De kemiska egenskaperna hos de flesta grundämnen är baserade på deras förmåga att lösas upp i vatten och syror. Studiet av koppars egenskaper är förknippat med låg aktivitet under normala förhållanden. En egenskap hos dess kemiska processer är bildandet av föreningar med ammoniak, kvicksilver, salpeter och svavelsyra. Den låga lösligheten av koppar i vatten är inte kapabel att orsaka korrosionsprocesser. Den har speciella kemiska egenskaper som gör att föreningen kan användas i olika industrier.
Artikelbeskrivning
Koppar anses vara den äldsta av de metaller som människor lärde sig att utvinna redan före vår tideräkning. Detta ämne erhålls från naturliga källor i form av malm. Koppar kallas ett element i den kemiska tabellen med det latinska namnet cuprum, vars serienummer är 29. I det periodiska systemet är det beläget i fjärde perioden och tillhör den första gruppen.
Det naturliga ämnet är en rosa-röd tungmetall med en mjuk och formbar struktur. Dess kok- och smältpunkt äröver 1000°C. Anses vara en bra dirigent.
Kemisk struktur och egenskaper
Om du studerar den elektroniska formeln för en kopparatom kommer du att upptäcka att den har 4 nivåer. Det finns bara en elektron i valens 4s orbital. Under kemiska reaktioner kan från 1 till 3 negativt laddade partiklar spjälkas från en atom, då erhålls kopparföreningar med ett oxidationstillstånd på +3, +2, +1. Dess tvåvärda derivat är de mest stabila.
I kemiska reaktioner fungerar den som en inaktiv metall. Under normala förhållanden saknas koppars löslighet i vatten. I torr luft observeras inte korrosion, men vid upphettning täcks metallytan med en svart beläggning av tvåvärd oxid. Koppars kemiska stabilitet manifesteras under verkan av vattenfria gaser, kol, ett antal organiska föreningar, fenolhartser och alkoholer. Det kännetecknas av komplexa bildningsreaktioner med frisättning av färgade föreningar. Koppar har en liten likhet med alkaligruppmetallerna, förknippade med bildandet av derivat av den envärda serien.
Vad är löslighet?
Detta är processen för bildning av homogena system i form av lösningar i interaktionen av en förening med andra ämnen. Deras komponenter är individuella molekyler, atomer, joner och andra partiklar. Löslighetsgraden bestäms av koncentrationen av ämnet som löstes upp när en mättad lösning erhölls.
Mätenheten är oftast procent, volym eller viktfraktioner. Lösligheten av koppar i vatten, liksom andra fasta föreningar, är endast föremål för förändringar i temperaturförhållanden. Detta beroende uttrycks med hjälp av kurvor. Om indikatorn är mycket liten anses ämnet vara olösligt.
Koppars löslighet i vatten
Metal uppvisar korrosionsbeständighet under inverkan av havsvatten. Detta bevisar dess tröghet under normala förhållanden. Lösligheten av koppar i vatten (sötvatten) observeras praktiskt taget inte. Men i en fuktig miljö och under inverkan av koldioxid bildas en grön film på metallytan, som är huvudkarbonatet:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Om vi betraktar dess envärda föreningar i form av ett s alt, så observeras deras lätta upplösning. Sådana ämnen är föremål för snabb oxidation. Som ett resultat erhålls tvåvärda kopparföreningar. Dessa s alter har god löslighet i vattenh altiga medier. Deras fullständiga dissociation till joner sker.
Löslighet i syror
Normala reaktioner av koppar med svaga eller utspädda syror gynnar inte deras interaktion. Den kemiska processen för metallen med alkalier observeras inte. Koppars löslighet i syror är möjlig om de är starka oxidationsmedel. Endast i detta fall sker interaktionen.
Löslighet av koppar i salpetersyra
En sådan reaktion är möjlig på grund av att metallen oxideras med ett starkt reagens. Salpetersyra i utspädd och koncentreradformen uppvisar oxiderande egenskaper med upplösning av koppar.
I den första varianten, under reaktionen, erhålls kopparnitrat och tvåvärd kväveoxid i ett förhållande av 75 % till 25 %. Processen med utspädd salpetersyra kan beskrivas med följande ekvation:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
I det andra fallet erhålls kopparnitrat och kväveoxider tvåvärda och fyrvärda, vars förhållande är 1 till 1. Denna process involverar 1 mol metall och 3 mol koncentrerad salpetersyra. När koppar är upplöst upphettas lösningen kraftigt, vilket resulterar i termisk nedbrytning av oxidationsmedlet och frigöring av ytterligare en volym kväveoxider:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
Reaktionen används i småskalig produktion i samband med bearbetning av skrot eller avlägsnande av beläggningar från avfall. Denna metod för att lösa upp koppar har emellertid ett antal nackdelar förknippade med frigörandet av en stor mängd kväveoxider. För att fånga eller neutralisera dem krävs specialutrustning. Dessa processer är mycket kostsamma.
Upplösningen av koppar anses vara fullständig när produktionen av flyktiga kväveoxider upphör helt. Reaktionstemperaturen sträcker sig från 60 till 70°C. Nästa steg är att dränera lösningen från den kemiska reaktorn. I botten finns små metallbitar som inte har reagerat. Vatten tillsätts till den resulterande vätskan ochfiltrering.
Löslighet i svavelsyra
I norm alt tillstånd inträffar inte en sådan reaktion. Faktorn som bestämmer upplösningen av koppar i svavelsyra är dess starka koncentration. Ett utspätt medium kan inte oxidera metallen. Upplösningen av koppar i koncentrerad svavelsyra fortskrider med frigöring av sulfat.
Processen uttrycks med följande ekvation:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Egenskaper hos kopparsulfat
Dibasiskt s alt kallas också sulfat, betecknat enligt följande: CuSO4. Det är ett ämne utan en karakteristisk lukt, som inte visar flyktighet. I sin vattenfria form är s alt färglöst, ogenomskinligt och mycket hygroskopiskt. Koppar (sulfat) har god löslighet. Vattenmolekyler, som förenar s altet, kan bilda kristallhydratföreningar. Ett exempel är kopparsulfat, som är ett blått pentahydrat. Dess formel är: CuSO4 5H2O.
Kristallhydrater har en transparent struktur med en blåaktig nyans, de uppvisar en bitter, metallisk smak. Deras molekyler kan förlora bundet vatten över tiden. I naturen förekommer de i form av mineraler, som inkluderar kalkantit och butit.
Påverkad av kopparsulfat. Löslighet är en exoterm reaktion. I processen för s althydrering, en betydande mängdvärme.
Löslighet av koppar i järn
Som ett resultat av denna process bildas pseudo-legeringar av Fe och Cu. För metalliskt järn och koppar är begränsad ömsesidig löslighet möjlig. Dess maximala värden observeras vid ett temperaturindex på 1099,85 °C. Löslighetsgraden för koppar i fast form av järn är 8,5 %. Dessa är små indikatorer. Upplösningen av metalliskt järn i fast form av koppar är cirka 4,2%.
Att sänka temperaturen till rumsvärden gör ömsesidiga processer obetydliga. När metallisk koppar smälts kan den väta järn väl i fast form. När man skaffar Fe och Cu pseudo-legeringar används speciella arbetsstycken. De skapas genom att pressa eller baka järnpulver, som är i ren eller legerad form. Sådana ämnen är impregnerade med flytande koppar och bildar pseudo-legeringar.
Upplöses i ammoniak
Processen fortsätter ofta genom att passera NH3 i gasform över het metall. Resultatet är upplösningen av koppar i ammoniak, frigörandet av Cu3N. Denna förening kallas envärd nitrid.
Dess s alter utsätts för ammoniaklösning. Tillsatsen av ett sådant reagens till kopparklorid leder till utfällning i form av hydroxid:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Överskott av ammoniak bidrar till bildandet av en förening av komplextyp med en mörkblå färg:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Denna process används för att bestämma kopparjoner.
Löslighet i gjutjärn
I strukturen av segt perlitiskt järn, utöver huvudkomponenterna, finns det ytterligare ett element i form av vanlig koppar. Det är hon som ökar grafitiseringen av kolatomer, bidrar till en ökning av fluiditet, styrka och hårdhet hos legeringar. Metallen har en positiv effekt på nivån av perlit i slutprodukten. Lösligheten av koppar i gjutjärn används för att utföra legering av den ursprungliga sammansättningen. Huvudsyftet med denna process är att erhålla en formbar legering. Den kommer att ha förbättrade mekaniska egenskaper och korrosionsegenskaper men minskad sprödhet.
Om kopparh alten i gjutjärn är cirka 1 %, är draghållfastheten lika med 40 %, och fluiditeten ökar till 50 %. Detta förändrar legeringens egenskaper avsevärt. En ökning av mängden legeringsmetall till 2% leder till en förändring av styrkan till ett värde av 65%, och avkastningsindexet blir 70%. Med en högre kopparh alt i gjutjärnssammansättningen är nodulär grafit svårare att bilda. Införandet av ett legeringselement i strukturen förändrar inte tekniken för att bilda en seg och mjuk legering. Den tilldelade tiden för glödgning sammanfaller med varaktigheten av en sådan reaktion vid tillverkning av gjutjärn utan kopparföroreningar. Det är cirka 10 timmar.
Användningen av koppar för att göra highkiselkoncentrationen kan inte helt eliminera den så kallade ferruginiseringen av blandningen under glödgningen. Resultatet är en produkt med låg elasticitet.
Löslighet i kvicksilver
När kvicksilver blandas med metaller från andra grundämnen erhålls amalgamer. Denna process kan ske vid rumstemperatur, eftersom Pb under sådana förhållanden är en vätska. Koppars löslighet i kvicksilver passerar endast under uppvärmning. Metallen måste först krossas. När man väter fast koppar med flytande kvicksilver, tränger ett ämne in i ett annat eller diffunderar. Löslighetsvärdet uttrycks i procent och är 7,410-3. Reaktionen ger ett fast enkelt amalgam, liknande cement. Om du värmer upp den lite så blir den mjuk. Som ett resultat används denna blandning för att reparera porslinsföremål. Det finns även komplexa amalgamer med optim alt metallinnehåll. Till exempel är elementen silver, tenn, koppar och zink närvarande i en dentallegering. Deras antal i procent refererar till 65:27:6:2. Amalgam med denna komposition kallas silver. Varje komponent i legeringen utför en specifik funktion, vilket gör att du kan få en fyllning av hög kvalitet.
Ett annat exempel är amalgamlegeringen, som har en hög kopparh alt. Det kallas också kopparlegering. Sammansättningen av amalgamet innehåller från 10 till 30% Cu. Den höga kopparh alten förhindrar växelverkan mellan tenn och kvicksilver, vilket förhindrar bildandet av en mycket svag och frätande fas av legeringen. Bortsett frånDessutom leder en minskning av mängden silver i fyllningen till en sänkning av priset. För framställning av amalgam är det önskvärt att använda en inert atmosfär eller en skyddande vätska som bildar en film. Metallerna som utgör legeringen kan snabbt oxidera med luft. Processen att värma cuprum amalgam i närvaro av väte leder till destillation av kvicksilver, vilket möjliggör separation av elementär koppar. Som du kan se är det här ämnet lätt att lära sig. Nu vet du hur koppar interagerar inte bara med vatten, utan också med syror och andra grundämnen.
