Сульфид меди - Cu₂S в природе встречается в виде ромбических кристаллов медного блеска; удельный вес его 5,785, температура плавления 1130 ⁰С. Из расплава Cu₂S затвердевает в кубических кристаллах. Cu₂S достаточно хорошо проводит электрический ток, однако хуже, чем сульфид меди

Оксид меди (I) Cu₂O встречается в природе в виде минерала куприта - плотной массы цвета от красного до черно - коричневого; иногда она имеет кристаллы правильной кубической формы. При взаимодействии сильных щелочей с солями меди(I) выпадает желтый осадок, переходящий при нагревании в осадок красного цвета, по-видимому, Cu₂O. Гидроксид меди(I) обладает слабыми основными свойствами, он несколько растворим в концентрированных растворах щелочей. Искусственно Cu₂O получают добавлением натриевой щелочи и не слишком сильного восстановителя, например виноградного сахара, гидразина или гидроксиламина, к раствору сульфита меди (2) или к фелинговой жидкости.

В воде окись меди (I) практически нерастворима. Она однако, легко растворяется в водном растворе аммиака и в концентрированных растворах галогеноводородных кислот с образованием бесцветных комплексных соединений [Cu(NH₃)₂]OH и соответственно H[CuX₂] (где Х - галоген).

В растворах щелочей окись меди (I) заметно растворима. Под действием разбавленных галогеноводородных кислот окись меди (I), превращается в галогенид меди (I), также не растворимый в воде. В разбавленной кислородной кислоте, например серной, окись меди (I) растворяется, однако при этом распадается на соль меди (II) и металл:

Cu₂O + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O + Cu.

Также в природе встречаются такие соединения Меди (I) как: Cu₂О, в природе называемый берцелианитом (Умангит). Который искуствено получают взаимодействием паров Se или H₂Se с Cu или её солями при высоких температурах.

Соединения Меди (II)

Химические свойства малахита

Природный малахит всегда образуется там, где есть залежи медных руд, если эти руды залегают в карбонатных породах - известняках, доломитах и др. Часто это сульфидные руды, из которых наиболее распространены халькозин (другое название - халькокит) Cu₂S, халькопирит CuFeS₂, борнит Cu₅FeS₄ или 2Cu₂S·CuS·FeS, ковеллин CuS. При выветривании медной руды под действием подземных вод, в которых растворены кислород и углекислый газ, медь переходит в раствор. Этот раствор, содержащий ионы меди, медленно просачивается через пористый известняк и реагирует с ним с образованием основного карбоната меди - малахита. Иногда капельки раствора, испаряясь в пустотах, образуют натеки, нечто вроде сталактитов и сталагмитов, только не кальцитовых, а малахитовых.

Все стадии образования этого минерала хорошо видны на стенках огромного меднорудного карьера глубиной до 300 - 400 м в провинции Катанга (Заир). Медная руда на дне карьера очень богатая - содержит до 60% меди (в основном в виде халькозина). Халькозин - темно-серебристый минерал, но в верхней части рудного пласта все его кристаллики позеленели, а пустоты между ними заполнились сплошной зеленой массой - малахитом.

Это было как раз в тех местах, где поверхностные воды проникали через породу, содержащую много карбонатов. При встрече с халькозином они окисляли серу, а медь в виде основного карбоната оседала тут же, рядом с разрушенным кристалликом халькозина. Если же поблизости была пустота в породе, малахит выделялся там в виде красивых натеков. [9]

Итак, для образования малахита нужно соседство известняка и медной руды. А нельзя ли использовать этот процесс для искусственного получения малахита в природных условиях? Теоретически в этом нет ничего невозможного. Было, например, предложено использовать такой прием: в отслужившие свое подземные выработки медной руды засыпать дешевый известняк. В меди тоже не будет недостатка, так как даже при самой совершенной технологии добычи невозможно обойтись без потерь. Для ускорения процесса к выработке надо подвести воду. Сколько может продлиться такой процесс? Обычно естественное образование минералов - процесс крайне медленный и идет тысячелетиями. Но иногда кристаллы минералов растут быстро. Например, кристаллы гипса могут в природных условиях расти со скоростью до 8 мкм в сутки, кварца - до 300 мкм (0,3 мм), а железный минерал гематит (кровавик) может за одни сутки вырасти на 5 см. Лабораторные исследования показали, что и малахит может расти со скоростью до 10 мкм в сутки. При такой скорости в благоприятных условиях десятисантиметровая корка великолепного самоцвета вырастет лет за тридцать - это не такой уж большой срок: даже лесопосадки рассчитаны на 50, а то и на 100 лет и даже больше.

Однако бывают случаи, когда находки малахита в природе никого не радуют. Например, в результате многолетней обработки почв виноградников бордосской жидкостью под пахотным слоем иногда образуются самые настоящие малахитовые зерна. Получается этот рукотворный малахит так же, как и природный: бордосская жидкость (смесь медного купороса с известковым молоком) просачивается в почву и встречается с известковыми отложениями под ней. В результате содержание меди в почве может достигать 0,05%, а в золе виноградных листьев - более 1%!

Образуется малахит и на изделиях из меди и ее сплавов - латуни, бронзы. Особенно быстро такой процесс идет в больших городах, в которых воздух содержит оксиды серы и азота. Эти кислотные агенты, совместно с кислородом, углекислым газом и влагой, способствуют коррозии меди и ее сплавов. При этом цвет образующегося на поверхности основного карбоната меди отличается землистым оттенком.

Малахиту в природе часто сопутствует синий минерал азурит - медная лазурь. Это тоже основной карбонат меди, но другого состава - 2СuСО₃·Сu(ОН)₂. Азурит и малахит нередко находят вместе; их полосчатые срастания называют азуромалахитом. Азурит менее устойчив и во влажном воздухе постепенно зеленеет, превращаясь в малахит. Таким образом, малахит в природе вовсе не редок. Он покрывает даже старинные бронзовые вещи, которые находят при археологических раскопках. Более того, малахит часто используют как медную руду: ведь он содержит почти 56% меди. Однако эти крошечные малахитовые зернышки не представляют интереса для искателей камней. Более или менее крупные кристаллы этого минерала попадаются очень редко. Обычно кристаллы малахита очень тонкие - от сотых до десятых долей миллиметра, а в длину имеют до 10 мм, и только изредка, в благоприятных условиях, могут образоваться огромные многотонные натеки плотного вещества, состоящего из массы как бы слипшихся кристалликов. Именно такие натеки и образуют ювелирный малахит, который встречается очень редко. Так, в Катанге для получения 1 кг ювелирного малахита надо переработать около 100 т руды.

Очень богатые месторождения малахита были когда-то на Урале; к сожалению, в настоящее время они практически истощены. Уральский малахит был обнаружен еще в 1635г, а в 19в там добывали в год до 80 т непревзойденного по качеству малахита, при этом малахит часто встречался в виде довольно увесистых глыб. Самая большая из них, массой 250 т, была обнаружена в 1835, а в 1913 нашли глыбу массой более 100 т. Сплошные массы плотного малахита шли на украшения, а отдельные зерна, распределенные в породе, - так называемый землистый малахит, и мелкие скопления чистого малахита использовались для выработки высококачественной зеленой краски, «малахитовой зелени» (эту краску не следует путать с «малахитовым зеленым», который является органическим красителем, а с малахитом его роднит разве что цвет). До революции в Екатеринбурге и Нижнем Тагиле крыши многих особняков были окрашены малахитом в красивый синевато-зеленый цвет. Привлекал малахит и уральских мастеров выплавки меди. Но медь добывали только из минерала, не представляющего интереса для ювелиров и художников. Сплошные куски плотного малахита шли только на украшения.

Малахит как украшение

малахит медь химический карбонат

Все, кто видел изделия из малахита, согласятся, что это один из красивейших камней. Переливы всевозможных оттенков от голубого до густо-зеленого в сочетании с причудливым рисунком придают минералу неповторимое своеобразие. В зависимости от угла падения света одни участки могут казаться светлее других, а при повороте образца наблюдается «перебегание» света - так называемый муаровый или шелковистый отлив. По классификации академика А.Е.Ферсмана и немецкого минералога М.Бауэра малахит занимает высший первый разряд среди полудрагоценных камней, наряду с горным хрусталем, лазуритом, яшмой, агатом.

Свое название минерал ведет от греческого malache - мальва; листья этого растения имеют, как и малахит, ярко-зеленый цвет. Термин «малахит» введен в 1747 шведским минералогом Ю.Г. Валлериусом.

Малахит известен с доисторических времен. Самое древнее из известных малахитовых изделий - подвеска из неолитического могильника в Ираке, которой больше 10,5 тыс. лет. Малахитовым бусам, найденным в окрестностях древнего Иерихона, 9 тыс. лет. В Древнем Египте малахит, смешанный с жиром, применяли в косметике и в гигиенических целях. Им окрашивали в зеленый цвет веки: медь, как известно, обладает бактерицидными свойствами. Растертый в порошок малахит использовали для изготовления цветного стекла и глазури. Использовали малахит в декоративных целях и в Древнем Китае.

В России малахит известен с 17 в., но массовое его использование в качестве ювелирного камня началось только в конце 18 в., когда на Гумешевском руднике были найдены огромные малахитовые монолиты. С тех пор малахит стал парадным облицовочным камнем, украшающим дворцовые интерьеры. С середины 19 в. На эти цели с Урала ежегодно привозили десятки тонн малахита. Посетители Государственного Эрмитажа могут любоваться Малахитовым залом, на отделку которого пошло две тонны малахита; там же находится и огромная малахитовая ваза. Изделия из малахита можно видеть и в Екатерининском зале Большого Кремлевского дворца в Москве. Но самым замечательным по красоте и размерам изделием из малахита могут считаться колонны у алтаря Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге высотой около 10 м. Непосвященным кажется, что и ваза, и колонны изготовлены из огромных сплошных кусков малахита. На самом деле это не так. Сами изделия изготовлены из металла, гипса, других материалов, и лишь снаружи облицованы плитками малахита, вырезанными из подходящего куска - своеобразной «малахитовой фанерой». Чем больше был исходный кусок малахита, тем большего размера плитки удавалось из него вырезать. А для экономии ценного камня плитки делали очень тонкими: их толщина иногда доходила до 1 мм! Но главная хитрость была даже не в этом. Если просто выложить такими плитками какую-нибудь поверхность, то ничего хорошего не получится: ведь красота малахита определяется во многом его узором. Необходимо было, чтобы узор каждой плитки являлся продолжением узора предыдущей.

Особый способ резки малахита довели до совершенства мастера-малахитчики Урала и Петергофа и потому он во всем мире известен как «русская мозаика». В соответствии с этим способом кусок малахита распиливается перпендикулярно слоистой структуре минерала, причем получающиеся плитки как бы «разворачиваются» в виде гармошки. В таком случае узор каждой следующей плитки является продолжением узора предыдущей. При такой распиловке из сравнительно небольшого куска минерала может быть получена облицовка большой площади с единым продолжающимся узором. Затем с помощью специальной мастики полученными плиточками обклеивали изделие, и эта работа тоже требовала величайшего умения и искусства. Мастерам иногда удавалось «протянуть» малахитовый узор через изделие довольно большого размера.

В 1851 Россия приняла участие во Всемирной выставке в Лондоне. Среди прочих экспонатов была, конечно, и «русская мозаика». Особенно поразили лондонцев двери в русском павильоне. Одна из местных газет писала по этому поводу: «Переход от броши, которую украшает малахит как драгоценный камень, к колоссальным дверям казался непостижимым: люди отказывались поверить, что эти двери были сделаны из того же материала, который все привыкли считать драгоценностью». Из уральского малахита изготовлена также масса украшений (Малахитовая шкатулка Бажова).

Искусственный малахит

Судьба любого крупного месторождения малахита (а их в мире можно пересчитать по пальцам) одинакова: сначала там добывают крупные куски, из которых делают вазы, письменные приборы, шкатулки; затем размеры этих кусков постепенно уменьшаются, и из них делают в основном вставки в кулоны, броши, перстни, серьги и другие мелкие ювелирные изделия. В конце концов, месторождение поделочного малахита полностью истощается, как это и случилось с Уральскими. И хотя в настоящее время известны месторождения малахита в Африке (Заир, Замбия), Австралии (штат Квинсленд), США (штаты Теннеси, Аризона), добываемый там малахит и по цвету, и по красоте рисунка уступает уральскому. Неудивительно, что значительные усилия были направлены на получение искусственного малахита. Но если синтезировать основной карбонат меди сравнительно легко, то получить настоящий малахит очень трудно - ведь полученный в пробирке или реакторе осадок, по составу соответствующий малахиту, и красивый самоцвет отличаются друг от друга не меньше, чем невзрачный кусочек мела от куска белоснежного мрамора.

Казалось, что больших проблем тут не будет: за плечами исследователей уже были такие достижения, как синтез алмаза, изумруда, аметиста, множества других драгоценных камней и минералов. Однако многочисленные попытки получить красивый минерал, а не просто зеленый порошок, ни к чему не привели, и ювелирно-поделочный малахит долгое время оставался одним из немногих природных самоцветов, получение которых считали почти невозможным.

В принципе, 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.

Сложность получения малахита состояла 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. В институте научились не просто синтезировать малахит, но даже программировать его рисунок: атласный, бирюзовый, звездчатый, плисовый… 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.

Экспериментальная часть.