19.8. Електронні структури та ступені окиснення Купруму, Аргентуму й Ауруму

Три метали — мідь, срібло і золото — становлять групу 1б періодичної таблиці елементів. Усі ці метали утворюють сполуки зі ступенем окиснення +1, як і лужні метали, проте за властивостями вони дуже мало схожі на лужні метали. Останні дуже м'які й легкі, а в хімічному відношенні вельми активні, тоді як метали групи міді мають значно більшу твердість і густину, а в хімічному відношенні настільки інертні, що трапляються в природі у вільному стані, і їх легко можна одержати відновленням зі сполук іноді навіть простим нагріванням.

Електронні структури Купруму, Аргентуму й Ауруму, а також Цинку, Галію та споріднених з ними елементів наведено в табл. 19.4.

Таблиця 19.4. Електронні структури Купруму, Цинку, Галію та споріднених з ними елементів

З таблиці видно, що Купрум має один зовнішній електрон на 4s-орбіталі N-оболонки, Цинк має два зовнішні електрони на 4s-орбіталі, а Галій має три зовнішні електрони — два на 4s-орбіталі й один на 4p-орбіталі. Споріднені з ними елементи також мають один, два або три електрони на зовнішній оболонці. Оболонка, що передує зовнішній, у всіх випадках містить 18 електронів: для Купруму, Цинку й Галію це M-оболонка, для Аргентуму, Кадмію та Індію — N-оболонка, для Ауруму, Меркурію й Талію — O-оболонка. Ці оболонки називають вісімнадцятиелектронними оболонками.

Електрони, що містяться у зовнішній оболонці, утримуються слабко і легко можуть бути вилучені. Іони, які утворюються внаслідок такого вилучення електронів (Cu⁺, Zn²⁺, Ga³⁺ тощо), мають зовнішню оболонку з вісімнадцяти електронів і називаються іонами з вісімнадцятиелектронною оболонкою. Якщо ці елементи втрачають свої зовнішні електрони, утворюючи іони з вісімнадцятиелектронною оболонкою, або діляться зовнішніми електронами з іншими атомами, то ступінь окиснення для Купруму, Аргентуму й Ауруму буде +1, для Цинку, Кадмію та Меркурію +2, для Галію, Індію й Талію +3.

Для всіх цих елементів перелічені ступені окиснення дуже важливі; проте є й інші ступені окиснення. Іон Купруму Cu⁺ нестійкий, і сполуки Купруму(I), за винятком дуже погано розчинних, легко окиснюються. Іон Купруму(II) Cu²⁺ [гідратований до Cu(H₂O)₄²⁺] входить до складу багатьох солей Купруму, а сполуки Cu(II) — найважливіші сполуки Купруму. Атом Купруму в іоні Cu²⁺ позбавлений двох електронів і має в M-оболонці лише сімнадцять електронів. Фактично 3d- і 4s-електрони утримуються атомом Купруму приблизно з однаковою силою. Неважко помітити, що електронна структура, наведена в табл. 19.4 для Купруму, дещо відрізняється від структури, яка відповідає діаграмі енергетичних рівнів, наведеній на рис. 5.6, тим, що на цій діаграмі Купрум має два 4s-електрони і лише дев'ять 3d-електронів.

Однозарядний позитивний іон Аргентуму Ag⁺ стійкий і утворює багато солей. Водночас одержано вкрай мало сполук, що містять іони Аргентуму з двома або трьома позитивними зарядами. Такі сполуки — дуже сильні окисники. Стійкий ступінь окиснення +1, який виявляє Аргентум, відповідає електронній структурі цього елемента, наведеній у табл. 19.4. Ag⁺ — іон з вісімнадцятиелектронною оболонкою.

Іон Ауруму(I) Au⁺ та іон Ауруму(III) Au³⁺ нестійкі у водних розчинах. Стійкі сполуки Ауруму(I) та Ауруму(III) містять ковалентні зв'язки, як у комплексних іонах AuCl₂⁻ і AuCl₄⁻.

Хімія Цинку та Кадмію досить проста, оскільки ці елементи утворюють лише такі сполуки, в яких вони мають ступінь окиснення +2. Цей стан окиснення цілком відповідає електронним структурам, наведеним у табл. 19.4. Він відповідає втраті або усуспільненню двох зовнішніх електронів. Іони Zn²⁺ і Cd²⁺ мають вісімнадцятиелектронну оболонку.

Меркурій також утворює сполуки, в яких він має ступінь окиснення +2. Іон Меркурію Hg²⁺ — іон з вісімнадцятиелектронною оболонкою. Поряд із цим Меркурій утворює низку сполук [сполуки Меркурію(I)], в яких він має ступінь окиснення +1. Електронну структуру таких сполук розглянуто в підрозд. 19.18.