Изучение свойств меди, серебра и их соединений Основные теоретические положения
Медь и серебро относят к побочной подгруппе первой группы Периодической системы. Наиболее устойчивыми степенями окисления, особенно в водном растворе, являются для меди (+2), а для серебра (+1). Медь и серебро не проявляют большого сходства между своими свойствами.
В простом состоянии медь – металл красноватого цвета, а серебро – белое. Это довольно мягкие металлы, очень тягучие и пластичные. Они обладают уникальной электропроводимостью и теплопроводностью.
Все свойства серебра и меди определяются их электронной конфигурацией, которая отражается формулой (n–1)d10ns1. Таким образом медь и серебро имеют по одному свободному электрону на внешнем слое, который обеспечивает электроную проводимость металла. Концентрация электронов, обуславливающих электропроводимость и теплопроводность, в этих металлах равна концентрации атомов.
Ион меди Cu2+ меньше иона меди Cu+, и, имея вдвое больший заряд, намного сильнее взаимодействует с водой в растворе. Поэтому ион меди (II) более устойчив в водном растворе, чем ион меди (I).
При переходе от меди к серебру (сверху вниз по группу) реакционная способность элементов уменьшается. Оба металла устойчивы в чистом сухом воздухе при комнатной температуре, однако при температуре красного каления медь превращается в Cu2О.
Медь и серебро взаимодействуют с серой и галогенами. Серебро темнеет в атмосфере, содержащей соединения серы, за счет образования черного сульфида по реакции
4Ag + 2Н2S + О2 = 2Ag2S + 2Н2О.
Медь в такой среде покрывается зеленой пленкой основного сульфата.
Медь и серебро практически завершают электрохимический ряд напряжений металлов. В отсутствие воздуха разбавленные кислоты на эти металлы практически не действуют, однако медь и серебро растворяются в горячей концентрированной серной кислоте, а также в разбавленной и концентрированной азотной кислоте. При этом медь окисляется до степени окисления (+2). Например
Cu + 2H2SO4(конц.,гор.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O;
3Ag + 4HNO3(разб.) = 3AgNO3 + NO + 2H2O;
Ag + 2HNO3(конц.) = AgNO3 + NO2 + H2O .
Кроме того, медь и серебро легко растворяются в водных растворах цианидов (серебро – в присутствии воздуха или пероксида водорода).
Для меди известно два устойчивых оксида: Cu2O (желтый или красный) и CuO (черный). Оба оксида образуются при нагревании металла на воздухе или в атмосфере кислорода. Повышение температуры способствует образованию Cu2O. Поскольку катион меди (+1) неустойчив в водном растворе, то при действии кислот на Cu2O происходит либо его дисмутация, либо процесс комплексообразовани. Например, процесс дисмутации идет по реакции
Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O .
Cu2O заметно взаимодействует и со щелочами
Cu2O + 2NaOH(конц) + H2O = 2Na[Cu(OH)2] .
Наилучшим способом получения CuO является разложение нитрата или основного карбоната меди (II)
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2 .
Оксид CuO термически менее устойчив, чем Cu2O. Стандартные энергии Гиббса образования оксидов меди (II) и (I) равны –128 кДж/моль и –148 кДж/моль соответственно. При нагревании до 1100 °С оксид меди (II) разлагается на оксид меди (I) и кислород.
Более высокие
значения стандартной энергии Гиббса
образования имеют оксиды серебра и
золота (
(Ag2O)
= –11 кДж/моль;
(Au2O3) = +77 кДж/моль).
Это объясняет их меньшую термическую
устойчивость по сравнению с оксидами
меди.
Темно-коричневый осадок Ag2O образуется при добавлении щелочи к растворимой соли серебра (+1) по схеме
2Ag+ + 2ОН– = Ag2O + Н2О.
Гидроксид серебра, возможно, присутствует в растворе, но не выделяется в твердом состоянии. Оксид серебра легко восстанавливается до металла и разлагается на простые вещества при нагревании выше 160 ° С. Он, как и Cu2O, реагирует с раствором аммиака, образуя комплексное соединение [Ag(NH3)2]ОН. Под действием кислот Ag2O переходит в раствор.
Медь образует два ряда солей – соли меди (I) и соли меди (II), которые ввиду амфотерности соединений меди могут быть как катионного, так и анионного типа. В степени окисления (+1) катионы меди и серебра диамагнитны и образуют бесцветные комплексные соединения. Комплексы меди (I) легко образуются в водном растворе при взаимодействии монооксида меди с соответствующими лигандами. Координационное число, появляемое ионом Cu+, обычно равно 2 или 4. Для серебра характерно образование линейных комплексов с координационным числом 2.