19.10. Соединения меди

При взаимодействии меди с более электроотрицательными неметаллами образуются преимущественно соединения меди(II). Об этом свидетельствует, например, положительное значение теплоты реакции между хлоридом меди(I) и хлором с образованием хлорида меди(II):

CuCl (к.) + ½Cl₂ (г.) → CuCl₂ (к.) + 71 кДж·моль⁻¹

Более устойчивы соединения меди(I) с серой и иодом, в которых связи имеют слабоионный характер (электроотрицательность меди 1,9, а серы и иода 2,5).

Гидратированный ион меди(II) Cu(H₂O)₄²⁺ обладает светло-синей окраской, которая наблюдается в водных растворах солей меди(II) и в некоторых кристаллогидратах. Из солей меди наибольшее значение имеет сульфат меди, образующий синие кристаллы CuSO₄·5H₂O. Металлическая медь не настолько активна, чтобы замещать ион водорода в разбавленных кислотах (в ряду напряжений она занимает место ниже водорода; гл. 11); поэтому медь не растворяется в кислотах, если отсутствует окислитель. Однако горячая концентрированная серная кислота, сама по себе являющаяся окислителем, растворяет металлическую медь, а разбавленная серная кислота растворяет ее медленно в присутствии воздуха

Cu + 2H₂SO₄ + 3H₂O → CuSO₄·5H₂O + SO₂

или

2Cu + 2H₂SO₄ + O₂ + 8H₂O → 2CuSO₄·5H₂O

Сульфат меди, широко известный под названием медного купороса, применяют при электролитическом нанесении медных покрытий, при копировании чертежей, в производстве электрических элементов, а также в качестве исходного сырья для получения других соединений меди.

Хлорид меди(II) CuCl₂ можно получить в виде желтых кристаллов при непосредственном соединении простых веществ. Гидратированная соль CuCl₂·2H₂O имеет синевато-зеленую окраску, а ее раствор в соляной кислоте окрашен в зеленый цвет. Цвет этой соли определяется тем, что она представляет собой комплексное соединение

в котором атомы хлора непосредственно связаны с атомом меди. Зеленый раствор содержит ионы CuCl₃(H₂O)⁻ и CuCl₄²⁻. Все эти ионы имеют плоское строение, причем атом меди расположен в центре квадрата, образуемого четырьмя присоединенными к нему группами. Плоскую конфигурацию имеют также и другие комплексы меди, в частности темно-синий аммиачный комплекс Cu(NH₃)₄²⁺.

Ион одновалентной меди Cu⁺ настолько неустойчив в водных растворах, что в результате самоокисления — восстановления переходит в металлическую медь и ион меди(II)

2Cu⁺ → Cu + Cu²⁺

С кислородными кислотами медь(I) образует очень немного солей. Устойчивые соединения меди(I) являются либо нерастворимыми кристаллами, содержащими ковалентные связи, либо ковалентными комплексами.

При добавлении меди к раствору хлорида меди(II) в концентрированной соляной кислоте протекает реакция, приводящая к образованию бесцветного раствора, содержащего комплексный ион меди(I) CuCl₂⁻

CuCl₄²⁻ + Cu → 2CuCl₂⁻

Этот комплексный ион имеет две ковалентные связи и обладает следующей электронной структурой:

Существуют также другие комплексы одновалентной меди — CuCl₃²⁻ и CuCl₄³⁻.

Если такой раствор разбавить водой, то образуется бесцветный осадок хлорида меди(I) CuCl. Этот осадок также содержит ковалентные связи, причем каждый атом меди связан с четырьмя соседними атомами хлора и каждый атом хлора в свою очередь — с четырьмя соседними атомами меди; связи осуществляются при помощи внешних электронов хлорид-иона. Такое строение сильно напоминает структуру алмаза, в которой места атомов углерода поочередно занимают атомы меди и хлора (рис. 7.1).