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銅   29Cu
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-



外觀
橘紅色帶金屬光澤

純銅
概況
名稱·符號·序數 銅(copper)·Cu·29
元素類別 過渡金屬
·週期· 11·4·d
標準原子質量 63.546(3)
電子排布

[] 3d10 4s1
2,8,18,1

銅的电子層(2,8,18,1)
物理性質
密度 (接近室温
8.96 g·cm−3
熔點時液體密度 8.92 g·cm−3
熔點 1357.77 K,1084.62 °C,1984.32 °F
沸點 2835 K,2562 °C,4643 °F
熔化熱 13.26 kJ·mol−1
汽化熱 300.4 kJ·mol−1
比熱容 24.440 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1509 1661 1850 2089 2404 2834
原子性質
氧化態 +1、+2、+3、+4
電負性 1.90(鲍林标度)
電離能

第一:745.5 kJ·mol−1
第二:1957.9 kJ·mol−1
第三:3555 kJ·mol−1

更多
原子半徑 128 pm
共價半徑 132±4 pm
范德華半徑 140 pm
雜項
晶體結構

面心立方晶格

磁序 抗磁性[1]
電阻率 (20 °C)1.7×10-8 Ω·m
熱導率 401 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)16.5 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (室溫)3810 m·s−1
楊氏模量 110-128 GPa
剪切模量 48 GPa
體積模量 140 GPa
泊松比 0.34
莫氏硬度 3.0
維氏硬度 369 MPa
布氏硬度 874 MPa
CAS號 7440-50-8
最穩定同位素

主条目:銅的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
63Cu 69.15% 穩定,带34个中子
64Cu 人造 12.700 小時 ε - 64Ni
β- - 64Zn
65Cu 30.85% 穩定,带36个中子
67Cu 人造 61.83 小時 β- - 67Zn

是化学元素化学符号Cu拉丁語Cuprum;英語:Copper),原子序数是29,是过渡金属

物理特性[编辑]

纯铜是坚韧、柔软、富有延展性的紫红色而有光泽的金属,又称为紫铜。1克的铜可以拉成3000米长的细丝,或压成10多平方米几乎透明的铜箔。纯铜的导电性导热性很高,仅次于

铜的颜色很像,但发红,水合铜离子的颜色为蓝色。

同位素[编辑]

铜有29个同位素63Cu和65Cu很稳定, 63Cu在自然存在的铜中约占69%;它们的自旋量子数都为3/2。[2]

化学性质[编辑]

铜的氧化态有0、+1、+2、+3、+4,其中+1和+2是常见氧化态。+3氧化态的有六氟合铜(III)酸钾,+4氧化态的有六氟合铜(IV)酸铯,0氧化态的Cu(CO)2可通过气相反应再用基质隔离方法检测到[3]

铜容易被卤素互卤化物腐蚀,硫化橡胶可以使铜变黑。铜在室温下不和四氧化二氮反应,但在硝基甲烷乙腈乙醚乙酸乙酯存在时,则生成硝酸铜

Cu+2N2O4→Cu(NO3)2+2NO

金属铜易溶于硝酸氧化性酸,若无氧化剂或适宜配位试剂的存在时,则不溶于非氧化性酸,如:

3Cu + 6H+ + ClO3 → 3Cu2+ + Cl + 3H2O
  • 存在硫脲时发生配位反应:
2Cu + 6S=C(NH2)2 +2 HCl → 2Cu(I)(S=C(NH2)2)3Cl + H2[4]

铜在酸性条件下能和高锝酸根离子反应,使高锝酸根离子还原为单质

7Cu + 2TcO4- + 16H+ → 2Tc + 7Cu2+ + 8H2O[5]

铜和硫化亚铁加热可以发生置换反应

2Cu + FeS → Cu2S + Fe

铜加热可以和三氧化硫反应,主要反应有两种:

4Cu + SO3 → CuS + 3CuO
Cu + SO3 → CuO + SO2

銅在乾燥空氣中安定,可保持金屬光澤。但在潮溼空氣中,表面會生成一層銅绿(碱式碳酸铜,分子式:Cu2(OH)2CO3),保護內層的銅不再被氧化。反应方程式:\rm 2Cu + O_2 + CO_2 + H_2O \longrightarrow Cu_2(OH)_2CO_3

金属铜有一定毒性,因为不易溶解,毒性比可溶性铜盐弱得多,用特定加工法加工的铜没有毒。

化合物[编辑]

铜最常见的价态是+1和+2。

铜(I)[编辑]

铜(I)又称亚铜,氯化亚铜氧化亚铜都是常见的一价铜化合物。[Cu(NH3)2]+是亚铜和氨的配离子,无色,易被氧化、

铜(II)[编辑]

铜(II)是铜最常见的价态,它可以和绝大部分常见的阴离子形成盐,如总所周知的硫酸铜,存在白色的无水物和蓝色的五水合物。碱式碳酸铜,又称铜绿,有好几种组成形式。氯化铜和硝酸铜也是重要的铜盐。

铜(II)可以形成一系列的配离子,如[Cu(H2O)4]2+蓝色、[CuCl4]2-黄绿、[Cu(NH3)4]2+深蓝等,它们的颜色也不尽相同。

歷史[编辑]

铜是古代就已经知道的金属之一。一般认为人类知道的第一种金属是金,其次就是铜。铜在自然界储量非常丰富,并且加工方便。铜是人类用于生产的第一种金属,最初人们使用的只是存在于自然界中的天然单质铜,用石斧把它砍下来,便可以锤打成多种器物。随着生产的发展,只是使用天然铜制造的生产工具就不敷应用了,生产的发展促使人们找到了从铜矿中取得铜的方法。

含铜的矿物比较多见,大多具有鲜艳而引人注目的颜色,例如:金黄色的黄铜矿CuFeS2,鲜绿色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2,深蓝色的石青2CuCO3Cu(OH)2赤銅礦Cu2O,輝銅礦Cu2S等,把这些矿石在空气中焙烧后形成氧化铜CuO,再用碳还原,就得到金属铜。反应方程式:

\rm 2CuO + C \xrightarrow{\Delta} 2Cu + CO_2 \uparrow

另外,斑銅礦也是很常見的銅礦石。

纯铜制成的器物太软,易弯曲。人们发现把掺到铜裡去,可以制成铜锡合金──青铜。青铜比纯铜坚硬,使人们制成的劳动工具和武器有了很大改进,人类进入了青铜时代,结束了人类历史上的新石器时代

應用[编辑]

銅電線
各式銅水管的管件
  • 铜的价格在120~80美元每千克(相比较银850-550美元每千克)。
  • 銅的最普遍用途在於製造電線,通常現時所用的電線都是由純銅製成,這是因為它的導電性和導熱性都僅次於銀,但卻比銀便宜得多。而且銅很容易加工,透過熔解、鑄造、壓延等工序改變形狀,便可製成汽車零件以及電子零件。這些經過加工的銅製品,統稱為「伸銅品」。

而銅可用於製造多種合金,銅的重要合金有以下幾種:

  • 黃銅
    黃銅是銅與合金,因色而得名。黃銅的機械性能和耐磨性能都很好,可用於製造精密儀器、船舶的零件、槍炮的彈殼等。黃銅敲起來聲音好聽,因此等樂器都是用黃銅制做的。
  • 航海黃銅
    銅與的合金,抗海水侵蝕,可用來製作船的零件、平衡器。
  • 青銅
    銅與的合金叫青銅,因色而得名。在古代為常用合金(如中國的青銅時代)。青銅一般具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、鑄造性和優良的機械性能。用於製造精密軸承、高壓軸承、船舶上抗海水腐蝕的機械零件以及各種板材、管材、棒材等。青銅還有一個反常的特性——“熱縮冷脹”,用來鑄造塑像,冷卻後膨脹,可以使眉目更清楚。
  • 磷青銅
    銅與錫、的合金,堅硬,可製彈簧
  • 白銅
    白銅是銅與的合金,其色澤和一樣,銀光閃閃,不易生銹。常用於製造硬幣、電器、儀錶和裝飾品。
  • 十八開金18K金或稱玫瑰金
    6/24的銅與18/24的合金。紅黃色,硬度大,可用來製作首飾、裝飾品。

銅對人體的作用[编辑]

高銅質的食物

銅的離子(銅質)對生物而言,不論是動物植物,是必需的元素。人體缺乏銅會引起貧血,毛髮異常,骨骼和動脈異常,以至腦障礙。但如過剩,會引起肝硬化、腹瀉、嘔吐、運動障礙和知覺神經障礙。

一般來說,肉、葵花籽、可可、黑椒、羊肝等等都有豐富的銅質。

正常人體內含銅100-200毫克,約50%-70%存在肌肉骨骼,20%存在肝臟,5%-10%分佈於血液。 從食物吸收的進入肝門靜脈Hepatic portal vein),在血漿中銅與白蛋白Albumin,ALB)形成鬆散的結合,運送至肝臟內儲存與供體內利用。肝中合成原血漿銅藍蛋白apoceruloplasmin),與銅牢固結合形成血漿銅藍蛋白ceruloplasmin),約佔成人血漿銅的95%,釋入血漿運送全身。

世界10大銅消費國之消費量[编辑]

單位:千公噸

國名 1977 1982 1987 1992
美國 1986.6 1664.2 1276.7 2057.8
日本 1127.1 1243.0 1276.6 1613.2
德國 894.9 847.8 970.1 994.8
前蘇聯 1290.0 1320.0 1270.0 880.0
中國 346.0 398.0 470.0 590.0
法國 326.1 419.0 399.0 481.2
義大利 326.0 342.0 420.0 470.7
比利時 295.4 277.1 291.8 372.0
南韓 53.2 131.9 259.0 343.2
英國 512.2 355.4 327.7 269.4
十大國消費量 7157.5 6998.4 7810.9 8072.3
全球消費量 9059.9 9033.1 10413.6 10714.0

世界十大銅礦產國[编辑]

位於智利Chuquicamata的露天銅礦場

年產量(千公噸)

國名 1977 1982 1987 1992
智利 1056.5 1242.2 1412.9 1940.0
美國 1346.8 1147.0 1243.6 1760.5
加拿大 780.9 612.4 794.1 764.2
尚比亞 656.2 574.5 463.2 440.0
波蘭 284.8 376.0 438.0 387.0
中國 99.8 175.0 250.0 375.0
俄羅斯 853.0 560.0 630.0 375.0
祕魯 350.1 353.8 417.6 368.1
哈薩克 - - - 350.0
澳洲 220.0 245.3 232.7 326.0
十國小計 5666.1 5286.2 5882.1 7085.8
全球總計 7716.4 7622.3 8306.3 9289.6

参考[编辑]

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds in Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  2. ^ Audi, G; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center). 2003, 729: 3. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  3. ^ Blitz, M. A.; Mitchell, S. A., Hackett, P. A. Gas-phase reactions of copper atoms: formation of copper dicarbonyl, bis(acetylene)copper, and bis(ethylene)copper. The Journal of Physical Chemistry. 1991-10-01, 95 (22): 8719–8726. doi:10.1021/j100175a055. 
  4. ^ 《无机化学丛书》.第六卷 卤素 铜分族 锌分族. 科学出版社. 1.5 铜的化学性质.P468-469
  5. ^ 《元素单质化学反应手册》P776-779