Les propietats químiques de la majoria dels elements es basen en la seva capacitat de dissoldre's en aigua i àcids. L'estudi de les característiques del coure s'associa amb una baixa activitat en condicions normals. Una característica dels seus processos químics és la formació de compostos amb amoníac, mercuri, àcids nítric i sulfúric. La baixa solubilitat del coure en aigua no és capaç de provocar processos de corrosió. Té propietats químiques especials que permeten que el compost s'utilitzi en diverses indústries.
Descripció de l'element
El coure es considera el més antic dels metalls que la gent va aprendre a extreure fins i tot abans de la nostra era. Aquesta substància s'obté de fonts naturals en forma de mineral. El coure s'anomena un element de la taula química amb el nom llatí cuprum, el número de sèrie del qual és 29. En el sistema periòdic, es troba al quart període i pertany al primer grup.
La substància natural és un metall pesat rosa-vermell amb una estructura suau i mal·leable. El seu punt d'ebullició i fusió ésmés de 1000 °C. Considerat un bon director.
Estructura i propietats químiques
Si estudieu la fórmula electrònica d'un àtom de coure, trobareu que té 4 nivells. Només hi ha un electró a l'orbital de valència 4s. Durant les reaccions químiques, d'1 a 3 partícules carregades negativament es poden separar d'un àtom, després s'obtenen compostos de coure amb un estat d'oxidació de +3, +2, +1. Els seus derivats divalents són els més estables.
En les reaccions químiques, actua com un metall inactiu. En condicions normals, la solubilitat del coure en aigua està absent. A l'aire sec, no s'observa corrosió, però quan s'escalfa, la superfície metàl·lica es cobreix amb un recobriment negre d'òxid divalent. L'estabilitat química del coure es manifesta sota l'acció de gasos anhidres, carboni, diversos compostos orgànics, resines fenòliques i alcohols. Es caracteritza per reaccions complexes de formació amb l'alliberament de compostos acolorits. El coure té una lleugera similitud amb els metalls del grup alcali, associat a la formació de derivats de la sèrie monovalent.
Què és la solubilitat?
Aquest és el procés de formació de sistemes homogenis en forma de solucions en la interacció d'un compost amb altres substàncies. Els seus components són molècules individuals, àtoms, ions i altres partícules. El grau de solubilitat ve determinat per la concentració de la substància que es va dissoldre en obtenir una solució saturada.
La unitat de mesura sovint són percentatges, volums o fraccions de pes. La solubilitat del coure en aigua, com altres compostos sòlids, només està subjecta a canvis en les condicions de temperatura. Aquesta dependència s'expressa mitjançant corbes. Si l'indicador és molt petit, la substància es considera insoluble.
Solubilitat del coure a l'aigua
El metall presenta resistència a la corrosió sota l'acció de l'aigua de mar. Això demostra la seva inèrcia en condicions normals. La solubilitat del coure en aigua (aigua dolça) pràcticament no s'observa. Però en un ambient humit i sota l'acció del diòxid de carboni, es forma una pel·lícula verda a la superfície metàl·lica, que és el carbonat principal:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Si considerem els seus compostos monovalents en forma de sal, s'observa la seva lleugera dissolució. Aquestes substàncies estan subjectes a una ràpida oxidació. Com a resultat, s'obtenen compostos de coure divalents. Aquestes sals tenen una bona solubilitat en medis aquosos. Es produeix la seva dissociació completa en ions.
Solubilitat en àcids
Les reaccions normals del coure amb àcids febles o diluïts no afavoreixen la seva interacció. No s'observa el procés químic del metall amb àlcalis. La solubilitat del coure en àcids és possible si són agents oxidants forts. Només en aquest cas es produeix la interacció.
Solubilitat del coure en àcid nítric
Aquesta reacció és possible a causa del fet que el metall s'oxida amb un reactiu fort. Àcid nítric diluït i concentratLa forma presenta propietats oxidants amb la dissolució del coure.
En la primera variant, durant la reacció, s'obtenen nitrat de coure i òxid divalent de nitrogen en una proporció del 75% al 25%. El procés amb àcid nítric diluït es pot descriure amb la següent equació:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
En el segon cas, s'obtenen nitrats de coure i òxids de nitrogen divalents i tetravalents, la proporció dels quals és d'1 a 1. Aquest procés implica 1 mol de metall i 3 mol d'àcid nítric concentrat. Quan el coure es dissol, la solució s'escalfa fortament, donant lloc a la descomposició tèrmica de l'oxidant i l'alliberament d'un volum addicional d'òxids nítrics:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
La reacció s'utilitza en la producció a petita escala associada amb el processament de ferralla o l'eliminació de recobriments dels residus. Tanmateix, aquest mètode de dissolució del coure té una sèrie de desavantatges associats amb l'alliberament d'una gran quantitat d'òxids de nitrogen. Per capturar-los o neutralitzar-los, cal un equip especial. Aquests processos són molt costosos.
La dissolució del coure es considera completa quan hi ha un cessament total de la producció d'òxids nitrogenats volàtils. La temperatura de reacció oscil·la entre 60 i 70 °C. El següent pas és drenar la solució del reactor químic. A la seva part inferior hi ha petits trossos de metall que no han reaccionat. S'afegeix aigua al líquid resultant ifiltratge.
Solubilitat en àcid sulfúric
En estat normal, aquesta reacció no es produeix. El factor que determina la dissolució del coure en àcid sulfúric és la seva forta concentració. Un medi diluït no pot oxidar el metall. La dissolució del coure en àcid sulfúric concentrat es produeix amb l'alliberament de sulfat.
El procés s'expressa amb l'equació següent:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Propietats del sulfat de coure
La sal dibàsica també s'anomena sulfat, denotada de la següent manera: CuSO4. És una substància sense olor característica, que no mostra volatilitat. En la seva forma anhidra, la sal és incolora, opaca i altament higroscòpica. El coure (sulfat) té una bona solubilitat. Les molècules d'aigua, unint-se a la sal, poden formar compostos d'hidrats de cristall. Un exemple és el sulfat de coure, que és un pentahidrat blau. La seva fórmula és: CuSO4 5H2O.
Els hidrats de cristall tenen una estructura transparent de to blavós, presenten un gust amarg i metàl·lic. Les seves molècules són capaces de perdre aigua lligada amb el pas del temps. A la natura, es presenten en forma de minerals, que inclouen calcantita i butita.
Afectat pel sulfat de coure. La solubilitat és una reacció exotèrmica. En el procés d'hidratació de la sal, una quantitat important decalor.
Solubilitat del coure en ferro
Com a resultat d'aquest procés, es formen pseudoaliatges de Fe i Cu. Per al ferro metàl·lic i el coure, és possible una solubilitat mútua limitada. Els seus valors màxims s'observen a un índex de temperatura de 1099,85 °C. El grau de solubilitat del coure en forma sòlida de ferro és del 8,5%. Aquests són petits indicadors. La dissolució del ferro metàl·lic en forma sòlida de coure és d'uns 4,2%.
Reduir la temperatura als valors de l'habitació fa que els processos mutus siguin insignificants. Quan el coure metàl·lic es fon, és capaç de mullar bé el ferro en forma sòlida. Quan s'obtenen pseudoaliatges de Fe i Cu, s'utilitzen peces especials. Es creen prement o cocció en pols de ferro, que està en forma pura o aliada. Aquests blancs estan impregnats amb coure líquid, formant pseudoaliatges.
Dissoldre en amoníac
El procés passa sovint passant NH3 en forma gasosa sobre metall calent. El resultat és la dissolució del coure en amoníac, l'alliberament de Cu3N. Aquest compost s'anomena nitrur monovalent.
Les seves sals estan exposades a una solució d'amoníac. L'addició d'aquest reactiu al clorur de coure condueix a la precipitació en forma d'hidròxid:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
L'excés d'amoníac contribueix a la formació d'un compost de tipus complex amb un color blau fosc:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Aquest procés s'utilitza per determinar ions cuprosos.
Solubilitat en ferro colat
A l'estructura del ferro perlític dúctil, a més dels components principals, hi ha un element addicional en forma de coure normal. És ella qui augmenta la grafitització dels àtoms de carboni, contribueix a un augment de la fluïdesa, la resistència i la duresa dels aliatges. El metall té un efecte positiu sobre el nivell de perlita en el producte final. La solubilitat del coure en ferro colat s'utilitza per dur a terme l'aliatge de la composició inicial. L'objectiu principal d'aquest procés és obtenir un aliatge mal·leable. Tindrà propietats mecàniques i de corrosió millorades, però una fragilitat reduïda.
Si el contingut de coure en ferro colat és d'aproximadament l'1%, aleshores la resistència a la tracció és igual al 40% i la fluïdesa augmenta fins al 50%. Això canvia significativament les característiques de l'aliatge. Un augment de la quantitat de metall d'aliatge al 2% condueix a un canvi de resistència a un valor del 65% i l'índex de rendiment es converteix en el 70%. Amb un contingut de coure més elevat en la composició de ferro colat, el grafit nodular és més difícil de formar. La introducció d'un element d'aliatge a l'estructura no modifica la tecnologia de formació d'un aliatge resistent i suau. El temps assignat al recuit coincideix amb la durada d'aquesta reacció en la producció de ferro colat sense impureses de coure. Són unes 10 hores.
L'ús del coure per fer altaLa concentració de silici no és capaç d'eliminar completament l'anomenada ferruginització de la mescla durant el recuit. El resultat és un producte amb poca elasticitat.
Solubilitat en mercuri
Quan el mercuri es barreja amb metalls d' altres elements, s'obtenen amalgames. Aquest procés pot tenir lloc a temperatura ambient, perquè en aquestes condicions el Pb és un líquid. La solubilitat del coure en mercuri passa només durant l'escalfament. Primer s'ha de triturar el metall. Quan es mulla coure sòlid amb mercuri líquid, una substància s'interpenetra amb una altra o es difon. El valor de solubilitat s'expressa com a percentatge i és 7,410-3. La reacció produeix una amalgama sòlida simple, semblant al ciment. Si l'escalfeu una mica, s'estovarà. Com a resultat, aquesta barreja s'utilitza per reparar articles de porcellana. També hi ha amalgames complexes amb un contingut òptim de metalls. Per exemple, els elements de plata, estany, coure i zinc estan presents en un aliatge dental. El seu nombre en percentatge es refereix a 65:27:6:2. L'amalgama amb aquesta composició s'anomena plata. Cada component de l'aliatge realitza una funció específica, que us permet obtenir un farcit d' alta qualitat.
Un altre exemple és l'aliatge d'amalgama, que té un alt contingut de coure. També s'anomena aliatge de coure. La composició de l'amalgama conté del 10 al 30% de Cu. L' alt contingut de coure impedeix la interacció de l'estany amb el mercuri, la qual cosa evita la formació d'una fase molt feble i corrosiva de l'aliatge. ExcepteA més, una disminució de la quantitat de plata en el farciment comporta una reducció del preu. Per a la preparació d'amalgama, és desitjable utilitzar una atmosfera inert o un líquid protector que formi una pel·lícula. Els metalls que componen l'aliatge són capaços d'oxidar-se ràpidament amb l'aire. El procés d'escalfament de l'amalgama de cuprum en presència d'hidrogen condueix a la destil·lació del mercuri, que permet la separació del coure elemental. Com podeu veure, aquest tema és fàcil d'aprendre. Ara ja saps com el coure interacciona no només amb l'aigua, sinó també amb els àcids i altres elements.
