Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность меди (Cu) равна (1,90), это сравнительно высокое значение для металлов 4-го периода.
Определяющее её относительно низкую химическую активность, благородный характер и склонность к образованию ковалентных связей и комплексных соединений.
Медь — d-элемент 11-й (IБ) группы, занимающий место в 4-м периоде между цинком и никелем.
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома меди эта способность выражена значительно сильнее, чем у щелочных, щелочноземельных и большинства d-металлов своего периода.
Её валентные электроны удерживаются ядром очень прочно, поэтому медь является малоактивным металлом и не вытесняет водород из растворов обычных кислот.
Особенности электронного строения (3d104s1) влекут три основных химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для d-металлов различие между значениями в разных шкалах объясняется особенностями заполнения d-орбиталей и эффектами экранирования ядра.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Cu |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 1,90 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,30 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,75 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 1,370 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в школьных и университетских программах.
Значение для меди составляет (1,90). Оно показывает, что медь близка по электроотрицательности к некотором неметаллам (например, к сурьме и мышьяку).
Высокое значение ЭО объясняет малоактивный характер меди и её нахождение в электрохимическом ряду напряжений после водорода.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 745,5 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва 4s-электрона.
Сродство к электрону E = 118,4 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (1,30), отражающее высокую удерживающую способность ядра для d-элемента.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
Из-за относительно небольшого атомного радиуса (128 пм) и эффекта провала электрона расчетное значение составляет (1,75).
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество.
Для меди с учетом прочно удерживаемых d- и s-электронов шкала Аллена дает значение (1,370).
По шкале Аллена медь удерживает валентные электроны намного сильнее, чем щелочные и щелочноземельные металлы, что объясняет её специфические химические свойства.
Медь — элемент 11-й группы 4-го периода с атомным номером 29. Электронная конфигурация — 1s22s22p63s23p63d104s1 (или [Ar]3d104s1).
Особенностью меди является «провал» (проскок) электрона с 4s-орбитали на 3d-подуровень для формирования энергетически выгодного полностью заполненного d10-состояния.
Заряд ядра (+29) эффективно притягивает единственный внешний 4s-электрон, а слабое экранирование d-электронами приводит к сжатию атомного радиуса (около 128 пм).
В результате атому меди требуется значительная энергия для отдачи электронов, а связи с неметаллами приобретают выраженный ковалентный характер.
Сравнение с соседними элементами 4-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| K (калий) | 0,82 | [Ar] 4s1 |
| Ca (кальций) | 1,00 | [Ar] 4s2 |
| Cu (медь) | 1,90 | [Ar] 3d10 4s1 |
| Zn (цинк) | 1,65 | [Ar] 3d10 4s2 |
Из-за высокого эффективного заряда ядра медь обладает значительно большей электроотрицательностью, чем с-металлы того же периода, и даже превосходит следующий за ней цинк.
Высокое значение электроотрицательности меди определяет характер её соединений:
Характерные особенности меди:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| Cu (медь) | 1,90 | 745,5 | 128 |
| Ag (серебро) | 1,93 | 731,0 | 144 |
| Au (золото) | 2,54 | 890,1 | 144 |
В подгруппе меди (благородные металлы) при движении сверху вниз ЭО существенно возрастает, достигая максимума у золота из-за релятивистских эффектов и f-сжатия.
Значение ЭО по Полингу (1,90) определяет благородный характер и химическое поведение меди в реакциях.
Эта характеристика обуславливает ключевые состояния элемента:
Главное правило: при участии в химических реакциях медь проявляет слабые восстановительные свойства, образуя преимущественно соединения со степенями окисления +1 и +2.
В основном состоянии у атома меди на внешнем уровне находится 1 неспаренный 4s-электрон, что обеспечивает валентность I.
При распаривании и участии d-электронов медь проявляет валентность II, которая является наиболее характерной для её химических соединений в растворах.
Краткий итог: особенности 3d104s1 конфигурации определяют переменные значения валентности меди, равные I и II.
Электроотрицательность меди вытекает из строения ее электронной оболочки и явления «провала» электрона.
Электронная формула меди: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
На внешнем и предвнешнем уровнях находятся валентные электроны 3d104s1.
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (1,90) — это прямое следствие формулы 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1.
Благодаря своей электронной структуре и значению ЭО медь широко используется:
В отличие от калия и кальция:
Электроотрицательность меди (по Полингу равна 1,90):
Таким образом, медь выступает классическим примером малоактивного d-металла с относительно высокой электроотрицательностью.
Правильные ответы: 1, 3, 5.
Разбор ошибок:
2 — неверно: медь находится после водорода в электрохимическом ряду напряжений и не вытесняет его из соляной кислоты.
4 — неверно: электроотрицательность меди (1,90) значительно выше, чем у калия (0,82).
По шкале Полинга электроотрицательность меди равна 1,90.
Из-за высокой ЭО (1,90) и прочного удержания электронов ядром медь стоит после водорода в ряду активностей металлов и не может восстанавливать ионы H+.
Медь образует металлические связи в простом веществе, а с неметаллами — ковалентно-полярные и ионные связи, а также устойчивые донорно-акцепторные связи в комплексах.