De kemiske egenskaber ved de fleste grundstoffer er baseret på deres evne til at opløses i vand og syrer. Studiet af kobbers egenskaber er forbundet med lav aktivitet under normale forhold. Et træk ved dets kemiske processer er dannelsen af forbindelser med ammoniak, kviksølv, salpetersyre og svovlsyre. Den lave opløselighed af kobber i vand er ikke i stand til at forårsage korrosionsprocesser. Det har særlige kemiske egenskaber, der gør det muligt at bruge forbindelsen i forskellige industrier.
Varebeskrivelse
Kobber anses for at være det ældste af de metaller, som folk lærte at udvinde allerede før vor tidsregning. Dette stof er opnået fra naturlige kilder i form af malm. Kobber kaldes et grundstof i den kemiske tabel med det latinske navn cuprum, hvis løbenummer er 29. I det periodiske system er det placeret i fjerde periode og tilhører den første gruppe.
Det naturlige stof er et pink-rødt tungmetal med en blød og formbar struktur. Dens koge- og smeltepunkt erover 1000 °C. Betragtes som en god dirigent.
Kemisk struktur og egenskaber
Hvis du studerer den elektroniske formel for et kobberatom, vil du opdage, at det har 4 niveauer. Der er kun én elektron i valens 4s orbital. Under kemiske reaktioner kan fra 1 til 3 negativt ladede partikler sp altes fra et atom, hvorefter der opnås kobberforbindelser med en oxidationstilstand på +3, +2, +1. Dens divalente derivater er de mest stabile.
I kemiske reaktioner fungerer det som et inaktivt metal. Under normale forhold er opløseligheden af kobber i vand fraværende. I tør luft observeres korrosion ikke, men ved opvarmning er metaloverfladen dækket af en sort belægning af divalent oxid. Den kemiske stabilitet af kobber manifesteres under påvirkningen af vandfri gasser, kulstof, en række organiske forbindelser, phenolharpikser og alkoholer. Det er karakteriseret ved komplekse dannelsesreaktioner med frigivelse af farvede forbindelser. Kobber har en lille lighed med alkaligruppemetallerne, forbundet med dannelsen af derivater af den monovalente serie.
Hvad er opløselighed?
Dette er processen med dannelse af homogene systemer i form af opløsninger i samspillet mellem en forbindelse med andre stoffer. Deres komponenter er individuelle molekyler, atomer, ioner og andre partikler. Graden af opløselighed bestemmes af koncentrationen af stoffet, der blev opløst ved opnåelse af en mættet opløsning.
Måleenheden er oftest procenter, volumen eller vægtbrøker. Opløseligheden af kobber i vand, ligesom andre faste forbindelser, er kun genstand for ændringer i temperaturforhold. Denne afhængighed udtrykkes ved hjælp af kurver. Hvis indikatoren er meget lille, anses stoffet for at være uopløseligt.
Kobbers opløselighed i vand
Metal udviser korrosionsbestandighed under påvirkning af havvand. Dette beviser sin inerti under normale forhold. Opløseligheden af kobber i vand (ferskvand) observeres praktisk t alt ikke. Men i et fugtigt miljø og under påvirkning af kuldioxid dannes en grøn film på metaloverfladen, som er hovedkarbonatet:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Hvis vi betragter dets monovalente forbindelser i form af et s alt, så observeres deres svage opløsning. Sådanne stoffer udsættes for hurtig oxidation. Som et resultat opnås divalente kobberforbindelser. Disse s alte har god opløselighed i vandige medier. Deres fuldstændige dissociation til ioner sker.
Opløselighed i syrer
Normale reaktioner af kobber med svage eller fortyndede syrer fremmer ikke deres interaktion. Den kemiske proces af metallet med alkalier observeres ikke. Opløseligheden af kobber i syrer er mulig, hvis de er stærke oxidationsmidler. Kun i dette tilfælde finder interaktionen sted.
Opløselighed af kobber i salpetersyre
En sådan reaktion er mulig på grund af det faktum, at metallet er oxideret med et stærkt reagens. Salpetersyre i fortyndet og koncentreretform udviser oxiderende egenskaber med opløsning af kobber.
I den første variant opnås under reaktionen kobbernitrat og divalent nitrogenoxid i et forhold på 75% til 25%. Processen med fortyndet salpetersyre kan beskrives ved følgende ligning:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
I det andet tilfælde opnås kobbernitrat og nitrogenoxider divalente og tetravalente, hvis forhold er 1 til 1. Denne proces involverer 1 mol metal og 3 mol koncentreret salpetersyre. Når kobber er opløst, opvarmes opløsningen kraftigt, hvilket resulterer i termisk nedbrydning af oxidationsmidlet og frigivelse af et yderligere volumen nitrogenoxider:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
Reaktionen bruges i småskalaproduktion i forbindelse med behandling af skrot eller fjernelse af belægninger fra affald. Denne metode til opløsning af kobber har imidlertid en række ulemper forbundet med frigivelsen af en stor mængde nitrogenoxider. For at fange eller neutralisere dem kræves specialudstyr. Disse processer er meget dyre.
Opløsningen af kobber betragtes som fuldstændig, når der er et fuldstændigt ophør med produktionen af flygtige nitrogenoxider. Reaktionstemperaturen varierer fra 60 til 70 °C. Det næste trin er at dræne opløsningen fra den kemiske reaktor. I bunden er der små metalstykker, som ikke har reageret. Vand tilsættes til den resulterende væske ogfiltrering.
Opløselighed i svovlsyre
I normal tilstand forekommer en sådan reaktion ikke. Faktoren, der bestemmer opløsningen af kobber i svovlsyre, er dens stærke koncentration. Et fortyndet medium kan ikke oxidere metallet. Opløsningen af kobber i koncentreret svovlsyre fortsætter med frigivelsen af sulfat.
Processen er udtrykt ved følgende ligning:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Kobbersulfats egenskaber
Dibasisk s alt kaldes også sulfat, angivet som følger: CuSO4. Det er et stof uden en karakteristisk lugt, der ikke viser flygtighed. I sin vandfri form er s alt farveløst, uigennemsigtigt og meget hygroskopisk. Kobber (sulfat) har god opløselighed. Vandmolekyler, der forbinder s altet, kan danne krystalhydratforbindelser. Et eksempel er kobbersulfat, som er et blåt pentahydrat. Dens formel er: CuSO4 5H2O.
Krystalhydrater har en gennemsigtig struktur med en blålig farvetone, de udviser en bitter, metallisk smag. Deres molekyler er i stand til at miste bundet vand over tid. I naturen forekommer de i form af mineraler, som omfatter chalcanthite og butit.
Påvirket af kobbersulfat. Opløselighed er en eksoterm reaktion. I processen med s althydrering vil en betydelig mængde afvarme.
Opløselighed af kobber i jern
Som et resultat af denne proces dannes pseudo-legeringer af Fe og Cu. For metallisk jern og kobber er begrænset gensidig opløselighed mulig. Dens maksimale værdier observeres ved et temperaturindeks på 1099,85 °C. Graden af opløselighed af kobber i fast form af jern er 8,5%. Det er små indikatorer. Opløsningen af metallisk jern i fast form af kobber er omkring 4,2%.
Reduktion af temperaturen til rumværdier gør gensidige processer ubetydelige. Når metallisk kobber smeltes, er det i stand til at væde jern godt i fast form. Ved opnåelse af Fe og Cu pseudo-legeringer anvendes specielle emner. De skabes ved at presse eller bage jernpulver, som er i ren eller legeret form. Sådanne emner er imprægneret med flydende kobber og danner pseudo-legeringer.
Opløsning i ammoniak
Processen forløber ofte ved at føre NH3 i gasform over varmt metal. Resultatet er opløsning af kobber i ammoniak, frigivelse af Cu3N. Denne forbindelse kaldes monovalent nitrid.
Dens s alte udsættes for ammoniakopløsning. Tilsætning af et sådant reagens til kobberchlorid fører til udfældning i form af hydroxid:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Ammoniakoverskud bidrager til dannelsen af en kompleks-type forbindelse med en mørkeblå farve:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Denne proces bruges til at bestemme kobber(II)ioner.
Opløselighed i støbejern
I strukturen af duktilt perlitjern er der udover hovedkomponenterne et ekstra element i form af almindeligt kobber. Det er hende, der øger grafitiseringen af carbonatomer, bidrager til en stigning i fluiditet, styrke og hårdhed af legeringer. Metallet har en positiv effekt på niveauet af perlit i slutproduktet. Opløseligheden af kobber i støbejern bruges til at udføre legering af den oprindelige sammensætning. Hovedformålet med denne proces er at opnå en formbar legering. Det vil have forbedrede mekaniske og korrosionsegenskaber, men reduceret skørhed.
Hvis kobberindholdet i støbejern er ca. 1%, så er trækstyrken lig med 40%, og fluiditeten stiger til 50%. Dette ændrer legeringens egenskaber væsentligt. En stigning i mængden af legeringsmetal til 2% fører til en ændring i styrke til en værdi på 65%, og udbytteindekset bliver 70%. Med et højere kobberindhold i sammensætningen af støbejern er nodulær grafit sværere at danne. Indførelsen af et legeringselement i strukturen ændrer ikke teknologien til at danne en sej og blød legering. Den tid, der er tildelt til udglødning, falder sammen med varigheden af en sådan reaktion ved fremstilling af støbejern uden kobberurenheder. Det er omkring 10 timer.
Brugen af kobber til at lave highsiliciumkoncentration er ikke i stand til fuldstændigt at eliminere den såkaldte ferruginisering af blandingen under udglødning. Resultatet er et produkt med lav elasticitet.
Opløselighed i kviksølv
Når kviksølv blandes med metaller fra andre grundstoffer, opnås amalgamer. Denne proces kan foregå ved stuetemperatur, fordi Pb under sådanne forhold er en væske. Opløseligheden af kobber i kviksølv passerer kun under opvarmning. Metallet skal først knuses. Når fast kobber fugtes med flydende kviksølv, trænger et stof ind i et andet eller diffunderer. Opløselighedsværdien er udtrykt i procent og er 7,410-3. Reaktionen producerer et fast simpelt amalgam, der ligner cement. Varmer du den lidt op, bliver den blød. Som et resultat bruges denne blanding til at reparere porcelænsgenstande. Der findes også komplekse amalgamer med et optim alt metalindhold. For eksempel er elementerne sølv, tin, kobber og zink til stede i en dentallegering. Deres antal i procent refererer til 65:27:6:2. Amalgam med denne sammensætning kaldes sølv. Hver komponent i legeringen udfører en specifik funktion, som giver dig mulighed for at få en fyldning af høj kvalitet.
Et andet eksempel er amalgamlegeringen, som har et højt kobberindhold. Det kaldes også kobberlegering. Sammensætningen af amalgamet indeholder fra 10 til 30% Cu. Det høje kobberindhold forhindrer tins interaktion med kviksølv, hvilket forhindrer dannelsen af en meget svag og ætsende fase af legeringen. UndtagenDesuden medfører et fald i mængden af sølv i fyldet et fald i prisen. Til fremstilling af amalgam er det ønskeligt at anvende en inert atmosfære eller en beskyttende væske, der danner en film. Metallerne, der udgør legeringen, er i stand til hurtigt at oxidere med luft. Processen med opvarmning af cuprum amalgam i nærvær af brint fører til destillation af kviksølv, hvilket tillader adskillelse af elementært kobber. Som du kan se, er dette emne let at lære. Nu ved du, hvordan kobber ikke kun interagerer med vand, men også med syrer og andre grundstoffer.
