IB-элементы: Cu, Ag, Au1. Общая характеристика элеметов

Строение атомов.

Причина: устойчивость (n-1)d10 – конфигурации

Элемент Электронная конфигурация должна быть на самом деле

Cu

Ag

Au

3d94s2

4d95s2

5d96s2

3d104s1

4d105s1

4f145d106s1

http://arkadiyzaharov.ru/studentu/chto-delat-studentam/neorganicheskaya-ximiya/

IB-элементы обладают сравнительно малой химической активностью, что обусловлено двумя факторами:

Во-первых, ярко выраженным в их атомах эффектом проникновения внешних nS-электро-нов под экран из (n-1)d10– электронов (в случае золота и под (n-2)f14– экран);

Во-вторых, в результате d-контракции (сжатия), а в случае золота совместной d- и f-контракции радиусы их атомов значительно меньше радиусов атомов IА- металлов:

rk > rCu , rRb > rAg , rCs > rAu

IB-элементы: Cu, Ag, Au1. Общая характеристика элеметов

Медь, серебро и особенно золото встречаются в природе в самородном состоянии. Медь чаще всего встречается в виде сульфидов, серебро обычно входит в состав сульфидных минералов других металлов (Pd, Zn, Cd и др.) Наиболее распространены следующие минералы:

CuFeS2 ………...... медный колчеданCu2S .………...... медный блескCu2O ………........ КупритCuCO3∙Cu(OH)2 …... МалахитAg2S …. ………… аргентит

2 РАСПРОСТРАНЕНИЕ В ПРИРОДЕ:

Физические свойства:

В виде простых веществ Cu, Ag и Au представ-ляют собой металлы соответственно красного, белого и жёлтого цвета.

Они обладают исключительно высокой тягучестью и ковкостью. Из любого металла можно вытянуть проволоку диаметром 0,001 мм (которая примерно в 50 раз тоньше человеческого волоса). Из золота путём прокатки получают фольгу толщиной до 0,0001 мм.

3. ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Ниже представлены важнейшие физические константы металлов:

Cu Ag Au Плотность, г/см3 ...………… 9,0 10,5 19,3

Твердость (алмаз=10) ............ 3,0 2,7 2,5 Электропроводность (Hg = 1) ... 57 59 40 Теплопроводность (Hg = 1) ........ 51 57 39

Температура пл., 0С ...……… 1085 962 1064 Температура кип.0С …….. 2880 2160 2850 Е0 (Э+

р-р / Э) , В …………… +0,521 +0,799 +1,691Е0 (Э2+

р-р/ Э), В …………… +0,337 – –

Физические свойства:

2CuFeS2 + 5О2 + 2SiO2 = 2Cu + 2FeSiO3 = 4SO2

техническая.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ:

Медь получают в основном пирометаллургичесим, серебро и золото – гидрометаллургичесим способами.

Пирометаллургический способ основан на окислении (обжиге) сернистых руд и может быть представлен уравнением:

Техническую (черновую медь) очищают электрохи-мическим рафинированием.

Гидрометаллургический способ получения золота основан на отделении металла от пустой породы путем его растворения в растворе NaCN (цианидный метод) в присутствии кислорода:

4Au0 + O2 + 8CN– + 2H2O = 4[Au(CN)2]– + 4OH– Из раствора золото затем восстанавливают цинком.

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ:

2[Au(CN)2]– + Zn = Au↓ + [Zn(CN)4]2-

Важнейшими потребителями меди являются электротехника и металлургия.

Серебро используется для выделки разменной монеты, украшений, предметов быта; его соединения находят применение в фотографии, медицине.

Золото является основой денежной системы многих стран.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ:

Химическая активность IВ-металлов невелика и быстро уменьшается в ряду Cu – Ag – Au.

Все эти металлы даже сильными окислителями окисляются с большим трудом. Медь лишь медленно окисляется кислородом воздуха при обычной температуре, покрываясь плотной зеленовато-серой плёнкой основного карбоната (CuOH)2CО3.

Золото и серебро на воздухе не изменяются. При наличии в воздухе H2S серебро темнеет, покрываясь налётом Ag2S.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

С серой взаимодействует уже не только Cu, но и Ag. С водородом, азотом и углеродом Cu, Ag и Au не реагируют даже при высоких температурах.Значительно легче металлы реагируют с свободными хлором, бромом и иодом. Реакция сильно ускоряется в присутствии влаги.

Друг с другом и со многими другими металлами Cu, Ag и Au легко образуют сплавы. Со ртутью образуют соответствующие амальгамы (труднее остальных Cu).

С кислородом под обычным давлением (при нагревании) непосредственно соединяется только медь. Реакция становится заметной около 200 0С и идее по схеме:

Cu → Cu2O → CuO

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

Золото растворяется в горячей концентрированной H2SeO4. Наилучшими растворителями для него являются царская водка (смесь HCl и HNO3) и насыщенный хлором раствор HCl:

Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O

Au + 3Cl + HCl = H[AuCl4]

Из наиболее распространённых кислот на Cu и Ag действуют азотная и горячая концентрированная серная кислоты:

2Ag + 2H2SO4 = Ag2SO4 + SO2↑ + 2H2Ot0

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:Действие кислот

Благодаря склонности IB-элементов к комплексо-образованию, равновесие процесса:

М+ + e– ↔ М0

может быть смещено влево в результате связывания ионов М+ (Cu+, Ag+, Au+) в комплексный ион. Поэтому металлы подгруппы меди можно перевести в раствор даже слабыми окислителями при одновременном присутствии ионов, образу-ющих с ионами металлов прочные комплексы.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

Совместное действие окислителя и веществ‒лигандов

Например, серебро и золото в присутствии иона CN– окисляются в водном растворе кислородом, а медь – водой:

2Ag + 4KCN + ½ O2 + H2O = 2K[Ag(CN)2] + 2KOH2Au + 4KCN + ½ O2 + H2O = 2K[Au(CN)2] + 2KOH

2Cu + 4KCN + 2H2O = 2K[Cu(CN)2] + 2KOH

Приведем для сравнения значения стандартных электродных потенциалов (Е0) двух систем с золотом:

Au+(р) + e– = Au0(тв) ; E0 = +1,60 BAu(CN)2– + e– = Au0 + 2СN– ; E0 = –0,60 B

Совместное действие окислителя и веществ‒лигандов

Наиболее характерной особенностью боль-шинства соединений Cu, Ag Au является легкость восстановления их до металлов. Другой характерной чертой является их склонность к комплексообразованию.

3 СОЕДИНЕНИЯ IB-МЕТАЛЛОВ

3.1 ОКСИДЫ И ГИДРОКСИДЫ:

В соответствии со своими характерными степенями окисления Cu, Ag и Au образуют следующие оксиды и гидроксиды:

Э2О…………………….. Cu2O, Ag2O, Au2OЭOH……………………. CuOH, AgOH, AuOHЭO и Э(OH)2 ………….. CuO и Cu(OH)2

Э2O3 и Э(OH)3…………. Au2O3, Au(OH)3

Все они в воде почти не растворимы. Оксиды Cu2O и CuO можно получить прямым взаимодействием меди с кислородом, остальные – осторожным нагреванием соответствующих гидроксидов.

Гидроксид серебра отщепляет воду уже в момент образования при осаждении его щелочью:

AgNO3 + NaOH → AgOH + NaNO3

2AgOH → Ag2O + Н2О

Из оксидов в степени окисления +2 и +3 устойчивы CuO и Au2O3. Первый получается непосредствен-ным взаимодействием простых веществ, а второй – обезвоживанием Au(OH)3.

3.1 ОКСИДЫ И ГИДРОКСИДЫ:

Гидроксиды Cu(OH)2 и Au(OH)3 получают в виде осадков соответственно голубого и красно-бурого цвета действием щелочи на растворы солей Cu2+ и Au3+. Эти гидроксиды амфотерны:

Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4] Au(OH)3 + KOH = K[Au(OH)4]

У гидроксида Au(OH)3 кислотные свойства выраже-ны сильнее основных, вследствие высокого поляризующего действия иона Au3+.

3.1 ОКСИДЫ И ГИДРОКСИДЫ:

Большинство солей Cu(+1), Ag(+1) и Au(+1) трудно растворимы в воде, но в присутствии ряда молекул или ионов-лигандов (NH3, CN–, S2O3

2– и др.) растворимость их значительно повышается за счет связывания ионов металлов в комплексные ионы:

CuCl + 2NH3 = [Cu(NH3)2]Cl

Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2](OH)

AgCl + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + AgCl

СОЛИ IB-МЕТАЛЛОВ И КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ:

Для соединений Cu(+1) и Au(+1) характерно окислительно-восстановительное диспропорцио-нирование:

2Cu+ = Cu2+ + Cu

3Au+ = Au3+ = Au

2CuCl(к) = CuCl2(р) + Cu(к)

3AuСl(к) + KСl(р) = K[AuСl4](р) + 2Au(к)

РЕАКЦИИ ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ соединений Cu(I), Ag(I), Au(I)

Соединения Э(+2) характерны только для меди. Производные Cu(+2) в равной мере характерны и для соединений первого порядка и для комплексов. Хорошо известны голубые аквакомплексы в водных растворах [Cu(OH2)4]2+ и кристаллический CuSO4 ∙5H2O (медный купорос), который применяется для борьбы с вредителями сельского хозяйства, изготовления минеральных красок и т.д.

Соединения Cu(II), Ag(II), Au(II)

Для Cu(+2) характерны также анионные комплексы – купраты(II): [CuCl3]–, [CuCl4]2–, [Cu(OH)4]2–, [Cu(CN)4]2–. Наиболее устойчив цианидный комплекс.

Очень характерны для Cu(+2) катионные комплексы с азотсодержащими лигандами (NH3, H2NCH2CH2NH2 и др.). Например, синий [Cu(NH3)4]2+ легко образуется при добавлении избытка аммиака к растворам солей Cu(+2):

Соединения Cu (II)

CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4

Из соединений Э(+3) наиболее устойчивы произ-водные Au(+3). Для них характерны кислотные свойства и склонность к образованию анионных комплексов –ауратов (III):

Склонность Au(+3) к образованию анионных комплексов проявляется и при гидролизе его галогенидов:

AuCl3 + H2O = H[Au(OH)Cl3]AuCl3 + H2O = H2[AuOCl3]

Для Cu и Ag степень окисления +3 не характерна. Производные Cu(+3) и Ag(+3) – сильные окислители.

СОЕДИНЕНИЯ Cu(+3), Ag(+3), Au(+3)

Известны соединения золота (+5) и золота (+7): AuF5, AuF7 и некоторые др. Они являются сильными окислителями.

Например, AuF5 окисляет даже XeF2:

AuF5 + XeF2 = XeF4 + AuF3

ПРОИЗВОДНЫЕ ЗОЛОТА (+5, +7)