11.Медь получение и свойства

Медь Элементы подгруппы меди. Общая характеристика простых веществ. Медь, серебро и золото. Нахождение в природе. Физические и химические свойства. Получение. Подгруппа меди — химические элементы побочной подгруппы I группы. В группу входят переходные металлы, из которых традиционно изготавливают монеты:медь Cu, серебро Ag и золото Au.

Все элементы подгруппы являются относительно химически инертными металлами. Характерны также высокие значения плотности, но оносительно небольшиетемператур плавления и кипения, высокая тепло- и электропроводность. Особенностью элементов подгруппы является наличие заполненного предвнешнего -подуровня, достигаемое за счёт перескока электрона с ns-подуровня. Причина такого явления заключается в высокой устойчивости полностью заполненного d-подуровня. Эта особенность обусловливает химическую инертность простых веществ, их химическую неактивность, поэтому золото и серебро называют благородными металлами. Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4.

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет. Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную отсерой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра).  Медь является диамагнетиком.

Химические свойства меди. Образуя химические соединения, атом может отдавать один, два или три электрона, проявляя степень окисления соответственно +1, +2 и +3. При этом наиболее устойчивыми являются соединения меди (II), а наименее устойчивыми - соединения меди (III). Медь относится к малоактивным металлам. Стандартный электродныйпотенциал меди равен +0,34 В, что определяет ее место в ряду стандартных электродных потенциалов: оно находится правее водорода. При обычных условиях она не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой.  Однако в кислотах-сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной)-медь растворяется: Сu + 8HN03 = 3Cu(N03 )2 + 2NO + 4Н20 разбавленная Сu + 4HN03 = Cu(N03)2 + 2N02+ 2Н20 концентрированная Сu+ 2H2S04 = CuS04 + S02 + 2 Н20 концентрированная

Как малоактивный металл медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии, влажной атмосфере, содержащей углекислый газ, медь покрывается зеленоватым налетом карбоната меди: 2 Сu + O2 + С02 + Н20 =Сu (ОН)2 • СuС02.В большинстве известных соединений медь проявляет степень окисления + 2.  Соединения меди (II)-оксид СиО и гидроксид Си(ОН)2-довольно устойчивы. Этот гидроксид амфотерен,хорошо растворяется в кислотах: Cu(OH)2 + 2НС1 = СuСl2 + 2Н20 и в концентрированных щелочах. Гидроксид меди (II)-труднорасворимое в воде вещество голубого цвета. Приьнагреванииразлагается,образуя оксид меди (II) черного цвета:  Сu(ОН)2 =СuО + Н20  Темный цвет окисленных медных изделий обусловлен наличием на их поверхности этого оксида. Для ионов меди (II) Сu2+ характерно образование комплексных соединений, например K2[Cu(CN)4]-тетрацианокупрат (II) калия: CuCl2 + 4KCN = К2 [Cu(CN)4] + 2КСl Из других комплексных соединений меди (II) отметим соединение с аммиаком. Если к раствору хлорида меди (II) прилить небольшое количество раствора аммиака, то выпадет осадок гидроксида меди (II): CuCl2 + 2NH3 + 2Н20 = Сu(ОН)2 + 2NH4Cl Если добавить избыток аммиака, то гидроксид растворится с образованием комплексного соединения темно-синей окраски, характерной для аммиачного комплекса меди: Си(ОН)2+ 4NH3 = [Cu(NH3)4] (ОН)2 Эта реакция является качественной на ион меди (II). Растворимость гидроксида меди (II) в щелочах также связана с образованием комплексных соединений: Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2 [Cu(OH)4] Образованием комплексных соединений объясняется цвет растворов солей  меди (II). Почему, например, безводный сульфат меди (II)-вещество белого цвета, а раствор этой соли имеет голубую окраску? При растворении происходит химическое взаимодействие ионов соли с водой, и образуются так называемые аквакомплексы меди, имеющие голубую окраску: CuS04 + 6Н20 = [Сu (Н20)6] SO4 Соединения меди (III), например Cu203 или KCu02, встречаются редко, они  малоустойчивы. Устойчивость соединений меди (I) выше, однако и они в водных растворах легко подвергаются диспролорциог нированию (реакции самоокисления-самовосстановления): 2Сu+ = Сu + Сu2+

Получение меди. Его можно упрощенно представить следующим образом: вначале сульфид меди (например, Cu2S) подвергают окислительному обжигу: Cu2S + 202 =2CuO+S02  К образовавшемуся оксиду, меди (II) добавляют новую порцию сульфида. При  высокой температуре протекает реакция: 2CuO + Cu2S = 4 Сu + S02

Серебро

Химические свойства серебра. Серебро относится к группе переходных металлов и обладает всеми свойствами металлов. Однако химическая активность серебра невелика – в электрохимическом ряду напряжений металлов оно находится правее водорода, почти в самом конце. В соединениях серебро чаще всего проявляет степень окисления +1. При обычных условиях серебро не реагирует с кислородом, водородом, азотом, углеродом, кремнием, но взаимодействует с серой, образуя сульфид серебра: 2Ag+S=Ag2S. При нагревании серебро взаимодействует с галогенами: 2Ag+Cl2=2AgCl↓. Растворимый нитрат серебра AgNO3 используется для качественного определения галогенид-ионов в растворе – (Cl-), (Br-), (I-): (Ag+)+(Hal-)=AgHal↓. К примеру, при взаимодействии с анионами хлора серебро дает нерастворимый белый осадок AgCl↓. Почему серебряные изделия темнеют на воздухе? Причина постепенного потемнения изделий из серебра объясняется тем, что серебро реагирует с содержащимся в воздухе сероводородом. В результате этого на поверхности металла образуется пленка Ag2S: 4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O. Как серебро взаимодействует с кислотами? С разбавленными соляной и серной кислотами серебро, как и медь, не взаимодействует, поскольку является металлом низкой активности и не может вытеснять из них водород. Кислоты-окислители, азотная и концентрированная серная кислоты, растворяют серебро: 2Ag+2H2SO4(конц.)=Ag2SO4+SO2↑+2H2O; Ag+2HNO3(конц.)=AgNO3+NO2↑+H2O; 3Ag+4HNO3(разб.)=3AgNO3+NO↑+2H2O. Если к раствору нитрата серебра добавить щелочь, получится темно-коричневый осадок оксида серебра Ag2O: 2AgNO3+2NaOH=Ag2O↓+2NaNO3+H2O. Как и соединения одновалентной меди, нерастворимые осадки AgCl и Ag2O способны растворяться в растворах аммиака, давая комплексные соединения: AgCl+2NH3=[Ag(NH3)2]Cl; Ag2O+4NH3+H2O=2[Ag(NH3)2]OH. Последнее соединение часто применяют в органической химии в реакции «серебряного зеркала» – качественной реакции на альдегидную группу.

Получение Серебра. Большая часть Серебра (около 80%) извлекается попутно из полиметаллических руд, а также из руд золота и меди. При извлечении Серебра из серебряных и золотых руд применяют метод цианирования - растворения Серебра в щелочном растворе цианида натрия при доступе воздуха: 2Ag + 4NaCN + ½O2 + H2O = 2Na[Ag(CN)2] + 2NaOH. Из полученных растворов комплексных цианидов Серебро выделяют восстановлением цинком или алюминием: 2[Ag(CN)2]-+ Zn = [2Zn(CN)4]2- + 2Ag.

Золото

Конфигурация внешней и предвнешней электронных оболочек 5s2p6d106s1. Расположено в IВ группе и 6-м периоде периодической системы, относится к благородным металлам. Степени окисления 0, +1, +3, +5 (валентности от I, III, V). Металлический радиус атома золота 0,137 нм, радиус иона Au+ — 0,151 нм для координационного числа 6, иона Au3+ — 0,084 нм и 0,099 нм для координационных чисел 4 и 6. Энергии ионизации Au0 — Au+ — Au2+ — Au3+

Получение Применяют и цианидный способ извлечения золота из руд. В этом случае золотоносную руду обрабатывают раствором цианида натрия NaCN. В присутствии кислорода воздуха золото переходит в раствор:  4Au + O2 + 8NaCN + 2H2O = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH  Далее полученный раствор комплекса золота обрабатывают цинковой пылью:  2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4) + 2AuЇ  Очищают золото растворением в царской водке (см. ЦАРСКАЯ ВОДКА):  Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO +H2O  с последующим избирательным осаждением золота из раствора, например, с помощью FeSO4.

Физические и химические свойства Золото — желтый металл с кубической гранецентрированной решеткой (a = 0,40786 нм). Температура плавления 1064,4 °C, температура кипения 2880 °C, плотность 19,32 кг/дм3. Обладает исключительной пластичностью, теплопроводностью и электропроводимостью. Шарик золота диаметром в 1 мм можно расплющить в тончайший лист, просвечивающий голубовато-зеленым цветом, площадью 50 м2. Толщина самых тонких листочков золота 0,1 мкм. Из золота можно вытянуть тончайшие нити.  Золото устойчиво на воздухе и в воде. С кислородом, азотом, водородом, фосфором, сурьмой и углеродом непосредственно не взаимодействует. Антимонид AuSb2 и фосфид золота Au2P3 получают косвенными путями.  В ряду стандартных потенциалов золото расположено правее водорода, поэтому с неокисляющими кислотами в реакции не вступает. Растворяется в горячей селеновой кислоте:  2Au + 6H2SeO4 = Au2(SeO4)3 + 3H2SeO3 + 3H2O,  в концентрированной соляной кислоте при пропускании через раствор хлора:  2Au + 3Cl2 + 2HCl = 2H[AuCl4]  При аккуратном упаривании получаемого раствора можно получить желтые кристаллы золотохлористоводородной кислоты HAuCl4·3H2O.  С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) без нагревания в отсутствие влаги золото не реагирует. При нагревании порошка золота с галогенами или с дифторидом ксенона образуются галогениды золота:  2Au + 3Cl2 = 2AuCl3,  2Au + 3XeF2 = 2AuF3 + 3Xe  В воде растворимы только AuCl3 и AuBr3, состоящие из димерных молекул:  Термическим разложением гексафторауратов (V), например, O2+[AuF6]– получены фториды золота AuF5 и AuF7. Их также можно получить, окисляя золото или его трифторид с помощью KrF2 и XeF6. Моногалогениды золота AuCl, AuBr и AuI образуются при нагревании в вакууме соответствующих высших галогенидов. При нагревании они или разлагаются:  2AuCl = 2Au + Cl2  или диспропорционируют:  3AuBr = AuBr3 + 2Au.  Соединения золота неустойчивы и в водных растворах гидролизуются, легко восстанавливаясь до металла.  Гидроксид золота (III) Au(OH)3 образуется при добавлении щелочи или Mg(OH)2 к раствору H[AuCl4]:  H[AuCl4] + 2Mg(OH)2 = Au(OH)3Ї + 2MgCl2 + H2O  При нагревании Au(OH)3 легко дегидратируется, образуя оксид золота (III):  2Au(OH)3 = Au2O3 + 3H2O  Гидроксид золота (III) проявляет амфотерные свойства, реагируя с растворами кислот и щелочей:  Au(OH)3 + 4HCl = H[AuCl4] + 3H2O,  Au(OH)3 + NaOH = Na[Au(OH)4]  Другие кислородные соединения золота неустойчивы и легко образуют взрывчатые смеси. Соединение оксида золота (III) с аммиаком Au2O3·4NH3 — «гремучее золото», взрывается при нагревании.  При восстановлении золота из разбавленных растворов его солей, а также при электрическом распылении золота в воде образуется стойкий коллоидный раствор золота:  2AuCl3 + 3SnCl2 = 3SnCl4 +2Au  Окраска коллоидных растворов золота зависит от степени дисперсности частиц золота, а интенсивность от их концентрации. Частицы золота в растворе всегда отрицательно заряжены.