铜的基本性质
实验室k / 2019-06-14
铜的4d层已填满,最外层有一个s电子,但不能列为Ⅰ族,因为铜与碱金属除了形式化学计量都是+Ⅰ氧化态以外,没有相同之处。已填满的d层对s电子屏蔽核电荷远不如惰性气体层有效,因此铜的第一电离势比碱金属高。由于d层的电子也参加了金属键,所以铜的升华温度和熔点也比碱金属高得多。这些因素是铜更不活泼的特性的原因,结果形成更共价的化合物和使它们具有较高的晶格能,较小半径的+1价离子(与同周期的碱金属离子相比—Cu+,0.93;Na+,0.95;和K+,1.33Å)不能补偿这种影响。
铜的第二、第三电离势比碱金属低很多,说明有部分过渡金属的特性,表现出存在有色的顺磁性离子和Ⅱ、Ⅲ氧化态的络合物。甚至在Ⅰ氧化态有许多类似过渡金属络合物,例如铜与烯烃形成的一些络合物。
铜与较重元素Ag和Au之间只有中等的相似性,在这些元素的后续讨论中可以看到。
稳定的铜(0)化合物没有确定,某些反应中似乎存在它的活性中间物。
铜是以金属、硫化物、砷化物、氯化物和碳酸盐形式广泛分布在自然界中。用氧化焙烧和熔炼或用微生物帮助提取,然后从硫酸盐溶液中电沉积提取铜。
铜是坚韧、柔软和有延展性的淡红色金属,导热性和导电性也很高,仅次于银。铜用于许多合金中如黄铜,铜与金可完全互熔,在空气中只表面被氧化,有时产生绿色的碱式碳酸盐和碱式硫酸盐的薄膜。
铜在红热时与氧作用生成CuO,高温时生成Cu2O;与硫作用生成Cu2S或非化学计量的这种化合物。铜与卤素起化学作用,但没有空气时不与非氧化性稀酸或非络合性稀酸作用。铜容易溶解在硝酸中和有氧存在时的硫酸中。铜也溶于氨或有氧存在时的氰化钾溶液中,如电势所示: