Solubilitatea cuprului în apă și acizi

Proprietățile chimice ale majorității elementelor se bazează pe capacitatea lor de a se dizolva în medii și acizi apoși. Studiul caracteristicilor cuprului este asociat cu o activitate scăzută în condiții normale. O caracteristică deosebită a proceselor sale chimice este formarea compușilor cu amoniac, mercur, azot și acizi sulfurici.

Descriere articol

Cuprul este considerat cel mai vechi metal pe care oamenii au învățat să îl extragă înainte de epoca noastră. Această substanță este obținută din surse naturale sub formă de minereu. Cuprul se numește un element al tabelului chimic cu numele latin cuprum, numărul ordinal al căruia este 29. În sistemul periodic se află în a patra perioadă și aparține primului grup.

Substanța naturală este un metal greu roșu roz, cu o structură moale și forjată. Temperatura de fierbere și de topire este mai mare de 1000 ° С. Este considerat un bun dirijor.

Structura și proprietățile chimice

Dacă studiați formula electronică a unui atom de cupru, puteți găsi că are 4 nivele. Numai un electron este localizat pe varianta orbitală 4s. În timpul reacțiilor chimice de la un atom, pot fi scindate de la 1 la 3 particule încărcate negativ, apoi se obțin compuși de cupru cu o stare de oxidare de +3, +2, +1. Derivații bivalenți au cea mai mare stabilitate.

În reacțiile chimice, acționează ca un metal slab activ. În condiții normale, cuprul nu este solubil în apă. În aer uscat nu se observă coroziune, dar când este încălzit, suprafața metalică este acoperită cu un strat de oxid bivalent. Rezistența chimică a cuprului se manifestă prin acțiunea numărului gazelor de carbon anhidru de compuși organici, rășini fenolice și alcooli. Se caracterizează prin reacții de complexare cu eliberarea compușilor colorați. Cuprul are o ușoară similitudine cu metalele din grupul alcalin, asociate cu formarea derivaților seriei monovalente.

Care 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 în prepararea unei soluții saturate.

Unitatea de măsură este cel mai adesea procente, fracții volumetrice sau greutate. Solubilitatea cuprului în apă, precum și a altor compuși de tip solid, este supusă numai modificărilor condițiilor de temperatură. Această dependență este exprimată folosind curbe. Dacă indicatorul este foarte mic, atunci substanța este considerată insolubilă.

Solubilitatea cuprului într-un mediu apos

Metalul prezintă rezistență la coroziune sub influența apei de mare. Acest lucru dovedește inerția sa în condiții obișnuite. Solubilitatea cuprului în apă (proaspătă) nu este practic observată. Dar într-un mediu umed și sub influența dioxidului de carbon pe suprafața metalică, se formează un film verde, care este principalul carbonat:

Cu + Cu + O₂ + H₂O + CO₂ → Cu (OH)₂ middot- Čuĉo₂.

Dacă luăm în considerare compușii monovalenți sub formă de sare, atunci se constată dizolvarea lor nesemnificativă. Astfel de substanțe sunt susceptibile la o oxidare rapidă. Ca rezultat, compușii de cupru sunt divalenți. Aceste săruri au o solubilitate bună într-un mediu apos. Disocierea lor completă în ioni are loc.

Solubilitate în acizi

Condițiile uzuale pentru reacția cuprului cu acizi slabi sau diluați nu favorizează interacțiunea lor. Nu sa observat chimic metal cu alcalii. Solubilitatea cuprului în acizi este posibilă dacă sunt oxidanți puternici. Numai în acest caz există interacțiune.

Solubilitatea cuprului în acid azotic

O astfel de reacție este posibilă având în vedere faptul că are loc un proces de oxidare a metalului cu un reactiv puternic. Acidul nitric în formă diluată și concentrată prezintă proprietăți oxidante cu dizolvarea cuprului.

În prima variantă, în timpul reacției, se obțin azotatul de cupru și oxidul bivalent de azot într-un raport de 75% până la 25%. Procedeul cu acid azotic diluat poate fi descris prin următoarea ecuație:

8HNO₃ + 3Cu-3Cu (NO₃)₂ + NO + NO + 4H₂O.

În cel de-al doilea caz, nitratul de cupru și oxidul de azot sunt divalenți și tetravalenți, raportul fiind de la 1 la 1. în acest procedeu se concentrează 1 mol de metal și 3 moli de acid. Atunci când cuprul se dizolvă, soluția se încălzește puternic, ca rezultat al descompunerii termice a oxidantului și al eliberării unui volum suplimentar de oxizi de azot:

4HNO₃ + Cu → Cu (NO₃)₂ + NU₂ + NU₂ + 2H₂O.

Reacția este utilizată în producția de cantitati reduse, legată de prelucrarea deșeurilor sau de îndepărtarea stratului de acoperire din deșeuri. Totuși, această metodă de dizolvare a cuprului are un număr de dezavantaje asociate cu eliberarea unei cantități mari de oxizi de azot. Pentru captarea sau neutralizarea acestora este necesar un echipament special. Aceste procese sunt foarte costisitoare.

Dizolvarea cuprului este considerată completă atunci când există o încetare completă a producției de oxizi volatili de azot. Temperatura de reacție variază de la 60 la 70 ° C. Următorul pas este să eliberați soluția de la chimic. Pe fundul ei sunt mici bucăți de metal, care nu au reacționat. Se adaugă apă la lichidul rezultat și se efectuează filtrarea.

Solubilitate în acid sulfuric

În starea normală, această reacție nu apare. Factorul care determină dizolvarea cuprului în acid sulfuric este concentrația sa puternică. Mediile diluate nu pot oxida metalul. Dizolvarea cuprului în acid sulfuric concentrat are loc cu eliberarea sulfatului.

Procesul este exprimat prin următoarea ecuație:

Cu + H₂SO₄ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O + SO₂.

Proprietăți ale sulfatului de cupru

Dibazicul de sare se mai numeste si acid sulfuric, este denumit CuSO₄. Este o substanță fără miros caracteristic, care nu prezintă volatilitate. În formă anhidră, sarea nu are nici o culoare, este opacă și are o higroscopicitate ridicată. Cuprul (sulfatul) are o solubilitate bună. Moleculele de apă, care leagă sarea, pot forma compuși hidrați cristalini. Un exemplu este sulfat de cupru, care este un pentahidrat albastru. Formula sa: CuSO₄middot-5H₂O.

Cristalele hidrate au o structură transparentă de nuanță albăstrui, prezintă un gust amar, metalic. Moleculele lor sunt capabile în timp să piardă apa legată. În natură, ele se găsesc sub formă de minerale, care includ halcan și butil.

Sulfatul de cupru este expus la cupru. Solubilitatea este o reacție exotermă. În timpul hidratării sarei, se eliberează o cantitate semnificativă de căldură.

Solubilitatea cuprului în fier

Ca rezultat al acestui proces, se formează pseudoaliaje din Fe și Cu. Pentru fierul metalic și cupru, este posibilă o solubilitate limitată mutuală. Valorile sale maxime sunt observate la o temperatură de 1099.85 ° C. Gradul de solubilitate al cuprului în formă solidă de fier este de 8,5%. Acestea sunt indicatori mici. Dizolvarea fierului metalic în forma solidă de cupru este de aproximativ 4,2%.

Reducerea temperaturii la valorile camerei face ca procesele reciproce să fie nesemnificative. Atunci când se topește cuprul metalic, acesta este capabil să udeze fonta din fontă într-o formă solidă. La prepararea pseudoalloizelor Fe și Cu se utilizează semifabricate speciale. Acestea sunt create prin presarea sau coacerea unei pulberi de fier într-o formă pură sau aliată. Aceste semifabricate sunt impregnate cu cupru lichid, formând pseudoaliaje.

Dizolvare în amoniac

Procesul apare deseori când trece NH₃ în formă gazoasă peste metalul fierbinte. Rezultatul este dizolvarea cuprului în amoniac, izolarea Cu₃N. Acest compus este denumit nitrura monovalentă.

Sărurile sale sunt expuse la o soluție de amoniac. Adăugarea unui astfel de reactiv la clorura de cupru conduce la precipitarea unui precipitat sub forma unui hidroxid:

CuCI₂ + NH₃ + NH₃ + 2H₂O → 2NH₄Cl + Cu (OH)₂darr-.

Excesul de amoniu promovează formarea unui compus de tip complex având o culoare albastru închis:

Cu (OH)₂darr- + 4NH₃ → [Cu (NH₃)₄] (OH)₂.

Acest procedeu este utilizat pentru a determina ionii de cupru bivalent.

Solubilitate în fontă

În structura fierului maleabil perlitic, pe lângă componentele principale, există un element suplimentar sub formă de cupru obișnuit. Creste grafitizarea atomilor de carbon, contribuie la cresterea fluiditatii, rezistentei si duritatii aliajelor. Metalul afectează în mod pozitiv nivelul de perlit din produsul final. Solubilitatea cuprului din fontă este utilizată pentru doparea compoziției originale. Scopul principal al acestui proces este obținerea unui aliaj maleabil. Acesta va avea proprietati mecanice si corozive crescute, dar fragilitatea este redusa.

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. Creșterea cantității de dopant de metal până la 2%, aceasta conduce la o modificare a rezistenței la o valoare de 65%, iar debitul devine egal cu 70%. Cu un conținut mai mare de cupru în compoziția fontei, grafitul sferic este mai dificil de format. Introducerea în structura elementului de aliere nu schimbă tehnologia formării unui aliaj vâscos și moale. Timpul dedicat recoacerii coincide cu durata unei astfel de reacții la producția de fontă fără amestec de cupru. Este de aproximativ 10 ore.

Utilizarea cuprului pentru producerea fontei cu o concentrație ridicată de siliciu nu este capabilă să elimine complet așa-numita ferruginizare a amestecului în timpul recoacerii. Ca rezultat, se obține un produs cu o elasticitate scăzută.

Solubilitatea în mercur

Atunci când se amestecă mercurul cu metalele 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 să fie zdrobit. Când umedul mercur de cupru este umezit, se produce penetrarea reciprocă a unei substanțe în alta sau procesul de difuzie. Valoarea de solubilitate este exprimată ca procent și este de 7,4 x 10^-3. În timpul reacției, se obține un amalgam solid, simplu, similar cimentului. Dacă este ușor încălzit, se înmoaie. Ca rezultat, acest amestec este folosit pentru repararea produselor din porțelan. Există, de asemenea, amalgame complexe cu conținutul optim de metale în el. De exemplu, în aliajul dentar există elemente de argint, staniu, cupru și zinc. Procentajul acestora în procente se referă la 65: 27: 6: 2. Amalgamul cu o astfel de compoziție se numește argintiu. Fiecare componentă a aliajului realizează o anumită funcție, ceea ce face posibilă obținerea unui sigiliu de înaltă calitate.

Un alt exemplu este un aliaj de amalgam, în care se observă un conținut ridicat de cupru. Se mai numește aliaj de cupru. În compoziția de amalgam este prezent 10 până la 30% Cu. Conținutul ridicat de cupru previne interacțiunea dintre staniu și mercur, ceea ce nu permite formarea unei faze foarte slabe și corozive a aliajului. În plus, o scădere a cantității de umplutură de argint duce la o reducere a prețului. Pentru prepararea amalgamelor este de dorit să se utilizeze o atmosferă inertă sau un lichid de protecție care formează un film. Metalele care alcătuiesc aliajul pot fi oxidate rapid prin aer. Procesul de încălzire a amalgamului de cupru la prezența hidrogenului duce la distilarea mercurului, ceea ce permite separarea cuprului elementar. După cum puteți vedea, acest subiect este ușor de învățat. Acum știți cum cuprul interacționează nu numai cu apă, ci și cu acizi și alte elemente.