Медь и её характеристики

Общая характеристика меди

Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико [0,01% (масс.)], однако она чаще чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем самородки меди достигают значительной величины.

Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд, являются: халькозин, или медный блеск Cu₂S; халькопирит, или медный колчедан CuFeS₂; малахит (CuOH)₂CO₃.

Чистая медь – тягучий вязкий металл светло-розового цвета (рис. 1), легко прокатываемый в тонкие листы. Она очень хорошо проводит теплоту и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. В сухом воздухе медь почти не изменяется, так как образующаяся на её поверхности тончайшая пленка оксидов (придающая меди боле темный цвет) служит хорошей защитой от дальнейшего окисления. Но в присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым налетом карбоната гидроксомеди (CuOH)

Рис. 1. Медь. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса меди

Поскольку в свободном состоянии хром существует в виде одноатомных молекул Cu, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 63,546.

Изотопы меди

Известно, что в природе медь может находиться в виде двух стабильных изотопов ⁶³Cu (69,1%) и ⁶⁵Cu (30,9%). Их массовые числа равны 63 и 65 соответственно. Ядро атома изотопа меди ⁶³Cu содержит двадцать девять протонов и тридцать четыре нейтрона, а изотоп

Существуют искусственные нестабильные изотопы меди с массовыми числами от 52-х до 80-ти, а также семь изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп ⁶⁷Cu с периодом полураспада равным 62 часа.

Ионы меди

Электронная формула, демонстрирующая распределение по орбиталям электронов меди выглядит следующим образом:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

В результате химического взаимодействия медь отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Cu⁰ -1e → Cu⁺;

Cu⁰ -2e → Cu²⁺.

Молекула и атом меди

В свободном состоянии медь существует в виде одноатомных молекул Cu. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу меди:

Сплавы меди

Важнейшими сплавами меди с другими металлами являются латуни (сплавы меди с цинком), медноникелевые сплавы и бронзы.

Латуни содержат до 45% цинка. Различают простые и специальные латуни. В состав последних входят другие элементы, например железо, алюминий, олово, кремний.

Медноникелевые сплавы подразделяются на конструкционные и электротехнические. К конструкционным относятся мельхиоры и нейзильберы. Мельхиоры содержат 20-30% никеля и небольшие количества железа и марганца, а нейзильберы содержат 5-35% никеля и 13-45% цинка. К электротехническим медноникелевым сплавам относятся константан (40% никеля, 1,5% марганца), манганин (3% никеля и 12% марганца) и копель (43% никеля и 0,5% марганца).

Бронзы подразделяются по основному входящему в их состав компоненту (кроме меди) на оловянные, алюминиевые, кремнистые и т.д.

Примеры решения задач

Медь – свойства, применение, характеристики медных сплавов

Медь – это пластичный металл с золотисто-розовым оттенком, занимает 29 место в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева и обозначается как Cu (Cuprum). Латинское название меди пошло от острова Кипр, где в древности находились крупнейшие медные рудники.

История меди

Человечество начало добывать медь несколько тысячелетий назад. Самые древние изделия, найденные из этого металла, датируются 7-6 веками до нашей эры. Среди них – украшения, инструменты, посуда и орудия труда.

Большим шагом вперед в развитии металлургии было открытие сплава меди с оловом – бронзы. Этот материал отличался повышенной прочностью и способностью к ковке, благодаря чему все изделия из данного медного сплава получались более качественными.

На территории нашей страны медь издавна добывают на Урале, Алтае и в Сибири. Из нее отлиты известнейшие культурные памятники: Царь-пушка, Царь-колокол, Медный всадник.

Физические характеристики

Характерный цвет медь приобретает в результате взаимодействия с кислородом и образования тонкой оксидной пленки. Более тонкие пластины на просвет выглядят зеленовато-голубыми. Наиболее ярко выраженные физические свойства меди:

• высокая электро- и теплопроводность (уступает только серебру),
• мягкость, 
• пластичность,
• легко поддается вытягиванию и обработке,
• коррозионная стойкость.

Химические свойства

В условия низкой влажности медь почти не демонстрирует каких-либо особенных химических свойств. Однако при контакте с водой и углекислым газом она быстро вступает в окислительную реакцию, на ее поверхности образуется пленка, защищающая ее от разрушения. Также окисление происходит при нагреве до 375 градусов.

Металл вступает в активную реакцию с неметаллами галогеновой группы, селеном и серой. В паре с последней, к примеру, он воспламеняется. Медь с валентностью I и II участвует в создании комплексных соединений (двойных солей и аммиачных смесей), обладающих высокой стойкостью и применяемых во многих промышленных сферах.

Методы добычи

Медь добывают открытым и закрытым способом. Первый актуален, если руда находится в толще до 500 метров. Для более глубоких залежей строят специальные подземные шахты. Чистую медь получают в основном пирометаллургическим способом, реже – гидрометаллургическим.

Пирометаллургическая методика условно подразделяется на два этапа, и в качестве исходного сырья использует халькопирит (медный купорос). Первая стадия – флотация или окислительный обжиг. Целью этой технологии является обогащение медной руды, в которой повышена концентрация серы. В процессе обработки, сера удаляется до 1%, другие содержащиеся в руде металлы переводятся в оксидные соединения.

Химические формулы процесса:

• ZnS + 1.5O2 = ZnO + SO2 + Q – реакция протекает при температуре, превышающей +800 градусов;
• ZnS + 2O2 = ZnSO2 + Q – оптимальная температура варьируется в пределах +600/+700 градусов.

После этого, обогащённая руда плавится в шахтных печах при температуре + 14 500 градусов, преобразуясь в сплав, состоящий из сульфидов железа и меди (штейн). Чтобы повысить качество, проводится конвертерный обдув без подачи топлива. Содержание меди в таком сплаве составляет примерно 91%. Вторая стадия – рафинирование, после чего медная составляющая увеличивается до 99.9%.

Гидрометаллургический способ основывается на выщелачивании. Для этого руду дробят на небольшие куски, и заливают растворителями:

В результате получается раствор, в котором выделяется медь и другие металлы. Формулы процесса:

• CuO+h3SO4>CuSO4+h3O – выщелачивание серной кислотой;
• CuSO4+2Fe2SO4>4FeSO4+2CuSO+S – применение сульфата железа;
• Cu2S + 2 Fe2 (SО4)3>2 СuSO4 + 4 FeSO4 + S – выщелачивание сернокислым железом.

Полученный раствор проходит последующую обработку для извлечения металла. Например, может использоваться методика цементации: CuSО4 + Fe>FeSО4 + Cu. Здесь в состав добавляются куски железа, заменяющие медную составляющую в сернокислых солях.

Область применения

Медная плита находит широкое применение в строительстве, автомобильной, корабельной и железнодорожной промышленности.

Медный лист применяется при возведении кровель, фасадов, заборов и ограждений. А из-за бактерицидности металлической поверхности изделий из меди делают предметы для использования в больницах: двери, ручки, поручни, перила и даже посуду.

Медная труба предназначена для транспортировки жидких и воздушных сред в системах водо- и газоснабжения, отопления, кондиционирования, а также в теплообменниках и холодильных установках. Помимо бытовых инженерных коммуникаций, такие трубы применяются в судостроении и энергетике.

Медная проволока идет на производство кабельной продукции и проводов с невысоким сопротивлением и особенными магнитными свойствами.

Медная лента используется в приборостроении, электротехнике и радиоэлектронике, при изготовлении проводников, обмотков, силовых трансформаторов.

Медный пруток также нередко применяется в строительной и промышленной отрасли. Из него могут готовить подшипники, стеклоподъемники, водозапорную арматуру, декоративные конструкции в архитектуре и интерьере зданий.

Особенности популярных медных сплавов

Сплав М1 изготавливается в соответствии с ГОСТ 859-2014, является высокопластичным и хорошо обрабатываемым металлом, отличается наибольшим содержанием меди (99,9%). В качестве дополнительных элементов встречаются цинк, никель, фосфор, железо, мышьяк, кислород, олово, висмут (суммарно не более 0,1%). Удельное электрическое сопротивление составляет 0,018 мкОм. Сплав может быть двух типов – твердый (М1т) и мягкий (М1м), они различаются по пределам прочности и текучести. Металлопрокат востребован в автомобиле- и авиастроении, при создании проводников тока, криогенной техники, проволоки и прутков.

Сплав М2 имеет меньший коэффициент меди в составе (99,7%). Остальные 0,3% приходятся на никель, железо, сурьму, кислород, олово, свинец, серу, мышьяк. Данная марка пластична и не поддается ржавлению, превосходно обрабатывается под давлением и применяется для изготовления сплавов на медной основе и деталей холодильной техники.

Сплав М3 – это медь техническая, она включает наименьший процент металла среди представленных (99,5%). В качестве легирующих компонентов используются те же элементы, что и в М2, только в большей пропорции (до 0,5%), что делает этот сплав самым доступным по стоимости. Оптимально подходит для металлических изделий, которые реализуются прокатным способом, а также литейных сплавов.

Биологическая ценность для человека

Медь относится к категории жизненно-необходимых элементов, и в организме взрослого человека, содержится около 100 граммов этого металла. Переоценка токсичности данного вещества проводилась в 2003 году Всемирной Организацией Здравоохранения. Исследования установили, что медь не является причиной заболеваний пищеварительного тракта, и не провоцирует развитие болезни Вильсона-Коновалова (гепатоцеребральная дистрофия, поражающая печень и головной мозг), как считалось ранее. Учёные пришли к выводу, что для здоровья человека больше вреден недостаток меди, а не её переизбыток.

Бактерицидность меди известна давно, а последние исследования в этой области подтвердили эффективность металла в профилактике свиного гриппа, поражения золотистым стафилококком. В экспериментах было установлено, что на медной поверхности погибает 99% болезнетворных бактерий в течение 2-х часов. Поэтому медь и её сплавы широко применяется для обеззараживания воды. В Европе из этого металла изготавливаются дверные ручки, замки, петли и перила, которые устанавливаются в медучреждениях и местах общего пользования.

МЕДЬ – это… Что такое МЕДЬ?

Медь. Серебро. Золото | АЛХИМИК

Медь, серебро и золото – эти металлы были в числе первых, освоенных человеком. Из них чеканили монеты, изготовляли предметы домашнего обихода, орудия труда и украшения.

Со временем серебро и особенно золото стали универсальным мерилом материальных ценностей. Получение золота из других металлов составляло предмет алхимии – ярчайшей страницы в истории человеческой мысли, давшей начало современной химии. С тех пор жизнь людей почти до неузнаваемости изменилась, а золото по-прежнему является символом богатства и эталоном ценности…

Медь

Латинское наименование меди – Cuprum – происходит от названия острова Кипр, где уже в III в до н.э. существовали медные рудники. Русское «медь», вероятно, восходит к слову «смида», обозначавшему металл у древних германцев.

Хоть медь иногда встречается в природе в виде самородков (самый большой из найденных весил 420 т), основная её часть входит в состав сульфидных руд, например халькопирита CuFeS₂. Реже встречается минерал малахит – зеленый основной карбонат меди (CuOH)₂CO₃.

В первых металлургических процессах использовались не сульфидные руды, а именно малахит, не требующий предварительного обжига. Восстановительную плавку проводили в глиняных сосудах, заполненных рудой и углем и помещенных в небольшую яму. Оксид углерода (II), образуется при неполном сгорании угля, восстанавливая малахитовую руду:

2CO + (CuOH)₂CO₃ → 3CO₂ + 2Cu + H₂O.

Развивающаяся при этом температура (1100 – 1200^оС) позволяет получить расплавленную медь (t_пл = 1083^оС).

Медь весьма мягкий металл, поэтому начиная с III тысячелетия до н.э. на смену медным изделиям стали приходить бронзовые – более твёрдые и прочные. Скорее всего, бронзу (сплав меди с оловом) впервые получили случайно, при обработке руды, содержащей оба металла. На протяжении двух тысяч лет (до начала I тысячелетия до н.э.) бронза являлась основным материалом для производства орудий труда. Археологи называют эту эпоху бронзовым веком.

Чистая медь очень хорошо проводит электрический ток, уступая в этом лишь серебру, поэтому из нее делают провода. Сплав меди с никелем – константан (60% Cu,40% Ni), напротив, отличается высоким сопротивлением – он служит основой реостатов. Бронзы (90% Cu, 10% Sn) и латуни (20 – 80% Cu, остальное Zn) твёрже меди, стойки к окислению, обладают малым коэффициентом трения. Они используются в химическом машиностроении и для изготовления подшипников, шестерен, редукторов. Нейзильбер — сплав состава 50% Cu, 25% Zn, 25% Ni – применяется в производстве медицинского оборудования и в ювелирном деле. Медно-никелевый сплав мельхиор (80% Cu, 20% Ni) идет на изготовление медицинских инструментов, монет, посуды.

Медь применяют в гальванопластике – получении точных металлических копий различных предметов путем электролитического осаждения  металла на поверхности гипсовой формы.

Ежегодно в мире выплавляют приблизительно 10 млн тонн меди, и потребность в этом металле постоянно возрастает.

В отличие от своих соседей по подгруппе – серебра и золота,- медь непосредственно реагирует с кислородом. При нагревании на воздухе изделия чернеют, покрываясь слоем оксида меди (II) CuO. А при температуре свыше 1000^оС образуется другой оксид – Cu₂O.

Находясь долгое время на воздухе, медь покрывается плёнкой малахита, образующегося по реакции 2Cu + O₂ + H₂O + CO₂ = (CuOH)₂CO₃. Именно этому веществу обязаны своим цветом бронзовые памятники и старые крыши городов Западной Европы.

В ряду напряжений медь стоит правее водорода, поэтому реагирует только с кислотами-окислителями: азотной, концентрированной серной. Исключение составляет йодоводородная кислота, которая вступает в реакцию с медью с выделением водорода и образованием очень устойчивого комплекса меди (I) H[CuI₂].

Пожалуй, самое известное соединение меди – медный купорос, или пятиводный сульфат меди (II), CuSO₄∙5H₂O. В древности это вещество получали при кристаллизации растворов, образующихся в медных рудниках во время дождя. Медный купорос применяли для чернения кожи, в медицине, производстве окрашенных стекол. В наше время медный купорос используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, вытеснив значительно более ядовитую соль 3Cu(AsO₂)₂∙Cu(CH₃COO)₂ – швейнфуртскую зелень.

Медь играет важную роль в процессах жизнедеятельности организмов – она входит в состав некоторых ферментов, участвующих в реакциях окисления органических соединений. Медьсодержащий фермент цитохромоксидаза катализирует процессы тканевого дыхания. Белки, в состав которых входит медь, оказывают влияние на углеводный обмен, синтез жиров, образование витаминов Р и В. Ежедневная потребность меди для человека составляет около 2 -3 мг. Особенно богаты этим элементом молоко и дрожжи. Однако в больших количествах соединения меди вредны: приём внутрь 2 г медного купороса может привести к смерти.

Серебро

Латинское название серебра – Argentum – связано с цветом этого металла; оно восходит к греческому «аргос» — «белый», «блестящий». Русское слово «серебро», как считают учёные, происходит от слова «серп» (серп луны). Блеск серебра напоминает таинственное лунное сияние и алхимикам, использовавшим в качестве символа элемента знак луны.

Древнейшие серебряные изделия, обнаруженные в Передней Азии, датируются V тысячелетием до н.э. Они изготовлены из самородного серебра. Часто такие самородки окрашены в светло-желтый цвет, так как представляют собой не чистое серебро, а сплав с золотом (греки называли его «электрон»). Находки серебряных самородков чрезвычайно редки, поэтому неудивительно, что вплоть до конца I тысячелетия до н.э. серебро стоило дороже остальных металлов, даже золота. Ситуация изменилась лишь после того, как примерно в VI в. до н.э. древние умельцы освоили процесс выделения серебра из свинцовых руд.

Некоторые свинцовые сульфидные руды, например галенит PbS, содержат значительные примеси сульфида серебра Ag₂S. При обжиге такой руды на воздухе PbS переходит в оксид Pb₃O₄, а серебро выделяется в свободном виде:

Ag₂S + O₂ = 2Ag + SO₂↑.

В наши дни основную массу серебра также получают при переработке свинцово-цинковых  и медных руд. Часто такая руда содержит всего 0,15 – 0,25% Ag. Выплавленный из свинцово-цинковой руды жидкий металл разделяется на два слоя: в нижнем содержится свинец, а в верхнем – цинк с примесью серебра. При нагревании этого слоя летучий цинк отгоняется в виде паров, а серебро остается.

Серебро – блестящий, серебристо-белый металл (t_пл = 962^оС), ковкий и пластичный, легко поддающийся обработке, лучший среди металлов проводник тепла и электричества. В старину из него изготовляли монеты, вазы, кубки, ювелирные изделия, тончайшими серебряными пластинами украшали ларцы и одеяния. На Руси из серебра делали церковные сосуды, оклады икон. В настоящее время применение серебра не ограничивается ювелирным делом – оно идет на производство зеркал, электрических контактов, аккумуляторов, используется в стоматологии.

Серебро не окисляется кислородом, однако, по словам Плиния Старшего, «тускнеет от лечебных вод и от солёных ветров», покрываясь чёрным слоем сульфида серебра:

4Ag + 2H₂S + O₂ = 2Ag₂S + 2H₂O.

В ряду напряжений серебро стоит правее водорода, поэтому оно взаимодействует лишь с кислотами-окислителями, легче всего – с азотной кислотой:

Ag + 2HNO₃(конц) = AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O

Нитрат серебра (ляпис) прекрасно растворим в воде и является исходным веществом для получения других соединений серебра. При 209^оС он плавится, а при нагревании до 300^оС разлагается, образуя серебро: 2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂↑ + O₂↑. Ляпис оказывает на кожу прижигающее и вяжущее действие, его используют в медицине в виде ляписных карандашей.

Гидроксид серебра AgOH является сильным основанием, однако, он настолько неустойчив, что при действии на раствор AgNO₃ щёлочи выпадает не AgOH, а бурый осадок оксида Ag₂O. Бесцветный раствор, образующийся при взаимодействии Ag₂O с раствором аммиака: Ag₂O + 2NH₃ + H₂O = 2[Ag(NH₃)₂]OH, уже в XVII в. использовали для серебрения зеркал.

В 1727 г. немецкий учёный И.Г.Шульце обнаружил, что некоторые соли серебра, например хлорид AgCl, на свету разлагаются с образованием металла. Еще легче этому подвержены AgI и AgBr – они входили в состав эмульсии чёрно-белой фотопленки.

Замечено, что болезнетворные бактерии в воде погибают уже при содержании в ней серебра 10^-9 г/л – такая концентрация ионов Ag⁺ создаётся при внесении в воду серебряных предметов.

Золото

Еще в глубокой древности золотистый цвет металла ассоциировался в сознании людей с цветом солнца. Так, по одной из версий, русское название металла происходит от слова «солнце». Латинское название элемента (Aurum) в переводе означает «жёлтый».

Золото, не изменяющееся при хранении на воздухе, не поддающееся ржавлению, являлось символом вечности. Алхимики называли его царем металлов, совершеннейшим из всех веществ. Превращение неблагородным металлов в золото было заманчивой мечтой многих средневековых ученых. Интересно, что сегодня это превращение стало возможным с помощью ядерных реакций, однако искусственное золото оказывается намного дороже природного. Образец такого золота, полученный при облучении нейтронами изотопа ртути ¹⁹⁶Hg, хранится в Чикаго в Музее науки и промышленности. Алхимики удивились бы еще сильней, узнай они, что само золото в ядерных реакциях служит сырьем для получения изотопов франция и астата – элементов, которых практически нет в природе.

Золото представляет собой золотисто-желтый металл (t_пл = 1064^оС), настолько мягкий и пластичный, что легко раскатывается в тончайшую фольгу, которую можно растереть в порошок. «Золото через свой изрядно жёлтый цвет и блещущую светлость от прочих металлов отлично», — писал о нем М.В.Ломоносов.

В природе золото встречается в виде мелких зёрен, перемешанных с песком или гравием – продуктами разрушения золотоносных пород. Правда, иногда находят и крупные самородки – массой несколько десятков килограммов.

Древние египтяне выделяли золото из золотоносных жил, пронизывающих кварцевые породы. Многократно раскаляя скалу в огне и обливая ее холодной водой, люди дробили камень, затем толкли его в ступах, мололи и лишь после этого промывали водой, раскладывая на наклонной плоскости. Отмытое золото сплавляли в слитки. Во времена Древнего Рима главным поставщиком золота была Испания, где его вымывали из земли, извлекаемой из рудников.

Добычу золота в Средние века подробно описал немецкий ученый Георг Агрикола. Золотоносную руду перемалывали в муку и перемешивали в специальных бочках, на дне которых находилась ртуть. Ртуть смачивала и частично растворяла золото с образованием амальгамы. Её отделяли от остальной породы и разлагали нагреванием. Ртуть при этом улетучивалась, а золото оставалось в перегонном аппарате.

С XIX в. для извдечения драгоценного металла стали применять цианистый метод: на воздухе золото взаимодействует с раствором цианида натрия, образуя комплексную соль – дицианоаурат (I) натрия:

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

а при обработке такого раствора цинком выделяется в свободном виде:

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

Сегодня золотоносными считаются породы с содержанием золота более 0,0001%. Ученые установили, что некоторые микроорганизмы способны поглощать золото. На этом открытии основан перспективный биохимический метод извлечения золота из отвальных пород.

Около половины производимого в мире золота используется в ювелирном деле. Ювелиры никогда не работают с чистым металлом, ведь он настолько мягок, что легко царапается и деформируется. Золото, содержащее примеси других металлов – меди, серебра, железа, — часто имеет тот или иной цветовой оттенок: от жёлтого и красновато-коричневого до розоватого или даже зеленоватого.

Благодаря высокой электропроводности и химической инертности золото активно используется в современной технике: тонким слоем этого металла покрывают контакты, электронагреватели, корпусы часов. На изготовление американского космического корабля «Колумбия» было израсходовано около 40 кг золота.

Еще одна область применения этого металла – медицина. В конце XIX в. немецкий микробиолог Роберт Кох обнаружил, что тетрацианоаурат (III) калия K[Au(CN)₄] прекращает рост туберкулезных бактерий, а с 20-х гг. XX в. препараты золота, например санокризин Na₃[Au(S₂O₃)₂]∙2H₂O, стали применять для лечения туберкулёза, артрита, а также в качестве противоспалительного средства.

Золото необычайно устойчиво к действию большинства окислителей: оно не реагирует с кислородом и не вытесняет водород из кислот. Однако говорить о полной инертности золота неверно: о его способности взаимодействовать с царской водкой знали уже алхимики. Наиболее традиционным методом окисления золота является обработка золотой фольги хлором в среде концентрированной соляной кислоты: 2Au + 3Cl₂ + 2HCl = 2H[AuCl₄]. Из образующейся при этом золотохлороводородной кислоты получают другие соединения золота. Все они легко могут быть восстановлены до металла.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Медь»  МЕДЬ.docx (42 Загрузки)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Золото»  Золото.docx (58 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Золото и его переработка» Золото-и-его-переробка.docx (43 Загрузки)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Серебро» СЕРЕБРО.docx (53 Загрузки)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Похожее

Подгруппа меди — Знаешь как

Медь Сu

Химический знак Сu, атомный вес 63,54. Медь — типичный металл, поэтому ее атомы связаны между собой металлической связью. Электронная конфигурация предвнешнего и внешнего электронных слоев меди выглядит следующим образом: 3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

По внешнему виду медь — вещество красного цвета с характерным металлическим блеском. Медь — довольно мягкий металл, однако намного тверже, чем щелочные.
Следует отметить высокую пластичность меди, которую она проявляет не только в нагретом, но и в холодном состоянии. Благодаря своей мягкости и пластичности медь может быть подвергнута холодной обработке. Отсюда широкое использование этого металла для изготовления художественных изделий при помощи чеканки. Не только сама медь, но и все металлы этой подгруппы обладают высокой пластичностью.

Медь что это такое

Один из лучших проводников тепла и электричества, однако для использования ее в этих целях медь обычно хорошо очищают от примесей других металлов, так как даже от незначительных загрязнений ее электропроводность сильно уменьшается.

Химические свойства меди и ее аналогов очень отличаются от свойств щелочных металлов, расположенных в главной подгруппе I группы. Так, они располагаются в ряду напряжений после водорода. Степень окисления меди в окислительно-восстановительных реакциях +1 или +2. Других степеней окисления медь обычно не проявляет.
Медь довольно легко сплавляется с другими металлами, образуя ряд сплавов, наиболее распространенными из которых являются бронза (сплав, состоящий из меди и олова) и латунь (сплав меди и цинка).

При обычной температуре медь постепенно вступает во взаимодействие с кислородом, двуокисью углерода и влагой воздуха, превращаясь в основной карбонат меди. Этот процесс протекает очень медленно и объясняет причину, по которой изделия из меди с течением времени покрываются зеленым налетом.
При прокаливании на газовой горелке медь покрывается черным налетом окиси меди СuО. Нагретая медь довольно легко вступает во взаимодействие с хлором, образуя хлорид меди (II), и с некоторыми другими неметаллами.
С разбавленными кислотами медь обычно в реакции не вступает, так как не может вытеснить водород, но с разбавленной азотной кислотой реагирует без вытеснения водорода, однако с выделением окиси азота. С концентрированными серной и азотной кислотой медь также вступает в окислительно-восстановительную реакцию, которая также протекает без вытеснения водорода. Во всех названных реакциях медь в основном проявляет свою высшую валентность II. Соединения одновалентной меди получить значительно сложнее.

■ 8. Какова электронная конфигурация внешнего и предвнешнего слоя атома меди? (См. Ответ)
9. Перечислите физические свойства меди и укажите, где они находят себе применение.
10. Напишите следующие уравнения реакций, характеризующих химические свойства меди: а) взаимодействие с кислородом; б) взаимодействие с хлором; в) взаимодействие с водой, кислородом и двуокисью углерода воздуха; г) с концентрированными серной и азотной кислотами; д) с разбавленной азотной кислотой.
Все уравнения рассмотрите с точки зрения окислительно-восстановительных процессов. Если реакция ионная, запишите уравнение в полной и сокращенной ионной форме.
11. Для получения медного купороса CuSO4-5h3O медный лом прокаливают на воздухе и получившийся продукт обрабатывают 70% серной кислотой. Сколько меди и раствора серной кислоты израсходуется на получение 125 т медного купороса? Напишите уравнения протекающих при этом реакций.
12 Приведите все известные вам способы получения хлорида меди (II), сульфата меди (II), нитрата меди (II), исходя из чистой меди. Уравнения реакций записывайте в ионной форме, а в окислительно-восстановительных указывайте окислитель и восстановитель. Для реакций можно использовать дополнительно любые вещества. Процессы можно вести с любым количеством промежуточных веществ.

13. Почему металлическую медь можно получить электролизом раствора хлорида, а металлический натрий — нельзя. (См. Ответ)

Соединения меди

Медь образует два ряда соединений—соединения двухвалентной и одновалентной меди.
Соединения двухвалентной меди — это СuО (окись меди), гидроокись меди и наиболее распространенные соли.
Окись меди представляет собой твердое вещество черного цвета, поступает в лаборатории в виде порошка или гранул (гранулированная окись меди). Ее получают обычно из металлической меди путем прокаливания на воздухе, а также разложением солей, например:
Cu2(OH)2CO3 = 2CuO + Н2O + CO2
Окись меди — основной окисел, при обычных условиях весьма устойчивый. При небольшом нагревании окись меди довольно легко восстанавливается водородом или углеродом до металлической меди:
СuО + С = Сu + СО СuО + Н2 = Сu + Н2O
С водой окись меди никогда не реагирует, поэтому соответствующее ей основание — гидроокись меди Си(ОН)4— никогда не образуется путем взаимодействия окисла с водой. Гидроокись меди — слабое нерастворимое основание, легко вступает во взаимодействие с кислотами с образованием солей:
Сu(ОН)2 + h3SO4 = CuSO4 + 2Н2O
Cu(OH)2 + 2Н⁺ + SO^2- = Cu²⁺ + SO²₄^— + 2h3O
Cu(OH)2 + 2H⁺ = Cu²⁺ + 2h3O
Взаимодействие со щелочами при некоторых условиях возможно, но совершенно нетипично, хотя и свидетельствует об очень слабо выраженных амфотерных свойствах. Гидроокись меди легко растворяется в аммиаке, образуя раствор ярко-синего цвета. Этот раствор нередко применяется в органической химии для разного рода качественных реакций, а также иногда для обработки целлюлозы.

Гидроокись меди легко разлагается даже при простом хранении на воздухе:
Cu(OH)2 = СuО + Н20
При этом она чернеет, превращаясь постепенно в черную окись меди.

Из солей меди наиболее распространены медный купорос CuSO4 · 5h3O, хлорид меди СuСl2 · 2Н2O, нитрат меди Cu(NO3)2 · 3h3O, сульфид меди CuS. Кристаллогидраты медных солей при нагревании довольно легко отдают кристаллизационную воду, теряя свою окраску. Обычно кристаллические медные соли и их растворы имеют красивую голубую окраску. Медные соли используют для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, в текстильной промышленности для изготовления красителей.
В природе медь встречается в виде минерала — самородной меди, однако чаще ее добывают в виде сульфидов (важнейшие—халькозин Cu2S, халькопирит CuFeS2 ит.д). Полученную из них медь очищают электролизом (рафинируют), а затем используют для изготовления проводов медных сплавов и других изделий.

■ 14. Как осуществить ряд превращений: (См. Ответ)
Сu → Cu(NO3)2 → CuO → Cu(OH)2 → CuSO4 → CuCl2.?
15. Окись меди прокалили в токе водорода, затем обработали концентрированной азотной кислотой до прекращения выделения бурого газа, далее, добавив щелочи, получили студенистый голубой осадок. Какие химические процессы происходили? Напишите их уравнения в молекулярной и ионных формах.
16. Даны окись меди, вода, серная кислота, нитрат серебра. Как, не имея других веществ, получить медь, нитрат меди, сульфат меди.
17. Смесь карбоната и нитрата меди подвергли прокаливанию. Что останется в реакционном сосуде после прокаливания? Каков состав выходящей смеси газов?
18. Смесь меди с окисью меди обработали 30% азотной кислотой. При этом выделилось 2,8 л окиси азота. Известно, что в составе смеси медь составляет 40% Какой объем раствора азотной кислоты был израсходован на реакцию? (См. Ответ)

Серебро и золото

Серебро Ag и золото Аu — аналоги меди, но относятся к числу так называемых благородных металлов. Такое название возникло из-за того, что эти металлы обладают значительной химической стойкостью к окислению.

Электронные конфигурации внешних и предвиешних слоев атомов серебра и золота:
Ag 3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s¹

Au 4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s¹.
Серебро и золото — наиболее ковкие металлы, причем на первом месте по мягкости и ковкости стоит золото, а серебро — на втором. Однако по электро- и теплопроводности на первом месте находится серебро. Цвет у этих металлов различный. Серебро белого цвета, а золото — желтого.
Как уже было сказано, серебро и золото устойчивы к окислению и длительное время могут сохраняться, не изменяя внешнего вида. В связи с этим, а также благодаря мягкости они легко шлифуются, полируются и потому используются для разного рода поделок и украшений. Золото применяют в стоматологии для изготовления зубных коронок. Серебро также используют в медицине для изготовления некоторых инструментов. Гораздо чаще, чем чистые металлы, применяют их сплавы с медью, обладающие антикоррозийной стойкостью, но благодаря меди — большей твердостью и лучшими механическими свойствами.

Несмотря на сравнительную химическую устойчивость, серебро и золото могут подвергаться воздействию некоторых реактивов. Серебро, например, может реагировать с азотной кислотой, как с разбавленной, так и с концентрированной:
Ag + HNО3 → (Ag⁺¹; N⁺⁴) (конц.)

Ag + HNО3 → (Ag⁺¹; N⁺²) (разб.)

а также с концентрированной серной кислотой:

Ag + h3SО4 → (Ag⁺¹ S⁺⁴)

• Продукты реакции определите сами и найдите коэффициенты на основе электронного баланса.
Золото не реагирует с азотной кислотой. Отсутствие реакции при испытании золотого предмета азотной кислотой является подтверждением его состава. Однако смесь концентрированных азотной и соляной кислот под названием «царская водка» окисляет золото (см. § 72).

Ионы серебра Ag+1, попадая в раствор даже в ничтожно малых количествах, оказывают бактерицидное действие. Именно поэтому, например, очень долгое время может сохраняться так называемая «святая вода», которую священнослужители держат в серебряной посуде.
Из окислов следует отметить окись серебра Ag2О — вещество черного цвета, растворимое в аммиаке и проявляющее окислительные свойства особенно по отношению к некоторым органическим веществам.
Галогениды серебра, кроме фторида, в воде нерастворимы и несколько различаются между собой по цвету: хлорид — белый, бромид — желтоватый, иодид — желтый. Хлорид легко растворим в аммиаке. Бромид серебра особенно чувствителен к свету, как уже говорилось в § 42. Нитрат серебра AgNО3 широко применяется в химических лабораториях, а также в медицине в виде так называемого ляписа.

Соединения золота не имеют особого практического значения, поэтому мы на них останавливаться не будем.
В природе золото встречается в основном в самородном состоянии в виде песка, самородков. Серебро чаще всего встречается в виде сульфида Ag2S, получившего название «серебряный блеск». Соединения серебра часто сопутствуют другим металлам — меди, свинцу, сурьме и др.

■ 19. Почему при лечении зубов применяют в основном серебро и золото? (См. Ответ)
20. Почему серебро и золото причисляют к благородным металлам? Перечислите возможно более полно физические свойства этих металлов
21. Объясните процесс растворения золота в «царской водке» и напишите уравнения реакций.
22. Перечислите области применения серебра и золота. (См. Ответ)

Статья на тему Подгруппа меди

Строение атома | CHEMEGE.RU

Темы кодификатора ЕГЭ: Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, p- и d-элементы. Электронная конфигурация атомов и ионов. Основное и возбужденное состояние атомов.

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Строение атома» (задание 1 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

Одну из первых моделей строения атома — «пудинговую модель» — разработал Д.Д. Томсон в 1904 году. Томсон открыл существование электронов, за что и получил Нобелевскую премию. Однако наука на тот момент не могла объяснить существование этих самых электронов в пространстве. Томсон предположил, что атом состоит из отрицательных электронов, помещенных в равномерно заряженный положительно «суп», который компенсирует заряд электронов (еще одна аналогия — изюм в пудинге). Модель, конечно, оригинальная, но неверная. Зато модель Томсона стала отличным стартом для дальнейших работ в этой области.

И дальнейшая работа оказалась эффективной. Ученик Томсона, Эрнест Резерфорд, на основании опытов по рассеянию альфа-частиц на золотой фольге предложил новую, планетарную модель строения атома.

Согласно модели Резерфорда, атом состоит из массивного, положительно заряженного ядра и частиц с небольшой массой — электронов, которые, как планеты вокруг Солнца, летают вокруг ядра, и на него не падают.

Модель Резерфорда оказалась следующим шагом в изучении строения атома. Однако современная наука использует более совершенную модель, предложенную Нильсом Бором в 1913 году. На ней мы и остановимся подробнее.

Атом — это мельчайшая, электронейтральная, химически неделимая частица вещества, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

При этом электроны двигаются не по определенной орбите, как предполагал Резерфорд, а довольно хаотично. Совокупность электронов, которые двигаются вокруг ядра, называется электронной оболочкой.

Атомное ядро, как доказал Резерфорд — массивное и положительно заряженное, расположено в центральной части атома. Структура ядра довольно сложна, и изучается в ядерной физике. Основные частицы, из которых оно состоит — протоны и нейтроны. Они связаны ядерными силами (сильное взаимодействие).

Рассмотрим основные характеристики протонов, нейтронов и электронов:

1 а.е.м. (атомная единица массы) = 1,66054·10^-27 кг

1 элементарный заряд = 1,60219·10^-19 Кл

И — самое главное. Периодическая система химических элементов, структурированная Дмитрием Ивановичем Менделеевым, подчиняется простой и понятной логике: номер атома — это число протонов в ядре этого атома. Причем ни о каких протонах Дмитрий Иванович в XIX веке не слышал. Тем гениальнее его открытие и способности, и научное чутье, которое позволило перешагнуть на полтора столетия вперёд  в науке.

Следовательно, заряд ядра Z равен числу протонов, т.е. номеру атома в Периодической системе химических элементов. 

Атом — это на заряженная частица, следовательно, число протонов равно числу электронов: N_e = N_p = Z.

Масса атома (массовое число A) равна суммарной массе крупных частиц, которе входят в состав атома — протонов и нейтронов. Поскольку масса протона и нетрона примерно равна 1 атомной единице массы, можно использовать формулу: M = N_p + N_n

Массовое число указано в Периодической системе химических элементов в ячейке каждого элемента.

Обратите внимание! При решении задач ЕГЭ массовое число всех атомов, кроме хлора, округляется до целого по правилам математики. Массовое число атома хлора в ЕГЭ принято считать равным 35,5.

Таким образом, рассчитать число нейтронов в атоме можно, вычтя из массового числа номер атома: N_n = M – Z.

В Периодической системе собраны химические элементы — атомы с одинаковым зарядом ядра. Однако, может ли меняться у этих атомов число остальных частиц? Вполне. Например, атомы с разным числом нейтронов называют изотопами данного химического элемента. У одного и того же элемента может быть несколько изотопов.

Попробуйте ответить на вопросы. Ответы на них — в конце статьи:

1. У изотопов одного элемента массовое число одинаковое или разное?
2. У изотопов одно элемента число протонов одинаковое или разное?

Химические свойства атомов определяются строением электронной оболочки и зарядом ядра. Таким образом, химические свойства изотопов одного элемента практически не отличаются.

Поскольку атомы одного элемента могут существовать в форме разных изотопов, в названии часто указывается массовое число, например, хлор-35, и принята такая форма записи атомов:

Еще немного вопросов:

3. Определите количество нейтронов, протонов и электронов в изотопе брома-81.

4. Определите число нейтронов в изотопе хлора-37.

Строение  электронной оболочки

Согласно квантовой модели строение атома Нильса Бора, электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, удаленным от ядра на определенное расстояние и характеризующиеся определенной энергией. Другое название стационарны орбит — электронные слои или энергетические уровни.

Электронные уровни можно обозначать цифрами — 1, 2, 3, …, n. Номер слоя увеличивается мере удаления его от ядра. Номер уровня соответствует главному квантовому числу n.

В одном слое электроны могут двигаться по разным траекториям. Траекторию орбиты характеризует электронный подуровень. Тип подуровня характеризует орбитальное квантовое число l = 0,1, 2, 3 …, либо соответствующие буквы — s, p, d, g и др.

В рамках одного подуровня (электронных орбиталей одного типа) возможны варианты расположения орбиталей в пространстве. Чем сложнее геометрия орбиталей данного подуровня, тем больше вариантов их расположения в пространстве. Общее число орбиталей подуровня данного типа l можно определить по формуле: 2l+1. На каждой орбитали может находиться не более двух электронов.

Получаем сводную таблицу:

Заполнение электронами энергетических орбиталей происходит согласно некоторым основным правилам. Давайте остановимся на них подробно.

Принцип Паули (запрет Паули): на одной атомной орбитали могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами (спин — это квантовомеханическая характеристика движения электрона).

Правило Хунда. На атомных орбиталях с одинаковой энергией электроны располагаются по одному с параллельными спинами. Т.е. орбитали одного подуровня заполняются так: сначала на каждую орбиталь распределяется по одному электрону. Только когда во всех орбиталях данного подуровня распределено по одному электрону, занимаем орбитали вторыми электронами, с противоположными спинами.

Таким образом, сумма спиновых квантовых чисел таких электронов на одном энергетическом подуровне (оболочке) будет максимальной.

Например, заполнение 2р-орбитали тремя электронами будет происходить так: , а не так: 

Принцип минимума энергии. Электроны заполняют сначала орбитали с наименьшей энергией. Энергия атомной орбитали эквивалентна сумме главного и орбитального квантовых чисел: n + l. Если сумма одинаковая, то заполняется первой та орбиталь, у которой меньше главное квантовое число n.

Таким образом, энергетический ряд орбиталей выглядит так:

1s < 2s < 2 p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f~5d < 6p < 7s <5f~6d …

Электронную структуру атома можно представлять в разных формах — энергетическая диаграмма, электронная формула и др. Разберем основные.

Энергетическая диаграмма атома — это схематическое изображение орбиталей с учетом их энергии. Диаграмма показывает расположение электронов на энергетических уровнях и подуровнях. Заполнение орбиталей происходит согласно квантовым принципам.

Например, энергетическая диаграмма для атома углерода:

Электронная формула — это запись распределения электронов по орбиталям атома или иона. Сначала указывается номер уровня, затем тип орбитали. Верхний индекс справа от буквы показывает число электронов на орбитали. Орбитали указываются в порядке заполнения. Запись 1s² означает, что на 1 уровне s-подуровне расположено 2 электрона.

Например, электронная формула углерода выглядит так: 1s²2s²2p².

Для краткости записи, вместо энергетических орбиталей, полностью заполненных электронами, иногда используют символ ближайшего благородного газа (элемента VIIIА группы), имеющего соответствующую  электронную конфигурацию.

Например, электронную формулу азота можно записать так: 1s²2s²2p³ или так: [He]2s²2p³.

1s² = [He]

1s²2s²2p⁶ = [Ne]

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ = [Ar] и так далее.

Электронные формулы элементов первых четырех периодов

Рассмотрим заполнение электронами оболочки элементов первых четырех периодов. У водорода заполняется самый первый энергетический уровень, s-подуровень, на нем расположен 1 электрон:

+1H 1s¹      1s 

У гелия 1s-орбиталь полностью заполнена:

+2He 1s²      1s

Поскольку первый энергетический уровень вмещает максимально 2 электрона, у лития начинается заполнение второго энергетического уровня, начиная с орбитали с минимальной энергией — 2s. При этом сначала заполняется первый энергетический уровень:

+3Li 1s²2s¹      1s    2s 

У бериллия 2s-подуровень заполнен:

+4Be 1s²2s²      1s    2s 

Далее, у бора заполняется p-подуровень второго уровня:

+5B 1s²2s²2p¹      1s    2s     2p 

У следующего элемента, углерода, очередной электрон, согласно правилу Хунда, заполняет вакантную орбиталь, а не заполняет частично занятую:

+6C 1s²2s²2p²      1s    2s     2p 

Попробуйте составить электронную и электронно-графическую формулы для следующих элементов, а затем можете проверить себя  по ответам конце статьи:

5. Азот

6. Кислород

7. Фтор

У неона завершено заполнение второго энергетического уровня: 

+10Ne 1s²2s²2p⁶      1s    2s     2p 

У натрия начинается заполнение третьего энергетического уровня:

+11Na 1s²2s²2p⁶3s¹      1s    2s     2p      3s 

От натрия до аргона заполнение 3-го уровня происходит в том же порядке, что и заполнение 2-го энергетического уровня. Предлагаю составить электронные формулы элементов от магния до аргона самостоятельно, проверить по ответам.

8. Магний

9. Алюминий

10. Кремний

11. Фосфор

12. Сера

13. Хлор

14. Аргон

А вот начиная с 19-го элемента, калия, иногда начинается путаница — заполняется не 3d-орбиталь, а 4s. Ранее мы упоминали в этой статье, что заполнение энергетических уровней и подуровней электронами происходит по энергетическому ряду орбиталей, а не по порядку. Рекомендую повторить его еще раз. Таким образом, формула калия:

+19K 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹1s 2s 2p3s 3p4s

Для записи дальнейших электронных формул в статье будем использовать сокращенную форму:

 +19K   [Ar]4s¹    [Ar] 4s 

У кальция 4s-подуровень заполнен:

+20Ca   [Ar]4s²    [Ar] 4s

У элемента 21, скандия, согласно энергетическому ряду орбиталей, начинается заполнение 3d-подуровня:

+21Sc   [Ar]3d¹4s²    [Ar] 4s    3d 

Дальнейшее заполнение 3d-подуровня происходит согласно квантовым правилам, от титана до ванадия:

+22Ti   [Ar]3d²4s²    [Ar] 4s    3d

+23V   [Ar]3d³4s²      [Ar] 4s    3d 

Однако, у следующего элемента порядок заполнения орбиталей нарушается. Электронная конфигурация хрома такая:

+24Cr   [Ar]3d⁵4s¹      [Ar] 4s    3d 

В чём же дело? А дело в том, что при «традиционном» порядке заполнения орбиталей (соответственно, неверном в данном случае — 3d⁴4s²) ровно одна ячейка в d-подуровне оставалась бы незаполненной. Оказалось, что такое заполнение энергетически менее выгодно. А более выгодно, когда d-орбиталь заполнена полностью, хотя бы единичными электронами. Этот лишний электрон переходит с 4s-подуровня. И небольшие затраты энергии на перескок электрона с 4s-подуровня с лихвой покрывает энергетический эффект от заполнения всех 3d-орбителей. Этот эффект так и называется — провал или проскок электрона. И наблюдается он, когда d-орбиталь недозаполнена на 1 электрон (по одному электрону в ячейке или по два).

У следующих элементов «традиционный» порядок заполнения орбиталей снова возвращается. Конфигурация марганца:

+25Mn   [Ar]3d⁵4s²

 Аналогично у кобальта и никеля. А вот у меди мы снова наблюдаем провал (проскок) электрона — электрон опять проскакивает с 4s-подуровня на 3d-подуровень:

+29Cu   [Ar]3d¹⁰4s¹

На цинке завершается заполнение 3d-подуровня:

+30Zn   [Ar]3d¹⁰4s²

У следующих элементов, от галлия до криптона, происходит заполнение 4p-подуровня по квантовым правилам. Например, электронная формула галлия:

+31Ga   [Ar]3d¹⁰4s²4p¹

Формулы остальных элементов мы приводить не будем, можете составить их самостоятельно и проверить себя в Интернете.

Некоторые важные понятия:

Внешний энергетический уровень — это энергетический уровень в атоме с максимальным номером, на котором есть электроны. Например, у меди   ([Ar]3d¹⁰4s¹) внешний энергетический уровень — четвёртый.

Валентные электроны — электроны в атоме, которые могут участвоват ьв образовании химической связи. Например, у хрома (+24Cr   [Ar]3d⁵4s¹) валентными являются не только электроны внешнего энергетического уровня (4s¹), но и неспаренные электроны на 3d-подуровне, т.к. они могут образовывать химические связи.

Основное и возбужденнео состояние атома

Электронные формулы, которые мы составляли до этого, соответствуют основному энергетическому состоянию атома. Это наиболее выгодное энергетически состояние атома.

Однако, чтобы образовывать химические связи, атому в большинстве ситуаций необходимо наличие неспаренных (одиночных) электронов.  А химические связи энергетически очень для атома выгодны. Следовательно, чем больше в атоме неспаренных электронов  — тем больше связей он может образовать, и, как следствие, перейдёт в более выгодное энергетическое состояние.

Поэтому при наличии свободных энергетических орбиталей на данном уровне спаренные пары  электронов могут распариваться, и один из электронов спаренной пары может переходить на вакантную орбиталь. Таким образом число неспаренных электронов увеличивается, и атом может образовать больше химических связей, что очень выгодно с точки зрения энергии. Такое состояние атома называют возбуждённым и обозначают звёздочкой.

Например, в основном состоянии бор имеет следующую конфигурацию энергетического уровня:

+5B 1s²2s²2p¹      1s    2s     2p 

На втором уровне (внешнем) одна спаренная электронная пара, один одиночный электрон и пара свободных (вакантных) орбиталей. Следовательно, есть возможность для перехода электрона из пары на вакантную орбиталь, получаем возбуждённое состояние атома бора (обозначается звёздочкой):

+5B* 1s²2s¹2p²      1s    2s     2p

Попробуйте самостоятельно составить электронную формулу, соответствующую возбуждённому состоянию атомов. Не забываем проверять себя по ответам!

15. Углерода

16. Бериллия

17. Кислорода

Электронные формулы ионов

Атомы могут отдавать и принимать электроны. Отдавая или принимая электроны, они превращаются в ионы.

Ионы — это заряженные частицы. Избыточный заряд обозначается индексом в правом верхнем углу.

Если атом отдаёт электроны, то общий заряд образовавшейся частицы будет положительный (вспомним, что число протонов в атоме равно числу электронов, а при отдаче электронов число протонов будет больше числа электронов). Положительно заряженные ионы — это катионы. Например: катион натрия образуется так:

+11Na 1s²2s²2p⁶3s¹      -1е = +11Na⁺ 1s²2s²2p⁶3s⁰

Если атом принимает электроны, то приобретает отрицательный заряд. Отрицательно заряженные частицы — это анионы. Например, анион хлора обраузется так:

+17Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵   +1e = +17Cl^— 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Таким образом, электронные формулы ионов можно получить добавив или отняв электроны у атома. Обратите внимание, при образовании катионов электроны уходят с внешнего энергетического уровня. При образовании анионов электроны приходят на внешний энергетический уровень.

Попробуйте составить самостоятельно электронный формулы ионов. Не забывайте проверять себя по ключам!

18. Ион Са²⁺

19. Ион S^2-

20. Ион Ni²⁺

В некоторых случаях совершенно разные атомы образуют ионы с одинаковой электронной конфигурацией. Частицы с одинаковой электронной конфигурацией и одинаковым числом электронов называют изоэлектронными частицами.

Например, ионы Na⁺ и F^—.

Электронная формула катиона натрия: Na⁺   1s²2s²2p⁶, всего 10 электронов.

Электронная формула аниона фтора: F^—   1s²2s²2p⁶, всего 10 электронов.

Таким образом, ионы Na⁺ и F^— — изоэлектронные. Также они изоэлектронны атому аргона.

Ответы на вопросы:

1. У изотопов одного химического элемента массовое число всегда разное, т.к. массовое число складывается из числа протонов и нейтронов. А у изотопов различается число нейтронов.

2. У изотопов одного элемента число протонов всегда одинаковое, т.к. число протонов характеризует химический элемент.

3. Массовое число изотопа брома-81 равно 81. Атомный номер = заряд ядра брома = число протонов в ядре = 35. Вычитаем из массового числа число протонов, получаем 81-35=46 нейтронов.

4. Массовое число изотопа хлора равно 37. Атомный номер, заряд ядра и число протонов в ядре равно 17. Получаем число нейтронов = 37-17 =20.

5. Электронная формула азота:

+7N 1s²2s²2p³      1s    2s     2p 

6. Электронная формула кислорода:

+8О 1s²2s²2p⁴ 1s  2s  2p 

7. Электронная формула фтора:

8. Электронная формула магния:

+12Mg 1s²2s²2p⁶3s²      1s    2s     2p      3s

9. Электронная формула алюминия:

+13Al 1s²2s²2p⁶3s²3p¹     1s    2s   2p    3s   3p 

10. Электронная формула кремния:

+14Si 1s²2s²2p⁶3s²3p²     1s    2s   2p    3s   3p

11. Электронная формула фосфора:

+15P 1s²2s²2p⁶3s²3p³     1s    2s   2p    3s   3p

12. Электронная формула серы:

+16S 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴     1s    2s   2p    3s   3p

13. Электронная формула хлора:

14. Электронная формула аргона:

+18Ar 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶     1s    2s   2p    3s   3p

15. Электронная формула углерода в возбуждённом состоянии:

+6C* 1s²2s¹2p³   1s    2s     2p

16. Электронная формула бериллия в возбуждённом состоянии:

+4Be 1s²2s¹2p¹      1s    2s    2p 

17. Электронная формула кислорода в возбуждённом энергетическом состоянии соответствует формуле кислорода в основном энергетическом состоянии, т.к. нет условий для перехода электрона — отсутствуют вакантные энергетические орбитали.

18. Электронная формула иона кальция Са²⁺: +20Ca²⁺   1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 

19. Электронная формула аниона серы S^2-: +16S^2- 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

20. Электронная формула катиона никеля Ni²⁺: +28Ni²⁺  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s⁰. Обратите внимание! Атомы отдают электроны всегда сначала с внешнего энергетического уровня. Поэтому никель отдаёт электроны сначала с внешнего 4s-подуровня.

Тренировочные тесты в формате ЕГЭ по теме «Строение атома» (задание 1 ЕГЭ по химии) ( с ответами)

Кластеризация атомов меди – Большая химическая энциклопедия

В 1985 году Кар и Парринелло изобрели метод [111-113], в котором методы молекулярной динамики (МД) комбинируются с вычислениями из первых принципов, так что межатомные силы, обусловленные электронными степенями свободы, вычисляются по плотности функциональная теория [114-116] и статистические свойства методом МД.Этот метод и связанное с ним ab initio моделирование были успешно применены к углероду [117], кремнию [118-120], меди [121], реконструкции поверхности [122-128], атомным кластерам [129-133], молекулярным кристаллам [134] , эпитаксиальный рост металлов [135–140] и многие другие системы, обзор см. 113. [Pg.82]

В реакциях 10.13a с терр-бутоксидами щелочных металлов происходит расширение клетки с образованием шестнадцататомного кластера 10.15, в котором две молекулы MO Bu (M = Na, K) вставлены в димерная структура.Кластер 10.13a также подвергается реакциям трансметаллирования с металлическими чеканками. Например, реакции с галогенидами серебра (I) или меди (I) дают комплексы, в которых три иона заменены ионами Ag или Cu, а молекула галогенида лития включена в кластер. … [Pg.196]

Химическая формула описывает состав вещества, давая относительное количество атомов каждого элемента. Когда вещество содержит дискретные молекулы, химическая формула также является молекулярной формулой.Химическая формула содержит символы элементов для обозначения атомов и цифры в нижнем индексе для обозначения количества атомов каждого типа. Простейшие химические формулы описывают чистые элементы. Химические формулы большинства элементов являются их элементарными символами: гелий – He, кремний – Si, медь – Cu. Однако семь элементов встречаются в природе в виде двухатомных молекул (рис. 3-lT, поэтому их химические формулы принимают форму X2. Некоторые другие элементы встречаются в виде атомных кластеров, особенно P4 и Sg. … [Стр.120]

Когда рутений EXAFS для рутениево-медного катализатора сравнивается с EXAFS для рутениевого эталонного катализатора, не содержащего меди, и обнаружено, что они не сильно отличаются.Это указывает на то, что окружение атома рутения в биметаллическом катализаторе в среднем не сильно отличается от окружения в эталонном катализаторе. Этот результат согласуется с мнением, что кластер рутений-медь состоит из центрального ядра из атомов рутения с атомами меди, присутствующими на поверхности. [Pg.255]

Если степень покрытия рутения медью очень высока, атомы меди должны быть сильно скоординированы с атомами рутения. Подчеркивается, что кластеры рутений-медь имеют такой размер (средний диаметр 32A по данным электронной микроскопии (33)), что поверхностные атомы металла составляют почти половину от общего количества.Следовательно, для атомного отношения Cu / Ru, равного единице, количество атомов меди будет примерно соответствовать количеству атомов, необходимых для образования монослоя рутения. [Pg.255]

Можно ожидать, что EXAFS меди рутениево-медных кластеров будет существенно отличаться от EXAFS меди катализатора медь на кремнеземе, поскольку атомы меди имеют очень разное окружение. Это ожидание действительно подтверждается экспериментом, как показано на рисунке 2 графиками зависимости K x (K) от K при 100 K для протяженной тонкой структуры за пределами K-края меди для рутениево-медного катализатора и меди. на катализаторе сравнения на основе диоксида кремния ().Разница также очевидна из преобразований Фурье и обратных преобразований первой координационной оболочки в средней и правой частях рисунка 2. Обратные преобразования были взяты в диапазоне расстояний от 1,7 до 3,1 A, чтобы изолировать вклад в EXAFS, возникающий из-за первая координационная оболочка атомов металла вокруг атома поглотителя меди. Эта оболочка состоит только из атомов меди в медном катализаторе и из атомов меди и рутения в рутениево-медном катализаторе. [Pg.257]

Это обсуждение EXAFS на кластерах рутений-медь подчеркнуло качественные аспекты анализа данных.Также был проведен и опубликован количественный анализ данных, дающий информацию о различных структурных параметрах, представляющих интерес (8). Особый интерес представляло открытие, что средний состав первой координационной оболочки атомов рутения и меди вокруг атома рутения составлял около 90% рутения, а в атоме меди – около 50% рутения. Подробная информация о методах количественного анализа данных EXAFS для биметаллических кластеров может быть получена из наших оригинальных работ (8.12-15). [Стр.257]

Системы рутений-медь и осмий-медь представляют собой крайние случаи из-за очень ограниченной смешиваемости рутения или осмия с медью. Также можно отметить, что кристаллическая структура рутения или осмия отличается от структуры меди, причем первые металлы обладают структурой гепатита, а последние – структурой ГЦК. Менее экстремальной в этих отношениях системой является система родий-медь, поскольку оба компонента обладают гранецентрированной кубической структурой и также демонстрируют, по меньшей мере, некоторую смешиваемость в условиях, представляющих интерес для катализа.Недавние результаты EXAFS, полученные нашей группой по кластерам родий-медь (14), аналогичны более ранним результатам для кластеров рутений-медь () и осмий-медь (12) в том, что атомы родия координированы преимущественно с другими атомами родия, в то время как атомы меди Атомы сильно координированы как с атомами меди, так и с атомами родия. Также можно сделать вывод, что медь концентрируется на поверхности кластеров родий-медь, как в случае кластеров рутений-медь и осмий-медь. [Pg.261]

Поскольку рутений и родий являются соседними элементами в периодической таблице, представляет интерес более близкое сравнение свойств кластеров рутений-медь и родий-медь (17).Когда мы сравниваем результаты EXAFS для родий-медных и рутений-медных катализаторов, в которых атомные отношения Cu / Rh и Cu / Ru равны единице, мы обнаруживаем некоторые различия, которые могут быть связаны с различиями в смешиваемости меди с рутением и родий. Степень концентрации меди на поверхности оказывается ниже для кластеров родий-медь, чем для кластеров рутений-медь, о чем свидетельствует тот факт, что родий проявляет большую, чем рутений, тенденцию координироваться с атомами меди в таких кластерах.Кластеры родий-медь предположительно содержат некоторые атомы меди внутри кластеров. [Pg.261]

Виды 2 1 известны как купраты и являются наиболее распространенными синтетическими реагентами. Дизамещенные частицы Cu (I) имеют электронную конфигурацию 3c 10 и, как ожидается, будут иметь линейную геометрию. Cu является центром высокой электронной плотности и нуклеофильности, а в растворе диметилкупрат лития существует в виде димера [LiCu (Ch4) 2] 2.3. Соединение часто представлено в виде четырех метильных групп, присоединенных к тетраэдрическому кластеру из атомов лития и меди.Однако в присутствии Lil соединение, по-видимому, является мономером состава (Ch4) 2CuLi.4 … [Pg.676]

Рис. 7. Следы каркаса α-углеродного полипептида доменов 1 и 6 в структуре hCP. Домен 1 показан (заштрихован) в левой части диаграммы. Этот домен вносит четыре остатка гистидина (не показаны) в трехъядерный кластер, атомы меди изображены в виде черных сфер. Домен 6 находится в правой части рисунка и также вносит в кластер четыре остатка гистидина.Часть полипептидной цепи, окрашенная в черный цвет, – это та часть, которая отсутствует в усеченном ферменте. Этот полипептид, остатки от 991 до 1046 включительно, включает два гистидиновых остатка, связанных с трехъядерным медным центром, и три остатка, связанных с одноядерным медью в домене 6, эти остатки показаны черным цветом. Отсутствие С-концевого полипептида могло бы также удалить более 50% междоменных водородных связей и взаимодействий пар железа, наблюдаемых в интактном ферменте.

В ссылке 190 авторы описывают спектроскопические и рентгеновские кристаллографические методы, которые они использовали для определения структуры pMMO. Во-первых, эксперименты EPR и EX AFS показали моноядерный центр Cu (II) типа 2, связанный остатками гистидина, и медьсодержащий кластер, характеризующийся взаимодействием Cu-Cu 2,57 A.Функциональный центр железа был также указан с помощью атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES). ICP-AES использует индуктивно связанную плазму для создания возбужденных атомов, которые испускают электромагнитное излучение с длиной волны, характерной для конкретного элемента. Интенсивность этого излучения указывает на концентрацию элемента (в данном случае железа) в образце. [Pg.464]

Последовательность His-Cys-His имеет конформацию с расширенной цепью. В этой последовательности цистеин связывает тип 1 и два гистидина, два отдельных атома меди трехъядерного кластера, тем самым делая кратчайшее расстояние от меди 1 типа до трехъядерного кластера 13 A.Внутри кластера расстояния Cu-Cu составляют 3,4, 3,9 и 4 А. Следует отметить, что ни один из гистидинов не связывает атомы меди, в отличие от SOD, в котором гистидин связывает медь и цинк. Паттерн связывания гистидина с трехъядерным кластером довольно умен: две пары His-X-His из отдельных доменов, His-Cys-His (507-509) и His-Gly-His (106-108), связывают … [Стр.181]

конфигураций атома меди – Большая химическая энциклопедия

Примером металла со значительной d-связью является медь. Атомная конфигурация меди … [Стр.129]

Is 2s 2p 3s 3p 3d 4s. Если бы 3d-состояния были действительно остовными состояниями, то можно было бы ожидать, что медь будет напоминать калий, поскольку ее атомная конфигурация ls 2s 2p 3s 3p 4s. Сильные различия между медью и калием в отношении их химических свойств предполагают, что 3d-состояния сильно взаимодействуют с валентные электроны.Это отражено в структуре энергетических зон меди (рисунок Al.3.27). [Стр.129]

Абсолютная конфигурация продукта циклоприсоединения, полученного реакцией кетонов с активированными диенами, катализируемая (S) -t-Bu-BOX-Cu (II) (S) -21b, также указывает на промежуточное соединение в геометрия которого вокруг центрального атома меди является плоско-квадратной, аналогичной фиг.26, приведенной выше, и что диен приближается к карбонильной функциональности эндодонтическим образом. [Стр.175]

Явные аномалии заполнения электронных орбиталей в атомах имеют место в хроме и меди.В этих элементах электрон, который, как ожидается, заполнит s-орбиталь, вместо этого заполняет d-орбитали. (A) Объясните, почему возникают эти аномалии, (b) Подобные аномалии, как известно, происходят в семи других элементах. Используя Приложение 2C, определите эти элементы и укажите, для каких из них справедливо объяснение, использованное для рационализации электронных конфигураций хрома и меди, (c) Объясните, почему нет элементов, в которых электроны заполняют (/ + I) s-орбитали вместо np -орбитали. [Pg.179]

Виды 2 1 известны как купраты и являются наиболее распространенными синтетическими реагентами.Дизамещенные частицы Cu (I) имеют электронную конфигурацию 3c 10 и, как ожидается, будут иметь линейную геометрию. Cu является центром высокой электронной плотности и нуклеофильности, а в растворе диметилкупрат лития существует в виде димера [LiCu (Ch4) 2] 2.3. Соединение часто представлено в виде четырех метильных групп, присоединенных к тетраэдрическому кластеру из атомов лития и меди. Однако в присутствии Lil соединение, по-видимому, является мономером состава (Ch4) 2CuLi.4 … [Pg.676]

Есть несколько предварительных условий, которые должны быть выполнены для того, чтобы подход одноэлектронного ECP был применимо.В случае металлических кластеров должна быть известна атомная конфигурация, то есть необходимо иметь возможность безопасно принимать конфигурации dns2 или drL + 1s1 на атомах в кластере. D-орбитали не должны образовывать ковалентных связей ни внутри кластера, ни между кластером и адсорбатом. Этими свойствами могут обладать ферромагнитные металлы и медь. Для других металлов это не так однозначно. Показания: например, Основное состояние кластера Pts – низкоспиновый с развитыми ковалентными внутрикластерными d-d связями [22].[Pg.418]

Обе молекулы содержат одинаковую конфигурацию донорного атома. Диацетилдиоксим очень специфичен к никелю и палладию. Если такая же конфигурация донорного атома включена в гетероциклическую систему, как в фенантролинах, лиганды становятся специфичными для меди и железа. Эта специфичность может регулироваться выбором заместителей R в молекуле, если R = H, лиганд специфичен для железа с R = Ch4 и / или C 6H5. лиганд медьспецифичен. [Pg.540]

Механизм образования углерод-углеродной связи, включающий смещение 8 2 у углерода, согласуется с вышеприведенными наблюдениями.Были упомянуты два возможных пути сочетания 297) (1) простое замещение галогенида алкильной группой [Ур. (60)] и (2) смещение галогенида s d-электронами атома меди с инверсией конфигурации с образованием частиц меди (III), которые разлагаются с сохранением … [Pg.259]

Молекулярный вес меди

Молярная масса of Cu = 63,546 г / моль

Перевести граммы меди в моль или моль меди в граммы

Обратите внимание, что все формулы чувствительны к регистру.Вы хотели найти молекулярную массу одной из этих похожих формул?
CU
Cu

В химии вес формулы – это величина, вычисляемая путем умножения атомного веса (в единицах атомной массы) каждого элемента в химической формуле на количество атомов этого элемента, присутствующего в формуле, с последующим сложением всех этих продуктов вместе.

Определение молярной массы начинается с единиц граммов на моль (г / моль). При расчете молекулярной массы химического соединения он говорит нам, сколько граммов содержится в одном моль этого вещества.Вес формулы – это просто вес в атомных единицах массы всех атомов в данной формуле.

Формула веса особенно полезна при определении относительного веса реагентов и продуктов в химической реакции. Эти относительные веса, вычисленные по химическому уравнению, иногда называют весами по уравнениям.

Если формула, используемая при вычислении молярной массы, является молекулярной формулой, вычисленная формула веса является молекулярной массой. Весовой процент любого атома или группы атомов в соединении может быть вычислен путем деления общего веса атома (или группы атомов) в формуле на вес формулы и умножения на 100.

Атомные веса, используемые на этом сайте, получены от NIST, Национального института стандартов и технологий. Мы используем самые распространенные изотопы. Вот как рассчитать молярную массу (среднюю молекулярную массу), которая основана на изотропно взвешенных средних. Это не то же самое, что молекулярная масса, которая представляет собой массу одной молекулы четко определенных изотопов. Для объемных стехиометрических расчетов мы обычно определяем молярную массу, которую также можно назвать стандартной атомной массой или средней атомной массой.

Часто на этом сайте просят перевести граммы в моль. Чтобы выполнить этот расчет, вы должны знать, какое вещество вы пытаетесь преобразовать. Причина в том, что на конверсию влияет молярная масса вещества. Этот сайт объясняет, как найти молярную массу.

Используя химическую формулу соединения и периодическую таблицу элементов, мы можем сложить атомные веса и вычислить молекулярную массу вещества.

процентов Учебное пособие по химии

для железа: Fe

для кислорода: O

Шаг 2: Используйте Периодическую таблицу, чтобы найти относительную атомную массу каждого элемента:

M _r (железо) = 55,85

M _r (кислород) = 16.00

Шаг 3: Напишите частичную формулу соединения:

число атомов Fe (железо) = a

число атомов O (кислород) = b

частичная формула: Fe _a O _b

Шаг 4: Напишите уравнения зависимости между массовым процентом каждого элемента в соединении и относительной молекулярной массой соединения:

% по массе (железо) = a × M _r (Fe) / M _r (Fe _a O _b ) × 100

69.94 = 55,85a / M _r (Fe _a O _b ) × 100

69,94 /100 = 55,85a / M _r (Fe _a O _b ) × 100/100

0,6994 = 55,85a / M _r (Fe _a O _b )

% по массе (кислород) = b × M _r (O) / M _r (Fe _a O _b ) × 100

30.06 = 16,00b / M _r (Fe _a O _b ) × 100

30,06 /100 = 16,00b / M _r (Fe _a O _b ) × 100/100

0,3006 = 16,00b / M _r (Fe _a O _b )

Шаг 5: Измените каждое уравнение выше, чтобы найти относительную молекулярную массу соединения.

используя% (железо), чтобы найти M _r (Fe _a O _b ):

0.6994 × M _r (Fe _a O _b ) = 55,85a / M _r (Fe _a O _b ) × M _r (Fe _a O _b )

0,6994 × M _r (Fe _a O _b ) = 55,85a

0,6994 / 0,6994 × M _r (Fe _a O _b ) = 55,85a / 0,6994

M _r (Fe _a O _b ) = 55.85a / 0,6994 = 79,85a

используя% (кислород), чтобы найти M _r (Fe _a O _b ):

0,3006 × M _r (Fe _a O _b ) = 16,00b / M _r (Fe _a O _b ) × M _r (Fe _a О _б )

0,3006 × M _r (Fe _a O _b ) = 16.00b

0,3006 / 0,3006 × M _r (Fe _a O _b ) = 16,00b / 0,3006

M _r (Fe _a O _b ) = 16,00b / 0,3006 = 53,23b

Шаг 6: Напишите выражение для отношения между% (железо) и% (кислород)

M _r (Fe _a O _b ) рассчитано с использованием% (железо) = M _r (Fe _a O _b ) рассчитано с использованием% (кислород)

79.85a = 53.23b

Шаг 7: Решите уравнение, чтобы найти количество атомов железа и количество атомов кислорода, и напишите формулу

79,85a / 53,23 = 53,23b / 53,23

1,5a = b

Итак, если a = 1, то b = 1,5, что дает формулу FeO _1,5

Химики предпочитают не использовать десятичные дроби, то есть доли атомов, в химической формуле,

с, 1.5 представляет дробь ³ / ₂ , мы могли бы записать формулу как FeO _3/2 ,

, поэтому мы можем очистить дробь, умножив количество атомов кислорода и количество атомов железа на 2:

F _{1 × 2} O _{3/ 2 × 2} который является Fe ₂ O ₃