO + SO2
2. Tavení na měděný lech (kamínek) probíhá v šachtových nebo plamenných pecích za přidání koksu a struskotvorných přísad (nejčastěji oxid křemičitý) při teplotě 1400 °C, aby se odstranil sulfid železnatý FeS. Při tomto pochodu přechází oxid měďnatý, vzniklý v minulém kroku, opět v sulfid a sulfid železnatý reaguje s oxidem křemičitým na křemičitan železnatý, který tvoří strusku. Sulfid měďný, který při reakci vzniká, se spolu s dalšími sloučeninami usazuje na dně taveniny jako měděný lech neboli kamínek. Po odstranění velkého podílu sulfidu železnatého z rudy následuje třetí krok.
2 CuO + FeS + C + SiO2 → Cu2S + FeSiO3 + CO
3. Zpracování měděného lechu na surovou měď se dnes výhradně provádí dmýcháním v konvertoru; tato metoda je označována jako pražení s dmýcháním nebo besemerace mědi (jejím vynálezcem byl Henry Bessemer). Tento způsob výroby spočívá v kombinaci pochodu pražně-redukčního a pochodu pražně-reakčního. Roztavený měděný lech se vlije do konvertoru se zásaditou nebo kyselou vyzdívkou podle toho, zda ruda obsahuje zásadité nebo kyselé přísady, a vhání se stlačený vzduch. Zbytky sulfidu železnatého přecházejí na oxid a vytvářejí tak strusku. Poté probíhá oxidace sulfidu měďného na oxid měďnatý, který se energicky redukuje se sulfidem měďným na kovovou měď.