Электронное строение атома меди
Электронное строение нейтрального атома меди в основном состоянии. У атома меди наблюдается проскок (провал) одного электрона с 4s-орбитали на 3d-орбиталь.
Схема строения электронных оболочек
Распределение электронов по энергетическим уровням (или по электронным слоям) в атоме меди.
Cu
+29
2
8
18
1
Электронно-графическая схема
Распределение электронов по атомным орбиталям в атоме меди.
| 4 | ↑ | |||||||||||
| 3 | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | |||
| 2 | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ | ||||||||
| 1 | ↑↓ | |||||||||||
| s | p | d |
Валентные орбитали атома меди выделены фиолетовым цветом.
Электронная конфигурация
Полная электронная конфигурация атома меди.
29Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
Сокращённая электронная конфигурация атома меди.
29Cu [Ar] 3d10 4s1
Квантовые числа валентных электронов
Главное (n), орбитальное (l), магнитное (m) и спиновое (s) квантовые числа валентных электронов атома меди.
| Орбиталь | Квантовое число | |||
|---|---|---|---|---|
| n | l | m | s | |
| 3d | 3 | 2 | -2 | +½ |
| -½ | ||||
| 0 | +½ | |||
| -½ | ||||
| 1 | +½ | |||
| -½ | ||||
| 2 | +½ | |||
| -½ | ||||
| 3 | +½ | |||
| -½ | ||||
| 4s | 4 | 0 | 0 | +½ |
Cu (медь) — элемент с прядковым номером 29 в периодической системе.
Находится в IV периоде. Температура плавления: 1083.5 ℃. Плотность: 8.92 г/см3.
Порядок заполнения орбиталей электронами в атоме Cu является исключением из правила Клечковского.
Ожидаемая электронная формула
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9
Но в реальности происходит проскок одного электрона с орбитали 4s внешнего слоя
на орбиталь 3d пред-внешнего слоя:
Электронная формула атома меди в порядке возрастания энергий орбиталей:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10
Электронная формула атома меди в порядке следования уровней:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
Сокращенная электронная конфигурация Cu:
[Ar] 3d10 4s1
Ниже приведена электронно-графическая схема атома меди
Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме Cu
1-й уровень (K): 2
2-й уровень (L): 8
3-й уровень (M): 18
4-й уровень (N): 1
Валентные электроны меди
Количество валентных электронов в атоме меди — 11.
Ниже приведены их квантовые числа (N — главное, L — орбитальное, M — магнитное, S — спин)
| Орбиталь | N | L | M | S |
|---|---|---|---|---|
| s | 4 | 0 | 0 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | -2 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | -1 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | 0 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | 1 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | 2 | +1/2 |
| d | 3 | 2 | -2 | -1/2 |
| d | 3 | 2 | -1 | -1/2 |
| d | 3 | 2 | 0 | -1/2 |
| d | 3 | 2 | 1 | -1/2 |
| d | 3 | 2 | 2 | -1/2 |
Степени окисления, которые может проявлять медь: +1, +2, +3
поделиться знаниями или
запомнить страничку
- Все категории
-
экономические
43,662 -
гуманитарные
33,654 -
юридические
17,917 -
школьный раздел
611,985 -
разное
16,905
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Медь — химический элемент № (29). Она расположена в побочной подгруппе (I) группы, в четвёртом периоде.
В атоме меди полностью заполнен третий электронный слой, а на внешнем слое находится (1) (s)-электрон:
1s22s22p63s23p63d104s1
.
Электронно-графическая схема атома меди выглядит следующим образом.
На наружном уровне в атоме меди всего один электрон, но в образовании химических связей участвуют также электроны с предвнешнего уровня. Поэтому медь образует соединения со степенями окисления (+1) и (+2).
Нахождение в природе и получение
По содержанию в природе медь занимает (23) место среди всех элементов. Она встречается в самородном виде и в виде соединений. Важнейшие медные руды: халькозин (медный блеск)
Cu2S
, халькопирит (медный колчедан)
CuFeS2
и малахит
(CuOH)2CO3
.
|
|
|
|
|
Рис. (1). Медный блеск |
Рис. (2). Медный колчедан |
Для получения меди используют пирометаллургические, гидрометаллургические и электрометаллургические способы.
1) Сульфидные руды подвергаются обжигу, а карбонатные — термическому разложению. Образовавшиеся оксиды меди восстанавливают при высокой температуре:
CuO+H2=tCu+H2O.
2) Природные соединения обрабатываются серной кислотой, их превращают в сульфат меди((II)):
(CuOH)2CO3+2H2SO4=2CuSO4+3H2O+CO2↑.
Медь восстанавливают из полученного раствора с помощью железа или электролизом:
Fe+CuSO4=Cu↓+FeSO4;
2CuSO4+2H2O=эл.ток2Cu↓+O2↑+2H2SO4.
Физические свойства меди
Чистая медь — пластичный светло-розовый металл, который легко прокатывается в листы и вытягивается в проволоку. Медь имеет высокую электро- и теплопроводность (уступает только серебру), используется в электротехнике для изготовления проводов, кабелей и других токопроводящих изделий.
Рис. (4). Медный кабель
Медь относится к тяжёлым металлам, её плотность составляет (8,92) г/см³. Плавится медь при температуре (1083,4°C).
В ряду активности медь располагается после водорода, относится к малоактивным металлам.
В сухом воздухе медь почти не изменяется, а во влажном реагирует с кислородом, водой и углекислым газом, поэтому постепенно покрывается зелёным налётом основного карбоната:
2Cu+O2+H2O+CO2=(CuOH)2CO3.
Медь не реагирует с водородом, азотом, фосфором, углём и кремнием, но вступает в реакции с более активными неметаллами.
|
Реагенты |
Характеристика реакций |
Уравнения реакций |
|
Галогены |
Реагирует при комнатной температуре с образованием галогенидов |
Cu+Cl2=CuCl2
; Cu+Br2=CuBr2 |
|
Кислород |
При нагревании на воздухе покрывается чёрным налётом оксида((II)); при недостатке кислорода образуется оксид меди((I)) |
2Cu+O2=t2CuO
; 4Cu+O2=t2Cu2O |
|
Сера, селен |
Реагирует при нагревании; в зависимости от условий образуются сульфиды и селениды меди((I)) или ((II)) |
2Cu+S=tCu2S
; Cu+Se=tCuSe |
Медь не реагирует с водой и не вытесняет водород из кислот, но взаимодействует с азотной и серной концентрированной кислотами. Она может вытеснять из растворов солей менее активные металлы (серебро, ртуть, золото, платину).
|
Реагенты |
Характеристика реакций |
Уравнения реакций |
|
Серная концентрированная кислота |
Образуются сульфат, сернистый газ и вода | Cu+2H2SO4(к)=CuSO4+2SO2↑+2H2O |
|
Азотная кислота |
Образуются нитрат, вода и оксид азота |
3Cu+8HNO3(р)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O; Cu+4HNO3(к)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O |
|
Растворы солей |
Вытесняет из растворов солей менее активные металлы | Cu+Hg(NO3)2=Cu(NO3)2+Hg↓ |
Смотри видео «Взаимодействие меди с нитратом ртути».
Источники:
Рис. 1. Медный блеск. Общественное достояние; https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5f/Chalcocite.jpg. Дата обращения: 20.03.2023.
Рис. 2. Медный колчедан, https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/chalcopyrite-mineral-copper-pyrite-ore-1532480048. Дата обращения: 20.03.2023.
Рис. 3. Малахит. Автор: Taken by Alkivar. Общественное достояние; https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/MoreMalachite.jpg. Дата обращения: 20.03.2023.
Рис. 4. Медный кабель, https://shutterstock.com/image-photo/closeup-copper-wire-concept-industry-260nw-371689564.jpg. Дата обращения: 17.03.2023.
Медь в таблице менделеева занимает 29 место, в 4 периоде.
| Символ | Cu |
| Номер | 29 |
| Атомный вес | 63.5460000 |
| Латинское название | Cuprum |
| Русское название | Медь |
Как самостоятельно построить электронную конфигурацию? Ответ здесь
Электронная схема меди
Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10
Короткая запись:
Cu: [Ar]4s1 3d10
Такое же количество электронов как и атом меди имеют:
Ni-1, Zn+1, Ga+2, Ge+3
Порядок заполнения оболочек атома меди (Cu) электронами:
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d →
5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на
‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14
Медь имеет 29 электронов,
заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
Элемент Cu является исключением!
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
1 электрон на 4s-подуровне
10 электронов на 3d-подуровне
Степень окисления меди
Атомы меди в соединениях имеют степени окисления 4, 3, 2, 1, 0.
Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле
между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается
заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается,
то степень окисления положительная.
Ионы меди
Валентность Cu
Атомы меди в соединениях проявляют валентность IV, III, II, I.
Валентность меди характеризует способность атома Cu к образованию хмических связей.
Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании
химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Cu
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации,
для атома Cu эти числа имеют значение N = 3, L = 2, Ml = 2, Ms = -½
Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат:
Энергия ионизации
Чем ближе электрон к центру атома — тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать.
Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается Eo.
Если не указано иное, то энергия ионизации — это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии
ионизации для каждого последующего электрона.
Энергия ионизации Cu:
Eo = 746 кДж/моль
— Что такое ион читайте в статье.
Перейти к другим элементам таблицы менделеева
Где Cu в таблице менделеева?
Таблица Менделеева
Скачать таблицу менделеева в хорошем качестве