Строение атома меди: электронная формула

Медь - один из древнейших металлов, освоенных человечеством. Благодаря уникальной электронной структуре, атом меди обладает ценными физико-химическими свойствами, что определяет ее широкое применение в разных областях. Давайте разберемся, что представляет собой этот атом, как устроено его ядро и электронные слои. Эти знания помогут глубже понять химические процессы с участием меди и научиться эффективно использовать этот металл.

1. Общая информация о меди

Медь была одним из первых металлов, которые человек научился добывать и обрабатывать. Первые медные орудия появились в 4 тысячелетии до н.э. Эпоха широкого распространения медных изделий получила название Медного века.

Медь (купрум, свое название получила в честь острова Кипр, где было открытое крупное медное месторождение) является одним из первых металлов, который освоил человек - Медный век (эпоха, когда в обиходе человека преобладали медные орудия) охватывает период IV—III тысячелетия до н. э.

Основные физические свойства меди:

• Цвет - розовато-красный блестящий металл
• Плотность - 8,9 г/см3
• Температура плавления - 1083°С
• Теплопроводность - 401 Вт/(м·К)
• Электропроводность - 59,6·106 См/м

Благодаря этим свойствам медь широко применяется в промышленности, электротехнике, строительстве. Из меди изготавливают провода, трубы, листы для обшивки крыш, судовые винты, теплообменники и многое другое.

Интересные факты о меди:

1. Статуя Свободы обшита 80 тоннами медных листов
2. Медные монеты убивают микробы, поэтому долго остаются чистыми
3. В древние времена за медную посуду можно было купить раба

2. Положение меди в периодической системе

Строение атома меди имеет свои особенности, так как этот элемент относится к переходным металлам. Рассмотрим положение меди в периодической системе подробнее.

В периодической таблице химических элементов медь находится под номером 29, в 1 группе, 4 периоде. Рядом с медью располагаются такие элементы как никель, цинк, галлий. Все они обладают схожими химическими свойствами.

Переходные металлы, к которым относится медь, заполняют d-электроны на предпоследней электронной оболочке. Это определяет их положение в периодической системе и строение атома меди.

3. Состав и строение атомного ядра меди

Строение атома меди начинается с его ядра, которое состоит из протонов и нейтронов.

В ядре атома меди находится 29 протонов, что соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе. Протоны имеют положительный заряд, поэтому суммарный заряд ядра атома меди равен +29.

Число протонов в ядре равно числу электронов в атоме - так достигается его электро-нейтральность. У меди 29 электронов.

Нейтроны не имеют заряда. Они обеспечивают стабильность ядра атома. В ядре меди содержится 35 нейтронов.

Таким образом, массовое число ядра меди, или суммарное количество нуклонов (протонов и нейтронов) равно 64 (29 + 35).

4. Электронная структура атома меди

Рассмотрим подробнее электронную структуру атома меди. В атоме меди 29 электронов распределены по четырем энергетическим уровням:

1. 1s2
2. 2s2 2p6
3. 3s2 3p6 3d10
4. 4s1

На первом уровне в s-подуровне находится 2 электрона. Второй уровень содержит 2 s-электрона и 6 p-электронов. Третий уровень почти полностью заполнен - здесь 10 электронов. И последний, четвертый уровень имеет 1 неспаренный электрон.

В целом электронная формула атома меди выглядит так: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹

5. Валентные электроны меди

Валентными называются электроны атома, которые участвуют в образовании химических связей. У меди это электронные 4s1 и 3d10 уровни.

Хотя электрон d-уровня считается валентным, он практически не участвует в химических реакциях. В основном это одинокий 4s1 электрон.

6. Ионы меди

Атом меди может отдать свой единственный 4s1 валентный электрон, образуя положительно заряженный ион Cu⁺. В неятром меди также может присоединиться лишний электрон, тогда получится отрицательно заряженный ион Cu^-.

Ионы меди играют важную роль в окислительно-восстановительных реакциях с участием меди и ее соединений.

7. Восстановительные свойства меди

Восстановитель - это вещество, которое отдает электроны. Медь проявляет восстановительные свойства, так как ее атом легко отдает свои валентные электроны.

Важно определить строение атома меди 64 29, чтобы понимать как именно медь участвует в окислительно-восстановительных реакциях, отдавая электрон и превращаясь в положительно заряженный ион Cu⁺.

8. Комплексные соединения меди

Помимо простых соединений, есть комплексные соединения. В их состав наряду с атомами меди входят атомы или группы атомов других элементов, связанные с центральным атомом меди.

Образование комплексных соединений обусловлено наличием у меди свободных валентных орбиталей, способных принимать дополнительные лиганды. Электронная структура атома меди благоприятствует этому.

9. Соединения меди в природе

В природе медь чаще всего встречается в виде сульфидных соединений: халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, борнит Cu5FeS4 и др. Эти минералы являются важными медными рудами.

Кроме того, в земной коре присутствуют такие минералы меди как куприт Cu2O, малахит Cu2(OH)2CO3, азурит Cu3(OH)2(CO3)2 и другие.

10. Биологическая роль меди

Медь присутствует во многих ферментах живых организмов, участвуя в окислительно-восстановительных реакциях. Например, в состав цитохромоксидазы входит атом меди.

Медь необходима для нормального кроветворения, работы нервной системы, обмена веществ. При недостатке меди в организме возникают серьезные нарушения.

Таким образом, медь - жизненно важный для человека биометалл, что тоже обусловлено особенностями строения ее атома.

11. Применение меди в промышленности

Уникальные физические и химические свойства меди, обусловленные электронным строением ее атома, определяют широкое применение этого металла в различных отраслях промышленности.

• Электротехника и электроника - медные провода, кабели, электрические цепи;
• Машиностроение - подшипники, втулки, теплообменники из медных сплавов;
• Химическая промышленность - производство неорганических и органических соединений меди;
• Пищевая промышленность - медная посуда и оборудование;

12. Медь в искусстве и архитектуре

Наряду с техническими областями, соединения меди используются и в художественном творчестве.

Яркие краски на основе солей и оксидов меди - малахитовая зелень, азуритовая синь - применяются в живописи, оформлении интерьеров, художественном ремесле.

Скульптуры и архитектурные элементы из бронзы украшают здания и памятники во многих городах мира.

13. Медь и охрана окружающей среды

Добыча, переработка и использование меди может наносить экологический ущерб, если не соблюдать определенные меры защиты.

Сточные воды горнодобывающих и металлургических предприятий содержат соединения тяжелых металлов, в том числе меди. Их очистка - важная экологическая задача.

14. Перспективы применения меди

В будущем ожидается дальнейшее расширение использования меди в технике благодаря таким качествам как электро- и теплопроводность, пластичность, коррозионная стойкость.

Кроме этого, открываются новые возможности применения биологических эффектов соединений меди в медицине, сельском хозяйстве, других областях.