Медь (Cu)
- Обозначение - Cu (Copper);
- Период - IV;
- Группа - 11 (Ib);
- Атомная масса - 63,546;
- Атомный номер - 29;
- Радиус атома = 128 пм;
- Ковалентный радиус = 117 пм;
- Распределение электронов - 1s22s22p63s23p63d104s1;
- t плавления = 1083,4°C;
- t кипения = 2567°C;
- Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 1,90/1,75;
- Степень окисления: +3, +2, +1, 0;
- Плотность (н. у.) = 8,92 г/см3;
- Молярный объем = 7,1 см3/моль.
Медь (купрум, свое название получила в честь острова Кипр, где было открытое крупное медное месторождение) является одним из первых металлов, который освоил человек - Медный век (эпоха, когда в обиходе человека преобладали медные орудия) охватывает период IV—III тысячелетия до н. э.
Сплав меди с оловом (бронза) был получен на Ближнем Востоке за 3000 лет до н. э. Бронза была предпочтительней меди, поскольку была более прочна и лучше поддавалась ковке.
Среднее содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5·10-3% по массе. Медь присутствует в природе, как в виде самородков, так и в соединений, наибольшее промышленное значение из которых имеют медный колчедан (CuFeS2), халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Разработка медных месторождений ведется открытым способом.
Медь в Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, стоит под номером "29", относится к переходным металлам (См. Атомы переходных элементов).
Рис. Строение атома меди.
Электронная конфигурация атома меди - 1s22s22p63s23p63d104s1 (см. Электронная структура атомов). У меди один спаренный электрон с внешнего s-уровня "перескакивает" на d-подуровень предвнешней орбитали, что связано с высокой устойчивостью полностью заполненного d-уровня. Завершенный устойчивый d-подуровень меди обусловливает ее относительную химическую инертность (медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом, кремнием). Медь в соединениях может проявлять степени окисления +3, +2, +1 (наиболее устойчивые +1 и +2).
Рис. Электронная конфигурация меди.
Физические свойства меди:
- металл, красно-розового цвета;
- обладает высокой ковкостью и пластичностью;
- хорошей электропроводностью;
- малым электрическим сопротивлением.
Химические свойства меди
- при нагревании реагирует с кислородом:
O2 + 2Cu = 2CuO; - при длительном пребывании на воздухе реагирует с кислородом даже при комнатной температуре:
O2 + 2Cu + CO2 + H2O = Cu(OH)2·CuCO3; - вступает в реакции с азотной и концентрированной серной кислотой:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O; - с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой медь не реагирует.
Соединения меди
Оксид меди CuO (II):
- твердое вещество красно-коричневого цвета, не растворимое в воде, проявляет основные свойства;
- при нагревании в присутствии восстановителей дает свободную медь:
CuO + H2 = Cu + H2O; - оксид меди получают взаимодействием меди с кислородом или разложением гидроксида меди (II):
O2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH)2 = CuO + H2O.
Гидроксид меди Cu(OH2)(II):
- кристаллическое или аморфное вещество голубого цвета, нерастворимое в воде;
- разлагается на воду и оксид меди при нагревании;
- реагирует с кислотами, образуя соответствующие соли:
Cu(OH2) + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O; - реагирует с растворами щелочей, образуя купраты - комплексные сооединения ярко-синего цвета:
Cu(OH2) + 2KOH = K2[Cu(OH)4].
Более подробно о соединениях меди см. Оксиды меди.
Получение и применение меди
- пирометаллургическим методом медь получают из сульфидных руд при высоких температурах:
CuFeS2 + O2 + SiO2 → Cu + FeSiO3 + SO2; - оксид меди восстанавливается до металлической меди водородом, угарным газом, активными металлами:
Cu2O + H2 = 2Cu + H2O;
Cu2O + CO = 2Cu + CO2;
Cu2O + Mg = 2Cu + MgO.
Применение меди обусловливается ее высокой электро- и теплопроводностью, а также пластичностью:
- изготовление электрических проводов и кабелей;
- в теплообменной аппаратуре;
- в металлургии для получения сплавов: бронзы, латуни, мельхиора;
- в радиоэлектронике.