Медь в степенях окисления +1 и +2
Медь и медь(II)
Медь — первый металл, который человек стал обрабатывать (самородная медь — около 9 тысяч лет назад); латинское cuprum — от острова Кипр, где её добывали в древности. Сплав меди с оловом — бронза — дал имя целой эпохе. Зелёный цвет статуи Свободы — патина из основных сульфатов и карбонатов меди, защищающая металл от дальнейшей коррозии.
Медь (\(3d^{10}4s^1\)) стоит в ряду напряжений после водорода: соляная и разбавленная серная кислоты на неё не действуют — но только если нет кислорода воздуха. Растворяют медь окисляющие кислоты и растворы-окислители.
Медь(II), \(d^9\): голубой аквакатион \(\ce{[Cu(H2O)6]^2+}\) — октаэдр, вытянутый по одной оси (эффект Яна — Теллера). Медный купорос \(\ce{CuSO4*5H2O}\) синий, безводный \(\ce{CuSO4}\) — белый: он синеет от следов воды (проба на воду). С аммиаком — тёмно-синий \(\ce{[Cu(NH3)4]^2+}\); раствор Швейцера (аммиачный раствор \(\ce{Cu(OH)2}\)) растворяет целлюлозу — так делали медно-аммиачный шёлк.
scienceМедь и медь(II)
- \(\ce{3Cu + 8HNO3(разб.) -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4H2O}\); \(\ce{Cu + 2H2SO4(конц.) ->[t] CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}\).
- \(\ce{2Cu + 4HCl + O2 -> 2CuCl2 + 2H2O}\) — медленно, на воздухе.
- \(\ce{2Cu + O2 + CO2 + H2O -> Cu2(OH)2CO3}\) — патина.
- \(\ce{CuSO4 + 2NaOH -> Cu(OH)2 v + Na2SO4}\); \(\ce{Cu(OH)2 ->[t] CuO + H2O}\).
- \(\ce{Cu(OH)2 + 4NH3 -> [Cu(NH3)4](OH)2}\); \(\ce{Cu(OH)2 + 2NaOH(конц.) -> Na2[Cu(OH)4]}\).
- \(\ce{2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O -> Cu2(OH)2CO3 v + CO2 ^ + 2Na2SO4}\).
Медь(I): неустойчивость и стабилизация
Ион \(\ce{Cu+}\) (\(d^{10}\), бесцветный) в воде диспропорционирует:
Сильная гидратация маленького двухзарядного \(\ce{Cu^2+}\) перевешивает. Медь(I) устойчива там, где она выводится из равновесия:
- в малорастворимых соединениях: \(\ce{Cu2O}\) (красный), CuCl (белый), CuI, CuSCN, \(\ce{Cu2S}\);
- в комплексах с мягкими лигандами: \(\ce{[CuCl2]-}\), \(\ce{[Cu(CN)2]-}\), \(\ce{[Cu(NH3)2]+}\) (бесцветный, на воздухе синеет).
Так, при кипячении раствора \(\ce{CuCl2}\) с медью в концентрированной соляной кислоте идёт сопропорционирование — образуется бесцветный \(\ce{H[CuCl2]}\); при разбавлении выпадает белый CuCl.
scienceМедь(I)
- \(\ce{Cu2O + H2SO4 -> CuSO4 + Cu v + H2O}\) — диспропорционирование в кислоте.
- \(\ce{CuCl2 + Cu + 2HCl ->[t] 2H[CuCl2]}\); \(\ce{H[CuCl2] ->[H2O] CuCl v + HCl}\).
- \(\ce{2CuSO4 + 4KI -> 2CuI v + I2 + 2K2SO4}\).
- \(\ce{Cu2O + 4NH3 + H2O -> 2[Cu(NH3)2]OH}\) — бесцветный раствор синеет на воздухе.
- \(\ce{RCHO + 2Cu(OH)2 + NaOH -> RCOONa + Cu2O v + 3H2O}\) — проба Фелинга на альдегиды.
boltПочему \(\ce{Cu^2+}\) окисляет иодид
По табличным потенциалам — не должен: \(E^\circ(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu+}) = 0{,}15\) В < \(E^\circ(\ce{I2}/\ce{I-}) = 0{,}54\) В. Но \(\ce{Cu+}\) сразу уходит в осадок CuI (\(K_s \approx 10^{-12}\)), и реальный потенциал пары \(\ce{Cu^2+}/\ce{CuI}\) — около 0,86 В. Осаждение продукта «разрешило» реакцию.
Иодометрия меди и фелингова проба
Иодометрическое определение меди — классический способ анализа латуни, бронзы, медного купороса. Сплав растворяют в азотной кислоте, избыток кислоты и оксидов азота удаляют (иначе они окислят иодид), железо маскируют фторидом, добавляют KI и титруют выделившийся иод тиосульфатом: 1 Cu ↔ 1 \(\ce{S2O3^2-}\).
Фелингова жидкость — раствор \(\ce{CuSO4}\) с сегнетовой солью (тартрат удерживает медь в щелочной среде). Альдегиды и восстанавливающие сахара при нагревании дают кирпично-красный \(\ce{Cu2O}\) — так в медицине XIX века определяли сахар в моче при диабете.
auto_awesomeМедь и жизнь
Кровь моллюсков и пауков голубая: переносчик кислорода — гемоцианин, содержащий медь. В бескислородной форме медь в нём +1 (бесцветная), при связывании \(\ce{O2}\) — +2 (синяя). У человека медь — в цитохромоксидазе и супероксиддисмутазе; нарушение её обмена — болезнь Вильсона.
push_pinГлавное
Cu — \(3d^{10}4s^1\), \(E^\circ(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}) = +0{,}34\) В: не растворяется в неокисляющих кислотах (кроме как с кислородом воздуха или комплексообразователем), растворяется в \(\ce{HNO3}\), горячей \(\ce{H2SO4}\), \(\ce{FeCl3}\). Cu(II), \(d^9\): голубой \(\ce{[Cu(H2O)6]^2+}\) (искажение Яна — Теллера), тёмно-синий \(\ce{[Cu(NH3)4]^2+}\), жёлто-зелёный \(\ce{[CuCl4]^2-}\); безводный \(\ce{CuSO4}\) белый; \(\ce{Cu(OH)2}\) → CuO при нагревании, слегка амфотерен. Cu(I), \(d^{10}\): в воде диспропорционирует (\(K \approx 10^6\)), устойчив в осадках (\(\ce{Cu2O}\), CuCl, CuI, \(\ce{Cu2S}\)) и комплексах (\(\ce{[CuCl2]-}\), \(\ce{[Cu(NH3)2]+}\), \(\ce{[Cu(CN)2]-}\)). Иодометрия: \(\ce{2Cu^2+ + 4I- -> 2CuI + I2}\); фелингова проба — красный \(\ce{Cu2O}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.