Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Réz

29
63.546
2, 1
Cu
4s1
3d10
Réz
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám réz, Cu, 29
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező 11, 4, d
Megjelenés réz, fémes
Atomtömeg 63,546(3) g/mol
Elektronszerkezet [Ar] 3d10 4s1
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 1
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 8,96 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 8,02 g/cm³
Olvadáspont 1357,77 K
(1084,62 °C, 1984,32 °F)
Forráspont 2835 K
(2562 °C, 4643 °F)
Olvadáshő 13,26 kJ/mol
Párolgáshő 300,4 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 24,440 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös (lapcentrált)
Oxidációs állapotok 2, 1
(enyhén bázikus oxid)
Elektronegativitás 1,90 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 745,5 kJ/mol
Atomsugár 135 pm
Atomsugár (számított) 145 pm
Kovalens sugár 138 pm
Van der Waals-sugár 140 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség diamágneses
Fajlagos ellenállás 1,68·10-8 Ω·m
Hővezetési tényező (300 K) 401 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (25 °C) 16,5 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (szobahőm.) (annealed)
3810 m/s
Young-modulus 130 GPa
Nyírási modulus 48 GPa
Bulk modulusz 140 GPa
Poisson-arányszám 0,34
Mohs-keménység 3,0
Vickers-keménység 369 MPa
Brinell-keménység 874 HB
CAS-szám 7440-50-8

A Réz bővebb leírása

Fontos ötvözetei

  • A réz és a cink (horgany) ötvözete a sárgaréz. Jól forgácsolható, szabad levegőn nem oxidálódik. Élelmiszer-gépgyártásban is használható. Színe a réztartalomtól függ, pl. a hamis (gagyi) arany 80%-a réz.
  • A réz és az ón ötvözete a bronz. Jól önthető, vegyileg ellenálló. Dísztárgyakat, szobrokat, alkatrészeket készítenek belőle. Szépen patinásodik pl. a városi levegő kéntartalmától.
  • A réz és a nikkel ötvözete az újezüst, azaz az alpakka. Ezüstszínű, vegyileg ellenálló. Étkezőedények, -eszközök egykori alapanyaga.

Kémiai tulajdonságai

Réz

A réz standardpotenciálja a hidrogénnél pozitívabb, a réz nem oldódik nem oxidáló savakban (például sósavban) és lúgokban sem. Tömény oxidáló savakban (kénsav, salétromsav) oldódik, de ekkor nem hidrogén, hanem kén-dioxid illetve nitrogén-oxidok fejlődnek. Vegyületeiben leggyakrabban +2 vagy +1 oxidációs számú. Levegőn állva a felületén zöldes színű bázisos réz-karbonát réteg, patina alakul ki. Halogénekkel reagál, de fluor hatására a felületén védő CuF2 réteg keletkezik, így fluorgázzal lehet rézből készült eszközökkel dolgozni. Kénnel könnyebben reagál, mint oxigénnel. Ammónia hatására magas hőmérsékleten nitridek képződnek, vízgőzzel nem reagál. Hidrogén-klorid-gáz hatására réz(I)-klorid keletkezik belőle.[2]

A réz(I)ion reakciói

Ha réz(I)-só oldatához hidroxidionokat adunk (például lúggal reagáltatjuk), réz(I)-oxid (Cu2O) csapadék válik ki.

\mathrm{2 \ Cu^+ + 2 \ OH^- \rightarrow Cu_2O + H_2O}\,\!

Szintén réz(I)-oxid csapadék keletkezik a Fehling-próba során. Ez a próba redukáló hatású szerves vegyületek (például aldehidek) kimutatására alkalmas.

A réz(II)ion reakciói

A réz(II) erős savval alkotott sói (nitrát, szulfát, stb.) vizes oldatban savasan hidrolizálnak. Oldatából hidroxidionok hatására világoskék réz(II)-hidroxid csapadék válik le, mely felesleg ammónia hatására intenzív kékesibolya színű amminkomplex képződése közben oldódik:

\mathrm{Cu(OH)_2 + 4\ NH_3 \rightleftharpoons Cu(NH_3)^{2+}_4 + 2\ OH^-}

Ez a reakció a réz(II)ion kimutatásának jellemző és érzékeny reakciója, mellyel 6 ppm mennyiség már kimutatható.

A jodidionokat redukálja[3]:

\mathrm{2\ Cu^{2+} + 4\ I^- \rightarrow 2\ CuI + I_2}

Fontos vegyületei

lásd még: A réz vegyületei
  • Fontosabb ércei, ércásványai: azurit, bornit, covellin, dioptáz, kuprit, malachit, enargit, luzonit, kalkofillit, kalkopirit, kalkozin, krizokolla, termésréz, türkiz.
  • Réz-szulfát, vagyis réz-gálic, oltott mésszel keverve készül a bordói lé, amit permetezőszerként használnak.
  • Réz(I)-oxid
  • Réz(II)-oxid
  • Patina, vagyis réz-karbonát

Előállítása

lásd: Színesfém-kohászat

Bányászata

Chile, az Amerikai Egyesült Államok és Indonézia jelenleg a világ három legnagyobb rézérc-kitermelője.

Előfordulása a talajban

A litoszférában átlagosan 50 mg/kg réz található. A talajvíz 0,01-2,8 mg/dm³ rezet tartalmazhat. A felszíni talajok réztartalma 2-250 mg/kg tartományban változik, az átlagos érték 20 mg/kg, a mezőgazdasági talajokban általában 1-50 mg/kg található. A növények számára hozzáférhető, mozgékony formában a réznek csak kis hányada található.

A réz legnagyobb része szerves vagy szervetlen adszorpciós felületekhez kötve, két-értékű formában található a talajban. A réz előfordulhat még a szilikátok kristályrácsában és különböző, nehezen oldható rézvegyületekben, mint pl. réz-foszfát, réz-karbonát, réz-szulfid. A réz-szulfidot a többi fémszulfidhoz hasonlóan a talajban élő kénbaktériumok oxidálhatják, miközben réz-hidroxid keletkezik. A réz a talaj szerves és szervetlen alkotórészeivel egyaránt kölcsönhatásba lép, és a felső rétegekben akkumulálódik (nem mosódik ki). A talajok szerves anyagának a fulvosav része oldékony komplexet, míg a huminsav része oldhatatlan komplexet képezve gátolja a mikroelemeknek a felvehetőségét, ezzel csökkentve a közvetlenül felvehető rézmennyiséget.

A réznek komplexképző képessége és nagyobb adszorpciós energiája miatt kis hányada van mozgékony formában. Az adszorpciós komplexumon kötött réztartalom nagyon erősen kötődik a felülethez, más kationok csak nehezen szoríthatják ki, erre elsősorban a H+-ion képes. Többek között ezzel magyarázható, hogy savanyú közegben az oldható réztartalom növekszik. A réz mobilitása a talaj kémhatásának emelkedésével csökken, a talajok meszezése tehát csökkenti a növények rézfelvételét. Hasonló hatása van a talajokba juttatott szerves anyagoknak és foszfát műtrágyáknak is, valamint az is ismert, hogy a Cu határozottan gátolja a Zn-felvételét és ez fordítva is bizonyított.[4]

Élettana

Szerepe a növények életében

A réz fontos szerepet játszik a plasztocianin nevű kloroplasztfehérjében, továbbá fontos a fotoszintetikus folyamatok elektrontranszportjában is. Részt vesz a fehérjék és szénhidrátok metabolitikus folyamataiban. Komponensként szerepel a citokróm-oxidáz, aszkorbinsav-oxidáz, valamint a polifenol-oxidáz enzimekben. Szerepet tulajdonítanak neki a zsírsavak dehidrogénezési folyamataiban is. [5]

A fotoszintézis fényhez kapcsolódó folyamata a tilakoid membránon

Fontosabb réztartalmú enzimek (a réz-tartalmú enzimek - kivétel nélkül - az oxido-reduktázok csoportjába tartoznak): amino oxidáz, galaktóz oxidáz, nitrit-reduktáz, citokróm-c oxidáz, aszkorbinsav oxidáz, polifenol oxidáz, szuperoxid dizmutáz.

A növények átlagos réztartalma 3-7 mg/kg közé esik. A toxikussági határ 20 mg/kg értéknél kezdődik. A rézfeleslegre érzékenyebb növények a bab- és borsófélék, a burgonya, a rizs, a rezet viszont jól tűri a lucerna, a hagymafélék és a búza. A réz a talajokban ritkán fordul elő Cu2+ formájában, gyakran a huminsavval és fulvósavakkal alkotott komplexekben található. Vannak természettől fogva rézszegény talajok (pl. savanyú homok), illetve a talaj magas humusztartalma (pl. a láptalajok esetében) is erősen megköti a rézionokat. Nagy adagú foszfor-, nitrogén- és káliumtrágyázás is relatív rézhiányt eredményez. Szárazabb években a növények a korai fejlődési szakaszokban érzékenyek a rézhiányra.

A rézhiányt gyakran nehéz azonosítani, mivel a tünetek nem olyan határozottak, mint más elemek esetében. A növekedés- vagy terméscsökkenést nehezen vagy egyáltalán nem lehet felismerni. Tipikus tünetek a fonnyadás, a besodródás, a fiatalabb levelek elhalása. Általánosan elmondható, hogy a rézhiány először a fiatal, aktív anyagcseréjű leveleken és szerveken jelentkezik. A réz-hiányra a gabonafélék a legérzékenyebbek. A fiatal, aktívan növekvő levelek fonnyadnak, kifehérednek, száradnak és csavarodnak. A kalász illetve buga üres és nehezen jön ki a hüvelyből. A kalász alatt a szár lehajlik. Normális sárgulási (érési) folyamat helyett barnulás következik be. Általános szóhasználatban "fehérkalászúság”, „csúcsfehéredés”, „csúcsszáradás” a tünet neve. Kukoricán, a legfiatalabb leveleken mutatkozik hasonló elváltozás. Fűféléken a gabonához hasonló tünetek alakulnak ki, és az értékes füvek helyét az értéktelenek foglalják el.

Plasztocianin, egy réztartalmú redox-aktív fehérje

A réztöbblet is kedvezőtlenül hat a növények növekedésére. Ismeretes a csonthéjas gyümölcsfák rézérzékenysége, amelyben a réz mellett az alacsony pH-érték is szerepet játszik. A toxikus réz az idősebb levelek csúcsán vagy szélein vörösbarna nekrózisokkal jelentkezik, melyek a levéllemez belseje felé terjednek. Súlyos esetben a növények elhalnak.

Szőlőültetvényben a gyakori rezes permetezés növeli a talaj termőrétegének réztartalmát. Hasonló a helyzet rézbányák és galvanizáló üzemek közelében. Ezeken a helyeken tömegesen fordul elő a "rézjelző" hólyagos habszegfű (Silene cucubalus) gyomnövény, ami kifejezetten rézkedvelő növény. A talaj magas réztartalma nagy adagú humusz, foszfát- és mésztrágyázással megszüntethető, de legalább is csökkenthető. A réztöbblet hatása az ion-antagonizmus következtében vashiány-tüneteket eredményez. Különösen érzékeny a réztöbbletre a mák, a paraj, a szamóca, a kardvirág és a hortenzia. Hatására ezeknél a növényeknél látványosan csökken a terméshozam, illetve a díszítő érték.

Az élő szervezetben a réz többnyire fehérjékhez kötött formában (rézproteinekben) fordul elő. A biológiai szempontból aktív rézproteineket három fő típusba lehet sorolni:

  • I. típusú vagy “kék”-rézproteinek: egyetlen rezet tartalmaznak egy erősen torzult, [2•N(imidazol), S(tiol), S(tioéter)] - donoratomok által meghatározott koordinációs környezetben. Ezek a metalloenzimek főleg redoxireakciókat katalizálnak (pl. a növényekben előforduló lakkáz és aszkorbinsav-oxidáz, valamint az emlősökben megtalálható ceruloplazmin).
  • II. típusú rézproteinek: szabályos monomer réz(II)komplexekre jellemző torzult oktaéderes koordináció valósul meg, erős ekvatoriális és igen gyenge axiális kölcsönhatásokkal (pl. szuperoxid-diszmutázok).
  • III. típusú rézproteinek: két réz(I)iont tartalmaznak, mindkét réz hisztidil-oldalláncokon keresztül kapcsolódik a fehérjéhez. Ezen enzimek az oxigénmolekula transzportjában és aktiválásában vesznek részt (ilyen pl. a puhatestűekben előforduló hemocianin).

Újabban egy IV. típust is javasolnak, ami egy három réz(II)ionból álló egységet jelöl. Szintén nem sorolható az első három csoportba a citokróm-c-oxidáz, melyben kétféle réz van: a CuA a mitokondrium membránján kívül helyezkedik el, míg a CuB egy vasatommal csatolva a membránon belül található.

Felhasználása

  • elektromosipar
  • egyéb ipari felhasználás: motortekercselés
  • ötvözőanyag (például sárgaréz, bronz)
  • növényvédőszerekben (CuSO4-rézgálic)

Homeopátiás szerként

A Cuprum a legfontosabb homeopátiás szerek egyike mindenféle görcsök, például epilepszia vagy szülés utáni méhösszehúzódási fájdalmak esetén.[6]

Dr. Tinus Smits az autizmus homeopátiás terápiájában egyik fő szerként alkalmazza.[7]

Képek

Jegyzetek

  1. Szőkefalvi-Nagy Zoltán; Szabadváry Ferenc: A magyar kémiai szaknyelv kialakulása. A kémia története Magyarországon. Akadémiai Kiadó, 1972. (Hozzáférés: 2010. december 3.)
  2. ^ a b szerk.: Náray-Szabó Gábor: Kémia. Budapest: Akadémiai Könyvkiadó, 370–371. o. ISBN 963 05 8240 6 (2006) 
  3. ^ a b Barcza Lajos, Buvári Ágnes. A minőségi kémiai analízis, 6., átdolgozott kiadás, Budapest: Medicina Könyvkiadó, 189–195. o. ISBN 978 963 226 186 7 (2008) 
  4. ↑ HARGITAI (1998): Talajtan és Agrokémia II. Jegyzet
  5. ↑ PAIS I. (1999): A mikroelemek jelentősége az életben
  6. Phatak, Dr. S. R.. Homeopátiás gyógyszertan. Remedium. ISBN 9634080294 
  7. Smits, Tinus. Autizmus. Remedium. ISBN 978-963-87863-0-2