銅、銀、金依次是紫紅色、銀白色和黃色的金屬。它們的重要物理性質(zhì)見表20-3。
表20-3 銅、銀、金的物理性質(zhì)
單質(zhì) 性質(zhì) |
銅 | 銀 | 金 |
密度/g·cm-3 | 8.96 | 10.50 | 18.88 |
導(dǎo)電性(Hg=1) | 56.9 | 59 | 39.6 |
導(dǎo)熱性(Hg=1) | 51.3 | 57.2 | 39.2 |
硬度 | 2.5~3 | 2.5~4 | 2.5~3 |
熔點/K | 1356.4 | 1234.93 | 1337.43 |
沸點/K | 2840 | 2485 | 3353 |
銅族單質(zhì)具有密度較大,熔沸點較高,優(yōu)良的導(dǎo)電、傳熱性等共同特性,它們的延展性很好。特別是金,1克金能抽成長達(dá)3公里的金絲,或壓成厚約0.0001毫米的金箔。銅的導(dǎo)電性很好,導(dǎo)電性能僅次銀,居金屬中的第二位。在電氣工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用,但是極微量的雜質(zhì),特別是As和Sb的存在會大大降低銅的導(dǎo)電性。因此制造電線,必須用高純度的電解銅。銀的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性在金屬中占第一位,銅銀的導(dǎo)電性強,與其能帶的寬窄有關(guān)。ⅠB族金屬d能帶內(nèi)能級多,電子多,電子較易發(fā)生躍遷。但由于它比較貴,所以它的用途受到限制,銀主要用來制造器皿、飾物、貨幣等。金是貴金屬,常用于電鍍、鑲牙和飾物。金還是國際通用貨幣,一個國家的黃金儲量可在一定程度上衡量一個國家的經(jīng)濟力量。銅、銀和金又稱為“貨幣金屬”(Currency metals),這是因為古今中外都用它們作為金屬貨幣的主要成分。
銅族金屬之間以及和其它金屬之間,都很容易形成合金,其中銅合金種類很多,如青銅(80%Cu,15%Sn,5%Zn)質(zhì)堅韌、易鑄(青銅作為合金其熔點較純銅為低,但硬度卻提高很多)。黃銅(60%Cu、40%Zn)廣泛作儀器零件。白銅(50~70%Cu,18~20%Ni,13~15%Zn)主要用作刀具等。
銅是人類歷史上最早使用的金屬。我國是最早使用銅器的國家之一,并且是青銅、黃銅和白銅等合金的首創(chuàng)者。1959年在河南偃師二里頭商初的宮殿,遺址發(fā)現(xiàn)煉銅的坩堝片和青銅器(含銅92%,錫7%),由此證明夏末商初(距今約3600年)已進(jìn)入青銅時代。在公元前二世紀(jì)(漢代)發(fā)明了黃銅和白銅,直到十八世紀(jì)才傳入歐洲,我國勞動人民在很早以前就在銅的冶煉、鑄造和合金的制造上獲得了輝煌的成就。
銅和Fe、Mn、Mo、B、Zn、Co等元素都可用作微量元素肥料。因少量的上述元素是植物正常生命活動所不可缺少的。微量元素可以提高酶的活動力,促進(jìn)糖、淀粉、蛋白質(zhì)、核酸、維生素和酶的合成。有利于植物的成長。
銅族元素的化學(xué)活性遠(yuǎn)較堿金屬低,并按Cu、Ag、Au的順序遞減,這主要表現(xiàn)在與空氣中氧的反應(yīng)及與酸的反應(yīng)上。
銅在常溫下不與干燥空氣中的氧化合,加熱時能產(chǎn)生黑色的氧化銅。銀、金在加熱時也不與空氣中的氧化合。在潮溫的空氣中放久后,銅表面會慢慢生成一層銅綠。
2Cu+O2+H2O+CO2=Cu(OH)2·CuCO3
銀、金則不發(fā)生這個反應(yīng)??諝庵腥绾蠬2S氣體跟銀接觸后,銀的表面上就能生成一層Ag2S的黑色薄膜,而使銀失去銀白色的光澤。
銅族元素都能和鹵素反應(yīng),但反應(yīng)程度按Cu—Ag—Au的順序逐漸下降。銅在常溫下就能與鹵素反應(yīng),銀反應(yīng)很慢,金則須在加熱時才同干燥的鹵素起反應(yīng)。
在電位序中,銅族元素都在氫以后,所以不能置換稀酸中的氫。但當(dāng)有空氣存在時,銅可緩慢溶解于這些稀酸中:
2Cu+4HCl+O2=2CuCl2+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O
濃鹽酸在加熱時也能與銅反應(yīng),這是因為Cl-和Cu+形成了較穩(wěn)定的配離子[CuCl4]3-,使Cu ?Cu++e-的平衡向右移動:
2Cu+8HCl(濃)=(加熱)2H3[CuCl4]+H2↑
銅易為HNO3、熱濃硫酸等氧化性酸氧化而溶解:
Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(?。?Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+2H2SO4(濃)=(加熱)CuSO4+SO2↑+2H2O
銀與酸的反應(yīng)與銅相似,但更困難一些:
2Ag+2H2SO4(濃)=(加熱)Ag2SO4+SO2↑+2H2O
而金只能溶解在王水中:
Au+4HCl+HNO3=HAuCl4+NO↑+2H2O
銅、銀、金在強堿中均很穩(wěn)定。