Разобрать химический элемент медь

Строение атома меди

Общие сведения о строении атома меди

Относится к элементам d — семейства. Металл. Обозначение – Cu. Порядковый номер – 29. Относительная атомная масса – 63,546 а.е.м.

Электронное строение атома меди

Атом меди состоит из положительно заряженного ядра (+29), внутри которого есть 29 протонов и 35 нейтронов, а вокруг, по четырем орбитам движутся 29 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома меди.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

Состояние считается более энергетически выгодным, если на d-подуровне находится 5 или 10 электронов, поэтому в случае меди мы наблюдаем проскок: один электрон s-подуровня переходит на d-подуровень для того, чтобы положение было устойчивым.

Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Примеры решения задач

Задание Сравните электронные конфигурации атомов азота и фосфора. Какие валентности и степени окисления они могут проявлять в химических соединениях? Приведите формулы соединений этих элементов с водородом и их высших оксидов.
Ответ Дадим характеристику химическому элементу фосфору :
  1. P – фосфор.
  2. Порядковый номер – 15. Элемент находится в 3 периоде, в V группе, А (главной) подгруппе.
  3. Z=15 (заряд ядра), M=31 (массовое число), e=15 (число электронов), p=15 (число протонов), n=31-15=16 (число нейтронов).
  4. 15P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 – электронная конфигурация, валентные электроны 3s 2 3p 3 .
  5. Основное состояние

  1. p-элемент, неметалл.
  2. Высший оксид – P2O5 — проявляет кислотные свойства:

Гидроксид, соответствующий высшему оксиду – H3PO4, проявляет кислотные свойства:

  1. Минимальная степень окисления «-3», максимальная – «+5».

Дадим характеристику химическому элементу азоту :

  1. N – азот.
  2. Порядковый номер – 7. Элемент находится в 2 периоде, в V группе, А (главной) подгруппе.
  3. Z=7 (заряд ядра), M=14 (массовое число), e=7 (число электронов), p=7 (число протонов), n=14-7=7 (число нейтронов).
  4. 7N 1s 2 2s 2 2p 3 – электронная конфигурация, валентные электроны 2s 2 2p 3 .
  5. Основное состояние

  1. p-элемент, неметалл.
  2. Высший оксид – N2O5 — проявляет кислотные свойства:

Гидроксид, соответствующий высшему оксиду – HNO3, проявляет кислотные свойства:

  1. Минимальная степень окисления «-3», максимальная – «+5»
Задание Приведите электронную формулу атома хрома. Сколько неспаренных электронов имеет атом хрома в основном состоянии?
Ответ +24 Cr)2)8)13)1;

Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Количество неспаренных электронов в атоме хрома равно шести.

Источник

Электронная формула меди (элемент 29). Графическая схема

Атом и молекула меди. Формула меди. Строение атома меди:

Медь (лат. Cuprum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Cu и атомным номером 29. Расположен в 11-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.

Медь – металл. Относится к группе переходных металлов. Относится к тяжёлым и цветным металлам.

Медь обозначается символом Cu.

Как простое вещество медь при нормальных условиях представляет собой пластичный металл золотисто-розового цвета (либо розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Наряду с осмием, цезием и золотом, медь – один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов.

Молекула меди одноатомна.

Химическая формула меди Cu.

Электронная конфигурация атома меди 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 . Потенциал ионизации (первый электрон) атома меди равен 745,48 кДж/моль (7,726380(4) эВ).

Строение атома меди. Атом меди состоит из положительно заряженного ядра (+29), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 29 электронов. При этом 28 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку медь расположен в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внутренняя оболочка представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома меди – на s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома меди состоит из 29 протонов и 35 нейтронов.

Радиус атома меди (вычисленный) составляет 145 пм.

Атомная масса атома меди составляет 63,546(3) а. е. м.

Медь с давних пор широко используется человеком.

Химические свойства цинка

Цинк Zn находится в IIБ группе IV-го периода. Электронная конфигурация валентных орбиталей атомов химического элемента в основном состоянии 3d 10 4s 2 . Для цинка возможна только одна единственная степень окисления, равная +2. Оксид цинка ZnO и гидроксид цинка Zn(ОН)2 обладают ярко выраженными амфотерными свойствами.

Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа вследствие протекания реакции:

Пар цинка горит на воздухе, а тонкая полоска цинка после накаливания в пламени горелки сгорает в нем зеленоватым пламенем:

При нагревании металлический цинк также взаимодействует с галогенами, серой, фосфором:

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует.

Цинк реагирует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:

Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, поскольку содержит в себе примеси других менее активных металлов, в частности, кадмия и меди. Высокочистый цинк по определенным причинам устойчив к воздействию кислот. Для того чтобы ускорить реакцию, образец цинка высокой степени чистоты приводят в соприкосновение с медью или добавляют в раствор кислоты немного соли меди.

При температуре 800-900 o C (красное каление) металлический цинк, находясь в расплавленном состоянии, взаимодействует с перегретым водяным паром, выделяя из него водород:

Цинк реагирует также и с кислотами-окислителями: серной концентрированной и азотной.

Цинк как активный металл может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу и даже сероводород.

Состав продуктов восстановления азотной кислоты определяется концентрацией раствора:

На направление протекания процесса влияют также температура, количество кислоты, чистота металла, время проведения реакции.

Цинк реагирует с растворами щелочей, при этом образуются тетрагидроксоцинкаты и водород:

С безводными щелочами цинк при сплавлении образует цинкаты и водород:

В сильнощелочной среде цинк является крайне сильным восстановителем, способным восстанавливать азот в нитратах и нитритах до аммиака:

Благодаря комплексообразованию цинк медленно растворяется в растворе аммиака, восстанавливая водород:

Также цинк восстанавливает менее активные металлы (правее него в ряду активности) из водных растворов их солей:

Степень окисления меди

Атомы меди в соединениях имеют степени окисления 4, 3, 2, 1, 0.

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Химические свойства железа

Железо Fe, химический элемент, находящийся в VIIIB группе и имеющий порядковый номер 26 в таблице Менделеева. Распределение электронов в атоме железа следующее 26Fe1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 , то есть железо относится к d-элементам, поскольку заполняемым в его случае является d-подуровень. Для него наиболее характерны две степени окисления +2 и +3. У оксида FeO и гидроксида Fe(OH)2 преобладают основные свойства, у оксида Fe2O3 и гидроксида Fe(OH)3 заметно выражены амфотерные. Так оксид и гидроксид железа (lll) в некоторой степени растворяются при кипячении в концентрированных растворах щелочей, а также реагируют с безводными щелочами при сплавлении. Следует отметить что степень окисления железа +2 весьма неустойчива, и легко переходит в степень окисления +3. Также известны соединения железа в редкой степени окисления +6 – ферраты, соли не существующей «железной кислоты» H2FeO4. Указанные соединения относительно устойчивы лишь в твердом состоянии, либо в сильнощелочных растворах. При недостаточной щелочности среды ферраты довольно быстро окисляют даже воду, выделяя из нее кислород.

Источник

Медь – цветной металл планеты номер один

Медь не относится к благородным или редким элементам. Это самый распространенный цветной металл на Земле. Благодаря своим характеристикам в почете у промышленников и ювелиров. Предмет охоты сборщиков лома.

Что представляет собой

Медь – это розоватый металл с золотисто-металлическим блеском. Элемент №29 периодической системы Менделеева. Международное обозначение – Cu (Cuprum).

Чистый металл мягок, поэтому чаще используется с примесями. Пластичен: вытягивается до микронных диаметров.

На воздухе покрывается пленкой, обретая желтовато-красный оттенок. Тонкие пластинки на просвет зеленовато-голубые.

По официальной классификации причислен к тяжелым цветным металлам. В эту же группу входят свинец, цинк, олово, никель.

История

Медь – один из первых металлов, с которыми имело дело человечество. Этому способствовали преимущества: большая распространенность, доступность, относительно низкая температура плавления.

Достоинства меди люди оценили восемь тысячелетий назад.

Медный век начался сразу после каменного:

  • Древнейшими признаны медные артефакты, откопанные на территории современной Турции. Это бусинки и декоративные накладки.
  • Из металла делали режущий инструментарий и посуду.
  • История открытия медных рудников на Руси начинается на Урале за две тысячи лет до новой эры. Затем были Кавказ, Алтай, Сибирь.
  • Промышленная переработка с использованием бронзы началась в XIV веке. Из сплава отливали пушки и колокола.

Из бронзы отлиты Царь-колокол и Царь-пушка.

Предполагается, что металл назван по имени острова Кипр. Здесь еще в III веке до нашей эры обнаружились медные залежи, а население освоило выплавку меди.

Происхождение русскоязычного термина медь «Этимологический словарь русского языка» М.Фасмера увязывает с древненемецким корнем smid – кузнец, металл.

Запасы, добыча

Глобальные объемы медной руды оцениваются в миллиард тонн (разведанные). Наличие половины подтверждено. Ученые полагают, что земная кора таит еще три миллиарда тонн меденосной руды.

Самородная медь

Богатыми запасами располагают страны на всех континентах:

  • Америка – Чили, Канада, США.
  • Азия – Казахстан, Иран.
  • Африка – ЮАР, Замбия, Заир.

На Россию приходится 3% мировых запасов. Месторождения сосредоточены на Урале. Основной добытчик – концерн «Норильский никель».

Руду добывают открытым либо закрытым способом, в зависимости от глубины залегания.

Ежегодный мировой объем добычи руды – 15-20 млн. тонн.

Физико-химические параметры

Медь – металл с типичными внешними признаками (блеск, гладкость) и структурой кристаллической решетки. Наделена высокой электро- и теплопроводностью. По этим физическим свойствам вторая после серебра.

Название, символ, номер Медь/Cuprum (Cu), 29
Атомная масса
(молярная масса)
63,546(3)а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s1
Радиус атома 128 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 117 пм
Радиус иона (+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм
Электроотрицательность 1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал +0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления 3, 2, 1, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 8,92 г/см³
Температура плавления 1356,55 K (1083,4 °С)
Температура кипения 2567 °С
Уд. теплота плавления 13,01 кДж/моль
Уд. теплота испарения 304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,44 Дж/(K·моль)
Молярный объём 7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Параметры решётки 3,615 Å
Температура Дебая 315 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 401 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-50-8

Главное химическое свойство металла, оцененное человеком, – нулевая коррозийность. Медь химически малоактивна, при стандартных условиях не окисляется.

Медь в природе

В природе выявлено два проявления элемента – самородки и компонент соединений с другими элементами.

Самородок меди

Чаще это соединения: оксиды, сульфиды, гидрокарбонаты. Самое распространенное сырье – медный колчедан.

Медь придает глубокие синие, голубые, зеленоватые оттенки малахиту, бирюзе, хризоколле, другим минералам ювелирно-декоративного сегмента.

Способы получения

Содержание металла в рудах не превышает 2%. Поэтому перед плавкой их обогащают. Существует два способа получения меди: пиро- и гидрометаллургический.

Пирометаллургический

Многоуровневый процесс, включающий следующие этапы:

  • Обогащение. Руды обогащают методом флотации. Взвешенные в воде медные частички «цепляются» к воздушным пузырькам, которые увлекают их на поверхность. На выходе получается порошок-концентрат с 12-36% меди.
  • Обжиг. Процедура показана бедным (9-24% меди) медным рудам и концентратам, сильно «загрязненным» серой. При прокаливании с кислородом доля серы падает вдвое.
  • Плавка. Кусками руды или порошком-концентратом загружают печи шахтного либо отражательного типа при 1452°С. Получают медный штейн.
  • Продувка. В конвертерах на него воздействуют сжатым воздухом. Сульфиды и железо окисляются, образуется почти чистая (98,51 – 99,51%) черновая медь плюс железо, другие ценные компоненты в следовых количествах.
  • Рафинирование. Черновой продукт отправляют на рафинирование – пламенем, затем электролитом. Примеси удаляются с газами. После первого этапа металл очищается до 99,51%, после заключительного – до 99,96%.

Способ применяется к 9/10 добытого сырья.

Гидрометаллургический

Состоит в обработке сырья растворенной серной кислотой малой концентрации и выделении металлического медного продукта.

Метод оптимален для руд с минимальным процентом меди. Извлечения других компонентов не предусматривается.

Сплавы

Номенклатура сплавов меди с другими компонентами насчитывает десятки позиций.

Сплавы меди и их применение

Они применяются чаще чистого металла, поскольку уменьшают недостатки, присущие чистому металлу. То есть делают продукт прочнее, устойчивее, дешевле.

Медные соединения подразделяются на две группы:

  1. Бронза – с оловом.
  2. Латунь – с цинком.

Помимо этих главных легирующих компонентов, в составе соединения алюминий, никель, висмут, титан, серебро, золото, неметаллические элементы.

Сферы применения

Свойства металла обусловили его применение разными сферами. Главный потребитель – промышленный комплекс.

Промышленность

Металл и сплавы разбирают следующие отрасли:

  • Электротехника, радиоэлектроника. Кабели (силовые, другие), провода. Обмотка в трансформаторах. Теплообменные устройства (радиаторы отопления, кондиционеры, кулеры компьютеров, тепловые трубки ноутбуков).
  • Приборо-, машиностроение. Из сплавов меди с цинком, оловом, алюминием делают детали, узлы машин. Без нее невозможно создание гальванических элементов и батарей.
  • Трубы. Для транспортировки пара, воды, газа. В энергетике, судостроении, для бытовых потребностей.

Система охлаждения из меди на тепловых трубках в ноутбуке

В Японии медные трубопроводы признаны сейсмоустойчивыми, что для этой страны жизненно важно.

Медные трубы

Строительство

Крыши из медного листа экологичны, их можно не красить, поскольку влага, погодные катаклизмы не страшны. Срок службы – до 100 лет.

Медицина

Медициной востребованы характеристики металла как антисептика и вяжущего средства.

Это компонент глазных капель и смесей для лечения ожогов.

Медные ручки дверей, другие поверхности – атрибут лечебных учреждений.

Соединения меди подавляют вирус свиного гриппа.

Ювелирное дело

Ювелиры используют сплавы на основе меди.

Кольцо из меди

Красное или розовое золото – это конгломерат благородного металла с медью.

Ее количество в составе определяет финальный оттенок:

Эти виды золота – самые любимые ювелирами. Медь делает изделия прочнее, попутно удешевляя стоимость.

Второй популярный ювелирный сплав – мельхиор (медь + никель).

Другие отрасли

  • Оксид меди – основа купрата, используемого в сверхпроводниках.
  • Латунь идет на изготовление гильз для винтовок и артиллерии.
  • Из мельхиора чеканят монеты, создают интерьерные украшения, столовые приборы.
  • Медь задействована при синтезе хлорофилла. Ее всегда добавляют в минеральные удобрения для растений.

Значение для человека

Медь заложена в организм человека изначально:

  • Участвует в образовании красных кровяных телец, коллагена, эластина.
  • Активирует работу эндокринной системы, замедляет старение организма.
  • Ее дефицит чреват замедлением белкового обмена. Это влечет патологии в развитии скелета и составе крови.

Она есть во многих продуктах питания. Медью богаты говяжья печень, устрицы, кунжут, какао-порошок, черный перец, гречневая крупа. А также орехи (лесной, грецкий, кешью, арахис, миндаль).

Предостережение

В составе металла есть изотопы: два стабильных плюс два десятка нестабильных. Хотя период полураспада «долгожителя» – менее 2,5 суток, материал токсичен.

Поэтому применение меди контролируется.

В России на федеральном уровне (национальный стандарт, федеральный Свод Правил) регламентируется:

  • Производство и использование медных водо- паро- и газопроводных труб.
  • Количество меди в питьевой воде.

В 1 литре питьевой воды не должно быть больше 1 мг меди.

Избыток медных компонентов вызывает отравление организма. Для приготовления пищи медная посуда непригодна.

Карьер, в котором медную руду извлекали открытым способом, становится источником токсичных соединений.

Мировая цена меди устанавливается на Лондонской бирже металлов. Она зависит от спроса, определяемого состоянием экономики.

И колеблется соответственно:

  • К началу 2008 года преодолена психологическая отметка $8000 за тонну.
  • Через полгода было уже $+940, что стало рекордом за всю историю биржи.
  • На начало 2011 года взята планка $10 000.

Затем произошел спад. На 2021 год тонна меди торгуется по $8057. Сказалось торможение экономики из-за пандемии коронавируса.

Источник

Читайте также:  Как почистить медью латунь