銅的化學

銅是人類最早使用的金屬之一，至今仍無處不在：輸送電力的紅銅色電線、舊屋頂和雕像上的綠鏽（自由女神像就是銅的），以及花園和實驗室裡硫酸銅的藍色。銅位於過渡行接近末尾的位置，給人的感覺與鄰居略有不同——它近乎充滿的 d 殼層使它不那麼典型——但它仍展現出標誌這一區的顏色、配合物和可變態。

銅主要生活在兩種態，銅(II) 和銅(I)。銅(II)，即 d9 的「銅」離子，是水中常見的那種：熟悉的藍色 [Cu(H2O)6]2+，當氨取代水後加深為皇家藍的 [Cu(NH3)4]2+。作為 d9 離子，銅(II) 展現出教科書式的薑-泰勒畸變——它的八面體配合物並非完美的八面體，而是沿一個軸被拉長，因為不均勻填充的 eg 能級使對稱構型不穩定，於是兩條鍵變長、四條鍵變短。銅(I)，即 d10 的「亞銅」離子，是無色的（充滿的 d 殼層意味著沒有 d-d 顏色），而且關鍵的是，它在水中不穩定：它會歧化，2 Cu+ 生成 Cu2+ + Cu 金屬，所以銅(I) 只有被鎖在不溶鹽（如 CuCl、CuI）或穩定配合物裡時才能在水中存活。銅金屬本身對第一行金屬來說異常不活潑——它不能從酸裡置換出氫——這反映了它在這一區貴金屬一端附近的位置。

銅的用途仰仗它在物理和電學上的卓越：它作為電導體僅次於銀，所以為世界佈線；它與錫合成青銅、與鋅合成黃銅；銅(II) 的化合物用作殺菌劑和顏料。在生物上銅不可或缺，它坐在傳遞電子和處理氧的酶裡（如呼吸最後一步的細胞色素 c 氧化酶，以及藍銅蛋白）。銅把近乎充滿的 d 殼層、輕鬆的 Cu+/Cu2+ 切換和薑-泰勒畸變的配合物結合起來，成為第一過渡行描述化學一個恰如其分的收官。