Медь, серебро, золото

Химия элементов

Лекция 8.

Общая характеристика элементов IБ-группы. Медь. Серебро

Элементы IБ-группы

Cu

Ag

Au

z

Ar

?

Элемент

29

47

79

63,6

107,9

197,0

1,75

1,42

1,42

Общая электронная формула

Элементы IБ-группы.

КЧ: 2 (sp -гибр., линейн.), 4 (dsp 2-гибр., квадрат; sp 3-гибр., тетраэдр)

Степени окисления: 0, +I, +II, +III

Общая электронная формула: […] ns1 (n–1)d10

S1p1d 9

s2d 9

Степени окисления

Cu

Ag

Au

+I (d10ns0)

+II (d9ns0)

+III (d8ns0)

Cu2SO4, CuCl

Cu(+ii) уст. Ст. Окисления

NaCuO2

Ag(i) уст. Ст. Окисления

AgCO3, AgF2

AgF3

Au2S, AuBr

–

Au(+iii) уст. Ст. Окисления

Примеры устойчивых соединений

AgNO3 AgCl

CuSO4 CuCl2

Au2(SeO4)3

[Ag(NH3)2]+

[Cu(NH3)4]2+

[AuCl4]–

+I

+II

+III

Простые соединения

Простые соединения

Простые соединения

Комплексные соединения

Комплексные соединения

Комплексные соединения

Простые вещества

Медь

Серебро

Золото

т. пл., ?С

1084,5

961,9

1064,4

т. кип., ?С

2540

2170

2947

?, Г/см3

8,9

10,5

19,3

В эхрн

…h ... cu …ag …au.

Сu2+/cu ag+/ag [auсl4]–/au ??, В: +0,34 +0,799 +1,00

Эiб + h2o ? эiб + h3o+ ?

CuAg

Cu2+ Ag+

H2so4(конц.) Hno3(конц.) Hno3(разб.)

Химическое растворение

В «царской водке» (до ст. ок. +III) Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO? + 2H2O В расплаве селеновой кислоты (до ст. ок. +III) 2Au + 6H2SeO4 = Au2(SeO4)3 + 3SeO2? + 6H2O В щелочной среде (до ст. ок. +I) 2Cu + 8(NH3.H2O) + O2 = = 2[Cu(NH3)4]2+ + 4OH? + 6H2O 2Cu + 4CN? + 2H2O = 2[Cu(CN)2]? + 2OH? + H2? 4Ag + 8CN? + 2H2O + O2 = 4[Ag(CN)2]? + 4OH?

Кислородные соединения

Cu Ag, Au.

+I: Cu2O уст. красн., т. пл. 1240 ?С +II: CuO черн., разл. до Cu2O и O2 (1026 ?С) Cu(OH)2 синий, амфотерн., разл. до CuO и H2O (40-80 ?С) +III: Cu2O3 т-ра разл. 400 ?С (до CuO и O2 )

+I: Ag2O разл. до Ag и O2 (160 ?С ) +II: «Ag2O2» (AgIAgIIIO2) диамагнитен, разл. до Ag2O и O2 (100 ?С) +III: Au2O3 амфотерн., разл. до Au и O2 (160 ?С) Au2O3 · 2H2O амфотерный (Kк ? Kо) – «золотая кислота»

Простые вещества

Эiб.

CuCl CuF2 CuF CuCl2 CuI CuI2

Cuso4 agno3 (кроме au)

Г2

Hno3(конц. И разб.) H2so4(конц.)

C, H2, N2

Смесь HNO3 и HCl («царская водка»)

OH–, окислитель, L (комплексо-образование)

[Cu(nh3)4]2+ [cu(cn)2]? [ag(cn)2]? [au(cn)2]? и др.

[AuCl4]–

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.

Минералы

Халькопирит (fecu)s2 халькозин cu2s ковеллин cus куприт cu2o малахит cu2(co3)2(oh)2 аргентит ag2s хлораргирит agcl калаверит aute2

Получение меди

2(feiiicui)s2 + 5 O2 + 2sio2 = 2cu0 + 2fesio3 + 4SO2? халькопирит…обжиг/связывание feii ………шлак……. Газ

Cu+I + 1e– = Cu0 Fe+III + 1e– = Fe+II 2S–II – 12e– = 2S+IV O2 + 4e– = 2O–II

Выплавляемую «черновую» медь рафинируют электролитически.

Выплавка меди

Загрузка печи

Пульт управления

Очищенная медь

Рафинирование меди электролизом

Добыча золота

Цианидный метод извлечения золота и серебра

ЭIБ(Ag,Au) + NaCN(р) + O2 ? [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 = ZnCl2 + H2? (удаление избытка Zn)

Особенности химии меди

2Cu+I ? Cu0 + Cu2+ Cu2O + H2SO4 = = Cu0 + CuSO4 + H2O Cu2O + 2HCl = 2CuCl + H2O CuCl + HCl = H[CuCl2] Cu2O + 4(NH3·H2O) = = 2[Cu(NH3)2]OH + 3H2O КЧ(CuI) = 2, sp-гибр.

Получение: 4Cu(OH)2 + N2H4·H2O = = 2Cu2O? + N2? + 7H2O

Гидроксид Cu(OH)2

Получение: Cu2+ + 2OH? = Cu(OH)2? Амфотерность: Cu(OH)2 + 2H3O+ = = [Cu(H2O)4]2+ Cu(OH)2 + 2OH? = = [Cu(OH)4]2? Cu(OH)2 = CuO + H2O синий черный

t°

Комплексные соединения

Cu2+(р): [Cu(H2O)4(H2O)2]2+.

[Cu(H2O)4(H2O)2]2+ + 4NH3·H2O = = [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ + 8H2O Длинные транс-связи: Cu–N: 205 пм, Cu–O: 337 пм [Cu(NH3)6]2+ можно получить в среде жидкого аммиака в воде условно для [CuL4]2+ КЧ(CuII) = 4, dsp2-гибр. (квадрат) см. эффект Яна-Теллера

Sp3d2, искаж. Октаэдр

Получение и разрушение

Комплексные соединения.

dsp2 (квадрат): [Cu(H2O)2(OH)4]2–, [Cu(H2O)2Cl4]2–, [Cu(NH3)2(H2O)2(NO2)2] sp3 (тетраэдр): [Cu(OH)4]2? (в усл. изб. щелочи, рН ? 11)

Аммиачный к-с меди(II): получение и разрушение

Окислительно-восстановительные свойства

2[Cu(H2O)4]2+ + 4I? = 2CuI? + I2 + 8H2O Cu2+ + I– + e–= CuI (CuII – мягкий окислитель) 2I– – 2e– = I2 В р-ре: [I(I)2]–, CuI (суспензия) I2 + 2SO3S2– = 2I– + S4O62– Растворение за счет комплексообразования: CuI(т) + 2 SO3S2–= [Cu(SO3S)2]3– + I– CuI(т) + 2Na2SO3S = Na3[Cu(SO3S)2] + NaI

Серебро

Ag – уникальный элемент: нет гидратов солей нет аквакомплексов Растворимые соли: AgNO3, AgClO4, AgClO3, AgF Комплексообразование (растворение осадка): AgX(т) + 2NH3·H2O = = [Ag(NH3)2]X + 2H2O (КЧ 2) AgX(т) + 2Na2SO3S = Na3[Ag(SO3S)2] (КЧ 2)

Почернение серебряных предметов

Серебро.

2Ag+ + 2OH– ? Ag2O(т) + H2O ПР(AgOH) = 1,6 ·10–6 2Ag+ + S2– = Ag2S(т) ПР(Ag2S) = 6,3 ·10–50 4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O (почернение серебряных предметов)