高校化学 銅

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銅

銅（Cu）は赤色の金属光沢をもつ金属である。展性・延性に富み、電気伝導性・熱伝導性が大きいことから、電線、調理器具、装飾品等、幅広く用いられている。

緑青に覆われた自由の女神

銅は空気中で風雨にさらされると緑青（ろくしょう）と呼ばれる青緑色のさびを生じる。たとえば名古屋城の屋根や、アメリカの自由の女神などは緑色をしているが、これは緑青によるものである。

${\ce {2Cu + CO2 + H2O + O2 -> CuCO3*Cu(OH)2}}$

（※ 範囲外？ ）緑青について、第二次大戦前のかつては、緑青は毒性が強いと考えられていた。しかし、戦後、動物実験などによる検証の結果、緑青に毒性はほとんど無いことが分かった。

製法

銅の鉱産資源は、化合してない単体が産出することもあるが、ほとんどは黄銅鉱（${\ce {CuFeS2}}$）などの鉱石として産出する。 銅の鉱石を加熱してニッケルや金などの不純物を含む粗銅（そどう）を作り、これを電解精錬することにより純度の高い銅が得られる。電気精錬では、硫酸銅（Ⅱ）水溶液を電解液として、陽極には粗銅板を、陰極は純銅版として電気分解をすると、陽極の粗銅が溶解して銅（Ⅱ）イオンを生じ、陰極には銅が析出する。

陽極: ${\ce {Cu->{Cu^{2+}}+2e-}}$

陰極: ${\ce {{Cu^{2+}}+2{e^{-}}->Cu}}$

陽極の下には溶液に解けなかった不純物がたまる。これを陽極泥といい、金や銀などを回収することができる。

化学的な性質

銅は塩素と激しく反応して、塩化銅（Ⅱ）を生じる。

${\ce {Cu + Cl2 -> CuCl2}}$

銅はイオン化傾向が小さく、希硫酸や塩酸には溶けない。しかし、硝酸や熱濃硫酸（濃硫酸に加え加熱したもの）といった酸化力の強い酸には溶けて、銅（Ⅱ）イオンを生じる。

希硝酸: ${\ce {3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO ^}}$

濃硝酸: ${\ce {Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 ^}}$

熱濃硫酸: ${\ce {Cu + 2H2SO4 -> CuSO4 + 2H2O + SO2 ^}}$

水溶液の性質

銅（Ⅱ）イオン水溶液

銅（Ⅱ）イオン（${\ce {Cu^{2+}}}$）水溶液は青色をしている。これに水酸化ナトリウム水溶液、またはアンモニア水を少量加えると、水酸化銅（Ⅱ）（${\ce {Cu(OH)2}}$）の青白色沈殿を生じる。

${\ce {{Cu^{2+}}+2OH^{-}->Cu(OH)2v}}$

これに、さらにアンモニア水を過剰に加えると、テトラアンミン銅（Ⅱ）イオン ${\ce {[Cu(NH3)4]^{2+}}}$ を生じて溶け、深青色の水溶液となる。

${\ce {Cu(OH)2+4NH3->{[Cu(NH3)4]^{2+}}+2OH-}}$

化合物

酸化物

水酸化銅（Ⅱ）を加熱すると、黒色の酸化銅（Ⅱ）（${\ce {CuO}}$）を生じる。

${\ce {Cu(OH)2 -> CuO + H2O}}$

酸化銅（Ⅱ）は黒色であるが、高温で加熱すると赤色の酸化銅（Ⅰ）（${\ce {Cu2O}}$）となる。

酸化銅（Ⅱ）	酸化銅（Ⅰ）

硫化物

銅（Ⅱ）イオン水溶液に硫化水素 ${\ce {H2S}}$ を通じると、硫化銅（Ⅱ） ${\ce {CuS}}$ の黒色沈殿を生じる。

${\ce {{Cu^{2}+}+H2S->2H++CuSv}}$

硫酸銅（Ⅱ）五水和物

銅と硫酸の化合物である硫酸銅（Ⅱ）五水和物（${\ce {CuSO4*5H2O}}$）は青色の結晶である。水に溶かすと青色の水溶液となる。これを加熱すると白色の硫酸銅（Ⅱ）無水物 ${\ce {CuSO4}}$ の粉末となるが、水を加えると再び青色となる。この反応は水の検出に用いられる。

水の検出

銅の合金

銅は、さまざまな合金の原料である。

黄銅（おうどう、ブラス）とは、銅と亜鉛との合金である。

青銅（せいどう、ブロンズ）とは、銅とスズとの合金である。

白銅（はくどう）とは、銅とニッケルとの合金である。

洋銀とは、銅と亜鉛とニッケルの合金である。

黄銅（金管楽器）	青銅（ブロンズ像）	白銅（100円玉）

十円硬貨は銅に、亜鉛3%と錫2％を含む青銅である。

五円硬貨は黄銅である。五円硬貨の質量は 3.75 g であり、これは一匁(もんめ)に等しい。

五百円硬貨には洋銀が使われている。