Элементы 11-й группы

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • особенности строения внешних и предвнешних электронных оболочек элементов 11-й группы;
• • почему у элементов 11-й группы имеет место «проват» (проскок) электронов;
• • особенности химических свойств оксидов и гидроксидов элементов 11-й группы;
• • окислительно-восстановительные свойства соединений мсди (Н) и серебра (1);
• • биологическую роль и применение элементов 11-й группы в медицине и фармации;

уметь

• составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства элементов 11-й группы;

владеть

• навыками интерпретации важнейших свойств элементов 11-й группы.

Общая характеристика

Медь Си, серебро Ag и золото Аи составляют 11-ю группу и называются переходными элементами. При описании любого элемента обычно указывают имя первооткрывателя и обстоятельства открытия. Такими данными о меди, серебре и золоте химия не располагает, ибо наряду с железом, оловом, свинцом и ртутью их можно назвать «доисторическими».

Каждый из этих элементов в своем периоде является предпоследним ^/-элементом. Как и у атомов щелочных металлов, атомы Си, Ag и Ли имеют на наружной оболочке по одному 5-электрону, но в отличие от щелочных металлов предвнешняя оболочка рассматриваемых элементов содержит 18 электронов. Ниже приведены электронные конфигурации внешних и предвнешних оболочек Си, Ag и Аи:

• 29Си — [Аг| 3d'4s^{;
• 47Ag-[Kr ]4d^{05s^u,
• 79Au — [Xe] Af^u5d^w6sK

В соответствии с положением этих элементов в таблице Д. И. Менделеева следовало бы ожидать на d-подуровне предвнешней оболочки девять электронов, однако вследствие устойчивости^{-конфигурации} энергетически более выгодным оказывается переход одного из 5-электронов внешней оболочки в^{-подуровень} предвнешней. Хотя и^{-подуровень} предвнешнего уровня является завершенным, по не может считаться стабильным, так как от него могут отрываться два электрона. У элементов данной группы первая энергия ионизации значительно выше, чем у щелочных металлов. Это объясняется проникновением внешнего ял-электрона на нредвнешний d-уровень. Вторая же энергия ионизации у Си, Ag и Аи значительно ниже, чем у щелочных металлов. В связи с этим атомы Си, Ag и Аи могут проявлять степени окисления +1, +2, +3. Для меди наиболее характерна степень окисления +2, для серебра — +1, а золота — +3.

Важнейшие данные об элементах приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Физические константы элементов 11-й группы.

Если сравнить эти данные с соответствующими данными для щелочных металлов, то очевидно, что радиусы атомов Си, Ag и Аи меньше, и это обусловливает значительно большую плотность, высокие температуры плавления. Малый радиус атомов объясняет также более высокие значения энергии ионизации по сравнению со щелочными металлами. Простые вещества, образованные медью и ее аналогами, обладают малой химической активностью, которая убывает от Си к Аи. Для них характерны гранецентрированные кристаллические решетки. В парообразном состоянии атомы этих элементов частично соединяются, образуя двухатомные молекулы.

В обычных условиях сухой кислород не действует на эти металлы.

При нагревании до 375 °C медь окисляется до СиО, а выше 375 °C — до Си₂0. Серебро и золото даже при высоких температурах не окисляются кислородом.

С водородом медь и ее аналоги соединений не образуют.

Галогены в обычных условиях на эти металлы не действуют. В присутствии паров воды медь окисляется фтором, хлором и бромом с образованием CuHal₉. При нагревании компактная медь сгорает в атмосфере хлора. Реакция с серебром идет очень медленно, а золото реагирует с хлором в виде порошка.

В ряду стандартных электродных потенциалов Си, Ag и Аи расположены после водорода, поэтому кислоты могут их окислять только за счет аниона.

Медь и серебро хорошо взаимодействуют с концентрированной H₂S0₄ при нагревании, а также с концентрированной и умеренно разбавленной HN0₃:

Золото же с этими кислотами не реагирует; оно растворяется в царской водке и селеновой кислоте, являющейся сильным окислителем:

Золото также хорошо растворяется в НС1, насыщенной хлором:

В отсутствие окислителей Си, Ag и Аи устойчивы к действию щелочей, но взаимодействуют с растворами основных цианидов в присутствии кислорода:

Медь может растворяться в водных растворах NH₃ в присутствии 0₂: