铜、银、金依次是紫红色、银白色和黄色的金属。它们的重要物理性质见表20-3。
表20-3 铜、银、金的物理性质
单质 性质 |
铜 | 银 | 金 |
密度/g·cm-3 | 8.96 | 10.50 | 18.88 |
导电性(Hg=1) | 56.9 | 59 | 39.6 |
导热性(Hg=1) | 51.3 | 57.2 | 39.2 |
硬度 | 2.5~3 | 2.5~4 | 2.5~3 |
熔点/K | 1356.4 | 1234.93 | 1337.43 |
沸点/K | 2840 | 2485 | 3353 |
铜族单质具有密度较大,熔沸点较高,优良的导电、传热性等共同特性,它们的延展性很好。特别是金,1克金能抽成长达3公里的金丝,或压成厚约0.0001毫米的金箔。铜的导电性很好,导电性能仅次银,居金属中的第二位。在电气工业中有着广泛的应用,但是极微量的杂质,特别是As和Sb的存在会大大降低铜的导电性。因此制造电线,必须用高纯度的电解铜。银的导电性和导热性在金属中占第一位,铜银的导电性强,与其能带的宽窄有关。ⅠB族金属d能带内能级多,电子多,电子较易发生跃迁。但由于它比较贵,所以它的用途受到限制,银主要用来制造器皿、饰物、货币等。金是贵金属,常用于电镀、镶牙和饰物。金还是国际通用货币,一个国家的黄金储量可在一定程度上衡量一个国家的经济力量。铜、银和金又称为“货币金属”(Currency metals),这是因为古今中外都用它们作为金属货币的主要成分。
铜族金属之间以及和其它金属之间,都很容易形成合金,其中铜合金种类很多,如青铜(80%Cu,15%Sn,5%Zn)质坚韧、易铸(青铜作为合金其熔点较纯铜为低,但硬度却提高很多)。黄铜(60%Cu、40%Zn)广泛作仪器零件。白铜(50~70%Cu,18~20%Ni,13~15%Zn)主要用作刀具等。
铜是人类历史上最早使用的金属。我国是最早使用铜器的国家之一,并且是青铜、黄铜和白铜等合金的首创者。1959年在河南偃师二里头商初的宫殿,遗址发现炼铜的坩埚片和青铜器(含铜92%,锡7%),由此证明夏末商初(距今约3600年)已进入青铜时代。在公元前二世纪(汉代)发明了黄铜和白铜,直到十八世纪才传入欧洲,我国劳动人民在很早以前就在铜的冶炼、铸造和合金的制造上获得了辉煌的成就。
铜和Fe、Mn、Mo、B、Zn、Co等元素都可用作微量元素肥料。因少量的上述元素是植物正常生命活动所不可缺少的。微量元素可以提高酶的活动力,促进糖、淀粉、蛋白质、核酸、维生素和酶的合成。有利于植物的成长。
铜族元素的化学活性远较碱金属低,并按Cu、Ag、Au的顺序递减,这主要表现在与空气中氧的反应及与酸的反应上。
铜在常温下不与干燥空气中的氧化合,加热时能产生黑色的氧化铜。银、金在加热时也不与空气中的氧化合。在潮温的空气中放久后,铜表面会慢慢生成一层铜绿。
2Cu+O2+H2O+CO2=Cu(OH)2·CuCO3
银、金则不发生这个反应。空气中如含有H2S气体跟银接触后,银的表面上就能生成一层Ag2S的黑色薄膜,而使银失去银白色的光泽。
铜族元素都能和卤素反应,但反应程度按Cu—Ag—Au的顺序逐渐下降。铜在常温下就能与卤素反应,银反应很慢,金则须在加热时才同干燥的卤素起反应。
在电位序中,铜族元素都在氢以后,所以不能置换稀酸中的氢。但当有空气存在时,铜可缓慢溶解于这些稀酸中:
2Cu+4HCl+O2=2CuCl2+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O
浓盐酸在加热时也能与铜反应,这是因为Cl-和Cu+形成了较稳定的配离子[CuCl4]3-,使Cu ⇋Cu++e-的平衡向右移动:
2Cu+8HCl(浓)=(加热)2H3[CuCl4]+H2↑
铜易为HNO3、热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解:
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+2H2SO4(浓)=(加热)CuSO4+SO2↑+2H2O
银与酸的反应与铜相似,但更困难一些:
2Ag+2H2SO4(浓)=(加热)Ag2SO4+SO2↑+2H2O
而金只能溶解在王水中:
Au+4HCl+HNO3=HAuCl4+NO↑+2H2O
铜、银、金在强碱中均很稳定。