铜的化学

铜是人类最早使用的金属之一，至今仍无处不在：输送电力的红铜色电线、旧屋顶和雕像上的绿锈（自由女神像就是铜的），以及花园和实验室里硫酸铜的蓝色。铜位于过渡行接近末尾的位置，给人的感觉与邻居略有不同——它近乎充满的 d 壳层使它不那么典型——但它仍展现出标志这一区的颜色、配合物和可变态。

铜主要生活在两种态，铜(II) 和铜(I)。铜(II)，即 d9 的“铜”离子，是水中常见的那种：熟悉的蓝色 [Cu(H2O)6]2+，当氨取代水后加深为皇家蓝的 [Cu(NH3)4]2+。作为 d9 离子，铜(II) 展现出教科书式的姜-泰勒畸变——它的八面体配合物并非完美的八面体，而是沿一个轴被拉长，因为不均匀填充的 eg 能级使对称构型不稳定，于是两条键变长、四条键变短。铜(I)，即 d10 的“亚铜”离子，是无色的（充满的 d 壳层意味着没有 d-d 颜色），而且关键的是，它在水中不稳定：它会歧化，2 Cu+ 生成 Cu2+ + Cu 金属，所以铜(I) 只有被锁在不溶盐（如 CuCl、CuI）或稳定配合物里时才能在水中存活。铜金属本身对第一行金属来说异常不活泼——它不能从酸里置换出氢——这反映了它在这一区贵金属一端附近的位置。

铜的用途仰仗它在物理和电学上的卓越：它作为电导体仅次于银，所以为世界布线；它与锡合成青铜、与锌合成黄铜；铜(II) 的化合物用作杀菌剂和颜料。在生物上铜不可或缺，它坐在传递电子和处理氧的酶里（如呼吸最后一步的细胞色素 c 氧化酶，以及蓝铜蛋白）。铜把近乎充满的 d 壳层、轻松的 Cu+/Cu2+ 切换和姜-泰勒畸变的配合物结合起来，成为第一过渡行描述化学一个恰如其分的收官。