Question:
Pourquoi Cu + est instable en milieu aqueux?
Nilay Ghosh
2015-12-28 11:12:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

C'était l'une des questions posées lors de l'examen scolaire.

Mais ce que j'attends, c'est que $ \ ce {Cu +} $ atteigne une configuration $ d ^ {10} $ en perdant un électron de la sous-couche s. Puisqu'il a complètement rempli l'orbitale d, il devrait être stable. Mais on constate qu'il est instable et a tendance à se démesurer en milieu aqueux ou avec de l'air humide pour former $ \ ce {Cu ^ 2 +} $ où $ \ ce {Cu ^ 2 +} $ a incomplètement rempli la d-orbitale ($ \ ce {d ^ 9} $ configuration). Par exemple:

$$ \ ce {Cu2O (s) + H2SO4 (aq) -> Cu (s) + CuSO4 (aq) + H2O (l)} $$

$$ \ ce {Cu2O (s) + 2H + (aq) -> Cu (s) + Cu ^ 2 + (aq) + H2O (l)} $$

Changements du nombre d'oxydation: $ \ ce {2Cu (I) -> Cu (0) + Cu (II)} $

( source)

Pourquoi est-ce ainsi?

Deux réponses:
curiousbrain
2015-12-28 21:36:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vous avez tout à fait raison en ce sens qu'il semble à première vue que $ \ ce {Cu +} $ devrait être plus stable que $ \ ce {Cu ^ 2 +} $, mais en milieu aqueux n'est pas.

La stabilité en conditions aqueuses dépend de l'énergie d'hydratation des ions lorsqu'ils se lient aux molécules d'eau (un processus exothermique). L'ion $ \ ce {Cu ^ 2 +} $ a une plus grande densité de charge que l'ion $ \ ce {Cu +} $ et forme ainsi des liaisons beaucoup plus fortes libérant plus d'énergie.

L'énergie supplémentaire nécessaire à la deuxième ionisation du cuivre est plus que compensée par l'hydratation, à tel point que l'ion $ \ ce {Cu +} $ perd un électron pour devenir $ \ ce {Cu ^ 2 +} $ qui peut alors libérer cette énergie d'hydratation. Un ion $ \ ce {Cu +} $ proche est la cible de réduction la plus facile pour l'électron enlevé, c'est pourquoi $ \ ce {Cu (s)} $ est également formé.

Par conséquent, $ \ ce {Cu ^ 2 +} $ est plus stable que $ \ ce {Cu +} $ en milieu aqueux.

curiousbrain, j'ai ajouté une phrase à votre réponse - veuillez revoir et modifier / annuler si vous ne l'aimez pas.
Merci @Brian d'avoir ajouté la pièce. Cela devrait faire partie de la réponse selon la question. Merci beaucoup! :)
Jan
2015-12-29 04:53:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bien que je sois généralement d'accord avec la réponse de curiousbrain, je ne pense pas que la densité de charge seule soit le coupable.

Au contraire, $ \ ce {Cu +} $ est un $ \ mathrm {d ^ { 10}} $ ion qui n'a donc aucune préférence réelle pour une coquille de ligand - tout comme le zinc (II). Les 10 électrons d peupleront toujours les orbitales anti-adhérentes par rapport à la liaison de coordonnées $ \ ce {M-OH2} $, les affaiblissant et créant une sphère ligand très labile.

Au contraire, $ \ ce {Cu ^ 2 +} $ a une sphère ligand octaédrique fortement déformée Jahn-Teller plutôt bien définie. Alors que les $ \ mathrm {d} _ {xy} $, $ \ mathrm {d} _ {xz} $, $ \ mathrm {d} _ {yz} $ et $ \ mathrm {d} _ {z ^ 2 } $ les orbitales sont anti-adhérentes [1] et entièrement peuplées, l'orbitale $ \ mathrm {d} _ {x ^ 2 - y ^ 2} $ très fortement anti-adhérente n'est peuplée que d'un seul électron, renforçant les interactions cuivre-eau et rendant la sphère du ligand moins labile. Cela peut bien être une raison pour laquelle le déplacement d'un électron est favorable dans les milieux aqueux.


Notes:

[1]: Si on examine le schéma orbital d'un complexe octaédrique typique, inclut en outre les interactions π entre les ligands et le métal, et enfin considère également la distorsion de Jahn-Teller, il devient évident que toutes les orbitales centrées sur le métal sont anti-adhérentes à un dans une certaine mesure. Cependant, $ \ mathrm {d} _ {x ^ 2-y ^ 2} $ est beaucoup plus anti-liant que toutes les autres orbitales d.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
Loading...