Właściwości chemiczne większości pierwiastków opierają się na ich zdolności do rozpuszczania się w wodzie i kwasach. Badanie właściwości miedzi wiąże się z niską aktywnością w normalnych warunkach. Cechą jej procesów chemicznych jest tworzenie się związków z amoniakiem, rtęcią, kwasami azotowym i siarkowym. Niska rozpuszczalność miedzi w wodzie nie powoduje procesów korozyjnych. Posiada specjalne właściwości chemiczne, które pozwalają na zastosowanie związku w różnych gałęziach przemysłu.
Opis przedmiotu
Miedź jest uważana za najstarszy z metali, które ludzie nauczyli się wydobywać jeszcze przed naszą erą. Substancja ta pozyskiwana jest z naturalnych źródeł w postaci rudy. Miedź nazywana jest elementem tablicy chemicznej łacińską nazwą cuprum, której numer seryjny to 29. W układzie okresowym znajduje się w czwartym okresie i należy do pierwszej grupy.
Naturalna substancja to różowo-czerwony metal ciężki o miękkiej i plastycznej strukturze. Jego temperatura wrzenia i topnienia wynosipowyżej 1000 °C. Uważany za dobrego dyrygenta.
Struktura i właściwości chemiczne
Jeśli przestudiujesz elektronową formułę atomu miedzi, odkryjesz, że ma on 4 poziomy. Na orbicie walencyjnej 4s jest tylko jeden elektron. Podczas reakcji chemicznych można oddzielić od atomu od 1 do 3 ujemnie naładowanych cząstek, po czym otrzymuje się związki miedzi o stopniu utlenienia +3, +2, +1. Jego dwuwartościowe pochodne są najbardziej stabilne.
W reakcjach chemicznych działa jak nieaktywny metal. W normalnych warunkach nie ma rozpuszczalności miedzi w wodzie. W suchym powietrzu nie obserwuje się korozji, ale po podgrzaniu powierzchnia metalu pokryta jest czarną powłoką dwuwartościowego tlenku. Stabilność chemiczna miedzi przejawia się pod działaniem bezwodnych gazów, węgla, szeregu związków organicznych, żywic fenolowych i alkoholi. Charakteryzuje się złożonymi reakcjami tworzenia z uwalnianiem barwnych związków. Miedź wykazuje niewielkie podobieństwo do metali z grupy alkalicznej, związane z powstawaniem pochodnych szeregu jednowartościowego.
Co to jest rozpuszczalność?
Jest to proces tworzenia jednorodnych układów w postaci roztworów w interakcji jednego związku z innymi substancjami. Ich składnikami są pojedyncze cząsteczki, atomy, jony i inne cząstki. Stopień rozpuszczalności zależy od stężenia substancji, która została rozpuszczona podczas uzyskiwania roztworu nasyconego.
Jednostką miary są najczęściej procenty, ułamki objętościowe lub wagowe. Rozpuszczalność miedzi w wodzie, podobnie jak innych stałych związków, podlega jedynie zmianom warunków temperaturowych. Zależność tę wyraża się za pomocą krzywych. Jeśli wskaźnik jest bardzo mały, substancja jest uważana za nierozpuszczalną.
Rozpuszczalność miedzi w wodzie
Metal wykazuje odporność na korozję pod wpływem wody morskiej. Świadczy to o jego bezwładności w normalnych warunkach. Praktycznie nie obserwuje się rozpuszczalności miedzi w wodzie (woda słodka). Ale w wilgotnym środowisku i pod działaniem dwutlenku węgla na powierzchni metalu, który jest głównym węglanem, tworzy się zielony film:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Jeśli weźmiemy pod uwagę jego jednowartościowe związki w postaci soli, to obserwuje się ich nieznaczne rozpuszczenie. Takie substancje podlegają szybkiemu utlenianiu. W rezultacie otrzymuje się związki miedzi dwuwartościowej. Sole te mają dobrą rozpuszczalność w środowisku wodnym. Następuje ich całkowita dysocjacja na jony.
Rozpuszczalność w kwasach
Normalne warunki reakcji miedzi ze słabymi lub rozcieńczonymi kwasami nie sprzyjają ich interakcji. Nie obserwuje się procesu chemicznego metalu z alkaliami. Rozpuszczalność miedzi w kwasach jest możliwa, jeśli są one silnymi utleniaczami. Tylko w tym przypadku ma miejsce interakcja.
Rozpuszczalność miedzi w kwasie azotowym
Taka reakcja jest możliwa dzięki temu, że metal utlenia się silnym odczynnikiem. Kwas azotowy rozcieńczony i stężonyforma wykazuje właściwości utleniające wraz z rozpuszczaniem miedzi.
W pierwszym wariancie podczas reakcji uzyskuje się azotan miedzi i dwuwartościowy tlenek azotu w stosunku 75% do 25%. Proces z rozcieńczonym kwasem azotowym można opisać następującym równaniem:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NIE + NIE + 4H2O.
W drugim przypadku otrzymuje się azotan miedzi i tlenki azotu dwuwartościowe i czterowartościowe, których stosunek wynosi 1 do 1. Proces ten obejmuje 1 mol metalu i 3 mole stężonego kwasu azotowego. Po rozpuszczeniu miedzi następuje silne podgrzanie roztworu, co powoduje rozkład termiczny utleniacza i uwolnienie dodatkowej objętości tlenków azotu:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NIE 2 + NIE2 + 2H2O.
Reakcja jest stosowana w produkcji na małą skalę, związanej z przetwarzaniem złomu lub usuwaniem powłok z odpadów. Jednak ta metoda rozpuszczania miedzi ma szereg wad związanych z uwalnianiem dużej ilości tlenków azotu. Aby je schwytać lub zneutralizować, wymagany jest specjalny sprzęt. Te procesy są bardzo kosztowne.
Rozpuszczenie miedzi jest uważane za zakończone, gdy następuje całkowite zaprzestanie produkcji lotnych tlenków azotu. Temperatura reakcji mieści się w zakresie od 60 do 70°C. Następnym krokiem jest spuszczenie roztworu z reaktora chemicznego. Na jego dnie znajdują się małe kawałki metalu, które nie zareagowały. Do powstałej cieczy dodaje się wodę ifiltrowanie.
Rozpuszczalność w kwasie siarkowym
W normalnym stanie taka reakcja nie występuje. Czynnikiem determinującym rozpuszczanie miedzi w kwasie siarkowym jest jej silne stężenie. Rozcieńczone medium nie może utleniać metalu. Rozpuszczanie miedzi w stężonym kwasie siarkowym następuje z uwolnieniem siarczanu.
Proces jest wyrażony następującym równaniem:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Właściwości siarczanu miedzi
Sól dwuzasadowa jest również nazywana siarczanem i oznaczana w następujący sposób: CuSO4. Jest to substancja bez charakterystycznego zapachu, nie wykazująca lotności. Sól w postaci bezwodnej jest bezbarwna, nieprzejrzysta i wysoce higroskopijna. Miedź (siarczan) ma dobrą rozpuszczalność. Cząsteczki wody, łącząc sól, mogą tworzyć krystaliczne związki hydratów. Przykładem jest siarczan miedzi, który jest niebieskim pentahydratem. Jego formuła to: CuSO4 5H2O.
Krystaliczne hydraty mają przezroczystą, niebieskawą strukturę, wykazują gorzki, metaliczny smak. Ich cząsteczki są w stanie z czasem tracić związaną wodę. W naturze występują w postaci minerałów, do których należą chalkantyt i butyt.
Pod wpływem siarczanu miedzi. Rozpuszczalność jest reakcją egzotermiczną. W procesie hydratacji soli znaczna ilośćogrz.
Rozpuszczalność miedzi w żelazie
W wyniku tego procesu powstają pseudostopy Fe i Cu. W przypadku metalicznego żelaza i miedzi możliwa jest ograniczona wzajemna rozpuszczalność. Jego maksymalne wartości obserwuje się przy wskaźniku temperatury 1099,85 °C. Stopień rozpuszczalności miedzi w postaci stałej żelaza wynosi 8,5%. To są małe wskaźniki. Rozpuszczenie metalicznego żelaza w stałej postaci miedzi wynosi około 4,2%.
Obniżenie temperatury do wartości pokojowych sprawia, że wzajemne procesy stają się nieistotne. Gdy metaliczna miedź jest stopiona, jest w stanie dobrze zwilżyć żelazo w postaci stałej. Przy otrzymywaniu pseudostopów Fe i Cu stosuje się specjalne detale. Powstają przez prasowanie lub wypalanie proszku żelaza, który ma postać czystą lub stopową. Takie półfabrykaty są impregnowane ciekłą miedzią, tworząc pseudostopy.
Rozpuszczanie w amoniaku
Proces często przebiega przez przepuszczanie NH3 w postaci gazowej nad gorącym metalem. Rezultatem jest rozpuszczenie miedzi w amoniaku, uwolnienie Cu3N. Ten związek nazywa się jednowartościowym azotkiem.
Jego sole są wystawione na działanie roztworu amoniaku. Dodanie takiego odczynnika do chlorku miedzi prowadzi do wytrącania w postaci wodorotlenku:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Nadmiar amoniaku przyczynia się do powstania złożonego związku o ciemnoniebieskim zabarwieniu:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Ten proces służy do oznaczania jonów miedziawych.
Rozpuszczalność w żeliwie
W strukturze sferoidalnego żeliwa perlitycznego, oprócz głównych składników, znajduje się dodatkowy pierwiastek w postaci zwykłej miedzi. To ona zwiększa grafityzację atomów węgla, przyczynia się do wzrostu płynności, wytrzymałości i twardości stopów. Metal pozytywnie wpływa na poziom perlitu w produkcie końcowym. Rozpuszczalność miedzi w żeliwie wykorzystuje się do przeprowadzenia stopowania składu wyjściowego. Głównym celem tego procesu jest uzyskanie ciągliwego stopu. Będzie miał lepsze właściwości mechaniczne i korozyjne, ale zmniejszy kruchość.
Jeżeli zawartość miedzi w żeliwie wynosi około 1%, to wytrzymałość na rozciąganie wynosi 40%, a wydajność wzrasta do 50%. To znacząco zmienia właściwości stopu. Wzrost ilości stopu do 2% prowadzi do zmiany wytrzymałości do wartości 65%, a wskaźnik plastyczności osiąga 70%. Przy wyższej zawartości miedzi w składzie żeliwa grafit sferoidalny jest trudniejszy do formowania. Wprowadzenie do struktury pierwiastka stopowego nie zmienia technologii formowania twardego i miękkiego stopu. Czas przeznaczony na wyżarzanie zbiega się z czasem trwania takiej reakcji przy produkcji żeliwa bez zanieczyszczeń miedziowych. To około 10 godzin.
Zastosowanie miedzi do produkcji hajuStężenie krzemu nie jest w stanie całkowicie wyeliminować tzw. ferruginizacji mieszaniny podczas wyżarzania. Rezultatem jest produkt o niskiej elastyczności.
Rozpuszczalność w rtęci
Gdy rtęć miesza się z metalami innych pierwiastków, powstają amalgamaty. Proces ten może odbywać się w temperaturze pokojowej, ponieważ w takich warunkach Pb jest cieczą. Rozpuszczalność miedzi w rtęci przechodzi tylko podczas ogrzewania. Metal należy najpierw zmiażdżyć. Podczas zwilżania stałej miedzi ciekłą rtęcią jedna substancja przenika przez drugą lub ulega dyfuzji. Wartość rozpuszczalności jest wyrażona w procentach i wynosi 7,410-3. W wyniku reakcji powstaje stały prosty amalgamat, podobny do cementu. Jeśli trochę go podgrzejesz, zmięknie. W rezultacie ta mieszanka służy do naprawy wyrobów porcelanowych. Istnieją również złożone amalgamaty o optymalnej zawartości metali. Na przykład w stopie dentystycznym występują pierwiastki srebra, cyny, miedzi i cynku. Ich liczba w procentach odnosi się do 65:27:6:2. Amalgamat o tym składzie nazywany jest srebrem. Każdy składnik stopu pełni określoną funkcję, co pozwala na uzyskanie wysokiej jakości wypełnienia.
Innym przykładem jest stop amalgamatu, który ma wysoką zawartość miedzi. Jest również nazywany stopem miedzi. Skład amalgamatu zawiera od 10 do 30% Cu. Wysoka zawartość miedzi zapobiega oddziaływaniu cyny z rtęcią, co zapobiega powstawaniu bardzo słabej i korozyjnej fazy stopu. OpróczPonadto zmniejszenie ilości srebra w wypełnieniu prowadzi do obniżenia ceny. Do przygotowania amalgamatu pożądane jest zastosowanie atmosfery obojętnej lub cieczy ochronnej tworzącej film. Metale tworzące stop są w stanie szybko utleniać się powietrzem. Proces ogrzewania amalgamatu miedzi w obecności wodoru prowadzi do destylacji rtęci, która umożliwia oddzielenie miedzi elementarnej. Jak widać, ten temat jest łatwy do nauczenia. Teraz już wiesz, jak miedź oddziałuje nie tylko z wodą, ale także z kwasami i innymi pierwiastkami.
