Die chemischen Eigenschaften der meisten Elemente beruhen auf ihrer Fähigkeit, sich in Wasser und Säuren zu lösen. Die Untersuchung der Eigenschaften von Kupfer ist unter normalen Bedingungen mit einer geringen Aktivität verbunden. Ein Merkmal seiner chemischen Prozesse ist die Bildung von Verbindungen mit Ammoniak, Quecksilber, Salpeter- und Schwefelsäure. Die geringe Wasserlöslichkeit von Kupfer ist nicht in der Lage, Korrosionsprozesse hervorzurufen. Es hat besondere chemische Eigenschaften, die den Einsatz der Verbindung in verschiedenen Industrien ermöglichen.
Artikelbeschreibung
Kupfer gilt als das älteste der Metalle, das die Menschen schon vor unserer Zeitrechnung zu gewinnen lernten. Dieser Stoff wird aus natürlichen Quellen in Form von Erz gewonnen. Kupfer wird als Element der chemischen Tabelle mit dem lateinischen Namen Cuprum bezeichnet, dessen laufende Nummer 29 ist. Im Periodensystem steht es in der vierten Periode und gehört zur ersten Gruppe.
Der Naturstoff ist ein rosarotes Schwermetall mit einer weichen und formbaren Struktur. Sein Siede- und Schmelzpunkt istüber 1000 °C. Gilt als guter Dirigent.
Chemische Struktur und Eigenschaften
Wenn Sie die elektronische Formel eines Kupferatoms studieren, werden Sie feststellen, dass es 4 Ebenen hat. Im Valenz-4s-Orbital befindet sich nur ein Elektron. Bei chemischen Reaktionen können von einem Atom 1 bis 3 negativ geladene Teilchen abgesp alten werden, dann werden Kupferverbindungen mit einer Oxidationsstufe von +3, +2, +1 erh alten. Seine zweiwertigen Derivate sind die stabilsten.
In chemischen Reaktionen wirkt es als inaktives Metall. Unter normalen Bedingungen fehlt die Löslichkeit von Kupfer in Wasser. In trockener Luft wird keine Korrosion beobachtet, aber beim Erhitzen ist die Metalloberfläche mit einer schwarzen Beschichtung aus zweiwertigem Oxid bedeckt. Die chemische Stabilität von Kupfer zeigt sich unter Einwirkung von wasserfreien Gasen, Kohlenstoff, einer Reihe organischer Verbindungen, Phenolharzen und Alkoholen. Es ist durch Komplexbildungsreaktionen unter Freisetzung farbiger Verbindungen gekennzeichnet. Kupfer hat eine leichte Ähnlichkeit mit den Metallen der Alkaligruppe, verbunden mit der Bildung von Derivaten der einwertigen Reihe.
Was ist Löslichkeit?
Dies ist der Prozess der Bildung homogener Systeme in Form von Lösungen in der Wechselwirkung einer Verbindung mit anderen Substanzen. Ihre Bestandteile sind einzelne Moleküle, Atome, Ionen und andere Teilchen. Der Grad der Löslichkeit wird durch die Konzentration der gelösten Substanz bestimmt, wenn eine gesättigte Lösung erh alten wird.
Die Maßeinheit sind meistens Prozente, Volumen- oder Gewichtsanteile. Die Löslichkeit von Kupfer in Wasser unterliegt wie andere feste Verbindungen nur Änderungen der Temperaturbedingungen. Diese Abhängigkeit wird durch Kurven ausgedrückt. Wenn der Indikator sehr klein ist, gilt die Substanz als unlöslich.
Kupferlöslichkeit in Wasser
Metall zeigt Korrosionsbeständigkeit unter Einwirkung von Meerwasser. Dies beweist seine Trägheit unter normalen Bedingungen. Die Löslichkeit von Kupfer in Wasser (Süßwasser) wird praktisch nicht beobachtet. Aber in einer feuchten Umgebung und unter Einwirkung von Kohlendioxid bildet sich auf der Metalloberfläche ein grüner Film, der das Hauptkarbonat ist:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Betrachtet man seine einwertigen Verbindungen in Form eines Salzes, so beobachtet man ihre leichte Auflösung. Solche Substanzen unterliegen einer schnellen Oxidation. Als Ergebnis werden zweiwertige Kupferverbindungen erh alten. Diese Salze haben eine gute Löslichkeit in wässrigen Medien. Ihre vollständige Dissoziation in Ionen erfolgt.
Löslichkeit in Säuren
Normale Reaktionen von Kupfer mit schwachen oder verdünnten Säuren begünstigen deren Wechselwirkung nicht. Der chemische Prozess des Metalls mit Alkalien wird nicht beobachtet. Die Löslichkeit von Kupfer in Säuren ist möglich, wenn es sich um starke Oxidationsmittel handelt. Nur in diesem Fall findet die Interaktion statt.
Kupferlöslichkeit in Salpetersäure
Eine solche Reaktion ist möglich, weil das Metall mit einem starken Reagenz oxidiert wird. Salpetersäure in verdünnt und konzentriertForm zeigt oxidierende Eigenschaften bei der Auflösung von Kupfer.
Bei der ersten Variante fallen bei der Reaktion Kupfernitrat und zweiwertiges Stickoxid in einem Verhältnis von 75 % zu 25 % an. Der Vorgang mit verdünnter Salpetersäure lässt sich durch folgende Gleichung beschreiben:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
Im zweiten Fall werden Kupfernitrat und Stickoxide zweiwertig und vierwertig erh alten, deren Verhältnis 1 zu 1 beträgt. Bei diesem Verfahren werden 1 Mol Metall und 3 Mol konzentrierte Salpetersäure verwendet. Beim Auflösen von Kupfer wird die Lösung stark erhitzt, was zur thermischen Zersetzung des Oxidationsmittels und zur Freisetzung einer zusätzlichen Menge an Stickoxiden führt:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
Die Reaktion wird in der Kleinproduktion im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Schrott oder der Entfernung von Beschichtungen aus Abfällen verwendet. Dieses Verfahren zum Auflösen von Kupfer hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, die mit der Freisetzung einer großen Menge an Stickoxiden verbunden sind. Um sie einzufangen oder zu neutralisieren, ist spezielle Ausrüstung erforderlich. Diese Prozesse sind sehr kostspielig.
Die Auflösung von Kupfer gilt als vollständig, wenn die Produktion von flüchtigen Stickoxiden vollständig aufhört. Die Reaktionstemperatur reicht von 60 bis 70°C. Der nächste Schritt besteht darin, die Lösung aus dem chemischen Reaktor abzulassen. An seiner Unterseite befinden sich kleine Metallstücke, die nicht reagiert haben. Der resultierenden Flüssigkeit wird Wasser zugesetzt undfiltern.
Löslichkeit in Schwefelsäure
Im Normalzustand tritt eine solche Reaktion nicht auf. Entscheidend für die Auflösung von Kupfer in Schwefelsäure ist seine hohe Konzentration. Ein verdünntes Medium kann das Metall nicht oxidieren. Die Auflösung von Kupfer in konzentrierter Schwefelsäure erfolgt unter Freisetzung von Sulfat.
Der Prozess wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Eigenschaften von Kupfersulfat
Dibasisches Salz wird auch als Sulfat bezeichnet und wie folgt bezeichnet: CuSO4. Es ist eine Substanz ohne charakteristischen Geruch, die keine Flüchtigkeit zeigt. In seiner wasserfreien Form ist Salz farblos, undurchsichtig und stark hygroskopisch. Kupfer (Sulfat) hat eine gute Löslichkeit. Wassermoleküle, die sich mit dem Salz verbinden, können Kristallhydratverbindungen bilden. Ein Beispiel ist Kupfersulfat, ein blaues Pentahydrat. Seine Formel lautet: CuSO4 5H2O.
Kristallhydrate haben eine transparente Struktur mit bläulicher Tönung, sie weisen einen bitteren, metallischen Geschmack auf. Ihre Moleküle sind in der Lage, mit der Zeit gebundenes Wasser zu verlieren. In der Natur kommen sie in Form von Mineralien vor, zu denen Chalcanthit und Butit gehören.
Betroffen von Kupfersulfat. Löslichkeit ist eine exotherme Reaktion. Bei der Salzhydratation wird eine erhebliche Menge anHitze.
Kupferlöslichkeit in Eisen
Als Ergebnis dieses Prozesses werden Pseudolegierungen von Fe und Cu gebildet. Für metallisches Eisen und Kupfer ist eine begrenzte gegenseitige Löslichkeit möglich. Seine Maximalwerte werden bei einem Temperaturindex von 1099,85 °C beobachtet. Der Löslichkeitsgrad von Kupfer in fester Eisenform beträgt 8,5 %. Dies sind kleine Indikatoren. Die Auflösung von metallischem Eisen in fester Form von Kupfer beträgt etwa 4,2 %.
Absenken der Temperatur auf Raumtemperaturwerte macht gegenseitige Prozesse unbedeutend. Wenn metallisches Kupfer geschmolzen wird, ist es in fester Form in der Lage, Eisen gut zu benetzen. Bei der Gewinnung von Fe- und Cu-Pseudolegierungen werden spezielle Werkstücke verwendet. Sie entstehen durch Pressen oder Backen von Eisenpulver, das in reiner oder legierter Form vorliegt. Solche Rohlinge werden mit flüssigem Kupfer imprägniert und bilden Pseudolegierungen.
Auflösen in Ammoniak
Der Prozess läuft oft ab, indem NH3 gasförmig über heißes Metall geleitet wird. Das Ergebnis ist die Auflösung von Kupfer in Ammoniak, die Freisetzung von Cu3N. Diese Verbindung wird einwertiges Nitrid genannt.
Seine Salze werden einer Ammoniaklösung ausgesetzt. Die Zugabe eines solchen Reagenzes zu Kupferchlorid führt zur Ausfällung in Form von Hydroxid:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Ammoniaküberschuss trägt zur Bildung einer Verbindung vom Komplextyp mit dunkelblauer Farbe bei:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Mit diesem Verfahren werden Kupfer(I)-Ionen bestimmt.
Löslichkeit in Gusseisen
In der Struktur von duktilem Perliteisen gibt es neben den Hauptbestandteilen ein zusätzliches Element in Form von gewöhnlichem Kupfer. Sie erhöht die Graphitisierung von Kohlenstoffatomen und trägt zu einer Erhöhung der Fließfähigkeit, Festigkeit und Härte von Legierungen bei. Das Metall wirkt sich positiv auf den Perlitgeh alt im Endprodukt aus. Die Löslichkeit von Kupfer in Gusseisen wird genutzt, um die Ausgangszusammensetzung zu legieren. Der Hauptzweck dieses Verfahrens besteht darin, eine formbare Legierung zu erh alten. Es hat verbesserte mechanische Eigenschaften und Korrosionseigenschaften, aber weniger Versprödung.
Wenn der Kupfergeh alt im Gusseisen etwa 1 % beträgt, beträgt die Zugfestigkeit 40 % und die Fließfähigkeit steigt auf 50 %. Dadurch werden die Eigenschaften der Legierung erheblich verändert. Eine Erhöhung der Legierungsmetallmenge auf 2 % führt zu einer Festigkeitsänderung auf einen Wert von 65 %, und der Fließindex wird 70 %. Mit einem höheren Kupfergeh alt in der Zusammensetzung von Gusseisen ist Kugelgraphit schwieriger zu formen. Die Einführung eines Legierungselements in die Struktur ändert nichts an der Technologie zum Bilden einer zähen und weichen Legierung. Die für das Glühen vorgesehene Zeit fällt mit der Dauer einer solchen Reaktion bei der Herstellung von Gusseisen ohne Kupferverunreinigungen zusammen. Es sind etwa 10 Stunden.
Die Verwendung von Kupfer, um high zu machenSiliziumkonzentration ist nicht in der Lage, die sogenannte Ferruginisierung der Mischung während des Glühens vollständig zu beseitigen. Das Ergebnis ist ein Produkt mit geringer Elastizität.
Löslichkeit in Quecksilber
Wenn Quecksilber mit Metallen anderer Elemente gemischt wird, erhält man Amalgame. Dieser Vorgang kann bei Raumtemperatur stattfinden, da Pb unter diesen Bedingungen flüssig ist. Die Löslichkeit von Kupfer in Quecksilber vergeht nur beim Erhitzen. Das Metall muss zuerst zerkleinert werden. Beim Benetzen von festem Kupfer mit flüssigem Quecksilber durchdringt ein Stoff den anderen oder diffundiert. Der Löslichkeitswert wird in Prozent ausgedrückt und beträgt 7,410-3. Die Reaktion erzeugt ein festes einfaches Amalgam, ähnlich wie Zement. Wenn Sie es etwas erhitzen, wird es weicher. Daher wird diese Mischung zur Reparatur von Porzellanartikeln verwendet. Es gibt auch komplexe Amalgame mit optimalem Metallgeh alt. Beispielsweise sind in einer Dentallegierung die Elemente Silber, Zinn, Kupfer und Zink enth alten. Ihre Zahl in Prozent bezieht sich auf 65:27:6:2. Amalgam mit dieser Zusammensetzung wird Silber genannt. Jede Komponente der Legierung erfüllt eine bestimmte Funktion, wodurch Sie eine hochwertige Füllung erh alten.
Ein anderes Beispiel ist die Amalgamlegierung, die einen hohen Kupferanteil hat. Es wird auch Kupferlegierung genannt. Die Zusammensetzung des Amalgams enthält 10 bis 30 % Cu. Der hohe Kupfergeh alt verhindert die Wechselwirkung von Zinn mit Quecksilber, was die Bildung einer sehr schwachen und korrosiven Phase der Legierung verhindert. AußerDarüber hinaus führt eine Verringerung des Silbergeh alts in der Füllung zu einer Preisreduzierung. Für die Herstellung von Amalgam ist es wünschenswert, eine inerte Atmosphäre oder eine filmbildende Schutzflüssigkeit zu verwenden. Die Metalle, aus denen die Legierung besteht, können schnell mit Luft oxidieren. Das Erhitzen von Cuprum-Amalgam in Gegenwart von Wasserstoff führt zur Destillation von Quecksilber, wodurch elementares Kupfer abgetrennt werden kann. Wie Sie sehen können, ist dieses Thema leicht zu erlernen. Jetzt wissen Sie, wie Kupfer nicht nur mit Wasser, sondern auch mit Säuren und anderen Elementen interagiert.
