Гидроксокупраты: комплексные соединения меди¶

Гидроксокупраты — комплексные соединения меди, содержащие гидроксид-ионы (OH⁻) в качестве лигандов во внутренней координационной сфере. Относятся к классу гидроксокомплексов переходных металлов. Наиболее характерны для меди в степени окисления +2, однако известны и соединения одновалентной меди. В твёрдом виде гидроксокупраты представляют собой кристаллические вещества, часто окрашенные в синие или зелёные тона, растворимые в воде (в отличие от гидроксида меди(II)).

¶История открытия

Изучение гидроксокупратов началось в XIX веке в рамках развития координационной химии. Систематические исследования растворов, содержащих медь и щёлочь, проводил Альфред Вернер, заложивший основы теории комплексных соединений. В 1893 году он объяснил растворение гидроксида меди(II) в избытке щёлочи образованием комплексного аниона [Cu(OH)₄]²⁻. Дальнейшие работы советских и российских химиков, в частности исследования Н. С. Курнакова и его школы, позволили уточнить состав и строение твёрдых гидроксокупратов, выделенных в индивидуальном состоянии.

¶Строение и номенклатура

В водных растворах и кристаллах гидроксокупраты(II) существуют преимущественно в виде плоскоквадратных комплексов [Cu(OH)₄]²⁻. Координационное число меди в таких соединениях равно четырём. В концентрированных щелочных растворах возможно образование более высококоординированных частиц, например [Cu(OH)₆]⁴⁻, однако их устойчивость невелика.

По номенклатуре IUPAC соединения называют, указывая катион и комплексный анион, например:

• Na₂[Cu(OH)₄] — тетрагидроксокупрат(II) натрия;
• K₂[Cu(OH)₄] — тетрагидроксокупрат(II) калия.

Для соединений меди(I) известны гидроксокомплексы вида [Cu(OH)₂]⁻, однако они малоустойчивы и склонны к диспропорционированию.

¶Физические и химические свойства

Тетрагидроксокупраты щелочных металлов — кристаллические вещества синего или фиолетово-синего цвета. Они хорошо растворимы в воде, растворы имеют сильнощелочную реакцию. При разбавлении растворов водой комплексы частично разрушаются с выделением осадка гидроксида меди(II):

[Cu(OH)₄]²⁻ ⇄ Cu(OH)₂↓ + 2OH⁻

При нагревании твёрдых гидроксокупратов они разлагаются на оксид меди(II), оксид соответствующего металла и воду. Например:

Na₂[Cu(OH)₄] → CuO + Na₂O + 2H₂O

Гидроксокупраты проявляют свойства восстановителей в меньшей степени, чем гидроксид меди(II), однако при действии сильных окислителей возможен переход меди в степень окисления +3 с образованием купратов(III), например K₃[Cu(OH)₆].

¶Получение

Основной способ получения — растворение свежеосаждённого гидроксида меди(II) в концентрированных растворах щелочей:

Cu(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Cu(OH)₄]

Реакция обратима, равновесие смещено вправо при высокой концентрации щёлочи. Также гидроксокупраты образуются при анодном растворении меди в щелочных электролитах и при взаимодействии оксида меди(II) с расплавами щелочей.

¶Применение

Гидроксокупраты находят ограниченное, но важное применение:

• Аналитическая химия — качественное обнаружение ионов меди в щелочной среде по характерному синему окрашиванию раствора.
• Электрохимия — компоненты электролитов для меднения и оксидирования алюминия; щелочные медьсодержащие ванны на основе гидроксокупратов позволяют получать плотные осадки меди.
• Синтез катализаторов — использование в качестве предшественников (прекурсоров) при получении оксидных медьсодержащих катализаторов для реакций окисления.
• Химическое осаждение — регулирование скорости выделения гидроксида меди(II) в технологических процессах.

¶Биологическая роль и токсикология

Сама по себе медь в виде гидроксокупратов в живых организмах не встречается из-за высокой щёлочности среды. Однако соединения меди(II) в целом токсичны для микроорганизмов, что используется в антисептических составах. При попадании в окружающую среду щелочных растворов, содержащих гидроксокупраты, происходит нейтрализация и осаждение малорастворимых соединений меди, что снижает их миграционную способность.

¶Литература

• Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Мир, 1966.
• Угай Я. А. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 1997.