Химия элементов. Лекция 8 Общая характеристика элементов IБ- группы. Медь. Серебро

Элементы IБ-группы Элемент CuAgAu z ArAr 63,6107,9197,0 1,751,42

Элементы IБ-группы Общая электронная формула : […] ns 1 (n–1)d 10 Степени окисления: 0, +I, +II, +III КЧ: 2 (sp -гибр., линейн.), 4 (dsp 2 -гибр., квадрат; sp 3 -гибр., тетраэдр) ns 1 np 0 (n–1)d 10

np 0 (n–1)d 9 ns 2 ns 1 np 0 (n–1)d 10 s 1 d 10 s 2 d 9 s 1 p 1 d 9 np 1 (n–1)d 9 ns 1

Степени окисления +I (d 10 ns 0 )+II (d 9 ns 0 )+III (d 8 ns 0 ) Cu Cu 2 SO 4, CuCl Cu(+II) уст. ст. окисления NaCuO 2 Ag Ag(I) уст. ст. окисления AgCO 3, AgF 2 AgF 3 Au Au 2 S, AuBr – Au(+III) уст. ст. окисления

Примеры устойчивых соединений +I+I+II+III Простые соединения AgNO 3 AgCl CuSO 4 CuCl 2 Au 2 (SeO 4 ) 3 Комплексные соединения [Ag(NH 3 ) 2 ] + [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ [AuCl 4 ] –

Простые вещества МедьСереброЗолото т. пл., С 1084,5961,91064,4 т. кип., С , г/см 3 8,910,519,3 Медь Серебро Золото

В ЭХРН: …H... Cu …Ag …Au Сu 2+ /Cu Ag + /Ag [AuСl 4 ] – /Au, В: +0,34 +0,799 +1,00 Э IБ + H 2 O Э IБ + H 3 O + Cu Ag H 2 SO 4 (конц.) HNO 3 (конц.) HNO 3 (разб.) Cu 2+ Ag + +

Химическое растворение В «царской водке» (до ст. ок. +III) Au + HNO 3 + 4HCl = H[AuCl 4 ] + NO + 2H 2 O В расплаве селеновой кислоты (до ст. ок. +III) 2Au + 6H 2 SeO 4 = Au 2 (SeO 4 ) 3 + 3SeO 2 + 6H 2 O В щелочной среде (до ст. ок. +I) 2Cu + 8(NH 3. H 2 O) + O 2 = = 2[Cu(NH 3 ) 4 ] OH + 6H 2 O 2Cu + 4CN + 2H 2 O = 2[Cu(CN) 2 ] + 2OH + H 2 4Ag + 8CN + 2H 2 O + O 2 = 4[Ag(CN) 2 ] + 4OH

Кислородные соединения Cu Ag, Au +I: Cu 2 O уст. красн., т. пл С +II: CuO черн., разл. до Cu 2 O и O 2 (1026 С) Cu(OH) 2 синий, амфотерн., разл. до CuO и H 2 O (40-80 С) +III: Cu 2 O 3 т-ра разл. 400 С (до CuO и O 2 ) +I: Ag 2 O разл. до Ag и O 2 (160 С ) +II: «Ag 2 O 2 » (Ag I Ag III O 2 ) диамагнитен, разл. до Ag 2 O и O 2 (100 С) +III: Au 2 O 3 амфотерн., разл. до Au и O 2 (160 С) Au 2 O 3 · 2H 2 O амфотерный (K к K о ) – «золотая кислота»

ЭIБЭIБ C, H 2, N 2 Г2Г2 CuCl CuF 2 CuF CuCl 2 CuI CuI 2 CuSO 4 AgNO 3 (кроме Au) HNO 3 (конц. и разб.) H 2 SO 4 (конц.) Смесь HNO 3 и HCl («царская водка») [AuCl 4 ] – OH –, окислитель, L (комплексо- образование) [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ [Cu(CN) 2 ] [Ag(CN) 2 ] [Au(CN) 2 ] и др. Простые вещества

Распространение в природе и важнейшие минералы В земной коре: 26. Cu 0,01% масс. 69. Ag 1·10 –5 % масс. 75. Au 5·10 –5 % масс. Самородное золото Самородное серебро Самородная медь

Минералы халькопирит (FeCu)S 2 халькозин Cu 2 S ковеллин CuS куприт Cu 2 O малахит Cu 2 (CO 3 ) 2 (OH) 2 аргентит Ag 2 S хлораргирит AgCl калаверит AuTe 2 Калаверит Куприт Аргентит Хлораргирит Ковеллин Малахит Халькопирит

Получение меди 2(Fe III Cu I )S O 2 + 2SiO 2 = 2Cu 0 + 2FeSiO 3 + 4SO 2 халькопирит…обжиг/связывание Fe II ………шлак……. газ Cu +I + 1e – = Cu 0 Fe +III + 1e – = Fe +II 2S –II – 12e – = 2S +IV O 2 + 4e – = 2O –II +4e – : 5O 2 2 –10e – : 2(FeCu)S 2 5 Выплавляемую «черновую» медь рафинируют электролитически.

Выплавка меди Рафинирование меди электролизом Загрузка печи Пульт управления Очищенная медь

Добыча золота

Цианидный метод извлечения золота и серебра Э IБ (Ag,Au) + NaCN(р) + O 2 [Э(CN) 2 ] + OH измельч.руда….……………..воздух……р-р, рН > 7, выделение HCN (гидролиз) 2[Э(CN) 2 ] + Zn(тв., пыль) = [Zn(CN) 4 ] 2 + 2Э(т) Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (удаление избытка Zn) золото

Особенности химии меди 2Cu +I Cu 0 + Cu 2+ Cu 2 O + H 2 SO 4 = = Cu 0 + CuSO 4 + H 2 O Cu 2 O + 2HCl = 2CuCl + H 2 O CuCl + HCl = H[CuCl 2 ] Cu 2 O + 4(NH 3 ·H 2 O) = = 2[Cu(NH 3 ) 2 ]OH + 3H 2 O КЧ(Cu I ) = 2, sp-гибр. Получение: 4Cu(OH) 2 + N 2 H 4 ·H 2 O = = 2Cu 2 O + N 2 + 7H 2 O Оксид меди(I)

Гидроксид Cu(OH) 2 Получение: Cu OH = Cu(OH) 2 Амфотерность: Cu(OH) 2 + 2H 3 O + = = [Cu(H 2 O) 4 ] 2+ Cu(OH) 2 + 2OH = = [Cu(OH) 4 ] 2 Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O синий черный Гидроксид и оксид меди(II) t°t°

Комплексные соединения Cu 2+ (р): [Cu(H 2 O) 4 (H 2 O) 2 ] 2+ [Cu(H 2 O) 4 (H 2 O) 2 ] NH 3 ·H 2 O = = [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] H 2 O Длинные транс-связи: Cu–N: 205 пм, Cu–O: 337 пм [Cu(NH 3 ) 6 ] 2+ можно получить в среде жидкого аммиака в воде условно для [CuL 4 ] 2+ КЧ(Cu II ) = 4, dsp 2 -гибр. (квадрат) см. эффект Яна-Теллера Cu II L LL L sp 3 d 2, искаж. октаэдр

Комплексные соединения dsp 2 (квадрат): [Cu(H 2 O) 2 (OH) 4 ] 2–, [Cu(H 2 O) 2 Cl 4 ] 2–, [Cu(NH 3 ) 2 (H 2 O) 2 (NO 2 ) 2 ] sp 3 (тетраэдр): [Cu(OH) 4 ] 2 (в усл. изб. щелочи, рН 11) Аммиачный к-с меди(II): получение и разрушение

Окислительно-восстановительные свойства 2[Cu(H 2 O) 4 ] I = 2CuI + I 2 + 8H 2 O Cu 2+ + I – + e – = CuI (Cu II – мягкий окислитель) 2I – – 2e – = I 2 В р-ре: [I(I) 2 ] –, CuI (суспензия) I 2 + 2SO 3 S 2– = 2I – + S 4 O 6 2– Растворение за счет комплексообразования: CuI(т) + 2 SO 3 S 2– = [Cu(SO 3 S) 2 ] 3– + I – CuI(т) + 2Na 2 SO 3 S = Na 3 [Cu(SO 3 S) 2 ] + NaI

Серебро 1.Ag – уникальный элемент: нет гидратов солей нет аквакомплексов 2.Растворимые соли: AgNO 3, AgClO 4, AgClO 3, AgF 3.Комплексообразование (растворение осадка): AgX(т) + 2NH 3 ·H 2 O = = [Ag(NH 3 ) 2 ]X + 2H 2 O (КЧ 2) AgX(т) + 2Na 2 SO 3 S = Na 3 [Ag(SO 3 S) 2 ] (КЧ 2)

Серебро 4.2Ag + + 2OH – Ag 2 O(т) + H 2 O ПР(AgOH) = 1,6 ·10 –6 2Ag + + S 2– = Ag 2 S(т) ПР(Ag 2 S) = 6,3 ·10 –50 4Ag + 2H 2 S + O 2 = 2Ag 2 S + 2H 2 O (почернение серебряных предметов)