Положение в периодической системе химических элементов

Медь расположена в 1В группе (или в побочной подгруппе I группы в короткопериодной ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение меди

Электронная конфигурация меди в основном состоянии:

+29Cu 1s²2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ¹ 1s 2s 2p

3s 3p 4s 3d

У атома меди уже в основном энергетическом состоянии происходит провал (проскок) электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень.

Физические свойства

Медь – твердый металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Медь относительно легко поддается механической обработке. В природе встречается в том числе в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства.

Температура плавления 1083,4^оС, температура кипения 2567^оС, плотность меди 8,92 г/см³.

 

 

Нахождение в природе

 

Медь встречается в земной коре (0,0047-0,0055 масс.%), в речной и морской воде. В природе медь встречается как в соединениях, так и в самородном виде. В промышленности используют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Также распространены и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂(OH)₂CO₃. Иногда медь встречается в самородном виде, масса которых может достигать 400 тонн.

 

Способы получения меди

 

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — электролиз, пирометаллургический и гидрометаллургический.

· Гидрометаллургический метод: растворение медных минералов в разбавленных растворах серной кислоты, с последующим вытеснением металлическим железом.

Например, вытеснение меди из сульфата железом:

CuSO ₄ + Fe = Cu + FeSO ₄

 

· Пирометаллургический метод: получение меди из сульфидных руд. Это сложный процесс, который включает большое количество реакций. Основные стадии процесса:

1) Обжиг сульфидов:

2CuS + 3O ₂ = 2CuO + 2SO ₂

2) восстановление меди из оксида, например, водородом:

CuO + H ₂ = Cu + H ₂ O

· Электролиз растворов солей меди:

2CuSO ₄ + 2H ₂ O → 2Cu + O ₂ + 2H ₂ SO ₄

 

Качественные реакции на ионы меди (II)

 

Качественная реакция на ионы меди +2 – взаимодействие солей меди (II) с щелочами. При этом образуется голубой осадок гидроксида меди(II).

Например, сульфат меди (II) взаимодействует с гидроксидом натрия:

CuSO ₄ + 2NaOH → Cu(OH) ₂ + Na ₂ SO ₄

 

 

Соли меди (II) окрашивают пламя в зеленый цвет.

 

 

Химические свойства меди

 

В соединениях медь может проявлять степени окисления +1 и +2.

1. Медь — химически малоактивный металл. При нагревании медь может реагировать с некоторыми неметаллами: кислородом, серой, галогенами.

1.1. При нагревании медь реагирует с достаточно сильными окислителями, например, с кислородом, образуя CuО, Cu₂О в зависимости от условий:

4Cu + О ₂ → 2Cu ₂ О

2Cu + О ₂ → 2CuО

 

1.2. Медь реагирует с серой с образованием сульфида меди (II):

Cu + S → CuS

 

1.3. Медь взаимодействует с галогенами. При этом образуются галогениды меди (II):

Cu + Cl ₂ = CuCl ₂

С u + Br ₂ = CuBr ₂

 

 

1.4. С азотом, углеродом и кремнием медь не реагирует:

Cu + N ₂ ≠

Cu + C ≠

Cu + Si ≠

1.5. Медь не взаимодействует с водородом.

Cu + H ₂ ≠

 

1.6. Медь взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

2Cu + O ₂ → 2CuO

 

2. Медь взаимодействует и со сложными веществами:

2.1. Медь в сухом воздухе и при комнатной температуре не окисляется, но во влажном воздухе, в присутствии оксида углерода (IV) покрывается зеленым налетом карбоната гидроксомеди (II):

2Cu + H ₂ O + CO ₂ + O ₂ = (CuOH) ₂ CO ₃

 

2.2. В ряду напряжений медь находится правее водорода и поэтому не может вытеснить водород из растворов минеральных кислот (разбавленной серной кислоты и др.).

Например, медь не реагирует с разбавленной серной кислотой:

Cu + H ₂ SO ₄ (разб.) ≠

 

2.3. При этом медь реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат меди (II) и вода:

Cu + 2H ₂ SO _4(конц.) → CuSO ₄ + SO ₂ + 2H ₂ O

 

2.4. Медь реагирует даже при обычных условиях с азотной кислотой.

С концентрированной азотной кислотой:

Cu + 4HNO _3(конц.) = Cu(NO ₃ ) ₂ + 2NO ₂ + 2H ₂ O

С разбавленной азотной кислотой:

3Cu + 8HNO _3(разб.) = 3Cu(NO ₃ ) ₂ + 2NO + 4H ₂ O

 

Реакция меди с азотной кислотой

 

2.5. Растворы щелочей на медь практически не действуют.

2.6. Медь вытесняет металлы, стоящие правее в ряду напряжений, из растворов их солей.

Например, медь реагирует с нитратом ртути (II) с образованием нитрата меди (II) и ртути:

Hg(NO ₃ ) ₂ + Cu = Cu(NO ₃ ) ₂ + Hg

2.7. Медь окисляется оксидом азота (IV) и солями железа (III)

2Cu + NO ₂ = Cu ₂ O + NO

2FeCl ₃ + Cu = 2FeCl ₂ + CuCl ₂

 

Оксид меди (II)

 

Оксид меди (II) CuO – твердое кристаллическое вещество черного цвета.