Élément chimique · fiche de référence

29Cu

Cuivre

Le cuivre est l’élément 29 (Cu), situé en période 4, groupe 11 et dans le bloc d. À température ambiante, son état de référence est solide. Sa configuration électronique est [Ar] 3d10 4s1.

Numéro atomique29

Poids atomique standard63,546(3)

Groupe11

Période4

Blocd

Configuration électronique[Ar] 3d10 4s1

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

La sous-couche d intervient directement dans la chimie du cuivre. Les électrons d et s ont souvent des énergies proches, ce qui favorise plusieurs états d’oxydation, la formation de complexes et, pour de nombreux métaux de transition, des propriétés catalytiques.

La configuration [Ar] 3d10 4s1 doit être lue avec l’état d’oxydation du composé : retirer des électrons modifie l’occupation des orbitales d et peut changer couleur, magnétisme, géométrie de liaison et réactivité.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

Pour le cuivre, les formes chimiques importantes comprennent le métal et ses alliages, ainsi que des oxydes, des halogénures et des complexes de coordination. Plusieurs états d’oxydation sont souvent possibles car les électrons s et d ont des énergies proches ; les ligands autour de l’ion métallique peuvent modifier fortement couleur, magnétisme et réactivité.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est solide. La masse volumique indiquée est 8,96 g/cm³. Le point de fusion est 1 358 K (1 085 °C). Le point d’ébullition est 2 835 K (2 562 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

Le cuivre est un excellent conducteur de l’électricité et de la chaleur, ce qui explique son emploi massif dans les câbles, moteurs, transformateurs et circuits. Il est aussi utilisé dans la plomberie et dans des alliages comme le bronze et le laiton ; le cuivre est par ailleurs un oligoélément essentiel.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

câblage électrique

Le cuivre est employé comme conducteur électrique grâce à une forte conductivité associée à de bonnes propriétés de mise en forme.

plomberie

Le cuivre est utilisé dans des tuyaux, raccords ou matériaux de plomberie résistants à la corrosion.

électronique

Le cuivre entre dans des composants ou matériaux électroniques pour leurs propriétés de conduction, de semi-conduction, d’optique ou de stabilité chimique.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

Le cuivre est en période 4 et dans le groupe 11. Dans le voisinage affiché, il se trouve entre le nickel et le zinc sur la même période ; l’argent est juste au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationmétal de transition

État à température ambiantesolide

Électrons par couche2 · 8 · 18 · 1

Masse volumique8,96 g/cm³

Point de fusion1 358 K (1 085 °C)

Point d’ébullition2 835 K (2 562 °C)

Électronégativité de Pauling1,9

Première énergie d’ionisation745,5 kJ/mol

Affinité électronique119,2 kJ/mol

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

Les premiers usages du cuivre sont associés au Moyen-Orient. Il ne s’agit pas d’une découverte moderne unique : usage ancien, identification chimique et définition ultérieure par le numéro atomique correspondent à des étapes différentes.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est 63.546(3). Cette valeur décrit la composition isotopique de la matière terrestre naturelle ; ce n’est pas la masse d’un atome particulier.

Le cuivre possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Les risques associés au cuivre dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. Le cuivre élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.