11.1 Элементы ib-подгруппы (подгруппы меди)

Медь, серебро и золото - полные электронные аналоги с общей электронной формулой

(n-1)d¹⁰ns¹ при ожидаемой (n-1)d⁹ns². Изменение электронной формулы вызвано провалом электрона и образованием завершенного d-подуровня. Вследствие устойчивости конфигурации d¹⁰ для элементов подгруппы меди типичной является степень окисления +1. Кроме этого, возможно проявление более высоких степеней окисления: +2 для меди и +3, +5 для золота.

Медь - довольно распространенный элемент земной коры (0,0036 мол.%), содержание серебра и золота незначительно, 1,610^-6 и 510^-8 мол.% соответственно. Основные минералы меди: медный колчедан (халькопирит) - CuFeS₂, медный блеск - Cu₂S, куприт - Cu₂O, малахит CuСО₃·Cu(ОН)₂. Серебро и золото образуют сульфидные минералы, а также встречаются в самородном состоянии. Важнейшие минералы, содержащие серебро и золото: Ag₂S - аргентит, AgCl - кераргирит, AuTe₂ - калаверит.

Для получения меди применяются пиро- и реже гидрометаллургические процессы. Пирометаллургический способ основан на частичном окислении сернистых руд до оксидов меди, которые затем восстанавливаются, реагируя с остатком сульфида:

2Cu₂O + Cu₂S = 6Cu + SО₂

Пирометаллургический процесс извлечения меди из халькопирита можно выразить следующим суммарным уравнением реакций:

2CuFeS₂ + 5O₂ + 2SiO₂ = 2Cu + 2FeSiO₃ + 4SО₂

Для получения меди высокой степени чистоты проводится рафинирование при электролизе раствора СuSO₄ с медным анодом.

Серебро обычно получают в сплаве со свинцом при переработке полиметаллических руд. Затем экстрагируют расплавленным цинком, в котором свинец не растворяется. Далее цинк отгоняют под вакуумом.

Лучшим методом отделения золота от пустой породы является цианидный метод, основанный на растворении золота в растворе цианида натрия в присутствии кислорода. Образующееся координационное соединение Na[Au(CN)₂] восстанавливают цинком:

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

Медь имеет красную окраску, серебро - белый металл, золото - металл желтого цвета. Медь, серебро и особенно золото отличаются высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью.

Медь широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, печатных плат и контактов, в металлургии для получения разнообразных сплавов (латунь, бронза, монетные сплавы), в химической промышленности в качестве катализатора. Медь является биометаллом, входит в состав гемоцианина - переносчика кислорода в крови моллюсков. Известно около 30 белков и ферментов, в состав которых входит катион меди.

Значительная часть серебра и золота в виде сплавов идет на изготовление монет и ювелирных изделий. Кроме этого, серебро и золото широко применяются в радиотехнике и электронике для изготовления контактов. Серебро применяется при изготовлении химической аппаратуры для работы в агрессивных средах. Коллоидное серебро используется в некоторых медицинских препаратах. Золото - основной валютный металл.

Химические свойства. Медь - довольно инертный металл, хотя при нагревании реагирует с кислородом, серой и галогенами:

t t t

2Cu + O₂ = 2CuO; Cu + Cl₂ = CuCl₂ 2Cu + S = Cu₂S

При высокой температуре медь реагирует также с фосфором, мышьяком, кремнием, углеродом с образованием соединений нестехиометрического состава (бертолидов).

В ряду стандартных электродных потенциалов медь стоит после водорода, поэтому с кислотами, не являющимися окислителями, не реагирует. Однако в присутствии кислорода растворяется в концентрированной хлороводородной кислоте:

2Cu + 4HCl(конц) + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O

Металлическая медь растворяется в азотной и концентрированной серной кислоте. Легко растворяется медь также в растворах цианидов, в аммиаке и растворах солей железа(III):

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

4Cu + 8NH₃ + 2H₂O + O₂ = 4[Cu(NH₃)₂](OH)

Cu + 2FeCl₃ = CuCl₂ + 2FeCl₂

Серебро и золото - химически весьма инертны. Серебро при нагревании реагирует с галогенами, серой, фосфором и углеродом с образованием AgHal, Ag₂S, Ag₃P, Ag₄C. Во влажном воздухе уже при комнатной температуре серебро реагирует с сероводородом:

4Ag + 2H₂S + O₂ = 2Ag₂S + 2H₂O

Золото легко реагирует с галогенами (с хлором в присутствии влаги уже на холоду):

H₂O

2Au + 3Cl₂  2AuCl₃

С кислородом, серой, азотом и бором золото не реагирует, при нагревании вступает во взаимодействие с теллуром и фосфором, образуя AuTe₂, Au₃P₄.

Серебро растворимо в азотной и концентрированной серной кислотах. Золото - в царской водке (смесь концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1:3):

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

Серебро и золото легко растворяются в растворах цианидов щелочных металлов в присутствии окислителей:

4Au + O₂ + 8KCN + 2H₂O = 4K[Au(CN)₂] + 4KOH