Материал: Свойства элементов подгруппы меди

Кислородом медь окисляется до степеней окисления +1, +2. Оксиды Ag2O, Au2O, Au2O3 получаются косвенным путем.

Оксид серебра (I) Ag2O образуется при окислении серебра озоном.

С серой образуют сульфиды все элементы, кроме золота.

С некоторыми малоактивными неметаллами (например, фосфором и углеродом) взаимодействуют только медь и серебро (образуются фосфиды и карбиды).

С металлами образуют сплавы, в том числе и между собой.

Известны сплавы меди: бронза, томпак, манганин, мельхиор, латунь, константан.

Медь, серебро и золото образуют сплавы друг с другом.

Все элементы подгруппы меди растворяются в ртути, образуя амальгамы.

Отношение к сложным веществам

Так как в ряду стандартных электродных потенциалов металлы подгруппы меди расположены правее водорода, то они взаимодействуют только с разбавленными кислотами в присутствии окислителя, например кислорода:

Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O

С водой не взаимодействуют.

С кислотами - окислителями (разбавленная и концентрированная HNO3, концентрированная H2SO4) реагируют все металлы, кроме золота.

При этом кислоты могут окислять их только за счет аниона:

Золото растворяется лишь в горячей концентрированной селеновой кислоте, «царской водке» (HNO3(конц.) + 3HCl(конц.)) и в насыщенном хлором растворе HCl:

Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO + 2H2O+ HNO3 + 4HCl = H[AuCl4] + NO + 2H2O

Au + 6H2SeO4(конц.) = Au2(SeO4)3 + 3SeO2 + 6H2O+ 3Cl + 3HCl = H[AuCl4]

Все металлы устойчивы к щелочам.

Однако медь в присутствии кислорода растворяется в водных растворах аммиака:

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

6. Свойства соединений меди, серебра и золота

Медь, серебро и золото образуют оксиды состава , где они проявляют низшую степень окисления +1, которым соответствуют гидроксиды  - основания средней силы.

Cu2O - красного цвета

Ag2O - темно-бурого цвета нерастворимы в воде

Cu2O и Ag2O взаимодействуют с азотной кислотой и с концентрированными растворами щелочей, т.е. обладают амфотерными свойствами. Растворению малорастворимых соединений этих элементов способствует образование комплексов:

Ag2O + 2HNO3 = 2AgNO3 + H2O

Cu2O + 2NaOH + H2O = 2Na[Cu(OH)2]O(Сu2O) + 4NH3 + H2O ® 2[Ag(NH3)2]OH+ KCl = K[AgCl2]+ 2KCN = K[Ag(CN)2] + KCl+ 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr

Гидроксид CuOH образуется при действии щелочи на соли Cu+.

AgOH существует в растворе в очень малых концентрациях, т.к. разлагается в момент образования:

AgOH = Ag2O + H2O

Поэтому при действии щелочей на растворы солей серебра (I) образуется оксид Ag2O, а не AgOH:

2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O

Соединения серебра (I) - сильные окислители. В реакциях с пероксидом водорода, арсином, альдегидами, иодидом калия и соединениями марганца (II) в растворе аммиака восстанавливается серебро.

Характерным взаимодействием соединений серебра (I) в аммиачных растворах с альдегидами (например, глюкозой) является реакция «серебряного зеркала» (окисление альдегидов до соответствующих кислот или их солей):

2[Ag(NH3)2]OH + R-CHO = 2Ag ¯+ R-CHONH4 + 3NH3 + H2O

Гидроксид золота (I) разлагается с выделением соответствующего оксида:

AuOH = Au2O + H2O

Соединения Cu (I) и Au (I) легко окисляются, даже кислородом воздуха, например

4CuCl + O2 + 4HCl = 4CuCl2+ 2H2O

Соединения CuГ и AuГ (Г - галоген) диспропорционируют:

3AuГ = 2Au + AuГ3

CuI = Cu + CuI2

Соединения элементов со степенью окисления +2 представлены следующими веществами:  - оксид меди (II) черного цвета; AgF2 и AgO, Ag3(PO4)2, известны комплексы Ag (II).

Наиболее распространены соединения меди (II), которые являются сильными окислителями. На окислительных свойствах сульфата меди (II) основан процесс дегазации белого фосфора и фосфина:

5CuSO4 + 2P + 8H2O = 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4

CuSO4 + PH3 + 4H2O = 4Cu + H3PО4 + 4H2SO4

Качественная реакция на соединения меди (II) протекает с альдегидами, например глюкозой, при нагревании с образованием сначала желто-оранжевого осадка гидроксида меди (I), а затем красного осадка Cu2O.

Из соединений с кислородом со степенью окисления +2 устойчивы соединения меди. Оксид CuO нерастворим в воде, но растворим в кислотах.

Гидроксид  - осадок голубого цвета, образуется при действии щелочей на соли меди (II):

CuSO4 + 2KOH = Cu(OH)2 + K2SO4

Гидроксид меди (II) - неустойчивое соединение, разлагается при нагревании:

Cu(OH)2 = CuO + H2O

Гидроксид меди (II) обладает амфотерными свойствами. Растворим в растворах кислот и щелочей.

В щелочной среде происходит получение гидроксокомплексов:

Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4]

С водным раствором аммиака гидроксид меди и оксид меди (II) образуют аммиакат меди (II) сине-фиолетового цвета:

Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 + 4NH3 + Н2О = [Cu(NH3)4](OН)2

CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4

В растворах разбавленных кислот гидроксид меди и оксид меди (II) образуют аквакомплексы:

Cu(OH)2 + 2HCl + H2O = [Cu(H2O)4]Cl2

Соли элементов побочной подгруппы I группы и сильных кислот легко гидролизуются:

Cu(NO3)2 + H2O  CuOHNO3 + HNO3.

Из соединений со степенью окисления +3 известны соединения меди и золота.

При окислении гидроксида меди (II) в щелочной среде гипохлоритом образуется купрат - производное меди (III):

2Cu(OH)2 + NaClO + 2NaOH = 2NaCuO2 + NaCl + 3H2O

Купраты неустойчивы и разлагаются с выделением кислорода в водной среде или при подкислении:

4NaCuO2 + 6H2O = O2 + 4Cu(OH)2 + 4NaOH

NaCuO2 + 12HCl = 4NaCl + 4CuCl2 + O2 + 6H2O

Оксид  - темно-коричневого цвета порошок, нерастворим в воде, получают косвенным путем. Соответствующий ему гидроксид Au(OH)3 получают при действии концентрированных растворов щелочей на хлорид золота (III) AuCl3:

AuCl3 + 3NaOH = Au(OH)3 + 3NaCl

Гидроксид золота (III) обладает амфотерными свойствами с преобладанием кислотных свойств. При растворении его в щелочах образуются аураты (соли метазолотой кислоты HAuO2):

Au(OH)3 + KOH = K[Au(OH)4]

При взаимодействии с HCl образуется анионный комплекс:

Au(OH)3 + 4HCl = H[AuCl4] + 3H2O

Гидроксид Au(OH)3 - вещество красно-бурого цвета, при просушивании переходит в желто-красный порошок HAuO2 × H[AuCl4] × 4H2O - золотохлористоводородную кислоту. Образуется при упаривании раствора золота в насыщенной хлором хлороводородной кислоте:

2Au + 3Cl2 + 2HCl = 2H[AuCl4]

Соль этой кислоты Na[AuCl4] × 2H2O называется «золотой» солью.

Ионы золота (III) - сильные окислители:

2AuCl3 + 3SnCl2 + 6HCl = 2Au¯ + 3H2[SnCl6]

AuCl3 + 3H2O2 + 6KOH = 2Au¯ + 3O2­ + 6KCl + 6H2O.

7. Токсичные свойства меди, серебра, золота и их соединений

Все соли меди ядовиты, раздражают слизитые, поражают желудочно-кишечный тракт, вызывают тошноту, рвоту, заболевание печени. При вдыхании пыли меди развивается хроническое отравлении. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) для аэрозолей 1 мг/м3, питьевой воды 1 мг/л, для рыбных водоемов 0,01 мг/л, в сточных водах до биологической очистки 0,5 мг/л.

Медеплавильное производство является источником канцерогенов.

ПДК серебра в воздухе 0,1-0,5 мг/м3. При попадании растворимых соединений серебра на кожу и слизистые оболочки происходит восстановление серебра до серо-черного коллоидного металла. Это окрашивание исчезает в результате растворения и истирания коллоидного серебра.

При отравлении соединениями серебра следует дать большое количество 10%-ного раствора хлорида натрия (поваренной соли).

Некоторые препараты Au (I) токсичны, накапливаются в почках, в меньшей степени - в печени, селезенке и гипоталамусе; накопление в почках может привести к их заболеванию, а также дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении.

Все растворимые производные меди, серебра и золота ядовиты!

8. Применение меди, серебра, золота и их соединений

Медь, серебро и золото находят применение как в индивидуальном состоянии, так и в виде сплавов:

латунь (40 - 50% Zn, остальное - Cu) - гильзы боеприпасов;

бронза (сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, висмутом, бериллием, фосфором);

нейзильбер (65% Cu, 20% Zn, 15% Ni);

томпак (90% Cu, 10% Zn).

Линии высоковольтных передач изготавливают из сплавов Cu - Zn - Cd, отличающихся значительной прочностью и твердостью.

Свыше 50% меди используется в электрохимической промышленности. Сплавы меди с другими металлами широко применяются в машиностроительной промышленности, в судостроении, в электротехнике (в качестве полупроводниковых материалов - Cu2O и CuO), энергетической промышленности, стекольной промышленности для окраски стекол в красный цвет. Все медные сплавы обладают высокой стойкостью против атмосферной коррозии. Соли меди - минеральные краски различных цветов.

Медь относится к числу микроэлементов, необходимых живым организмам.

Серебро используется при изготовлении мощных циклотронов (серебряные провода), при изготовлении аккумуляторов (в газоанализаторах), для дезинфекции воды.

Аммиачный раствор оксида серебра в присутствии глюкозы восстанавливают до серебра (получение зеркал).

Ион Ag+ обладает сильно выраженными бактерицидными свойствами. Поэтому в медицине используют «серебряные марли» и «вату».

AgNO3 - исходное вещество для получения всех производных серебра, применяется в аналитической химии и в медицине под названием «ляпис». Галогениды серебра применяются в фотографии.

Золото используют для покрытия металлов, в медицине, в ювелирном деле. Соединения золота применяют для золочения и окраски стекол и фарфора, в фотографии используются AuCl3 и H[AuCl4].

Элементы подгруппы меди находят и другое разнообразное применение, включая окислительно-восстановительные каталитические процессы.

Заключение

Медь Си - необходимый микроэлемент живых организмов. Серебро Ag и золото Au - примесные микроэлементы. Их соединения применяют в медицине.

Медь - биогенный элемент, содержится в тканях животных и растений. Общая масса меди в организме взрослого человека примерно 100 мг, что составляет около 0,0001%. Примерно 30% этого количества содержится в мышцах. Печень и мозг также богаты медью. Металлическая медь и ее соединения токсичны. Наиболее важными с физиологической точки зрения являются медьсодержащие белки - цитохромоксидаза и супероксиддисмутаза.

Цитохромоксидаза - один из компонентов дыхательной цепи, локализованной в мембранах митохондрий. Обеспечивает клеточное дыхание, восстанавливая кис-лород до воды на конечном участке дыхательной цепи.

Ежедневно организму требуется 2,5-5,0 мг меди. При недостатке в организме меди может развиваться болезнь - медьдефицитная анемия. Медь необходима для усвоения железа, в частности, при синтезе цитохромоксидазы, которая содержит и железо, и медь. При дефиците меди нарушается нормальное развитие соединительных тканей и кровеносных сосудов.

Отравления обычно связаны со случайной передо-зировкой инсектицидов, вдыханием порошка металла, заглатыванием растворов солей меди. Большую опасность представляют напитки, хранящиеся в медных сосудах без защитного покрытия стенок.

В качестве наружного средства применяют 0,25%-ный водный раствор сульфата меди CuSO4 при воспалении слизистых оболочек и конъюнктивитах. Малые дозы этого препарата могут применяться во время приема пищи для усиления эритропоэза при малокровии.

В организме взрослого человека обнаруживается около 1 мг серебра, т. е. примерно 10% (1 часть на миллион), и до 10 мг золота, т. е. примерно 10% (10 частей на миллион).

Антисептические свойства растворимых солей серебра известны с древних времен. Священнослужители давно знали, что вода («святая») при хранении в серебряных сосудах долго не портится, т. е. не подвергается микроб-ному загрязнению. В настоящее время это свойство «серебряной» воды используется моряками в дальних плаваниях. Сильные токсические проявления у взрослого человека наблюдаются при приеме внутрь 7 г AgNO3.

В медицине издавна используются такие препараты, как кристаллический нитрат серебра AgN03 (ляпис) и его водные растворы. Давно известны также препараты коллоидного металлического серебра протаргол (8% Ag) и колларгол (70% Ag), которые представляют собой мелкодисперсные порошки с металлическим блеском. Каждая частица таких порошков представляет собой кристаллик восстановленного металлического серебра размером менее 1 мкм с белковой оболочкой из альбумина (протаргол) или коллагена (колларгол). Белковая оболочка защищает кристаллики серебра от слипания и обеспечивает их переход в водную среду (солюбилизирует).