Przeczytaj

bg‑turquoise

Charakterystyka miedzi

Ro4GvC8BVHVvX

Ilustracja przedstawiająca informacje dotyczące miedzi, które są zamieszczone w prostokącie w analogiczny sposób do tych, które można odczytać z układu okresowego pierwiastków. Symbol miedzi to Cu. Średnia liczba masowa wynosi 63,546, liczba atomowa 29, najczęściej spotykane stopnie utlenienia to pierwszy i drugi. Temperatura topnienia miedzi jest równa 1357,77 Kelwinów, a temperatura wrzenia 2843,15 Kelwina. Gęstość wyrażona w gramach na centymetr sześcienny w temperaturze dwudziestu pięciu stopni Celsjusza (298,15 Kelwinów) wynosi 8,93. Miedź jest ciałem stałym (stan skupienia w warunkach normalnych). Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona (zawierająca rdzeń gazu szlachetnego) w stanie podstawowym jest następująca: Ar 3d104s1. — Miedź
Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie Mizerski W., *Tablice chemiczne*, Wydawnictwo Adamantan, Warszawa 2008, licencja: CC BY-SA 3.0.

Miedź w stanie wolnym ma jest ciałem stałym o charakterystycznej pomarańczowoczerwoną barwie. Jest metalem o liczbie atomowej $29$ . Znajduje się w bloku $d$ i $11 .$ grupie układu okresowego. Podobnie jak dla innych metali tej grupy, także i dla miedzi występuje zjawisko promocji elektronowej. Wówczas w stanie podstawowym jeden z elektronów zamiast obsadzać podpowłokę $4 s$ , znajduje się na podpowłoce $3 d$ , co okazuje się bardziej korzystne energetycznie. Podpowłoka $4 s$ pozostaje zatem obsadzona przez jeden niesparowany elektron.

Miedź, ze względu na obecność elektronu niesparowanego na najdalej położonej od jądra powłoce czwartej (a konkretnie na podpowłoce $4 s$ ), wykazuje się bardzo dobrym przewodnictwem elektrycznym – lepsze przewodnictwo wykazuje jedynie srebro. Takie usytuowanie wspomnianego elektronu sprawia, że jest on słabo przyciągany przez jądro i może łatwo przemieszczać się w sieci krystalicznej metalu po przyłożeniu zewnętrznego źródła napięcia.

Miedź jest w stanie tworzyć jony ${Cu}^{+}$ poprzez oderwanie elektronu z orbitalu $4 s$ , ale także ${Cu}^{2 +}$ , kiedy oprócz elektronu podpowłoki $4 s$ zostanie dodatkowo oderwany jeden z elektronów podpowłoki $3 d$ . Związki miedzi, które zawierają jony ${Cu}^{2 +}$ , są trwałe i wykazują zwykle barwę zieloną lub niebieską, natomiast związki miedzi posiadające jon ${Cu}^{+}$ zwykle nie barwią roztworu. Duża część związków z tym jonem jest nietrwała, chociażby ze względu na zachodzący z udziałem jonów miedzi( $I$ ) samoistny proces dysproporcjonowania:

2 {Cu}^{+} \to {Cu}^{2 +} + Cu

Poza tym omawiany metal ma dodatni potencjał standardowy – tzn. nie reaguje z kwasami o słabych właściwościach utleniających, ale tylko z kwasami utleniającymi.

bg‑turquoise

Reakcje miedzi z tlenem

Pozostawiona na powietrzu miedź nie reaguje z tlenem. Jednak obecność wilgoci i zawartość tlenków siarki, tlenków węgla, tlenków azotu oraz wody sprawia, że miedziane dachy czy rzeźby zaczynają ulegać pasywacji. Przedmioty te pokrywają się warstewką tlenku miedzi( $II$ ) o charakterystycznym czarnym zabarwieniu.

2 Cu + O_{2} \to 2 CuO

Z czasem czarny kolor zaczyna przechodzić w jasnozielony – patynępatynapatynę. Tlenek
miedzi( $II$ ) reaguje z tlenkami kwasowymi, tworząc odpowiednie sole miedzi( $II$ ) o charakterystycznym zabarwieniu, np. w rekacji z tlenkiem węgla( $IV$ ).

2 CuO + {CO}_{2} + H_{2} O \to {Cu}_{2} {CO}_{3} {(OH)}_{2}

R1JXqo8LJltq5

Zdjęcie przedstawiające miedzianą rzeźbę muzykanta grającego na rogu. Instrument ma kształt rurki rozszerzającej się ku końcowi w kierunku od ust grajka. Rzeźbę pokrywa szaro‑zielona patyna. — Pokryte patyną miedziane rzeźby
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

W warunkach laboratoryjnych tlenki miedzi są otrzymywane poprzez ogrzewanie miedzi do czerwoności w płomieniu palnika (powyżej $300 ° C$ ). Przy niedomiarze tlenu powstaje tlenek miedzi( $I$ ):

4 Cu + O_{2} \to 2 {Cu}_{2} O

Tlenek miedzi( $I$ ) ma charakterystyczne pomarańczowoczerwone zabarwienie, które możesz kojarzyć z tzw. próby Trommera, która bada właściwości redukujące związków organicznych.

RVt4smEBG9c9D1

Trzy zdjęcia. Pierwsze przedstawiające trzymaną w dłoni probówkę z błękitno‑niebieskim osadem. Na kolejnym zdjęciu probówka została ogrzana za pomocą palnika gazowego, co spowodowało wytrącanie się pomarańczowego osadu. Na trzecim, ostatnim zdjęciu całą probówkę wypełnia pomarańczowy osad tlenu miedzi(<math aria‑label="jeden">I). — Charakterystyczne zabarwienie tlenku miedzi(<math aria‑label="jeden">I) przedstawia trzecia fotografia.
Źródło: Kubawlo, dostępny w internecie: wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.

Przy dalszym ogrzewaniu w tlenie, zachodzi reakcja utleniania tlenku miedzi( $I$ ) do tlenku miedzi( $II$ ):

2 {Cu}_{2} O + O_{2} \to 4 CuO

RiHSUUbNv8gjB

Zdjęcie przedstawiające tlenek miedzi(<math aria‑label="dwa">II) znajdujący się na szkiełku zegarkowym. Jest on w postaci czarnego proszku. — Tlenek miedzi(<math aria‑label="dwa">II)
Źródło: Adam Rędzikowski, dostępny w internecie: wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

W przypadku pełnego dostępu do tlenu, zachodzi bezpośrednia reakcja utleniania miedzi do tlenku miedzi( $II$ ).

2 Cu + O_{2} \to 2 CuO

Jednocześnie powstały tlenek miedzi( $II$ ) może reagować z nieprzereagowaną miedzią:

CuO + Cu \to {Cu}_{2} O

W wyniku tej reakcji chemicznej powstaje tlenek miedzi( $I$ ).

Dalsze ogrzewanie tlenku miedzi( $II$ ) do temperatury powyżej $1000 ° C$ powoduje analizę (rozkład) na tlenek miedzi( $I$ ) i tlen:

4 CuO \to 2 {Cu}_{2} O + O_{2}

Łatwo zauważyć, że w powyższych reakcjach następuje zmiana stopnia utlenienia pierwiastków. W związku z czym reakcje spalania miedzi w tlenie są reakcjami typu redoks.

Ciekawostka

Tlenek węgla( $IV$ ) jest jednym z gazów cieplarnianychgazy cieplarnianegazów cieplarnianych, dlatego ważne jest, aby znaleźć metody na zmniejszenie jego ilości. Jednym z pomysłów jest tworzenie tzw. „sztucznych liści”. W nich wykorzystywane są nanocząstkinanocząstkinanocząstki tlenku miedzi( $I$ ). Zawieszone w wodzie nanocząstki pod wpływem światła widzialnego katalizują reakcję konwersji tlenku węgla( $IV$ ) do metanolu. Otrzymany metanol może być wykorzystany do produkcji paliw.

Metaliczna miedź jest stabilnym na powietrzu metalem. Po ogrzaniu reaguje z tlenem, tworząc tlenki na $I$ i $II$ stopniu utlenienia. Przebieg reakcji chemicznej zależny jest od dostępności tlenu – przy mniejszym dostępie do tlenu powstaje czerwonopomarańczowy tlenek miedzi( $I$ ), a przy większej dostępności tlenu powstaje czarny tlenek miedzi( $II$ ).

Słownik

potencjał standardowy

potencjał elektrody znajdującej się w stanie standardowym

stopień utlenienia

formalna wartość ładunku atomu w związku chemicznym przy założeniu, że wszystkie wiązania chemiczne w danej cząsteczce mają charakter wiązań jonowych

kwas silnie utleniający (o silnych właściwościach utleniających)

kwas, który może powodować utlenienie innego indywiduum chemicznego jednocześnie, redukując nie tylko jon $H^{+}$ , ale również resztę kwasową

patyna

produkt korozji atmosferycznej miedzi bądź jej stopów

gazy cieplarniane

gazowy składnik atmosfery biorący udział w efekcie cieplarnianym; powodują podwyższenie temperatury na Ziemi poprzez zatrzymywanie promieniowania elektromagnetycznego

nanocząstki

cząstka materii o wielkości do $100 nm$ ( $100 \cdot 10^{- 9} m$ )

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Podstawy chemii fizycznej, Warszawa 2009.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2007.

Encyklopedia PWN

Pajdowski L., Chemia ogólna, Warszawa 2002.

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna

Charakterystyka miedzi

Reakcje miedzi z tlenem

Słownik

Bibliografia