Медь. 
Неорганическая химия

Медь Си — мягкий, очень пластичный металл с характерным красноватым блеском, обладает исключительно высокими электрической проводимостью и теплопроводностью и склонна к образованию сплавов.

Особенностью изолированного атома меди является электронная конфигурация с полностью заполненным З^-подуровнем и одним электроном на 45-орбитали [Аг]3б/¹⁰4л^л. Эта особенность объясняет специфику уже отмеченных физических, а также химических свойств этого металла. Так, у меди кроме основной и наиболее устойчивой степени окисления +2 в довольно многочисленных соединениях проявляется менее устойчивая степень окисления +1.

Медь химически малоактивна. При комнатной температуре в сухом воздухе медь практически не окисляется, но в присутствии влаги она взаимодействует с С0₂ атмосферы и покрывается зеленой пленкой патины, представляющей собой гидроксид-карбонат меди (И). Медь очень легко взаимодействует с галогенами. При нагревании она реагирует с кислородом и серой, но не реагирует с водородом, азотом, углеродом и кремнием.

Стандартный электродный потенциал для полуреакции.

равен +0,339 В, поэтому медь не реагирует с хлороводородной и разбавленной серной кислотами в отсутствие кислорода воздуха. Она легко окисляется разбавленной и концентрированной азотной и концентрированной серной кислотами с образованием солей Си²⁺. Их восстановление позволяет получать соли Си⁺. Соединения Си⁺ легко окисляются или диспропорционируют на металлическую медь и соединения Си²'.

Соединения меди{II). В водных растворах наиболее устойчивая степень окисления меди равна +2. Для катиона Си²⁺, имеющего электронную конфигурацию d⁹, характерно образование многочисленных и прочных в водных растворах комплексных соединений прежде всего с Nи О-донорными лигандами, в том числе с поликарбоновыми и аминокислотами. Прочность координационных сфер Си²' соизмерима с прочностью координационных сфер Ni²⁺ или превышает ее (см. табл. 23.8).

Электронная конфигурация 3d⁹ вызывает сильные искажения обычной для переходных металлов октаэдрической структуры координационных сфер. В водных растворах солей Си²⁺существует голубой аквакатион [Си (Н₂0)₆]²⁺. Геометрически он представляет собой искаженный октаэдр (см. рис. 23.2, в), в котором две молекулы воды, находящиеся одна напротив другой на одной из осей октаэдра, больше удалены от катиона Си²⁺, чем остальные четыре, а их связи с катионом слабее. Учитывая это, состав аквакатиона иногда описывают формулой [ Си (Н₂0)₄1. Форму искаженных октаэдров имеют также устойчивые в водных растворах синие комплексные катионы с N-донорными лигандами: диакватетраамминмеди (П) [Си (ЫНз)₄(Н₂0)₂]²⁴ и диаквабис (этилендиамин)меди (П) [Си (еп)₂(Н₂0)₂]²⁺. Они отличаются от аквакатиона [Си (Н₂0)₆|²⁺ более интенсивным синим цветом.

Со многими анионами Си²⁺ образует растворимые в воде соли. Однако при помощи обменных реакций в водных растворах не удается получить соли с теми анионами, которые окисляются Си²". Например, при смешении растворов, со;

держащих аквакатиоиы меди (Н) и иодид-ионы, не образуется иодид меди (П), а происходит окислительно-восстановительная реакция, в результате которой выделяется нерастворимый в воде иодид меди (1):

Из солей меди (Н) наибольшее применение находит имеющий голубой цвет пентагидрат сульфата меди (П) CuS0₄— • 5Н₂0, известный под тривиальным названием медный купорос. Координационное число Си²⁺ в медном купоросе равно 6, а координационная сфера имеет форму искаженного октаэдра, в вершинах которого находятся шесть атомов кислорода: из них четыре принадлежат молекулам воды, а два — сульфатионам:

Медный купорос используют для протравливания семян и выделки кож, как пестицид и антисептическое и вяжущее лекарственное средство. Безводный сульфат меди (П) CuS0₄ белого цвета. Он гигроскопичен, поглощая воду, действует как осушитель.

Для Сдг⁺ характерно образование малорастворимых основных солей, многие из которых встречаются в природе в виде минералов, например, минерал малахит — это гидроксид-карбонат меди (П) СиСОзСи (ОН)₂. Малорастворимые в воде зеленый гидроксид-сульфат меди (II) CuS0₄-3Cu (0H)₂ и синезеленый гидроксид-хлорид меди (Н) СиС1₂-ЗСн (0Н)₂Н₂0 используют в качестве фунгицидов под традиционными названиями бордоская жидкость и хлорокись меди.

При добавлении к растворам солей Си²⁺ сильных оснований образуется голубой аморфный осадок гидроксида меди (Н) Си (ОН)₂. Гидроксид меди (II) — амфотерное основание. Он взаимодействует с растворами кислот с образованием соответствующих солей и с растворами сильных оснований с образованием неустойчивых синих тетрагидроксокупратов:

Си (ОН)₂ растворяется также в растворах аммиака с образованием комплексных катионов диакватетраамминмеди (Н). При нагревании Си (ОН)₂ разлагается:

Оксид меди (II) — черное кристаллическое вещество, проявляющее в небольшой степени амфотерные свойства.

Соединения меди{I). Соли Си⁺ — бесцветные, практически нерастворимые в воде и легко окисляющиеся вещества. В присутствии воды устойчивы хлорид CuCl, бромид CuBr, иодид Cul и цианид CuCN меди (1). Соединения меди (1) легко диспропорционируют, например, светло-серый сульфат меди (1), который можно получить в безводной среде, в воде мгновенно разлагается:

В водных растворах устойчивы некоторые комплексные соединения катиона Си⁺, который может иметь редкое координационное число 2, например в дицианокупрат (1)-ионе [Cu (CN)₂]h в дихлорокупрат (1)-ионе [СиС1₂]".

Гидроксид меди (1) не получен. Оксид меди (1) Си₂0 — нерастворимое в воде кристаллическое вещество красно-коричневого цвета. Его используют в качестве фунгицида.

Медь в природе. Медь — один из наиболее подвижных тяжелых металлов в процессах выветривания горных пород. Однако ее подвижность существенно снижается в почвах, где катионы Си²⁺ осаждаются сульфид-, карбонати гидроксидионами, а также гуминовыми кислотами. Малая подвижность меди в почвах — причина накопления ее в поверхностном слое почв. Растения поглощают медь из почвенных растворов, где она присутствует главным образом в виде органических хелатов. В растении медь менее подвижна, чем другие химические элементы. Большая ее часть остается в виде комплексных соединений в клеточных стенках корней и лишь очень малая доля достигает молодых органов растений.

В растениях медь активирует ряд ферментов, имеющих жизненно важные функции, она играет значительную роль в фотосинтезе, дыхании, перераспределении углеводов, восстановлении и фиксации азота, способствует улучшению белкового обмена, влияет на проницаемость сосудов ксилемы для воды, контролирует образование ДНК и РНК, оказывает влияние на механизмы, определяющие устойчивость к заболеваниям. Недостаток меди (содержание менее 2 мг/кг) негативно сказывается на продуктивности сельскохозяйственных растений, поэтому для его предотвращения применяют медные удобрения. Чаще всего в этом качестве применяют медный купорос. Его используют для некорневых подкормок и обработки семян. Для внесения в почву его добавляют в небольших количествах к хлориду калия (медно-калийные удобрения), аммофосу (медный аммофос) и двойному суперфосфату (медный двойной суперфосфат). Вблизи от предприятий по производству серной кислоты и бумаги используют также содержащие медь отходы — ниритные огарки.

В результате хозяйственной деятельности человека (работа предприятий цветной металлургии, использование медьсодержащих веществ: удобрений, растворов для опрыскивания, сточных вод) может происходить загрязнение почв соединениями меди. Ее содержание в верхнем слое почвы в этом случае существенно превышает пороговое значение в 100 мг/кг, при котором медь становится токсичной для растений.

В организмах животных и человека медь активирует несколько ферментов, катализирующих разнообразные окислительно-восстановительные реакции. Медь в степенях окисления +2 и +1 прочно связывает сульфгидрильную группу в глутатионе и содержащих серу белках. Си²⁺ может окислять незащищенную сульфгидрильную группу до дисульфидной, восстанавливаясь до Си⁺, поэтому организм должен связать Си²⁺ прежде, чем состоится окисление сульфгидрильной группы. Около 95% меди в плазме крови находится в составе белка церулоплазмина, имеющего интенсивную синюю окраску, что свидетельствует о наличии в нем Си²⁺. Тем не менее на их долю приходится только примерно половина всех атомов меди, содержащихся в церулоплазмине. Недостаток меди в организмах животных и человека может быть причиной серьезных заболеваний.

Содержащие медь белки — гемоцианины — служат переносчиками кислорода в гемолимфе некоторых членистоногих и моллюсков. Содержание меди в них составляет около.

0,2%. Гемоцианины, в которых присутствует Си⁺, бесцветны, при наличии в них Си²⁺ они приобретают голубую окраску. Одна молекула кислорода в гемоцианине связывается двумя атомами меди. В отличие от гемоглобина гемоцианины — негемовые белки.

При достаточно высоких концентрациях соединения меди высокотоксичны для беспозвоночных животных и умеренно ядовиты для млекопитающих и человека.