De kjemiske egenskapene til de fleste grunnstoffer er basert på deres evne til å løse seg opp i vann og syrer. Studiet av egenskapene til kobber er assosiert med lav aktivitet under normale forhold. Et trekk ved dens kjemiske prosesser er dannelsen av forbindelser med ammoniakk, kvikksølv, salpetersyre og svovelsyre. Den lave løseligheten av kobber i vann er ikke i stand til å forårsake korrosjonsprosesser. Den har spesielle kjemiske egenskaper som gjør at forbindelsen kan brukes i ulike industrier.
Varebeskrivelse
Kobber regnes som det eldste av metallene som folk lærte å utvinne allerede før vår tidsregning. Dette stoffet er hentet fra naturlige kilder i form av malm. Kobber kalles et element i den kjemiske tabellen med det latinske navnet cuprum, hvis serienummer er 29. I det periodiske systemet er det plassert i fjerde periode og tilhører den første gruppen.
Det naturlige stoffet er et rosa-rødt tungmetall med en myk og formbar struktur. Dens koke- og smeltepunkt erover 1000 °C. Regnes som en god dirigent.
Kjemisk struktur og egenskaper
Hvis du studerer den elektroniske formelen til et kobberatom, vil du finne at det har 4 nivåer. Det er bare ett elektron i valens 4s orbital. Under kjemiske reaksjoner kan fra 1 til 3 negativt ladede partikler sp altes fra et atom, deretter oppnås kobberforbindelser med en oksidasjonstilstand på +3, +2, +1. Dens toverdige derivater er de mest stabile.
I kjemiske reaksjoner fungerer det som et inaktivt metall. Under normale forhold er løseligheten av kobber i vann fraværende. I tørr luft observeres ikke korrosjon, men ved oppvarming er metalloverflaten dekket med et svart belegg av toverdig oksid. Den kjemiske stabiliteten til kobber manifesteres under virkningen av vannfrie gasser, karbon, en rekke organiske forbindelser, fenolharpikser og alkoholer. Det er preget av komplekse dannelsesreaksjoner med frigjøring av fargede forbindelser. Kobber har en liten likhet med alkaligruppemetallene, assosiert med dannelsen av derivater av den monovalente serien.
Hva er løselighet?
Dette er prosessen med dannelse av homogene systemer i form av løsninger i samspillet mellom en forbindelse med andre stoffer. Komponentene deres er individuelle molekyler, atomer, ioner og andre partikler. Løselighetsgraden bestemmes av konsentrasjonen av stoffet som ble oppløst ved oppnåelse av en mettet løsning.
Måleenheten er oftest prosenter, volum eller vektbrøker. Løseligheten av kobber i vann, som andre faste forbindelser, er kun underlagt endringer i temperaturforhold. Denne avhengigheten uttrykkes ved hjelp av kurver. Hvis indikatoren er veldig liten, anses stoffet som uløselig.
Løselighet av kobber i vann
Metal utviser korrosjonsbestandighet under påvirkning av sjøvann. Dette beviser sin treghet under normale forhold. Løseligheten av kobber i vann (ferskvann) er praktisk t alt ikke observert. Men i et fuktig miljø og under påvirkning av karbondioksid dannes det en grønn film på metalloverflaten, som er hovedkarbonatet:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Hvis vi vurderer dens enverdige forbindelser i form av et s alt, observeres deres svake oppløsning. Slike stoffer er utsatt for rask oksidasjon. Som et resultat oppnås toverdige kobberforbindelser. Disse s altene har god løselighet i vandige medier. Deres fullstendige dissosiasjon til ioner skjer.
Løselighet i syrer
Normale forhold for reaksjoner av kobber med svake eller fortynnede syrer favoriserer ikke deres interaksjon. Den kjemiske prosessen til metallet med alkalier blir ikke observert. Løseligheten av kobber i syrer er mulig hvis de er sterke oksidasjonsmidler. Bare i dette tilfellet finner interaksjonen sted.
Løselighet av kobber i salpetersyre
En slik reaksjon er mulig på grunn av at metallet oksideres med en sterk reagens. Salpetersyre i fortynnet og konsentrertformen viser oksiderende egenskaper ved oppløsning av kobber.
I den første varianten, under reaksjonen, oppnås kobbernitrat og toverdig nitrogenoksid i et forhold på 75 % til 25 %. Prosessen med fortynnet salpetersyre kan beskrives med følgende ligning:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
I det andre tilfellet oppnås kobbernitrat og nitrogenoksider toverdige og fireverdige, hvor forholdet er 1 til 1. Denne prosessen involverer 1 mol metall og 3 mol konsentrert salpetersyre. Når kobber er oppløst, blir løsningen kraftig oppvarmet, noe som resulterer i termisk dekomponering av oksidasjonsmidlet og frigjøring av et ekstra volum nitrogenoksider:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
Reaksjonen brukes i småskala produksjon knyttet til behandling av skrap eller fjerning av belegg fra avfall. Imidlertid har denne metoden for oppløsning av kobber en rekke ulemper forbundet med frigjøring av en stor mengde nitrogenoksider. For å fange eller nøytralisere dem kreves spesialutstyr. Disse prosessene er svært kostbare.
Oppløsningen av kobber anses som fullført når det er fullstendig opphør av produksjonen av flyktige nitrogenoksider. Reaksjonstemperaturen varierer fra 60 til 70 °C. Det neste trinnet er å drenere løsningen fra den kjemiske reaktoren. I bunnen er det små metallbiter som ikke har reagert. Vann tilsettes til den resulterende væsken ogfiltrering.
Løselighet i svovelsyre
I normal tilstand forekommer ikke en slik reaksjon. Faktoren som bestemmer oppløsningen av kobber i svovelsyre er dens sterke konsentrasjon. Et fortynnet medium kan ikke oksidere metallet. Oppløsningen av kobber i konsentrert svovelsyre fortsetter med frigjøring av sulfat.
Prosessen uttrykkes ved følgende ligning:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Egenskaper til kobbersulfat
Dibasisk s alt kalles også sulfat, betegnet som følger: CuSO4. Det er et stoff uten en karakteristisk lukt, som ikke viser flyktighet. I sin vannfrie form er s alt fargeløst, ugjennomsiktig og svært hygroskopisk. Kobber (sulfat) har god løselighet. Vannmolekyler, sammen med s altet, kan danne krystallhydratforbindelser. Et eksempel er kobbersulfat, som er et blått pentahydrat. Formelen er: CuSO4 5H2O.
Krystallhydrater har en gjennomsiktig blåaktig struktur, de viser en bitter, metallisk smak. Molekylene deres er i stand til å miste bundet vann over tid. I naturen forekommer de i form av mineraler, som inkluderer kalkantitt og butitt.
Påvirket av kobbersulfat. Løselighet er en eksoterm reaksjon. I prosessen med s althydrering, en betydelig mengdevarme.
Løselighet av kobber i jern
Som et resultat av denne prosessen dannes pseudo-legeringer av Fe og Cu. For metallisk jern og kobber er begrenset gjensidig løselighet mulig. Dens maksimale verdier er observert ved en temperaturindeks på 1099,85 °C. Graden av løselighet av kobber i fast form av jern er 8,5%. Dette er små indikatorer. Oppløsningen av metallisk jern i fast form av kobber er ca. 4,2%.
Å redusere temperaturen til romverdier gjør gjensidige prosesser ubetydelige. Når metallisk kobber smeltes, er det i stand til å fukte jern godt i fast form. Ved anskaffelse av Fe og Cu pseudo-legeringer brukes spesielle arbeidsstykker. De lages ved å presse eller bake jernpulver, som er i ren eller legert form. Slike emner er impregnert med flytende kobber, og danner pseudo-legeringer.
Oppløsning i ammoniakk
Prosessen fortsetter ofte ved å føre NH3 i gassform over varmt metall. Resultatet er oppløsning av kobber i ammoniakk, frigjøring av Cu3N. Denne forbindelsen kalles monovalent nitrid.
Dens s alter er utsatt for ammoniakkløsning. Tilsetning av et slikt reagens til kobberklorid fører til utfelling i form av hydroksid:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Overskudd av ammoniakk bidrar til dannelsen av en kompleks-type forbindelse med en mørkeblå farge:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Denne prosessen brukes til å bestemme kobber(II)ioner.
Løselighet i støpejern
I strukturen til duktilt perlittisk jern er det i tillegg til hovedkomponentene et tilleggselement i form av vanlig kobber. Det er hun som øker grafitiseringen av karbonatomer, bidrar til en økning i fluiditet, styrke og hardhet til legeringer. Metallet har en positiv effekt på nivået av perlitt i sluttproduktet. Løseligheten av kobber i støpejern brukes til å utføre legeringen av den opprinnelige sammensetningen. Hovedformålet med denne prosessen er å oppnå en formbar legering. Den vil ha forbedrede mekaniske og korrosjonsegenskaper, men redusert sprøhet.
Hvis kobberinnholdet i støpejern er ca. 1 %, er strekkfastheten lik 40 %, og utbyttet øker til 50 %. Dette endrer egenskapene til legeringen betydelig. En økning i mengden legeringsmetall til 2 % fører til en styrkeendring til en verdi på 65 %, og avkastningsindeksen blir 70 %. Med et høyere kobberinnhold i sammensetningen av støpejern, er nodulær grafitt vanskeligere å danne. Innføringen av et legeringselement i strukturen endrer ikke teknologien for å danne en tøff og myk legering. Tiden som er tildelt for gløding sammenfaller med varigheten av en slik reaksjon ved produksjon av støpejern uten kobberurenheter. Det er omtrent 10 timer.
Bruken av kobber for å lage høysilisiumkonsentrasjon er ikke i stand til å fullstendig eliminere den såk alte ferruginiseringen av blandingen under gløding. Resultatet er et produkt med lav elastisitet.
Løselighet i kvikksølv
Når kvikksølv blandes med metaller fra andre grunnstoffer, oppnås amalgamer. Denne prosessen kan foregå ved romtemperatur, fordi under slike forhold er Pb en væske. Løseligheten av kobber i kvikksølv passerer kun under oppvarming. Metallet må først knuses. Når man fukter fast kobber med flytende kvikksølv, trenger ett stoff inn i et annet eller diffunderer. Løselighetsverdien uttrykkes i prosent og er 7,410-3. Reaksjonen produserer et solid enkelt amalgam, som ligner på sement. Varmer du den opp litt, blir den myk. Som et resultat brukes denne blandingen til å reparere porselensartikler. Det finnes også komplekse amalgamer med optim alt metallinnhold. For eksempel er elementene sølv, tinn, kobber og sink tilstede i en dentallegering. Antallet deres i prosent refererer til 65:27:6:2. Amalgam med denne sammensetningen kalles sølv. Hver komponent i legeringen utfører en spesifikk funksjon, som lar deg få en fylling av høy kvalitet.
Et annet eksempel er amalgamlegeringen, som har et høyt kobberinnhold. Det kalles også kobberlegering. Sammensetningen av amalgamet inneholder fra 10 til 30% Cu. Det høye kobberinnholdet forhindrer samspillet mellom tinn og kvikksølv, noe som forhindrer dannelsen av en svært svak og etsende fase av legeringen. UnntattI tillegg fører en reduksjon i mengden sølv i fyllingen til en reduksjon i prisen. For fremstilling av amalgam er det ønskelig å bruke en inert atmosfære eller en beskyttende væske som danner en film. Metallene som utgjør legeringen er i stand til raskt å oksidere med luft. Prosessen med oppvarming av cuprum amalgam i nærvær av hydrogen fører til destillasjon av kvikksølv, som tillater separasjon av elementært kobber. Som du kan se, er dette emnet lett å lære. Nå vet du hvordan kobber interagerer ikke bare med vann, men også med syrer og andre grunnstoffer.
