Завдання для самоперевірки

1. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна виконати наступні перетворення:

Al → Аl₂O₃ → Al(OH)₃ → Al₂(SO₄)₃ → Al(OH)₃ → NaAlO₂ → Al(OH)₃ → Аl₂O₃ → Al

Заняття № 21

Тема: Метали підгруп купруму та цинку. (2 год.)

План.

1. Метали підгрупи купруму.

2. Метали підгрупи цинку.

Метали підгрупи купруму

Побічну підгрупу І групи Періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва складають купрум Сu, арґентум Ag, аурум Au. Подібно до лужних металів їх атоми мають на зовнішньому енергетичному рівні один s-електрон. На відміну від лужних металів передостанній рівень атомів цієї підгрупи має 18 електронів. Вони є d-елементами та виявляють ступені окиснення +1, +2, +3. Серед металів цієї підгрупи найбільш широко використовується мідь, її сплави та деякі сполуки.

Наряду з подібністю фізичних властивостей металів побічної підгрупи першої групи значно різняться за хімічними властивостями. Це пояснюється значним збільшенням заряду ядра при майже однакових атомних радіусах, що підвищує енергію відщеплення валентних електронів, які утримуються все більш міцно від купруму до ауруму.

Купрум в природі. Купрум в природі знаходиться переважно у вигляді оксидів та сульфідів: СuS, Cu₂S, CuS₂, Cu₂O, CuO. Добувають мідь шляхом пірометалургії:

CuO + H₂ = Cu + H₂O;

або гідрометалургії. Для чого спочатку сульфіди шляхом обжигу перетворюють на оксиди, які розчиняють в сульфатній кислоті, після чого проводять електроліз розчину купрум (ІІ) сульфату, або діють більш активним металом:

1. 2CuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂;

2. CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O;

3. І спосіб (електроліз розчину купрум (іі) сульфату з інертними електродами (графіт))

CuSO₄ ↔ Cu²⁺ + SO₄^2-; Н₂О.

Графіт (Kатод): Cu²⁺ + 2e = Cu⁰

Графіт (Aнод): 2H₂O - 4e = 4H⁺ + O₂

2CuSO₄ + 2Н₂О → 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

3. ІІ спосіб (дія більш активного металу)

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu, така мідь має багато домішків. Тому в подальшому проводять її рафінацію (очищення) шляхом електролізу розчину купрум (ІІ) сульфату з розчинним анодом, в ролі якого буде виступати мідь з домішками.

CuSO₄ ↔ Cu²⁺ + SO₄^2-; Н₂О.

Чиста мідь (Kатод): Cu²⁺ + 2e = Cu⁰

Мідь з домішками (Aнод): Cu⁰ + 2e = Cu²⁺

Весь процес електролізу зводиться до переносу атомів купруму з анода на катод; купрум (ІІ) сульфат створює середовище електроліту; домішки випадають в осад.

Фізичні властивості. Чиста мідь – метал червоного кольору, густиною 8,96 г/см³ та температурою плавлення 1083⁰С. Лише срібло краще за мідь проводить електричний струм та тепло. Срібло – сріблястий метал, густиною 10,5 г/см³ та температурою плавлення 960,5⁰С. Золото – жовто-червоний метал, густиною 19,3 г/см³ та температурою плавлення 1063⁰С.

Хімічні властивості. Найбільш активний метал серед металів цієї підгрупи є мідь. В сухому повітрі мідь хімічно інертна, у вологому повітрі поступово перетворюється на речовину зеленого кольору – малахіт:

2Сu + CO₂ + H₂O + O₂ = Cu₂(OH)₂CO₃.

При 400⁰С мідь окиснюється до купрум (ІІ) оксиду:

2Сu + O₂ = 2CuO;

а при більш сильному нагріванні – до купрум (І) оксиду:

4Сu + O₂ = 2Cu₂O.

При нагріванні мідь енергійно взаємодіє з хлором, бромом, сіркою:

Cu + Cl₂ = CuCl₂; Cu + Br₂ = CuBr₂; Cu +S = CuS.

З водою та безоксигеновими кислотами мідь не взаємодіє. Взаємодіє лише з концентрованою сульфатною кислотою та нітратною кислотою будь-якої концентрації:

Сu + 2H₂SO₄(конц.) = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O;

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O;

3Cu + 8HNO₃ (розб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

Сполуки купруму, його сплави, їх застосування. Найбільш вживані речовини: купрум (ІІ) оксид CuO, купрум (ІІ) гідроксид Cu(OH)₂, мідний купорос CuSO₄х5H₂O, купрум (І) оксидCu₂O, купрум (І) оксид Cu₂S.

В промисловості велику роль мають сплави купруму – бронзи: олов'яна бронза (Cu-Sn), алюмінієва бронза (Cu-Al), свинцева бронза (Cu-Pb). Бронзи є хімічно стійкими та твердими сплавами. Також добре відомі латуні – сплави міді з цинком. Латуні спеціального призначення окрім міді та цинку мають алюміній, залізо, марганець, кремній та інші елементи. З них виготовляють підшипники, шестерні, гвинти для суден, водопровідні крани тощо. Широке використання має й чиста мідь. Більше 50 % всього виробництва міді йде на виготовлення електричних дротів (для цього потрібна чиста мідь з вмістом металу 99,9 %).

Мідний купорос використовують для боротьби з шкідниками сільськогосподарських рослин, як мікродобриво тощо. Мідь є каталізатором окисних процесів в клітинах живих організмів. В організмі людини вона концентрується в печінці. Входить до складу гемоціану – речовини, що переносить кисень та вуглекислий газ у молюсків та членистоногих.

Сполуки арґентуму та ауруму. Оксиди арґентуму та ауруму є дуже термічно стійкими. Гідроксиду арґентуму не існує. Арґентум оксид добувають взаємодією нітрату арґентуму з лугом:

2AgNO₃ + 2NaOH = 2NaNO₃ + Ag₂O + H₂O.

Сполуки арґентуму мають дезінфікуючі властивості, особливо AgNO₃. Срібло знаходиться в природі переважно або в чистому вигляді, або у вигляді арґентум нітратe, з якого достатньо легко його добути шляхом нагрівання:

2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂ + O₂.

Золото знаходиться в природі в чистому переважно розсіяному вигляді. Під час переробки золотоносної руди проводять наступні процеси:

4Au + 8NaCN + H₂O + O₂= 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH;

2Na[Au(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + Au.

Золото може розчинятись в "царській горілці" (суміш нітратної та хлоридної кислот):

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