Proprietățile chimice ale majorității elementelor se bazează pe capacitatea lor de a se dizolva în apă și acizi. Studiul caracteristicilor cuprului este asociat cu o activitate scăzută în condiții normale. O caracteristică a proceselor sale chimice este formarea de compuși cu amoniac, mercur, acizi azotic și sulfuric. Solubilitatea scăzută a cuprului în apă nu este capabilă să provoace procese de coroziune. Are proprietăți chimice speciale care permit utilizarea compusului în diverse industrii.
Descrierea articolului
Cupru este considerat cel mai vechi dintre metalele pe care oamenii au învățat să le extragă chiar înainte de epoca noastră. Această substanță este obținută din surse naturale sub formă de minereu. Cuprul este numit un element al tabelului chimic cu numele latin cuprum, al cărui număr de serie este 29. În sistemul periodic, este situat în a patra perioadă și aparține primului grup.
Substanța naturală este un metal greu roz-roșu cu o structură moale și maleabilă. Punctul său de fierbere și de topire estepeste 1000 °C. Considerat un bun dirijor.
Structură chimică și proprietăți
Dacă studiezi formula electronică a unui atom de cupru, vei descoperi că are 4 niveluri. Există un singur electron în orbitalul de valență 4s. În timpul reacțiilor chimice, de la un atom pot fi separate de la 1 la 3 particule încărcate negativ, apoi se obțin compuși de cupru cu o stare de oxidare de +3, +2, +1. Derivatele sale divalente sunt cele mai stabile.
În reacțiile chimice, acționează ca un metal inactiv. În condiții normale, solubilitatea cuprului în apă este absentă. În aer uscat nu se observă coroziune, dar atunci când este încălzită, suprafața metalului este acoperită cu un strat negru de oxid divalent. Stabilitatea chimică a cuprului se manifestă sub acțiunea gazelor anhidre, a carbonului, a unui număr de compuși organici, a rășinilor fenolice și a alcoolilor. Se caracterizează prin reacții complexe de formare cu eliberare de compuși colorați. Cuprul are o ușoară asemănare cu metalele grupului alcalin, asociată cu formarea derivaților din seria monovalentă.
Ce este solubilitatea?
Acesta este procesul de formare a sistemelor omogene sub formă de soluții în interacțiunea unui compus cu alte substanțe. Componentele lor sunt molecule individuale, atomi, ioni și alte particule. Gradul de solubilitate este determinat de concentrația substanței care a fost dizolvată la obținerea unei soluții saturate.
Unitatea de măsură este cel mai adesea procente, fracții de volum sau greutate. Solubilitatea cuprului în apă, ca și alți compuși solizi, este supusă doar modificărilor condițiilor de temperatură. Această dependență este exprimată folosind curbe. Dacă indicatorul este foarte mic, atunci substanța este considerată insolubilă.
Solubilitatea cuprului în apă
Metalul prezintă rezistență la coroziune sub acțiunea apei de mare. Aceasta dovedește inerția sa în condiții normale. Solubilitatea cuprului în apă (apă dulce) nu este practic observată. Dar într-un mediu umed și sub acțiunea dioxidului de carbon, pe suprafața metalului se formează o peliculă verde, care este principalul carbonat:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Dacă luăm în considerare compușii săi monovalenți sub formă de sare, atunci se observă o ușoară dizolvare a acestora. Astfel de substanțe sunt supuse unei oxidări rapide. Ca rezultat, se obțin compuși divalenți de cupru. Aceste săruri au o solubilitate bună în medii apoase. Are loc disocierea lor completă în ioni.
Solubilitate în acizi
Condițiile normale pentru reacțiile cuprului cu acizii slabi sau diluați nu favorizează interacțiunea acestora. Procesul chimic al metalului cu alcalii nu este observat. Solubilitatea cuprului în acizi este posibilă dacă sunt agenți oxidanți puternici. Numai în acest caz are loc interacțiunea.
Solubilitatea cuprului în acid azotic
O astfel de reacție este posibilă datorită faptului că metalul este oxidat cu un reactiv puternic. Acid azotic diluat și concentratforma prezintă proprietăți oxidante la dizolvarea cuprului.
În prima variantă, în timpul reacției, se obțin nitrat de cupru și oxid bivalent de azot într-un raport de 75% la 25%. Procesul cu acid azotic diluat poate fi descris prin următoarea ecuație:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NU3)2 + NU + NU + 4H2O.
În al doilea caz, se obțin azotat de cupru și oxizi de azot bivalent și tetravalent, al căror raport este de 1 la 1. Acest proces implică 1 mol de metal și 3 moli de acid azotic concentrat. Când cuprul este dizolvat, soluția este puternic încălzită, rezultând descompunerea termică a oxidantului și eliberarea unui volum suplimentar de oxizi nitrici:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NU 2 + NU2 + 2H2O.
Reacția este utilizată în producția la scară mică asociată cu prelucrarea deșeurilor sau îndepărtarea acoperirilor din deșeuri. Cu toate acestea, această metodă de dizolvare a cuprului are o serie de dezavantaje asociate cu eliberarea unei cantități mari de oxizi de azot. Pentru a le captura sau neutraliza, este necesar un echipament special. Aceste procese sunt foarte costisitoare.
Dizolvarea cuprului este considerată completă atunci când are loc o încetare completă a producției de oxizi de azot volatili. Temperatura de reacție variază de la 60 la 70 °C. Următorul pas este scurgerea soluției din reactorul chimic. În partea de jos sunt mici bucăți de metal care nu au reacționat. La lichidul rezultat se adaugă apă șifiltrare.
Solubilitate în acid sulfuric
În starea normală, o astfel de reacție nu are loc. Factorul care determină dizolvarea cuprului în acid sulfuric este concentrația puternică a acestuia. Un mediu diluat nu poate oxida metalul. Dizolvarea cuprului în acid sulfuric concentrat are loc cu eliberarea de sulfat.
Procesul este exprimat prin următoarea ecuație:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Proprietățile sulfatului de cupru
Sarea dibazică se mai numește și sulfat, notat astfel: CuSO4. Este o substanță fără miros caracteristic, care nu prezintă volatilitate. În forma sa anhidră, sarea este incoloră, opaca și foarte higroscopică. Cuprul (sulfatul) are o solubilitate bună. Moleculele de apă, alăturându-se cu sare, pot forma compuși de hidrat de cristal. Un exemplu este sulfatul de cupru, care este un pentahidrat albastru. Formula sa este: CuSO4 5H2O.
Hdrații de cristal au o structură albăstruie transparentă, prezintă un gust amar, metalic. Moleculele lor sunt capabile să piardă apa legată în timp. În natură, ele apar sub formă de minerale, care includ calcantită și butită.
Afectat de sulfatul de cupru. Solubilitatea este o reacție exotermă. În procesul de hidratare a sării, o cantitate semnificativă decăldură.
Solubilitatea cuprului în fier
Ca urmare a acestui proces, se formează pseudoaliaje de Fe și Cu. Pentru fierul metalic și cupru, solubilitatea reciprocă limitată este posibilă. Valorile sale maxime sunt observate la un indice de temperatură de 1099,85 °C. Gradul de solubilitate a cuprului în formă solidă a fierului este de 8,5%. Aceștia sunt indicatori mici. Dizolvarea fierului metalic sub formă solidă de cupru este de aproximativ 4,2%.
Reducerea temperaturii la valorile camerei face ca procesele reciproce să fie nesemnificative. Când cuprul metalic este topit, este capabil să umezească bine fierul în formă solidă. La obtinerea pseudoaliajelor de Fe si Cu se folosesc piese speciale de prelucrat. Sunt create prin presare sau praf de fier de copt, care este sub formă pură sau aliată. Astfel de semifabricate sunt impregnate cu cupru lichid, formând pseudoaliaje.
Dizolvare în amoniac
Procesul continuă adesea prin trecerea NH3 în formă gazoasă peste metalul fierbinte. Rezultatul este dizolvarea cuprului în amoniac, eliberarea de Cu3N. Acest compus se numește nitrură monovalentă.
Sărurile sale sunt expuse la soluție de amoniac. Adăugarea unui astfel de reactiv la clorura de cupru duce la precipitare sub formă de hidroxid:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Excesul de amoniac contribuie la formarea unui compus de tip complex cu o culoare albastru închis:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Acest proces este utilizat pentru determinarea ionilor cuproși.
Solubilitatea în fontă
În structura fierului perlitic ductil, pe lângă componentele principale, există un element suplimentar sub formă de cupru obișnuit. Ea este cea care crește grafitizarea atomilor de carbon, contribuie la creșterea fluidității, rezistenței și durității aliajelor. Metalul are un efect pozitiv asupra nivelului de perlit din produsul final. Solubilitatea cuprului în fontă este utilizată pentru a realiza alierea compoziției inițiale. Scopul principal al acestui proces este obținerea unui aliaj maleabil. Va avea proprietăți mecanice și de coroziune îmbunătățite, dar fragilitate redusă.
Dacă conținutul de cupru din fontă este de aproximativ 1%, atunci rezistența la tracțiune este egală cu 40%, iar randamentul crește la 50%. Acest lucru modifică semnificativ caracteristicile aliajului. O creștere a cantității de metal de aliere la 2% duce la o schimbare a rezistenței la o valoare de 65%, iar indicele de randament devine 70%. Cu un conținut mai mare de cupru în compoziția fontei, grafitul nodular este mai dificil de format. Introducerea unui element de aliere în structură nu schimbă tehnologia de formare a unui aliaj dur și moale. Timpul alocat pentru recoacere coincide cu durata unei astfel de reacții în producția de fontă fără impurități de cupru. Este aproximativ 10 ore.
Utilizarea cuprului pentru a produce mariconcentrația de siliciu nu este capabilă să elimine complet așa-numita ferruginizare a amestecului în timpul recoacerii. Rezultatul este un produs cu elasticitate scăzută.
Solubilitatea în mercur
Când mercurul este amestecat cu metale ale altor elemente, se obțin amalgame. Acest proces poate avea loc la temperatura camerei, deoarece în astfel de condiții Pb este un lichid. Solubilitatea cuprului în mercur trece numai în timpul încălzirii. Metalul trebuie mai întâi zdrobit. La umezirea cuprului solid cu mercur lichid, o substanță se întrepătrunde pe alta sau difuzează. Valoarea solubilității este exprimată ca procent și este 7,410-3. Reacția produce un amalgam solid simplu, asemănător cimentului. Daca o incalzesti putin, se va inmuia. Ca urmare, acest amestec este folosit pentru repararea articolelor din porțelan. Există și amalgame complexe cu un conținut optim de metal. De exemplu, elementele de argint, staniu, cupru și zinc sunt prezente într-un aliaj dentar. Numărul lor în procente se referă la 65:27:6:2. Amalgamul cu această compoziție se numește argint. Fiecare componentă a aliajului îndeplinește o funcție specifică, care vă permite să obțineți o umplutură de în altă calitate.
Un alt exemplu este aliajul de amalgam, care are un conținut ridicat de cupru. Se mai numește și aliaj de cupru. Compoziția amalgamului conține de la 10 la 30% Cu. Conținutul ridicat de cupru previne interacțiunea staniului cu mercurul, ceea ce previne formarea unei faze foarte slabe și corozive a aliajului. Cu exceptiaÎn plus, o scădere a cantității de argint din umplutură duce la o reducere a prețului. Pentru prepararea amalgamului, este de dorit să se utilizeze o atmosferă inertă sau un lichid protector care formează o peliculă. Metalele care alcătuiesc aliajul sunt capabile să se oxideze rapid cu aer. Procesul de încălzire a amalgamului de cupru în prezența hidrogenului duce la distilarea mercurului, care permite separarea cuprului elementar. După cum puteți vedea, acest subiect este ușor de învățat. Acum știi cum cuprul interacționează nu numai cu apa, ci și cu acizii și alte elemente.
