Медь и серебро (стр. 2 )

При комнатной температуре медь и серебро инертны по отношению к сухому и чистому воздуху. Но во влажном воздухе, насыщенном углекислым газом, медь со временем покрывается зеленым налетом патины – гидроксокарбоната меди (II):

И в этом случае из-за низкой активности скорость реакции очень мала: на появление заметных следов патины требуется порой несколько месяцев. Если в воздухе присутствует сероводород, то медь, а также серебро постепенно темнеют, покрываясь пленкой сульфида. И со временем поверхность обоих металлов может стать полностью черной:

При повышенных температурах медь и серебро начинают вступать в реакцию со многими неметаллами, особенно хорошо идет взаимодействие с серой и ее аналогами: селеном и теллуром. При этом медь чаще всего проявляет более характерную для нее валентность II, а серебро – валентность I:

С кислородом (при температурах выше 180оС) непосредственно взаимодействует только медь, причем в условиях недостатка кислорода образуется оксид одновалентной меди, а при избытке – оксид меди (II). При обычном прокаливании меди на открытом воздухе получается двухслойная окалина, содержащая одновременно оба оксида. Повышение температуры способствует образованию оксида меди (I): если при температурах ниже 370оС в окалине преобладает CuO, то при более высоких температурах – Cu2O:

Металлическое серебро, возможно, соединяется с кислородом при нагревании до 170оС, но образующийся оксид Ag2O термически неустойчив и уже при 200оС начинает распадаться на простые вещества. Поэтому считается, что серебро напрямую с кислородом не взаимодействует. Зато при нагревании до 250оС оно окисляется озоном, и продуктом реакции является оксид AgO черного цвета, в котором серебро двухвалентно:

Впрочем, оксид серебра (II) также термически неустойчив и при более сильном нагревании распадается на металлическое серебро и газообразный кислород.

С такими неметаллами, как азот, углерод, водород, медь и серебро напрямую не реагируют. Их соединения получают косвенными методами: например, карбид меди (I) образуется в результате взаимодействия между ацетиленом и аммиачными растворами соединений одновалентной меди:

нитрид меди (I) – при пропускании газообразного аммиака в отсутствие кислорода и других окислителей, над раскаленной или расплавленной медью:

В соответствии со своим положением в электрохимическом ряду напряжений металлов медь и серебро не реагируют с неокисляющими кислотами. Зато оба металла при нагревании легко взаимодействуют с кислотами-окислителями, такими как азотная кислота любой концентрации или концентрированная серная кислота:

Если к сильной кислоте, не обладающей окислительными свойствами, добавить какой-либо окислитель (например, пропускать через раствор соляной кислоты поток кислорода), медь и серебро начинают медленно окисляться и переходить в раствор в виде солей:

Кроме того, оба металла взаимодействуют с высококонцентрированными растворами галогеноводородных кислот, за исключением фтороводородной HF. В этом случае растворение металлов объясняется образованием комплексных соединений, в которых оба металла проявляют валентность I:

Благодаря большой склонности меди и серебра к комплексообразованию, их можно перевести в раствор действием концентрированных растворов цианидов щелочных металлов. При этом растворение меди сопровождается выделением газообразного водорода. В случае серебра необходимо наличие какого-либо окислителя (например, кислорода или пероксида водорода), и выделение водорода не наблюдается:

Эти реакции нередко используются для извлечения серебра из комплексных полиметаллических руд.

Опять же из-за своей склонности к образованию комплексных соединений медь (но не серебро) в присутствии кислорода растворяется в водных растворах аммиака:

Еще один способ растворения металлической меди – это окисление под действием хлорида трехвалентного железа:

С холодной или кипящей водой медь и серебро не взаимодействуют. Также они безразличны по отношению к щелочам (во всяком случае, при отсутствии сильных окислителей).

Соединения меди

В своих соединениях медь чаще всего проявляет валентность II и несколько реже валентность I. Также удалось получить некоторые вещества, в состав которых входит трехвалентная медь, но они не имеют прикладного значения в химическом практикуме.

При обычных условиях соединения как одновалентной, так и двухвалентной меди вполне устойчивы. Но все же в целом вещества, содержащие двухвалентную медь, более стабильны, чем соответствующие соединения меди (I).

Все соединения одновалентной меди либо очень трудно растворимы в воде, либо образуют прочные комплексные соединения. В подавляющем большинстве они бесцветны или слабо окрашены. Исключение составляют, прежде всего, оксид Cu2O, окрашенный в желтый или красный цвет (в зависимости от способа получения), и Cu2S, имеющий серую окраску.

Кроме черного оксида CuO и синего гидроксида Cu(OH)2, двухвалентная медь образует многочисленные соли, среди которых соли сильных кислот легко растворимы в воде и в разбавленных растворах почти полностью диссоциированы с незначительным гидролитическим расщеплением. Гидратированные ионы Cu2+ имеют небесно-голубую окраску, поэтому практически все соли двухвалентной меди окрашены в синий цвет (в сильно концентрированных растворах он может смениться на зеленую окраску). Соединения двухвалентной меди легко образуют различные комплексы, нередко с изменением окраски. Такие комплексные соединения могут получаться при участии как анионов, так и нейтральных молекул (например, аммиака).

Каких-либо значительных окислительных или восстановительных свойств соединения меди (I) или (II) не проявляют, хотя одновалентной меди присущи слабые восстановительные свойства, тогда как двухвалентной – слабые окислительные свойства. Зато вещества, содержащие трехвалентную медь, являются сильными окислителями.

Оксид олова (I) Cu2O встречается в природе как минерал куприт, окрашенный в цвета от красного до черно-коричневого. Искусственно его получают добавлением щелочи и не слишком сильного восстановителя (например, гидразина или гидроксиламина) к раствору сульфата меди (II). При осторожном нагревании вначале образуется желтый мелкокристаллический осадок оксида меди (I). Постепенно, а при более сильном нагревании значительно быстрее, осадок приобретает красный цвет:

Другой способ получения – реакция «медного зеркала», используемая в органической химии для определения альдегидов:

Хотя оксид одновалентной меди образуется в результате окисления металлической меди кислородом воздуха, этой реакцией невозможно получить чистый Cu2O, так как наряду с оксидом меди (I) практически всегда получается оксид меди (II) CuO.

Оксид меди (I) является амфотерным соединением с преобладанием основных свойств: он гораздо легче взаимодействует с кислотами, чем с щелочами. Реакция с кислотами может протекать различными путями. Если к оксиду одновалентной меди добавлять разбавленные галогенводородные кислоты, то в результате реакции образуются нерастворимые галогениды меди (I):

При добавлении концентрированных растворов галогеноводородных кислот выпадение осадка не наблюдается, так как образующиеся вначале реакции галогениды одновалентной меди связываются избытком кислоты в хорошо растворимые комплексные кислоты: