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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

銅的電子層(2,8,18,1)
物理性質
密度 (接近室溫
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(鮑林標度)
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

主條目: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,帶34個中子
64Cu 人造 12.700 小時 ε - 64Ni
β- - 64Zn
65Cu 30.85% 穩定,帶36個中子
67Cu 人造 61.83 小時 β- - 67Zn

是化學元素化學符號Cu拉丁語Cuprum;英語copper),原子序數是29,是過渡金屬

物理特性[編輯]

純銅是堅韌、柔軟、富有延展性的紫紅色而有光澤的金屬,又稱為紫銅。1克的銅可以拉成3000米長的細絲,或壓成10多平方米幾乎透明的銅箔。純銅的導電性導熱性很高,僅次於

銅的顏色很像,但發紅,水合銅離子的顏色為藍色。

同位素[編輯]

銅有29個同位素63Cu和65Cu很穩定, 63Cu在自然存在的銅中約佔69%;它們的自旋量子數都為3/2。[2]

化學性質[編輯]

銅的氧化態有0、+1、+2、+3、+4,其中+1和+2是常見氧化態。+3氧化態的有六氟合銅(III)酸鉀,+4氧化態的有六氟合銅(IV)酸銫,0氧化態的Cu(CO)2可通過氣相反應再用基質隔離方法檢測到[3]

銅容易被鹵素互鹵化物腐蝕,硫化橡膠可以使銅變黑。銅在室溫下不和四氧化二氮反應,但在硝基甲烷乙腈乙醚乙酸乙酯存在時,則生成硝酸銅

Cu+2N2O4→Cu(NO3)2+2NO

金屬銅易溶於硝酸氧化性酸,若無氧化劑或適宜配位試劑的存在時,則不溶於非氧化性酸,如:

3Cu + 6H+ + ClO3 → 3Cu2+ + Cl + 3H2O
  • 存在硫脲時發生配位反應:
2Cu + 6S=C(NH2)2 +2 HCl → 2Cu(I)(S=C(NH2)2)3Cl + H2[4]

銅在酸性條件下能和高鎝酸根離子反應,使高鎝酸根離子還原為單質

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

銅和硫化亞鐵加熱可以發生置換反應

2Cu + FeS → Cu2S + Fe

銅加熱可以和三氧化硫反應,主要反應有兩種:

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,表面會生成一層銅綠(鹼式碳酸銅,分子式:Cu2(OH)2CO3),保護內層的銅不再被氧化。反應方程式:\rm 2Cu + O_2 + CO_2 + H_2O \longrightarrow Cu_2(OH)_2CO_3

金屬銅有一定毒性,因為不易溶解,毒性比可溶性銅鹽弱得多,用特定加工法加工的銅沒有毒。

歷史[編輯]

銅是古代就已經知道的金屬之一。一般認為人類知道的第一種金屬是金,其次就是銅。銅在自然界儲量非常豐富,並且加工方便。銅是人類用於生產的第一種金屬,最初人們使用的只是存在於自然界中的天然單質銅,用石斧把它砍下來,便可以錘打成多種器物。隨著生產的發展,只是使用天然銅製造的生產工具就不敷應用了,生產的發展促使人們找到了從銅礦中取得銅的方法。

含銅的礦物比較多見,大多具有鮮艷而引人注目的顏色,例如:金黃色的黃銅礦CuFeS2,鮮綠色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2,深藍色的石青2CuCO3Cu(OH)2赤銅礦Cu2O,輝銅礦Cu2S等,把這些礦石在空氣中焙燒後形成氧化銅CuO,再用碳還原,就得到金屬銅。反應方程式:

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

另外,斑銅礦也是很常見的銅礦石。

純銅製成的器物太軟,易彎曲。人們發現把摻到銅裡去,可以製成銅錫合金──青銅。青銅比純銅堅硬,使人們製成的勞動工具和武器有了很大改進,人類進入了青銅時代,結束了人類歷史上的新石器時代

應用[編輯]

銅電線
各式銅水管的管件
  • 銅的價格在120~80美元每千克(相比較銀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製做的。
  • 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[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

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

參考[編輯]

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds in Lide, D. R.., 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. ^ 《無機化學叢書》.第六卷 鹵素 銅分族 鋅分族. 科學出版社. 1.5 銅的化學性質.P468-469
  5. ^ 《元素單質化學反應手冊》P776-779