Медь - удивительный металл красноватого цвета с уникальными химическими и физическими свойствами. О его пользе человек узнал еще в глубокой древности. Но что такое валентность меди и как она влияет на образование химических соединений этого металла? Давайте разберемся!
Строение атома меди
Медь с порядковым номером 29 располагается в ИВ группе 4 периода Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. В ядре ее атома находится 29 протонов и 35 нейтронов (массовое число 64). Атом меди имеет 4 энергетических уровня, на которых распределены 29 электронов.
На внешнем 4 энергетическом уровне находится всего 1 электрон. Этот неспаренный 4s-электрон и определяет валентность меди, равную I или II. То есть медь может отдавать 1 или 2 валентных электрона при взаимодействии с другими элементами.
Валентность и степени окисления меди
Помимо одновалентности (например, в Cu2O) атом меди чаще проявляет валентность II, образуя соединения типа CuO, Cu(OH)2, CuSO4. При определенных условиях могут реализовываться и более высокие валентности.
- CuO → CuSO4 → Cu → CuO → Cu(NO3)2
- 2Cu + O2 → 2CuO
- CuO + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
Так, при взаимодействии меди с азотной кислотой образуется нитрат меди (II) Cu(NO3)2, где степень окисления меди равна +2. А в соединениях типа K3[CuF6] формально проявляется даже четырехвалентность меди.
Однако высокие степени окисления элементов обычно реализуются лишь в комплексных соединениях, а не в простых веществах и бинарных соединениях. Поэтому для меди характерны в основном валентности I и II.
Взаимодействие меди с химическими элементами
Рассмотрим подробнее реакции меди с некоторыми важнейшими неметаллами - кислородом, серой, азотом и др.
Кислород
При температуре выше 337°C происходит окисление меди с образованием оксида меди (II) CuO:
2Cu + O2 → 2CuO
Этот черный порошок хорошо растворяется в кислотах. Например, в разбавленной азотной кислоте:
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
Сера
При нагревании медь взаимодействует с серой, образуя сульфид меди (I) Cu2S.
2Cu + S → Cu2S
При избытке серы и более высокой температуре получается сульфид меди (II) CuS. Оба этих соединения - важнейшие минералы меди в природе.
Азот
При комнатной температуре медь устойчива к действию азота. Однако оксид меди (II) CuO и гидроксид меди (II) Cu(OH)2 хорошо взаимодействуют с азотной кислотой с образованием нитрата меди (II) Cu(NO 3)2:
3Cu(OH)2 + 8HNO 3 → 3Cu(NO 3)2 + 2NO + 8H2O
Здесь валентность сульфата меди равна +2. А в нитратах медь находится в виде двухзарядного катиона Cu2+.
Галогены
Медь активно взаимодействует со всеми галогенами - фтором, хлором, бромом и иодом. Например, при 150°С образуется хлорид меди (I) CuCl:
2Cu + Cl2 → 2CuCl
При избытке хлора и более высокой температуре получается хлорид меди (II) CuCl2 - важный компонент медных руд.
Коррозия меди
Коррозия - это разрушение металлов в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Для меди наиболее опасны следующие виды коррозии:
- Электрохимическая
- Химическая
- Щелевая
- Механическая
Электрохимическая коррозия меди
Происходит при контакте меди с менее активными металлами в присутствии электролита (влаги). Например, в местах соединения медных и стальных трубопроводов образуются микрогальванические пары, ускоряющие растворение меди.
Химическая коррозия меди
Вызвана воздействием агрессивных газов (сернистый ангидрид, аммиак), паров кислот, солевых расплавов. Приводит к образованию хлоридов, сульфидов, оксидов и других соединений меди на поверхности.
Щелевая коррозия меди
Возникает в узких зазорах и трещинах, куда затруднен доступ воздуха и происходит концентрирование агрессивной среды. Часто встречается в медной арматуре и теплообменниках.
Механическая коррозия меди
Вызвана истиранием поверхности меди при трении о другие материалы. Ускоряет химические реакции за счет увеличения площади контакта с агрессивной средой.
Защита меди от коррозии
Для предотвращения коррозии используются следующие методы:
- Нанесение защитных покрытий (лакокрасочные, металлические)
- Электрохимическая защита (протекторная, катодная)
- Ингибиторы коррозии
- Поддержание оптимального температурно-влажностного режима
Правильно подобранная защита позволяет значительно продлить срок службы изделий из меди в агрессивных средах.
