Kemijske lastnosti večine elementov temeljijo na njihovi sposobnosti raztapljanja v vodi in kislinah. Študija značilnosti bakra je povezana z nizko aktivnostjo v normalnih pogojih. Značilnost njegovih kemičnih procesov je tvorba spojin z amoniakom, živim srebrom, dušikovo in žveplovo kislino. Nizka topnost bakra v vodi ni sposobna povzročiti korozijskih procesov. Ima posebne kemične lastnosti, ki omogočajo uporabo spojine v različnih panogah.
Opis artikla
Baker velja za najstarejšo kovino, ki so se jo ljudje naučili pridobivati že pred našo dobo. Ta snov se pridobiva iz naravnih virov v obliki rude. Baker se imenuje element kemijske tabele z latinskim imenom cuprum, katerega serijska številka je 29. V periodnem sistemu se nahaja v četrti periodi in spada v prvo skupino.
Naravna snov je rožnato rdeča težka kovina z mehko in upogljivo strukturo. Njegovo vrelišče in tališče jenad 1000 °C. Velja za dobrega dirigenta.
Kemična struktura in lastnosti
Če preučite elektronsko formulo atoma bakra, boste ugotovili, da ima 4 ravni. Na valenčni 4s orbitali je samo en elektron. Med kemičnimi reakcijami lahko od atoma odcepimo od 1 do 3 negativno nabite delce, nato dobimo bakrove spojine z oksidacijskim stanjem +3, +2, +1. Njegovi dvovalentni derivati so najbolj stabilni.
V kemičnih reakcijah deluje kot neaktivna kovina. V normalnih pogojih je topnost bakra v vodi odsotna. V suhem zraku korozije ne opazimo, pri segrevanju pa je kovinska površina prekrita s črno prevleko dvovalentnega oksida. Kemična stabilnost bakra se kaže pod delovanjem brezvodnih plinov, ogljika, številnih organskih spojin, fenolnih smol in alkoholov. Zanj so značilne kompleksne tvorbene reakcije s sproščanjem obarvanih spojin. Baker je rahlo podoben kovinam alkalijske skupine, kar je povezano z tvorbo derivatov enovalentne serije.
Kaj je topnost?
To je proces nastanka homogenih sistemov v obliki raztopin pri interakciji ene spojine z drugimi snovmi. Njihove komponente so posamezne molekule, atomi, ioni in drugi delci. Stopnja topnosti je določena s koncentracijo snovi, ki je bila raztopljena, ko smo dobili nasičeno raztopino.
Merska enota so najpogosteje odstotki, prostorninski ali masni ulomki. Topnost bakra v vodi, tako kot druge trdne spojine, je podvržena le spremembam temperaturnih pogojev. Ta odvisnost je izražena s pomočjo krivulj. Če je indikator zelo majhen, se snov šteje za netopno.
Topnost bakra v vodi
Kovina izkazuje korozijsko odpornost pod delovanjem morske vode. To dokazuje njegovo vztrajnost v normalnih pogojih. Topnost bakra v vodi (sladka voda) praktično ni opažena. Toda v vlažnem okolju in pod delovanjem ogljikovega dioksida na kovinski površini nastane zeleni film, ki je glavni karbonat:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Če upoštevamo njegove enovalentne spojine v obliki soli, potem opazimo njihovo rahlo raztapljanje. Takšne snovi so podvržene hitri oksidaciji. Kot rezultat dobimo dvovalentne bakrove spojine. Te soli so dobro topne v vodnih medijih. Pojavi se njihova popolna disociacija na ione.
Topnost v kislinah
Normalne reakcije bakra s šibkimi ali razredčenimi kislinami ne podpirajo njihove interakcije. Kemični proces kovine z alkalijami ni opazen. Topnost bakra v kislinah je možna, če so močni oksidanti. Samo v tem primeru pride do interakcije.
Topnost bakra v dušikovi kislini
Takšna reakcija je možna zaradi dejstva, da je kovina oksidirana z močnim reagentom. Dušikova kislina v razredčeni in koncentriranioblika kaže oksidativne lastnosti z raztapljanjem bakra.
V prvi varianti se med reakcijo pridobiva bakrov nitrat in dušikov dvovalentni oksid v razmerju 75% proti 25%. Postopek z razredčeno dušikovo kislino lahko opišemo z naslednjo enačbo:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NE3)2 + NE + NE + 4H2O.
V drugem primeru dobimo bakrov nitrat in dušikove okside dvovalentne in štirivalentne, katerih razmerje je 1 proti 1. Ta postopek vključuje 1 mol kovine in 3 mole koncentrirane dušikove kisline. Ko se baker raztopi, se raztopina močno segreje, kar povzroči toplotno razgradnjo oksidanta in sproščanje dodatne količine dušikovih oksidov:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NE 2 + NE2 + 2H2O.
Reakcija se uporablja v majhni proizvodnji, povezani s predelavo ostankov ali odstranjevanjem premazov iz odpadkov. Vendar pa ima ta metoda raztapljanja bakra številne pomanjkljivosti, povezane s sproščanjem velike količine dušikovih oksidov. Za njihovo zajemanje ali nevtralizacijo je potrebna posebna oprema. Ti postopki so zelo dragi.
Raztapljanje bakra se šteje za popolno, ko pride do popolnega prenehanja proizvodnje hlapnih dušikovih oksidov. Reakcijska temperatura se giblje od 60 do 70 °C. Naslednji korak je odvajanje raztopine iz kemičnega reaktorja. Na njenem dnu so majhni kosi kovine, ki niso reagirali. V nastalo tekočino dodamo vodo infiltriranje.
Topnost v žveplovi kislini
V normalnem stanju do takšne reakcije ne pride. Faktor, ki določa raztapljanje bakra v žveplovi kislini, je njegova močna koncentracija. Razredčen medij ne more oksidirati kovine. Raztapljanje bakra v koncentrirani žveplovi kislini poteka s sproščanjem sulfata.
Proces je izražen z naslednjo enačbo:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Lastnosti bakrovega sulfata
Dvobazična sol se imenuje tudi sulfatna, označena kot sledi: CuSO4. Je snov brez značilnega vonja, ki ne kaže hlapnosti. V svoji brezvodni obliki je sol brezbarvna, neprozorna in zelo higroskopna. Baker (sulfat) ima dobro topnost. Molekule vode, ki se združijo s soljo, lahko tvorijo kristalno hidratne spojine. Primer je bakrov sulfat, ki je modri pentahidrat. Njegova formula je: CuSO4 5H2O.
Kristalni hidrati imajo prozorno strukturo modrikaste barve, imajo grenak, kovinski okus. Njihove molekule so sposobne sčasoma izgubiti vezano vodo. V naravi se pojavljajo v obliki mineralov, ki vključujejo kalkantit in butit.
Na vpliva bakrovega sulfata. Topnost je eksotermna reakcija. V procesu hidracije soli se znatna količinavročina.
Topnost bakra v železu
Kot rezultat tega procesa nastanejo psevdo-zlitine Fe in Cu. Za kovinsko železo in baker je možna omejena medsebojna topnost. Njegove največje vrednosti opazimo pri temperaturnem indeksu 1099,85 °C. Stopnja topnosti bakra v trdni obliki železa je 8,5%. To so majhni kazalniki. Raztapljanje kovinskega železa v trdni obliki bakra je približno 4,2%.
Znižanje temperature na sobne vrednosti naredi medsebojne procese nepomembne. Ko se kovinski baker stopi, lahko dobro zmoči železo v trdni obliki. Pri pridobivanju Fe in Cu psevdo-zlitin se uporabljajo posebni obdelovanci. Nastanejo s stiskanjem ali pecilnim železnim prahom, ki je v čisti ali legirani obliki. Takšni surovci so impregnirani s tekočim bakrom, ki tvorijo psevdo-zlitine.
Raztapljanje v amoniaku
Proces pogosto poteka tako, da se NH3 v plinasti obliki prenese preko vroče kovine. Rezultat je raztapljanje bakra v amoniaku, sproščanje Cu3N. Ta spojina se imenuje monovalentni nitrid.
Njegove soli so izpostavljene raztopini amoniaka. Dodatek takšnega reagenta bakrovemu kloridu vodi do obarjanja v obliki hidroksida:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Presežek amoniaka prispeva k tvorbi kompleksne spojine s temno modro barvo:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Ta postopek se uporablja za določanje bakrovih ionov.
Topnost v litem železu
V strukturi nodularnega perlitnega železa je poleg glavnih komponent še dodaten element v obliki navadnega bakra. Prav ona poveča grafitizacijo ogljikovih atomov, prispeva k povečanju pretočnosti, trdnosti in trdote zlitin. Kovina pozitivno vpliva na raven perlita v končnem izdelku. Topnost bakra v litem železu se uporablja za legiranje začetne sestave. Glavni namen tega postopka je pridobitev temprane zlitine. Imel bo izboljšane mehanske in korozijske lastnosti, vendar zmanjšal krhkost.
Če je vsebnost bakra v litem železu približno 1%, potem je natezna trdnost enaka 40%, fluidnost pa se poveča na 50%. To bistveno spremeni lastnosti zlitine. Povečanje količine legirne kovine na 2% vodi do spremembe trdnosti na vrednost 65%, indeks izkoristka pa postane 70%. Z višjo vsebnostjo bakra v sestavi litega železa je težje tvoriti nodularni grafit. Uvedba legirnega elementa v strukturo ne spremeni tehnologije oblikovanja žilave in mehke zlitine. Čas, namenjen žarjenju, sovpada s trajanjem takšne reakcije pri proizvodnji litega železa brez primesi bakra. To je približno 10 ur.
Uporaba bakra za doseganje visokih vrednostikoncentracija silicija ne more popolnoma odpraviti tako imenovane feruginizacije zmesi med žarjenjem. Rezultat je izdelek z nizko elastičnostjo.
Topnost v živem srebru
Ko se živo srebro pomeša s kovinami drugih elementov, nastanejo amalgami. Ta proces lahko poteka pri sobni temperaturi, ker je v takih pogojih Pb tekočina. Topnost bakra v živem srebru prehaja le med segrevanjem. Kovino je treba najprej zdrobiti. Pri omočenju trdnega bakra s tekočim živim srebrom ena snov prodre v drugo ali razprši. Vrednost topnosti je izražena v odstotkih in je 7,410-3. Reakcija proizvaja trdni preprost amalgam, podoben cementu. Če ga malo segrejete, se bo zmehčalo. Posledično se ta mešanica uporablja za popravilo porcelanastih predmetov. Obstajajo tudi kompleksni amalgami z optimalno vsebnostjo kovin. Na primer, elementi srebra, kositra, bakra in cinka so prisotni v zobni zlitini. Njihovo število v odstotkih se nanaša na 65:27:6:2. Amalgam s to sestavo se imenuje srebro. Vsaka komponenta zlitine opravlja določeno funkcijo, ki vam omogoča visoko kakovostno polnjenje.
Drug primer je amalgamska zlitina, ki ima visoko vsebnost bakra. Imenuje se tudi bakrova zlitina. Sestava amalgama vsebuje od 10 do 30 % Cu. Visoka vsebnost bakra preprečuje interakcijo kositra z živim srebrom, kar preprečuje nastanek zelo šibke in korozivne faze zlitine. RazenPoleg tega zmanjšanje količine srebra v polnilu vodi do znižanja cene. Za pripravo amalgama je zaželeno uporabiti inertno atmosfero ali zaščitno tekočino, ki tvori film. Kovine, ki sestavljajo zlitino, lahko hitro oksidirajo z zrakom. Postopek segrevanja bakrovega amalgama v prisotnosti vodika vodi do destilacije živega srebra, kar omogoča ločitev elementarnega bakra. Kot lahko vidite, je ta tema enostavna za učenje. Zdaj veste, kako baker ne deluje samo z vodo, ampak tudi s kislinami in drugimi elementi.
