Медь и азотная кислота

Закипает медь при температуре, выше 1000⁰С. Также она является отличным электро- и теплопроводником. Температура ее плавления составляет 1084⁰С. Металл обладает плотностью, равной 8,9 г/см³. Атом меди имеет четыре уровня. На валентной 4s – орбитали располагается 1 я "электрон. При химической реакции меди и других вещество от атома отщепляется 1-3 отрицательно заряженные частицы, что, в итоге, образует соединения меди, имеющей степень окисления «+3», «+2», «+1». Самыми устойчивыми являются двухвалентные производные меди.

Реакционная способность меди достаточно низкая. Металл имеет две главные степени окисления, которые проявляются в соединениях: «+1», «+2». Остальные вещества встречаются крайне редко.

Медь вступает в реакцию с углекислым газом, воздухом, соляной кислотой, а также другими соединениями в условиях достаточно высокого температурного режима. Образовавшаяся на поверхности меди пленка, выступает защитным слоем, а также не дает металлу окисляться дальше, в результате чего металл становится стабильным и малоактивным.

Также медь вступает в реакцию с простыми веществами, среди которых галогены, селен, сера. В результате реакции металла, могут образовываться двойные соли или комплексные соединения. Стоит отметить, что практически все сложные соединения данного металла, за исключением оксидов, являются ядовитыми веществами.

При химических реакциях металл проявляет свою малоактивность. Он не растворяется в воде в обычных условиях.  В сухом воздухе металл не поддается коррозии, однако, если на медь воздействовать высокими температурами, то на ее поверхности образуется черных оксидный налет. Свою химическую устойчивость данный элемент отлично проявляет под воздействием углерода, безводных газов, нескольких органических соединений, спиртов, а также фенольных смол. Реакции комплексообразования являются типичными для меди. В их результате происходит выделение окрашенных соединений. Медь имеет сходства с металлами щелочной группы, связанные с формированием производных одновалентного ряда.

Медь знакома человеку еще с VII тысячелетия до нашей эры. Причиной такого относительно раннего знакомства с этим металлом, а также хорошее его освоение, является доступность для получения меди из руды, а также достаточно низкая температура плавления. Кроме того, стоит отметить, что самородная медь в природе является достаточно частым явлением, чего нельзя сказать о золоте, серебре и даже железе. Медь отличается своей мягкостью, однако, не смотря на это, все же изготовленные из данного металла орудия труда в далекой древности давали существенный выигрыш против каменных орудий в скорости рубки, сверления, распилки древесины и т.д.

Изначально основным сырьем для получения меди служила малахитовая руда, а не сульфидная. Это связано с техникой обработки указанных руд – в отличие от малахитовой, сульфидная руда требует предварительного обжига.

Медь и азотная кислота

Азотная кислота является сильной одноосновной кислотой. Азотная кислота в твердом виде формирует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решетками. Смешивание азотной кислоты и воды возможно абсолютно в любых пропорциях. Раствор азотной кислоты практически полностью диссоциируют на ионы. В результате смешивания воды и азотной кислоты образуется азеотропная смесь, имеющая концентрацию 68,4%, и которая закипает при температуре 120⁰С в условиях нормального атмосферного давления. Азотная кислота представляет собой очень ядовитое вещество.

Азотная кислота выступает отличным растворителем для меди. Реакция протекает по причине окисления металла сильным реагентом. Азотной кислоте вне зависимости от ее концентрации присущи окислительные свойства с растворением меди. Следует отметить, что медь и разбавленная азотная кислота, вступая в реакцию, образуют нитрат меди и двухвалентный оксид азота:

8HNO₃ + 3 Cu = 3 Cu(NO₃)_2­ + 2 NO + 4 H₂O

Участниками данной реакции являются 1 моль меди и 3 моля концентрированной азотной кислоты. Во время процесса растворения данного металла происходит выделение теплоты, т.е. температура раствора достаточно сильно повышается, что приводит к термическому разложению окислителя, а также к выделению дополнительного количества азотных оксидов:

4HNO₃ + Cu = Cu(NO₃)₂ +  2NO₂ + 2 H₂O

Однако, следует отметить недостаток такого способа растворения меди. Он состоит в том, что в процессе реакции между медью и азотной кислотой выделяются азотные оксиды в достаточно большом количестве, чтобы нейтрализовать которые необходимо применение специального оборудования. В связи с этим, данный процесс является очень дорогостоящим. Процесс растворения данного металла в азотной кислоте является полностью оконченным в то время, когда азотистые оксиды больше не выделяются. Температура реакции составляет 60-70⁰С. Следующим этапом является освобождение химического реактора от раствора, после чего на его дне можно наблюдать куски меди, которые не участвовали в реакции. Далее в полученную жидкость вливается вода, после чего жидкость подвергается фильтрации.

Взаимодействие меди и азотной кислоты можно проследить на примере опыта, в основе которого лежит помещение медной пластины в емкость с концентрированной азотной кислотой. Таким образом, когда медь и раствор азотной кислоты начинают реагировть, выделяется бурый газ. На начальном этапе реакции выделение этого газа достаточно медленное, однако, в процессе реакции постепенно усиливается. Результатом является изменение цвета раствора – он приобретает зеленый окрас. Если же во время реакции продолжать добавлять металл, то раствор постепенно приобретет голубой окрас.

В результате реакции меди и азотной кислоты выделяется тепло, а также образуется токсичный газ, обладающий характерный резкий запах.Вступление в реакцию меди с концентрированным раствором азотной кислоты является окислительно-восстановительным процессом. В данном случае в роли окислителя выступает именно азотная кислота, а роль восстановителя играет медь.

4 HNO₃ + Cu = Cu(NO₃)_2­ + 2 NO₂  + 2 H₂O

Реакция является экзотермической, в связи с чем, если происходит самопроизвольный разогрев смеси, то, соответственно, происходит и ускорение реакции.

Медь начинает реагировать с азотной кислотой в условиях комнатной температуры. В данном процессе можно заметить образование пузырьков на поверхности металла. Данные пузырьки всплывают, в результате чего происходит наполнение пробирки бурым газом – NO₂. Данный газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.

В процессе взаимодействия меди и азотной кислоты можно выделить два этапа:

1. Первый этап характеризуется тем, что образуется оксид меди с выделением диоксида азота;
2. На втором этапе происходит реакция оксида меди и новых порций кислоты, в результате чего образуется нитрат меди – Cu(NO₃)₂. Температура смеси повышается, что значительно ускоряет процесс реакции.

В результате реакции азотной кислоты и сульфида меди образуется нитрат меди, серная кислота, оксид азота и вода.

CuS + 10 HNO₃ = Cu (NO₃)₂ + H₂SO₄ + 8NO₂ + 4 H₂O