Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Побочная подгруппа I группы
|
|
Медь Cu, серебро Ag, золото Au – металлы.
№29 Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s13d10
№47 Ag 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d104p65s14d10
№79Au 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s13d104p65s24d105p66s14f145d10
Для меди характерны степени окисления +1 и +2, степень окисления +2 более устойчива. Серебро в большинстве своих соединений проявляет степень окисления +1. Для золота характерны степени окисления +1 и +3. Степень окисления более +1 свидетельствует о том, что не только электроны внешнего энергетического уровня участвует в образовании химических связей (но и d). Эти элементы обладают ярко выраженной склонностью к комплексообразованию.
Нахождение в природе
Из природных соединений меди наибольшее значение имеют минералы: медный колчедан (халькопирит) CuFeS2, медный блеск Cu2S – сульфиды, куприт (красная медная руда) Cu2O, малахит. Cu2CO3(OH)2, (CuCO3∙ Cu(OH)2) – кислородсодержащие соединения. Серебро встречается в виде сульфида Ag2S. Для золота известен минерал кавалерит AuTe2. Медь, серебро, золото встречаются в природе в самородном состоянии.
Получение
Медь получают пирометаллургическим восстановлением окисленных сульфидов. Выделяющийся при обжиге сульфидов SO2 идет на производство серной кислоты:
Cu2S+О2=2Cu+ SO2
Восстановленную черновую медь очищают электрохимическим рафинированием.
Восстановление меди из растворов солей с помощью цинка, железа или алюминия:
CuSO4+Zn= ZnSO4+ Cu
Таким способом получают порошкообразную медь.
Серебро извлекают из сульфидной руды цианидным способом:
Ag2S+4NaCN=2Na[Ag(CN)2]+Na2S
Из раствора образовавшейся комплексной соли осаждают серебро с помощью цинковой пыли:
2Na[Ag(CN)2]+ Zn= Na2[Zn(CN)4]+2Ag
Очистку серебра проводят электролитическим рафинированием (электролит AgNO3).
Золото так же можно получать цианидным способом: сначала золотоносную породу отмывают водой, затем обрабатывают раствором NaCN на воздухе. При этом золото образует комплекс Na[Au(CN)2], из которого его осаждают цинком:
2Na[Au(CN)2]+Zn= Na2[Zn(CN)4]+2Au
ПРИМЕНЕНИЕ
Медь используется как проводник в электротехнике, а также медь идет на изготовление сплавов: латуни (Cu(65%)+Zn-гильзовая, патронная, торговая и др.); бронзы (оловянная до 10% Sn, алюминиевая (до 10% Al), бериллиевая до 5% Be и др.); мельхиор (20% Ni) – как конструкционный материал в химическом машиностроении и для изготовления посуды, монет и т.д.
Серебро используется при изготовлении ювелирных изделий и монет, а так же для изготовления зеркал, электрических контактов, химической посуды, для получения солей серебра, используемых для фотографии.
Золото так же используется в ювелирном деле, обеспечивает бумажные деньги, применяется в зубной технике, для крашения фарфора и стекла, для изготовления электрических контактов, золочения.
Из-за мягкости чистого золота в ювелирной промышленности используются сплавы золота с серебром и медью. Проба золота оценивается, исходя из 1000 единиц – чистого золота.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В отличие от других металлов медь и золото имеют яркие цвета. Медь красного, а золото желтого цвета. Самородное золото никогда не бывает чистым. Оно всегда содержит примеси серебра, меди и других металлов, изменяющих его цвет от соломенно–желтого до зеленого, яркого розово-красного и белого.
Примесь палладия Pd (8-12%) окрашивает золото в белый цвет («белое золото», «палладистое золото»); примесь меди Cu (9-20 %) придает золоту розоватый оттенок, а при содержании меди в золоте до 25-30% цвет красный («червонное золото», «медистое золото»). При значительном содержании серебра цвет золота становится зеленым.
Cu, Ag, Au характеризуются высокой пластичностью, они превосходят остальные металлы по тепло- и электропроводности. При переходе от Cu к Au наблюдается немонотонность изменения многих констант. Для Ag наблюдаются меньшие (по сравнению с Cu и Au) значение tпл. и tкип, первого потенциала ионизации. В тоже время Ag обладает наивысшими теплопроводностью и электрической проводимостью.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Химическая активность металлов убывает с возрастанием порядкового номера элемента. Металлы легче всего реагируют с галогенами – Cu при обычной температуре, Ag и Au при нагревании.
С кислородом непосредственно взаимодействует только Cu. На воздухе медь в следствии окисления покрывается плотной зеленой пленкой основного карбоната:
2Cu+ O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3
Поэтому медные т бронзовые изделия покрываются со временем зеленым налетом. Чтобы очистить изделия от зеленого налета его нужно подержать в водном растворе NH3. Затем обязательно хорошо промыть водой, т.к. в присутствии следов аммиака и солей аммония медь реагирует с кислородом воздуха.
При наличии в воздухе сероводорода серебро покрывается черным налетом Ag2S:
4 Ag+2 Н2S+О2=2 Ag2S+2H2O
С водородом медь и ее аналоги не реагируют.
Т.к. Cu, Ag, Au расположены в ряду напряжения после водорода, кислоты могут окислять металлы лишь за счет аниона: Cu и Ag растворяются в HNO3 и конц. H2SO4, Au в «царской водке» и в горячей конц H2SeO4.
Au+ HNO3+4HCl=H[AuCl4]+NO↑ +2H2O
2Au+6H2SeO4=Au2(SeO4)3+3SeO2+6H2O
СОЕДИНЕНИЯ (I). ОКСИДЫ (I).
Cu, Ag, Au в степени +1 отвечает электронная конфигурация d10. Эта степень окисления у меди и в особенности у Au проявляется реже, чем у Ag.
Оксид Cu2O получают взаимодействием меди с кислородом; Ag2О и Au2О – нагреванием соответствующих гидроксидов. Гидроксиды МеОН – неустойчивые. Ag2О выпадают из растворов солей серебра при действии щелочей в виде коричневого осадка
2AgNO3+2NaOH= Ag2О↓ +2NaNO3+H2O
Ag2О растворяется в присутствии аммиака
Ag2О+4NH3+ H2O=2[Ag(NH3)2]
Большинство соединений меди (I) легко окисляется, переходя в устойчивые соединения Cu (II).
4CuCl+O2+4HCl=4CuCl2+2H2O
СОЕДИНЕНИЯ (II). ОКСИДЫ (II).
Степень окисления +2 характерна только для Cu: CuO, Сu(OH)2.
Сu(OH)2 выпадает в виде голубого хлопьевидного осадка из растворов Cu2+ при добавлении щелочей. При нагревании быстро разлагается до CuO черного цвета.
Для меди (II) характерны как катионные, так и анионные комплексы. Так, при растворении Сu(OH)2 в водном растворе аммиака образуется аммиакат:
Сu(OH)2+4NH3+2H2O=[Cu(NH3)4(H2O)2](OH)2
Сu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]2+(OH)2
Сu(OH)2+4NH4OH=[Cu(NH3)4](OH)2+4H2O
Сu(OH)2 растворяется в конц. растворах щелочей
Сu(OH)2+2NaOH=Na2[Cu(OH)4]2-
Cоли CuSO4, СuCl2, Cu(NO3)2∙ 3H2O, тетрагидроксокупрат (II) натрия – растворимы в воде; CuS, СuCO3, Сu3(PO4)2 – нерастворимы.
Гидролиз солей Cu(II) сопровождается образованием малорастворимых в воде основных солей.
Соли Cu(II) могут восстанавливаться до Cu(I)
2CuSO4+4KI=2CuI+2K2SO4+I2
СОЕДИНЕНИЯ (III)
Степень окисления +3 характерна для Au (Au3+ d8).
Au2O3, Au(ОН)3 – амфотерен
Au(ОН)3+NaOH=Na[Au(OH)4]-аурат
Au(ОН)3+4HCl=H[AuCl4]+3 H2O
ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Из ацидокомплексов Ме(+1) наиболее устойчивы цианидные. Например: [СuCl2]- pK 5, 96, а для [Cu(CN)2]- pK 16, 0. У более тяжёлых элементов возрастает устойчивость однотипных комплексов [Ag(CN)2]- pK 21, 1; [Au(CN)2]- pK 38, 3.
Из комплексов Ag+ практически важен [Ag(S2O3)2]3-, который образуется при закреплении фитоматериалов тиосульфатом Na2S2O3. При этом неразложившийся под действием света AgBr связывается в прочный комплекс и переходит в раствор:
AgBr+2Na2S2O3=Na3[Ag(S2O3)2]+NaBr
Аквакомплексы катионов металлов нестойкие, более устойчивые аммиакаты. С увеличением числа лигандов растет прочность комплекса: [Ag(NH3)]+ pK 3, 2, [Ag(NH3)2]+ pK 7, 0.
Для Cu(2+) известны аквакомплексы в водных растворах: [Cu(H2O)4]2+; аммиакат [Cu(NH3)4]2+ pK 12, 7, а [Cu(NH3)6]2+ можно получить только в жидком аммиаке; гидроксокомплекс [Cu(OH)4]2- pK 16, 1.
Для Au(+3) характерны очень устойчивые цианидный [Au(CN)4]- pK 56, 0 и роданидный [Au(CNS)4]- pK 42 комплексы. Устойчивость этих комплексов определяется увелмчением степени окисления комплексообразователя и мощным кристаллическим полем лигандов CN- и CNS-.
ПРИМЕНЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ Cu, Ag, Au.
Медный купорос CuSO4∙ 5H2O смешивают с порошком Ca(OH)2 (гашеная известь) или Na2CO3 (содой).
CuSO4+ Ca(OH)2= Cu(OH)2↓ + CaSO4↓
AgNO3 – как медицинский препарат «ляпис». Раствор [Ag(NH3)2]NO3 используется для получения серебряных зеркальных покрытий с помощью глюкозы и других альдегидов.
СОПОСТАВЛЕНИЕ СВОЙСТВ
У элементов подгруппы меди первый потенциал ионизации существенно выше, чем у щелочных металлов. Это объясняется проникновением s-электрона на d-подуровень.
Энергия сродства к электрону у Cu, Ag, Au значительно больше аналогичной величины у s-элементов I группы, это также связано с проскоком одного s-электрона внешнего уровня.
У Cu, Ag, Au в образовании связи принимают участие s и d-электроны, поэтому tкип и tпл у них значительно выше, чем щелочных металлов.