De chemische eigenschappen van de meeste elementen zijn gebaseerd op hun vermogen om op te lossen in water en zuren. De studie van de kenmerken van koper wordt geassocieerd met lage activiteit onder normale omstandigheden. Een kenmerk van zijn chemische processen is de vorming van verbindingen met ammoniak, kwik, salpeterzuur en zwavelzuur. De lage oplosbaarheid van koper in water kan geen corrosieprocessen veroorzaken. Het heeft speciale chemische eigenschappen waardoor de verbinding in verschillende industrieën kan worden gebruikt.
Artikelbeschrijving
Koper wordt beschouwd als de oudste van de metalen die mensen al voor onze jaartelling leerden winnen. Deze stof wordt gewonnen uit natuurlijke bronnen in de vorm van erts. Koper wordt een element van de chemische tabel genoemd met de Latijnse naam cuprum, waarvan het serienummer 29 is. In het periodiek systeem bevindt het zich in de vierde periode en behoort het tot de eerste groep.
De natuurlijke substantie is een rozerood zwaar metaal met een zachte en kneedbare structuur. Het kook- en smeltpunt is:boven 1000 °C. Beschouwd als een goede dirigent.
Chemische structuur en eigenschappen
Als je de elektronische formule van een koperatoom bestudeert, zul je ontdekken dat het 4 niveaus heeft. Er is slechts één elektron in de valentie 4s-orbitaal. Tijdens chemische reacties kunnen 1 tot 3 negatief geladen deeltjes van een atoom worden afgesplitst, waarna koperverbindingen met een oxidatietoestand van +3, +2, +1 worden verkregen. De tweewaardige derivaten zijn het meest stabiel.
Bij chemische reacties werkt het als een inactief metaal. Onder normale omstandigheden is de oplosbaarheid van koper in water afwezig. In droge lucht wordt geen corrosie waargenomen, maar bij verhitting is het metalen oppervlak bedekt met een zwarte coating van tweewaardig oxide. De chemische stabiliteit van koper komt tot uiting onder de werking van watervrije gassen, koolstof, een aantal organische verbindingen, fenolharsen en alcoholen. Het wordt gekenmerkt door complexe vormingsreacties met het vrijkomen van gekleurde verbindingen. Koper heeft een lichte gelijkenis met de alkalimetalen, geassocieerd met de vorming van derivaten van de eenwaardige reeks.
Wat is oplosbaarheid?
Dit is het proces van vorming van homogene systemen in de vorm van oplossingen in de interactie van een verbinding met andere stoffen. Hun componenten zijn individuele moleculen, atomen, ionen en andere deeltjes. De mate van oplosbaarheid wordt bepaald door de concentratie van de stof die is opgelost bij het verkrijgen van een verzadigde oplossing.
De meeteenheid is meestal percentages, volume- of gewichtsfracties. De oplosbaarheid van koper in water is, net als andere vaste verbindingen, alleen onderhevig aan veranderingen in temperatuuromstandigheden. Deze afhankelijkheid wordt uitgedrukt met behulp van curven. Als de indicator erg klein is, wordt de stof als onoplosbaar beschouwd.
Oplosbaarheid van koper in water
Metaal vertoont corrosieweerstand onder invloed van zeewater. Dit bewijst zijn traagheid onder normale omstandigheden. De oplosbaarheid van koper in water (zoet water) wordt praktisch niet waargenomen. Maar in een vochtige omgeving en onder invloed van kooldioxide wordt een groene film gevormd op het metalen oppervlak, het belangrijkste carbonaat:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Als we de eenwaardige verbindingen ervan in de vorm van een zout beschouwen, dan wordt hun lichte oplossing waargenomen. Dergelijke stoffen zijn onderhevig aan snelle oxidatie. Als resultaat worden tweewaardige koperverbindingen verkregen. Deze zouten zijn goed oplosbaar in waterige media. Hun volledige dissociatie in ionen vindt plaats.
Oplosbaarheid in zuren
Normale omstandigheden voor de reacties van koper met zwakke of verdunde zuren zijn niet gunstig voor hun interactie. Het chemische proces van het metaal met alkaliën wordt niet waargenomen. De oplosbaarheid van koper in zuren is mogelijk als het sterke oxidatiemiddelen zijn. Alleen in dit geval vindt de interactie plaats.
Oplosbaarheid van koper in salpeterzuur
Een dergelijke reactie is mogelijk doordat het metaal wordt geoxideerd met een sterk reagens. Salpeterzuur in verdund en geconcentreerdvorm vertoont oxiderende eigenschappen bij het oplossen van koper.
In de eerste variant worden tijdens de reactie kopernitraat en tweewaardige stikstofoxide verkregen in een verhouding van 75% tot 25%. Het proces met verdund salpeterzuur kan worden beschreven met de volgende vergelijking:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
In het tweede geval worden kopernitraat en stikstofoxiden tweewaardig en vierwaardig verkregen, waarvan de verhouding 1 op 1 is. Dit proces omvat 1 mol metaal en 3 mol geconcentreerd salpeterzuur. Wanneer koper wordt opgelost, wordt de oplossing sterk verwarmd, wat resulteert in thermische ontleding van het oxidatiemiddel en het vrijkomen van een extra hoeveelheid stikstofoxiden:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NEE2 + 2H2O.
De reactie wordt gebruikt in kleinschalige productie in verband met de verwerking van schroot of het verwijderen van coatings uit afval. Deze methode voor het oplossen van koper heeft echter een aantal nadelen die samenhangen met het vrijkomen van een grote hoeveelheid stikstofoxiden. Om ze te vangen of te neutraliseren, is speciale apparatuur vereist. Deze processen zijn erg kostbaar.
Het oplossen van koper wordt als voltooid beschouwd wanneer de productie van vluchtige stikstofoxiden volledig wordt stopgezet. De reactietemperatuur varieert van 60 tot 70 °C. De volgende stap is om de oplossing uit de chemische reactor te laten lopen. Aan de onderkant zitten kleine stukjes metaal die niet hebben gereageerd. Aan de resulterende vloeistof wordt water toegevoegd enfilteren.
Oplosbaarheid in zwavelzuur
In de normale toestand vindt zo'n reactie niet plaats. De factor die het oplossen van koper in zwavelzuur bepa alt, is de sterke concentratie. Een verdund medium kan het metaal niet oxideren. Het oplossen van koper in geconcentreerd zwavelzuur vindt plaats onder afgifte van sulfaat.
Het proces wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Eigenschappen van kopersulfaat
Dibasisch zout wordt ook sulfaat genoemd, als volgt aangeduid: CuSO4. Het is een stof zonder karakteristieke geur, die geen vluchtigheid vertoont. In zijn watervrije vorm is zout kleurloos, ondoorzichtig en zeer hygroscopisch. Koper (sulfaat) is goed oplosbaar. Watermoleculen, die zich bij het zout voegen, kunnen kristalhydraatverbindingen vormen. Een voorbeeld is kopersulfaat, een blauw pentahydraat. De formule is: CuSO4 5H2O.
Kristalhydraten hebben een transparante blauwachtige structuur, ze vertonen een bittere, metaalachtige smaak. Hun moleculen zijn in staat om na verloop van tijd gebonden water te verliezen. In de natuur komen ze voor in de vorm van mineralen, waaronder chalcanthiet en butiet.
Beïnvloed door kopersulfaat. Oplosbaarheid is een exotherme reactie. Tijdens het zouthydratatieproces wordt een aanzienlijke hoeveelheidwarmte.
Oplosbaarheid van koper in ijzer
Als resultaat van dit proces worden pseudo-legeringen van Fe en Cu gevormd. Voor metallisch ijzer en koper is een beperkte onderlinge oplosbaarheid mogelijk. De maximale waarden worden waargenomen bij een temperatuurindex van 1099,85 ° C. De oplosbaarheidsgraad van koper in de vaste vorm van ijzer is 8,5%. Dit zijn kleine indicatoren. Het oplossen van metallisch ijzer in de vaste vorm van koper is ongeveer 4,2%.
Het verlagen van de temperatuur tot kamerwaarden maakt onderlinge processen onbeduidend. Wanneer metallisch koper wordt gesmolten, kan het in vaste vorm goed strijken. Bij het verkrijgen van Fe en Cu pseudo-legeringen worden speciale werkstukken gebruikt. Ze worden gemaakt door ijzerpoeder te persen of te bakken, dat zich in pure of gelegeerde vorm bevindt. Dergelijke blanco's zijn geïmpregneerd met vloeibaar koper, waardoor pseudo-legeringen worden gevormd.
Oplossen in ammoniak
Het proces verloopt vaak door NH3 in gasvorm over heet metaal te leiden. Het resultaat is het oplossen van koper in ammoniak, het vrijkomen van Cu3N. Deze verbinding wordt monovalent nitride genoemd.
De zouten worden blootgesteld aan ammoniakoplossing. De toevoeging van een dergelijk reagens aan koperchloride leidt tot precipitatie in de vorm van hydroxide:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Ammoniakoverschot draagt bij aan de vorming van een complexachtige verbinding met een donkerblauwe kleur:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Dit proces wordt gebruikt om cupro-ionen te bepalen.
Oplosbaarheid in gietijzer
In de structuur van nodulair perlitisch ijzer is er naast de hoofdcomponenten een extra element in de vorm van gewoon koper. Zij is het die de grafitisering van koolstofatomen verhoogt, bijdraagt aan een toename van de vloeibaarheid, sterkte en hardheid van legeringen. Het metaal heeft een positief effect op het geh alte aan perliet in het eindproduct. De oplosbaarheid van koper in gietijzer wordt gebruikt om de legering van de oorspronkelijke samenstelling uit te voeren. Het belangrijkste doel van dit proces is het verkrijgen van een kneedbare legering. Het zal verbeterde mechanische en corrosie-eigenschappen hebben, maar minder bros worden.
Als het kopergeh alte in gietijzer ongeveer 1% is, dan is de treksterkte gelijk aan 40% en neemt de opbrengst toe tot 50%. Dit verandert de eigenschappen van de legering aanzienlijk. Een toename van de hoeveelheid legeringsmetaal tot 2% leidt tot een verandering in sterkte tot een waarde van 65% en de opbrengstindex wordt 70%. Met een hoger kopergeh alte in de samenstelling van gietijzer is nodulair grafiet moeilijker te vormen. De introductie van een legeringselement in de structuur verandert niets aan de technologie van het vormen van een taaie en zachte legering. De tijd die wordt uitgetrokken voor het gloeien v alt samen met de duur van een dergelijke reactie bij de productie van gietijzer zonder koperverontreinigingen. Het is ongeveer 10 uur.
Het gebruik van koper om high te makensiliciumconcentratie is niet in staat om de zogenaamde ferruginisatie van het mengsel tijdens het uitgloeien volledig te elimineren. Het resultaat is een product met een lage elasticiteit.
Oplosbaarheid in kwik
Wanneer kwik wordt gemengd met metalen van andere elementen, worden amalgamen verkregen. Dit proces kan bij kamertemperatuur plaatsvinden, omdat Pb onder dergelijke omstandigheden een vloeistof is. De oplosbaarheid van koper in kwik gaat alleen over tijdens verwarming. Het metaal moet eerst worden gebroken. Bij het bevochtigen van vast koper met vloeibaar kwik dringt de ene stof de andere binnen of diffundeert. De oplosbaarheidswaarde wordt uitgedrukt als een percentage en is 7,410-3. De reactie produceert een vast eenvoudig amalgaam, vergelijkbaar met cement. Als je het een beetje opwarmt, wordt het zachter. Als gevolg hiervan wordt dit mengsel gebruikt om porseleinen voorwerpen te repareren. Er zijn ook complexe amalgamen met een optimaal metaalgeh alte. Zo zijn in een tandheelkundige legering de elementen zilver, tin, koper en zink aanwezig. Hun aantal in percentage verwijst naar 65:27:6:2. Amalgaam met deze samenstelling wordt zilver genoemd. Elk onderdeel van de legering vervult een specifieke functie, waardoor u een vulling van hoge kwaliteit krijgt.
Een ander voorbeeld is de amalgaamlegering, die een hoog kopergeh alte heeft. Het wordt ook wel koperlegering genoemd. De samenstelling van het amalgaam bevat 10 tot 30% Cu. Het hoge kopergeh alte voorkomt de interactie van tin met kwik, wat de vorming van een zeer zwakke en corrosieve fase van de legering voorkomt. BehalveDaarnaast leidt een afname van de hoeveelheid zilver in de vulling tot een prijsdaling. Voor de bereiding van amalgaam is het wenselijk gebruik te maken van een inerte atmosfeer of een beschermende vloeistof die een film vormt. De metalen waaruit de legering bestaat, kunnen snel oxideren met lucht. Het proces van het verhitten van cuprumamalgaam in aanwezigheid van waterstof leidt tot de destillatie van kwik, waardoor elementair koper kan worden gescheiden. Zoals je kunt zien, is dit onderwerp gemakkelijk te leren. Nu weet je hoe koper niet alleen interageert met water, maar ook met zuren en andere elementen.
