高校化学 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。
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。
- 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[編集]
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（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: Cu → Cu2+ + 2e-
- 陰極: Cu2+ + 2e- → 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[編集]
銅は塩素と激しく反応して、塩化銅（Ⅱ）を生じる。
- 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: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO↑
- 濃硝酸: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2↑
- 熱濃硫酸: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + 2H2O + SO2↑
水溶液の性質[編集]
銅（Ⅱ）イオン（Cu2+）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）（Cu(OH)2）の青白色沈殿を生じる。
- Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2↓
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 [Cu(NH3)4]2+ を生じて溶け、深青色の水溶液となる。
- Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-
化合物[編集]
酸化物[編集]
水酸化銅（Ⅱ）を加熱すると、黒色の酸化銅（Ⅱ）（CuO）を生じる。
- 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）（Cu2O）となる。
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| 酸化銅（Ⅱ） | 酸化銅（Ⅰ） |
硫化物[編集]
銅（Ⅱ）イオン水溶液に硫化水素 H2S を通じると、硫化銅（Ⅱ） Cu2+ の黒色沈殿を生じる。
- Cu2+ + H2S → 2H+ + CuS↓
銅と硫酸の化合物である硫酸銅（Ⅱ）五水和物（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 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。
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銅の合金[編集]
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。
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| 黄銅（金管楽器） | 青銅（ブロンズ像） | 白銅（100円玉） |
- ※ ただし、日本の十円玉は銅を母材に亜鉛（3%ていど）とスズ（2％ていど）を含んでいるが、十円玉の材質は青銅に分類する。(※ 参考文献: 東京書籍『科学と人間生活』、平成27年11月27日 検定済み)