As propriedades químicas da maioria dos elementos são baseadas em sua capacidade de se dissolver em água e ácidos. O estudo das características do cobre está associado à baixa atividade em condições normais. Uma característica de seus processos químicos é a formação de compostos com amônia, mercúrio, ácidos nítrico e sulfúrico. A baixa solubilidade do cobre em água não é capaz de causar processos corrosivos. Possui propriedades químicas especiais que permitem que o composto seja utilizado em diversas indústrias.
Descrição do item
O cobre é considerado o mais antigo dos metais que as pessoas aprenderam a extrair antes mesmo de nossa era. Esta substância é obtida de fontes naturais na forma de minério. O cobre é chamado de elemento da tabela química com o nome latino cuprum, cujo número de série é 29. No sistema periódico, está localizado no quarto período e pertence ao primeiro grupo.
A substância natural é um metal pesado rosa-avermelhado com uma estrutura macia e maleável. Seu ponto de ebulição e fusão éacima de 1000°C. Considerado um bom maestro.
Estrutura e propriedades químicas
Se você estudar a fórmula eletrônica de um átomo de cobre, descobrirá que ele tem 4 níveis. Há apenas um elétron no orbital de valência 4s. Durante as reações químicas, de 1 a 3 partículas carregadas negativamente podem ser separadas de um átomo, então são obtidos compostos de cobre com um estado de oxidação de +3, +2, +1. Suas derivadas bivalentes são as mais estáveis.
Em reações químicas, atua como um metal inativo. Em condições normais, a solubilidade do cobre em água está ausente. No ar seco, a corrosão não é observada, mas quando aquecida, a superfície do metal é coberta com uma camada preta de óxido bivalente. A estabilidade química do cobre se manifesta sob a ação de gases anidros, carbono, vários compostos orgânicos, resinas fenólicas e álcoois. Caracteriza-se por reações de formação de complexos com liberação de compostos coloridos. O cobre possui uma leve semelhança com os metais do grupo alcalino, associado à formação de derivados da série monovalente.
O que é solubilidade?
Este é o processo de formação de sistemas homogêneos na forma de soluções na interação de um composto com outras substâncias. Seus componentes são moléculas individuais, átomos, íons e outras partículas. O grau de solubilidade é determinado pela concentração da substância que foi dissolvida ao obter uma solução saturada.
A unidade de medida é mais frequentemente porcentagens, volume ou frações de peso. A solubilidade do cobre em água, como outros compostos sólidos, está sujeita apenas a mudanças nas condições de temperatura. Essa dependência é expressa por meio de curvas. Se o indicador for muito pequeno, a substância é considerada insolúvel.
Solubilidade do cobre em água
Metal apresenta resistência à corrosão sob a ação da água do mar. Isso prova sua inércia em condições normais. A solubilidade do cobre em água (água doce) praticamente não é observada. Mas em um ambiente úmido e sob a ação do dióxido de carbono, forma-se um filme verde na superfície do metal, que é o principal carbonato:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Se considerarmos seus compostos monovalentes na forma de um sal, observa-se sua leve dissolução. Tais substâncias estão sujeitas a oxidação rápida. Como resultado, são obtidos compostos de cobre bivalentes. Estes sais têm boa solubilidade em meio aquoso. Sua completa dissociação em íons ocorre.
Solubilidade em ácidos
As condições normais para as reações do cobre com ácidos fracos ou diluídos não favorecem sua interação. O processo químico do metal com álcalis não é observado. A solubilidade do cobre em ácidos é possível se forem agentes oxidantes fortes. Somente neste caso ocorre a interação.
Solubilidade do cobre em ácido nítrico
Tal reação é possível devido ao fato de que o metal é oxidado com um reagente forte. Ácido nítrico diluído e concentradoforma exibe propriedades oxidantes com a dissolução do cobre.
Na primeira variante, durante a reação, obtém-se nitrato de cobre e óxido bivalente de nitrogênio na proporção de 75% a 25%. O processo com ácido nítrico diluído pode ser descrito pela seguinte equação:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
No segundo caso, obtém-se nitrato de cobre e óxidos de nitrogênio bivalentes e tetravalentes, cuja proporção é de 1 para 1. Este processo envolve 1 mol de metal e 3 mol de ácido nítrico concentrado. Quando o cobre é dissolvido, a solução é fortemente aquecida, resultando na decomposição térmica do oxidante e na liberação de um volume adicional de óxidos nítricos:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NÃO2 + 2H2O.
A reação é utilizada na produção em pequena escala associada ao processamento de sucata ou remoção de revestimentos de resíduos. No entanto, este método de dissolução de cobre tem várias desvantagens associadas à liberação de uma grande quantidade de óxidos de nitrogênio. Para capturá-los ou neutralizá-los, é necessário equipamento especial. Esses processos são muito caros.
A dissolução do cobre é considerada completa quando há uma cessação completa da produção de óxidos nitrogenados voláteis. A temperatura de reação varia de 60 a 70°C. O próximo passo é drenar a solução do reator químico. Em seu fundo há pequenos pedaços de metal que não reagiram. A água é adicionada ao líquido resultante efiltragem.
Solubilidade em ácido sulfúrico
No estado normal, tal reação não ocorre. O fator que determina a dissolução do cobre em ácido sulfúrico é sua forte concentração. Um meio diluído não pode oxidar o metal. A dissolução do cobre em ácido sulfúrico concentrado prossegue com a liberação de sulfato.
O processo é expresso pela seguinte equação:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Propriedades do sulfato de cobre
Sal dibásico também é chamado de sulfato, denotado da seguinte forma: CuSO4. É uma substância sem odor característico, não apresentando volatilidade. Na sua forma anidra, o sal é incolor, opaco e altamente higroscópico. O cobre (sulfato) tem boa solubilidade. Moléculas de água, juntando-se ao sal, podem formar compostos de hidrato de cristal. Um exemplo é o sulfato de cobre, que é um pentahidrato azul. Sua fórmula é: CuSO4 5H2O.
Os hidratos de cristal têm uma estrutura transparente azulada, apresentam um sabor amargo e metálico. Suas moléculas são capazes de perder água ligada ao longo do tempo. Na natureza, ocorrem na forma de minerais, que incluem calcantita e butita.
Afetado por sulfato de cobre. A solubilidade é uma reação exotérmica. No processo de hidratação do sal, uma quantidade significativa decalor.
Solubilidade do cobre no ferro
Como resultado deste processo, formam-se pseudo-ligas de Fe e Cu. Para ferro metálico e cobre, é possível uma solubilidade mútua limitada. Seus valores máximos são observados a um índice de temperatura de 1099,85 °C. O grau de solubilidade do cobre na forma sólida de ferro é de 8,5%. Estes são pequenos indicadores. A dissolução do ferro metálico na forma sólida de cobre é de cerca de 4,2%.
Reduzir a temperatura para os valores da sala torna os processos mútuos insignificantes. Quando o cobre metálico é derretido, é capaz de molhar bem o ferro na forma sólida. Ao obter pseudo-ligas de Fe e Cu, são utilizadas peças de trabalho especiais. Eles são criados pressionando ou assando pó de ferro, que está na forma pura ou ligada. Tais blanks são impregnados com cobre líquido, formando pseudo-ligas.
Dissolvendo em amônia
O processo geralmente prossegue passando NH3 na forma gasosa sobre o metal quente. O resultado é a dissolução do cobre em amônia, a liberação de Cu3N. Este composto é chamado nitreto monovalente.
Seus sais são expostos à solução de amônia. A adição de tal reagente ao cloreto de cobre leva à precipitação na forma de hidróxido:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
O excesso de amônia contribui para a formação de um composto do tipo complexo com uma cor azul escura:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Este processo é usado para determinar íons cuprosos.
Solubilidade em ferro fundido
Na estrutura do ferro dúctil perlítico, além dos componentes principais, existe um elemento adicional na forma de cobre comum. É ela quem aumenta a grafitização dos átomos de carbono, contribui para o aumento da fluidez, resistência e dureza das ligas. O metal tem um efeito positivo no nível de perlita no produto final. A solubilidade do cobre no ferro fundido é usada para realizar a liga da composição inicial. O principal objetivo deste processo é obter uma liga maleável. Terá propriedades mecânicas e de corrosão melhoradas, mas fragilização reduzida.
Se o teor de cobre no ferro fundido é de cerca de 1%, a resistência à tração é igual a 40% e o rendimento aumenta para 50%. Isso altera significativamente as características da liga. Um aumento na quantidade de metal de liga para 2% leva a uma mudança na resistência para um valor de 65% e o índice de rendimento se torna 70%. Com maior teor de cobre na composição do ferro fundido, a grafite nodular é mais difícil de formar. A introdução de um elemento de liga na estrutura não altera a tecnologia de formação de uma liga resistente e macia. O tempo destinado ao recozimento coincide com a duração de tal reação na produção de ferro fundido sem impurezas de cobre. São cerca de 10 horas.
O uso de cobre para fazer altaa concentração de silício não é capaz de eliminar completamente a chamada ferruginização da mistura durante o recozimento. O resultado é um produto com baixa elasticidade.
Solubilidade em mercúrio
Quando o mercúrio é misturado com metais de outros elementos, obtém-se amálgamas. Este processo pode ocorrer à temperatura ambiente, pois nestas condições o Pb é um líquido. A solubilidade do cobre no mercúrio passa apenas durante o aquecimento. O metal deve primeiro ser esmagado. Ao molhar cobre sólido com mercúrio líquido, uma substância interpenetra outra ou se difunde. O valor de solubilidade é expresso em porcentagem e é 7,410-3. A reação produz um amálgama sólido simples, semelhante ao cimento. Se você esquentar um pouco, vai amolecer. Como resultado, esta mistura é usada para reparar itens de porcelana. Existem também amálgamas complexas com um teor ideal de metal. Por exemplo, os elementos de prata, estanho, cobre e zinco estão presentes em uma liga dental. Seu número em porcentagem se refere a 65:27:6:2. O amálgama com esta composição é chamado de prata. Cada componente da liga desempenha uma função específica, o que permite obter um enchimento de alta qualidade.
Outro exemplo é a liga de amálgama, que possui alto teor de cobre. Também é chamado de liga de cobre. A composição do amálgama contém de 10 a 30% Cu. O alto teor de cobre impede a interação do estanho com o mercúrio, o que impede a formação de uma fase muito fraca e corrosiva da liga. ExcetoAlém disso, uma diminuição na quantidade de prata no recheio leva a uma redução no preço. Para a preparação do amálgama, é desejável utilizar uma atmosfera inerte ou um líquido protetor que forme um filme. Os metais que compõem a liga são capazes de oxidar rapidamente com o ar. O processo de aquecimento do amálgama de cuprum na presença de hidrogênio leva à destilação do mercúrio, que permite a separação do cobre elementar. Como você pode ver, este tópico é fácil de aprender. Agora você sabe como o cobre interage não apenas com a água, mas também com ácidos e outros elementos.
