Валентность меди (Cu)

 Теория:

Валентность меди (Cu) — это способность образовывать в соединениях определенное количество химических связей.

То есть количество связей, которые может образовать атом меди.

Поэтому: медь чаще всего имеет валентность равную 2 (II) и 1 (I), которые являются наиболее стабильными, а также 0, 3 (III) и 4 (IV).

Медь относится к переходным металлам, которые находятся в 11-й группе периодической таблицы (в старой форме таблицы – в I группе, подгруппе В).

Причина переменной валентности: как и у других переходных металлов: наличие незавершенных d-подуровней электронов (не полностью заполненных d-орбиталей).

Эти электроны могут участвовать в образовании химических связей, что приводит к нескольким возможным степеням окисления.

Как определить валентность меди

Определить валентность меди (и, что более точно для переходных металлов, её степень окисления) можно, зная состав соединения и используя общие правила:

Основные принципы:

✅ Сумма степеней окисления в нейтральном соединении равна нулю.

✅ Сумма степеней окисления в ионе равна заряду этого иона.

✅ Известные степени окисления некоторых элементов:

Кислород (O) почти всегда имеет степень окисления −2 (кроме пероксидов, фторидов).

Водород (H) почти всегда имеет степень окисления +1 (кроме гидридов металлов).

Щелочные металлы (группа 1: Na, K, Li и др.) всегда имеют степень окисления +1.

Щелочноземельные металлы (группа 2: Mg, Ca, Ba и др.) всегда имеют степень окисления +2.

Галогены (F, Cl, Br, I) в соединениях с металлами и водородом обычно имеют степень окисления −1.

Простые вещества (например, Cu, O₂, Cl₂) имеют степень окисления 0.

✅ Как определить валентность/степень окисления меди на примерах:

Медь, как переходный металл, может проявлять разные степени окисления, чаще всего +1 и +2.

Пример: Оксид меди (II) — CuO

Мы знаем, что степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений равна −2.

Соединение CuO нейтральное, значит, сумма степеней окисления всех атомов должна быть 0.

Пусть степень окисления меди (Cu) будет x.

Тогда: x + (−2) = 0

Отсюда x = +2.

Вывод: Валентность меди в CuO равна II (степень окисления +2).

Почему валентность меди 1 и 2

Валентность меди (и, что более точно, её степени окисления) +1 и +2 объясняется особенностями её электронного строения как переходного металла.

➡️ Электронная конфигурация меди (Cu):

Атомный номер меди – 29. Её электронная конфигурация не совсем соответствует простому правилу заполнения подуровней (правилу Клечковского).

У меди наблюдается так называемый «провал» или «проскок» электрона: один электрон с 4s-подуровня переходит на 3d-подуровень, чтобы сделать его полностью заполненным и, таким образом, более стабильным.

Ожидаемая конфигурация: [Ar]3d⁹4s²

Фактическая конфигурация: [Ar]3d¹⁰4s¹

➡️ Валентность/степень окисления +1:

Эта степень окисления образуется, когда атом меди отдает свой единственный электрон с внешнего 4s-подуровня.

В результате атом меди превращается в ион Cu+, имеющий электронную конфигурацию [Ar]3d10.

Эта конфигурация с полностью заполненным d-подуровнем является очень стабильной. Это объясняет существование соединений меди(I).

➡️ Валентность/степень окисления +2:

Это наиболее распространенная и стабильная степень окисления меди.

Она образуется, когда атом меди отдает не только один 4s-электрон, но и один электрон с предвнешнего 3d-подуровня.

В результате образуется ион Cu²⁺, имеющий электронную конфигурацию [Ar]3d⁹. Хотя d-подуровень теперь не полностью заполнен (имеет 9 электронов), эта степень окисления очень стабильна в водных растворах.

✅ Почему Cu (II) часто стабильнее, чем Cu (I), несмотря на «неполный» d-подуровень?

Энергия гидратации: В водной среде ионы Cu²⁺ гораздо сильнее гидратируются (окружаются молекулами воды) по сравнению с ионами Cu⁺.

Выделяющаяся при гидратации энергия компенсирует энергию, затраченную на удаление второго электрона, стабилизируя ион Cu²⁺.

Это одна из ключевых причин преобладания Cu²⁺ в растворах.

Образование более прочных связей: Двухвалентный ион Cu²⁺ может образовывать более прочные связи с анионами и лигандами, что приводит к образованию более стабильных соединений.

 Пример решения, задача:

Дано: соединение сульфид меди (I) — Cu₂S.

Найти: определите валентность (и соответствующую степень окисления) меди.

Решение:

Чтобы определить валентность меди в Cu₂S, мы используем общее правило электронейтральности соединения: сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю.

Определим известную степень окисления:

В сульфидах сера (S) обычно проявляет степень окисления −2.

Составим уравнение:

Пусть степень окисления одного атома меди (Cu) будет x.

В молекуле Cu₂S содержится два атома меди и один атом серы.

Сумма степеней окисления: (2 ⋅ степень окисления Cu)+(1⋅степень окисления S)=0

Подставляем известные значения:

(2 ⋅ x) + (1 ⋅ (−2)) = 0

Решим уравнение:

2x − 2 = 0

2x = 2

x = +1

Сформулируем ответ:

Степень окисления меди в соединении Cu₂S равна +1.

Соответственно, валентность меди в этом соединении равна I.

Ответ: Валентность меди в Cu₂S равна I (один).

 Часто задаваемые вопросы