一:铜族元素的基本性质
铜族元素包括铜、银、金三种元素,它们元素的基本性质见下表。
性
质
|
铜
|
银
|
金
|
元
素 符 号
|
Cu
|
Ag
|
Au
|
原
子 序
|
29
|
47
|
79
|
原
子 量
|
63.546
|
107.868
|
196.9665
|
价电子构型
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3d104s1
|
4d105s1
|
5d106s1
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常见氧化态
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+Ⅰ,+Ⅱ
|
+Ⅰ
|
+Ⅰ,+Ⅲ
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(金属)原子半径/pm
|
127.8
|
144.4
|
144.2
|
M+离子半径/pm
|
96
|
126
|
137
|
M2+离子半径/pm
|
72
|
89
|
85(M3+)
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第一电离势/(kJ.mol-1)
|
750
|
735
|
895
|
第二电离势/(kJ.mol-1)
|
1970
|
2083
|
1987
|
M+(g)水合热/(kJ.mol-1)
|
-582
|
-485
|
-644
|
M2+(g)水合热/(kJ.mol-1)
|
-2121
|
--
|
--
|
升华热/(kJ.mol-1)
|
340
|
285
|
约385
|
电
负 性
|
1.9
|
1.93
|
2.54
|
二:铜族元素的通性
铜族元素的价电子构型为(n-1)d10ns1。从最外电子层来看,它们和碱金属一样,都只有一个s电子。但是次外层的电子数不相同,铜族元素次外层为18个电子,碱金属次外层为8个电子(锂只有2个电子)。由于18电子层结构对核的屏蔽效应比8电子结构小得多,使铜族元素的有效核电荷较大,对最外层s电子的吸引力比碱金属的强,因此,与同周期的碱金属相比,铜族元素的原子半径较小,第一电离势较高;单质的熔点、沸点、固体密度及硬度等均比碱金属高,所以铜族元素的金属活泼性远小于碱金属。
铜族元素的氧化态有+Ⅰ、+Ⅱ、+Ⅲ三种,而碱金属的氧化态只有+Ⅰ一种。这是由于铜族元素最外层的ns电子和次外层的(n-1)d电子的能量相差不大的缘故。与其它元素反应时,不仅s电子能参加反应,(n-1)d电子在一定条件下还可以失去一个到二个,所以呈现变价。
铜族元素性质变化的规律和所有副族元素一样,从上到下即按Cu、Ag、Au的顺序金属活泼性递减,与碱金属从Na到Cs的顺序(金属活泼性增高)恰相反。这是什么原因呢?在铜族元素中,从Cu→Au,原子半径增加不大,而核电荷却有明显增加,次外层18电子的屏蔽效应又较小亦即有效核电荷对价电子的吸引力增大,因而金属活泼性依次减弱。另一方面用玻恩-哈伯循环计算M(s)→M+(aq)过程的能量变化:
能
量 变 化
|
铜
|
银
|
金
|
升华热/(kJ.mol-1)
|
340
|
285
|
约385
|
电离势/(kJ.mol-1)
|
750
|
735
|
895
|
水合热/(kJ.mol-1)
|
-582
|
-485
|
-644
|
总能量/(kJ.mol-1)
|
508
|
531
|
636
|
可见从固体金属形成一价水合阳离子所需的能量随Cu-Au的顺序越来越大,所以从Cu-Au性质越来越不活泼。
由于具有18电子层构型的离子,有很强的极化力和明显的变形性,所以本族元素容易形成共价化合物;另一方面本族元素离子的d、s、p轨道能量相差不大,能级较低的空轨道较多,所以形成配合物的倾向也很显著。
三:铜族元素电势图
铜族元素的标准电势图如下:

一:物理性质
铜、银、金的重要物理性质见下表。
单
质
性
质 |
铜
|
银
|
金
|
晶
型
|
面心立方
|
面心立方
|
面心立方
|
颜
色
|
赤红色
|
银白色光泽
|
黄色光泽
|
密度/g.cm-3
|
8.96
|
10.50
|
18.88
|
导电性(Hg=1)
|
56.9
|
59
|
39.6
|
导热性(Hg=1)
|
51.3
|
57.2
|
39.2
|
硬
度
|
2.5-3
|
2.5-4
|
2.5-3
|
熔
点/K
|
1356.4
|
1234.93
|
1337.43
|
沸
点/K
|
2840
|
2485
|
3353
|
铜族单质具有密度较大,熔沸点较高,导电、导热性和延展性良好等共同特性。如银的导电性和导热性在所有金属中占第一位,铜占第二位。Au的展性是所有金属中最好的,而延性也排第二位。
铜族金属之间以及和其它金属之间,都很容易形成合金。
二:化学性质
铜族元素的化学活性远较碱金属低,并按Cu、Ag、Au的顺序递减,这主要表现在与空气中氧的反应及与酸的反应上。
1.
与氧的反应
铜在常温下不与干燥空气中的氧化合,加热时能产生黑色的氧化铜。银、金在加热时也不与空气中的氧化合。在潮湿的空气中放久后,铜表面会慢慢生成一层铜绿Cu(OH)2.CuCO3。
2.
与卤素的反应
铜族元素都能和卤素反应,但反应程度按Cu-Ag-Au的顺序逐渐下降。铜在常温下就能与卤素反应,银反应很慢,金则须在加热时才同干燥的卤素起反应。
3.
与酸的反应
在电位序中,铜族元素都在氢以后,所以不能置换稀酸中的氢。但当有空气存在时,铜可缓慢溶于这些稀酸中。铜在加热下能与浓盐酸反应,铜易被HNO3、热浓硫酸等氧化性酸氧化而溶解。
银与酸的反应与铜相似,但更困难一些。而金只能溶于王水中。
铜、银、金在强碱中均很稳定。

碱金属和铜族元素性质简要对比如下:
元
素 |
铜族元素
|
碱金属元素
|
物理性质
|
金属性较强,具有较高的熔点、沸点和升华热,良好的延展性。导电性和导热性最好,密度也较大等。
|
金属键较弱。熔点、沸点较低,硬度、密度也较小。
|
化学活泼性和性质变化规律
|
是不活泼的重金属。同族内活泼性随原子序数增大而减少。
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是极活泼的轻金属。同族内金属活泼性随原子序数增大而增加。
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氧化态
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有+Ⅰ、+Ⅱ、+Ⅲ三种
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总是呈+Ⅰ氧化态
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化合物的键型和还原性等
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化合物有较明显的共价性,化合物主要是有颜色的,金属离子易被还原。
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化合物大多是离子型。正离子一般是无色的,极难被还原。
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离子形成配合物的能力
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有很强的生成配合物的倾向
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仅能同极强的配位剂生成配合物。因此以碱金属离子做中心原子的配合物极少。
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氢氧化物的碱性和稳定性
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氢氧化物碱性较弱,易脱水形成氧化物
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氢氧化物是强碱,对热非常稳定。
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