Физико-химическая характеристика меди

Медь Cu²⁹ расположена в первой группе системы элементов и имеет электронное строение 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹ . Для меди наиболее характерны соединения со степенями окисления + 1 () и +2 (, , , , , ), известны также немногочисленные соединения трехвалентной и четырехвалентной меди. Для меди (I) наиболее характерны координационные числа 2 и 4, для Cu(II) максимальное координационное число равно 6, что соответствует октаэдрическим комплексам. Чаще всего встречаются соединения Cu(II), в которых координационное число равно 4 (квадрат) и 6 (искаженный октаэдр)[5].

Чистая медь-тягучий, мягкий, вязкий металл. В отличие от большинства металлов медь обладает ярко выраженной окраской - красного, а в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет выглядит зеленовато-голубой. На воздухе медь покрывается рыхлым слоем основных карбонатов[5].

При нагревании медь тускнеет в результате образования поверхностного слоя оксида. При более сильном нагревании она, наконец, полностью переходит в оксид меди (I), а при более высоком давлении кислорода в – в оксид меди(II). Влажный хлор быстро реагирует с медью уже при обычной температуре. С остальными галогенидами медь взаимодействует так же легко. Ярко выраженным сродством медь обладает по отношению к сере и селену. Напротив, газообразный азот, даже при более высокой температуре, заметно не действует на медь. Однако, если над медью, нагретой до красного каления, пропустить газообразный аммиак, то она образует соединение с азотом. В разбавленной азотной кислоте медь растворяется с выделением оксида азота и образованием нитрата меди(II); с горячей концентрированной серной кислотой образуется сульфат меди. В соответствии со своим положением в электронном ряду напряжений медь не может обычным образом заряжаться водородными ионами. Поэтому медь в отсутствие воздуха не подвергается воздействию серной и соляной кислот, уксусной кислоты и т.д. Однако при нагревании газообразный хлористый водород действует на медь с образованием хлорида меди(I)[4]:

Cu+HCl=CuCl+1/2H₂.                                   (2)

Растворение меди в разбавленной азотной кислоте сначала идет очень медленно. Однако, после того как в растворе в соответствии с уравнением образуется некоторое количество нитрат – ионов, растворение становится бурным[4].

Cu₂O получают прямым взаимодействием меди с кислородом, который плавится без разложения при . В кристалле Cu₂O имеет место линейно-тетраэдрическая координация атомов. Гидроксид  значительно устойчивее, чем CuОН и по силе приближается к щелочам. Это объясняется уменьшением поляризующего действия катиона Cu⁺ на ионы  за счет экранирования молекулами аммиака. Гидроксиды CuОН – основания не устойчивы. При попытке их получения по обменным реакциям выделяется оксид (красный)[1].

Из оксидов в степени окисления +2 устойчив CuO, его получают непосредственным взаимодействием компонентов. Гидроксиды  получают действием щелочи на растворимые соли . Гидроксид  является слабо амфотерным[1]:

.                              (3)

Действием пероксида водорода на сильнощелочной раствор растворимой соли  получают гранатово-красный порошок . Он выделяет кислород уже при  и является сильнейшим окислителем, например, окисляет соляную кислоту до хлора. Галогениды меди занимают промежуточное положение, монофторид не существует. Из галогенидов меди в степени окисления +2 наиболее устойчив , а иодид не получен. Нерастворимые в воде и кислотах галогениды ЭГ довольно значительно растворяются в растворах галогеноводородных кислот или основных галогенидов[1]:

,                                     (4)

Соединения Cu(III) – сильные окислители.

Одним из основных свойств меди и в любых степенях окисления является способность образовывать комплексные соединения. Большинство растворимых соединений меди являются комплексными соединениями. Комплексообразовательная способность объясняется дефектностью (n-1)d-оболочек (при степенях окисления больше +1)[5].

Из ацидокомплексов Cu⁺ наиболее устойчивы цианидные. Так, для [СuCl₂]¯ pK=5,96, а для [Cu()]¯ pK=16,0. Аквакомплексы катионов металлов подгруппы меди нестойки. Для Cu(1) гораздо устойчивее аммиакаты[1]. С увеличением числа лигандов растет прочность комплекса. Для меди (II) характерны как катионные, так и анионные комплексы. Производные Cu(+2) в равной мере характерны и для соединений первого порядка и для комплексов. Известны голубые аквакомплексы в водных растворах  и кристаллический медный купорос , который является примером сверхкомплексного соединения. Устойчивый аммиакат характеризуется координационным числом 4 (, pK=12,7), а  можно получить только в жидком аммиаке. Из комплексных анионов Cu(+2) отметим гидроксокомплекс  (pK=16,1) синего цвета, благодаря образованию которого  растворяется в концентрированных растворах щелочей[5].

Медь в степени окисления +3 значительно стабилизируются за счет комплексообразования. Для меди известен светло-зеленый высокоспиновый октаэдрический комплекс .

Многие соединения меди используются в качестве красок. Измельченный малахит, а также искусственно приготовленные препараты аналогичного состава находят применение как клеевые или водяные краски под названием медной зелени. Более 50% меди применяется в электротехнике (медные провода). Также медь применяется в металлотехнике и для чеканки монет. Граница между металлической медью и CuO обладает выпрямляющим свойством, поэтому оксид меди применяется для изготовления «купроксных» выпрямителей переменного тока. Медный купорос применяется в гальванотехнике, для протравливания зерна, выделке кож, медицине[4].