Le proprietà chimiche della maggior parte degli elementi si basano sulla loro capacità di dissolversi in acqua e acidi. Lo studio delle caratteristiche del rame è associato a una bassa attività in condizioni normali. Una caratteristica dei suoi processi chimici è la formazione di composti con ammoniaca, mercurio, acido nitrico e solforico. La bassa solubilità del rame in acqua non è in grado di provocare processi di corrosione. Ha proprietà chimiche speciali che consentono al composto di essere utilizzato in vari settori.
Descrizione oggetto
Il rame è considerato il più antico dei metalli che le persone hanno imparato a estrarre anche prima della nostra era. Questa sostanza è ottenuta da fonti naturali sotto forma di minerale. Il rame è chiamato elemento della tavola chimica con il nome latino cuprum, il cui numero di serie è 29. Nel sistema periodico si trova nel quarto periodo e appartiene al primo gruppo.
La sostanza naturale è un metallo pesante rosa-rosso con una struttura morbida e malleabile. Il suo punto di ebollizione e di fusione èoltre 1000 °C. Considerato un buon direttore d'orchestra.
Struttura chimica e proprietà
Se studi la formula elettronica di un atomo di rame, scoprirai che ha 4 livelli. C'è un solo elettrone nell'orbitale di valenza 4s. Durante le reazioni chimiche, da un atomo possono essere scisse da 1 a 3 particelle con carica negativa, quindi si ottengono composti di rame con uno stato di ossidazione di +3, +2, +1. I suoi derivati bivalenti sono i più stabili.
Nelle reazioni chimiche, agisce come un metallo inattivo. In condizioni normali, la solubilità del rame in acqua è assente. Nell'aria secca, la corrosione non si osserva, ma una volta riscaldata, la superficie del metallo è ricoperta da un rivestimento nero di ossido bivalente. La stabilità chimica del rame si manifesta sotto l'azione di gas anidri, carbonio, numerosi composti organici, resine fenoliche e alcoli. È caratterizzato da complesse reazioni di formazione con rilascio di composti colorati. Il rame ha una leggera somiglianza con i metalli del gruppo alcalino, associata alla formazione di derivati della serie monovalente.
Cos'è la solubilità?
Questo è il processo di formazione di sistemi omogenei sotto forma di soluzioni nell'interazione di un composto con altre sostanze. I loro componenti sono singole molecole, atomi, ioni e altre particelle. Il grado di solubilità è determinato dalla concentrazione della sostanza che è stata disciolta ottenendo una soluzione satura.
L'unità di misura è il più delle volte percentuali, volume o frazioni di peso. La solubilità del rame in acqua, come altri composti solidi, è soggetta solo a variazioni delle condizioni di temperatura. Questa dipendenza è espressa mediante curve. Se l'indicatore è molto piccolo, la sostanza è considerata insolubile.
Solubilità del rame in acqua
Il metallo mostra resistenza alla corrosione sotto l'azione dell'acqua di mare. Ciò dimostra la sua inerzia in condizioni normali. La solubilità del rame in acqua (acqua dolce) non è praticamente osservata. Ma in un ambiente umido e sotto l'azione dell'anidride carbonica, sulla superficie del metallo si forma una pellicola verde, che è il carbonato principale:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Se consideriamo i suoi composti monovalenti sotto forma di sale, allora si osserva la loro leggera dissoluzione. Tali sostanze sono soggette a rapida ossidazione. Di conseguenza, si ottengono composti di rame bivalenti. Questi sali hanno una buona solubilità in mezzi acquosi. Si verifica la loro completa dissociazione in ioni.
Solubilità in acidi
Le normali reazioni del rame con acidi deboli o diluiti non favoriscono la loro interazione. Il processo chimico del metallo con alcali non viene osservato. La solubilità del rame negli acidi è possibile se sono agenti ossidanti forti. Solo in questo caso avviene l'interazione.
Solubilità del rame in acido nitrico
Una tale reazione è possibile grazie al fatto che il metallo è ossidato con un reagente forte. Acido nitrico diluito e concentratola forma mostra proprietà ossidanti con la dissoluzione del rame.
Nella prima variante, durante la reazione, si ottengono nitrato di rame e ossido bivalente di azoto in un rapporto dal 75% al 25%. Il processo con acido nitrico diluito può essere descritto dalla seguente equazione:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
Nel secondo caso si ottengono nitrato di rame e ossidi di azoto bivalenti e tetravalenti, il cui rapporto è 1 a 1. Questo processo coinvolge 1 mol di metallo e 3 mol di acido nitrico concentrato. Quando il rame si scioglie, la soluzione viene fortemente riscaldata, provocando la decomposizione termica dell'ossidante e il rilascio di un volume aggiuntivo di ossidi di azoto:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
La reazione viene utilizzata nella produzione su piccola scala associata alla lavorazione di rottami o alla rimozione di rivestimenti dai rifiuti. Tuttavia, questo metodo di scioglimento del rame presenta una serie di svantaggi associati al rilascio di una grande quantità di ossidi di azoto. Per catturarli o neutralizzarli, è necessaria un'attrezzatura speciale. Questi processi sono molto costosi.
La dissoluzione del rame è considerata completa quando c'è una completa cessazione della produzione di ossidi di azoto volatili. La temperatura di reazione varia da 60 a 70 °C. Il prossimo passo è drenare la soluzione dal reattore chimico. Sul fondo ci sono piccoli pezzi di metallo che non hanno reagito. L'acqua viene aggiunta al liquido risultante efiltraggio.
Solubilità in acido solforico
Nello stato normale, una tale reazione non si verifica. Il fattore che determina la dissoluzione del rame nell'acido solforico è la sua forte concentrazione. Un mezzo diluito non può ossidare il metallo. La dissoluzione del rame in acido solforico concentrato procede con il rilascio di solfato.
Il processo è espresso dalla seguente equazione:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Proprietà del solfato di rame
Il sale bibasico è anche chiamato solfato, indicato come segue: CuSO4. È una sostanza senza un odore caratteristico, che non mostra volatilità. Nella sua forma anidra, il sale è incolore, opaco e altamente igroscopico. Il rame (solfato) ha una buona solubilità. Le molecole d'acqua, unendosi al sale, possono formare composti cristallini idrati. Un esempio è il solfato di rame, che è un pentaidrato blu. La sua formula è: CuSO4 5H2O.
Gli idrati di cristallo hanno una struttura trasparente di una tinta bluastra, esibiscono un sapore amaro e metallico. Le loro molecole sono in grado di perdere l'acqua legata nel tempo. In natura si presentano sotto forma di minerali, che includono calcantite e butite.
Influenzato dal solfato di rame. La solubilità è una reazione esotermica. Nel processo di idratazione del sale, una quantità significativa dicalore.
Solubilità del rame nel ferro
Come risultato di questo processo, si formano pseudo-leghe di Fe e Cu. Per ferro e rame metallici è possibile una solubilità reciproca limitata. I suoi valori massimi si osservano ad un indice di temperatura di 1099,85 °C. Il grado di solubilità del rame nella forma solida del ferro è dell'8,5%. Questi sono piccoli indicatori. La dissoluzione del ferro metallico nella forma solida del rame è di circa il 4,2%.
Ridurre la temperatura ai valori ambientali rende insignificanti i processi reciproci. Quando il rame metallico viene fuso, è in grado di bagnare bene il ferro in forma solida. Quando si ottengono pseudoleghe Fe e Cu, vengono utilizzati pezzi speciali. Sono creati pressando o cuocendo la polvere di ferro, che è in forma pura o legata. Tali grezzi sono impregnati di rame liquido, formando pseudo-leghe.
Dissolvi in ammoniaca
Il processo spesso procede facendo passare NH3 in forma gassosa su metallo caldo. Il risultato è la dissoluzione del rame nell'ammoniaca, il rilascio di Cu3N. Questo composto è chiamato nitruro monovalente.
I suoi sali sono esposti a una soluzione di ammoniaca. L'aggiunta di un tale reagente al cloruro di rame porta alla precipitazione sotto forma di idrossido:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
L'eccesso di ammoniaca contribuisce alla formazione di un composto di tipo complesso dal colore blu scuro:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Questo processo viene utilizzato per determinare gli ioni rameosi.
Solubilità in ghisa
Nella struttura della ghisa perlitica duttile, oltre ai componenti principali, è presente un elemento aggiuntivo sotto forma di rame ordinario. È lei che aumenta la grafitizzazione degli atomi di carbonio, contribuisce ad aumentare la fluidità, la resistenza e la durezza delle leghe. Il metallo ha un effetto positivo sul livello di perlite nel prodotto finale. La solubilità del rame nella ghisa viene utilizzata per effettuare le leghe della composizione iniziale. Lo scopo principale di questo processo è ottenere una lega malleabile. Avrà proprietà meccaniche e di corrosione migliorate ma infragilimento ridotto.
Se il contenuto di rame nella ghisa è di circa l'1%, la resistenza alla trazione è pari al 40% e la fluidità aumenta al 50%. Questo cambia significativamente le caratteristiche della lega. Un aumento della quantità di lega di metallo al 2% porta a una variazione della resistenza a un valore del 65% e l'indice di resa diventa del 70%. Con un contenuto di rame più elevato nella composizione della ghisa, la grafite nodulare è più difficile da formare. L'introduzione di un elemento di lega nella struttura non cambia la tecnologia di formazione di una lega tenace e morbida. Il tempo assegnato per la ricottura coincide con la durata di tale reazione nella produzione di ghisa senza impurità di rame. Sono circa 10 ore.
L'uso del rame per sballarela concentrazione di silicio non è in grado di eliminare completamente la cosiddetta ferruginizzazione della miscela durante la ricottura. Il risultato è un prodotto con bassa elasticità.
Solubilità in mercurio
Quando il mercurio viene mescolato con metalli di altri elementi, si ottengono amalgame. Questo processo può avvenire a temperatura ambiente, perché in tali condizioni il Pb è un liquido. La solubilità del rame nel mercurio passa solo durante il riscaldamento. Il metallo deve prima essere frantumato. Quando si bagna il rame solido con mercurio liquido, una sostanza compenetra l' altra o si diffonde. Il valore di solubilità è espresso in percentuale ed è 7,410-3. La reazione produce un solido amalgama semplice, simile al cemento. Se lo scaldi un po', si ammorbidirà. Di conseguenza, questa miscela viene utilizzata per riparare oggetti in porcellana. Esistono anche amalgame complesse con un contenuto di metallo ottimale. Ad esempio, gli elementi di argento, stagno, rame e zinco sono presenti in una lega dentale. Il loro numero in percentuale si riferisce a 65:27:6:2. L'amalgama con questa composizione si chiama argento. Ogni componente della lega svolge una funzione specifica, che consente di ottenere un riempimento di alta qualità.
Un altro esempio è la lega d'amalgama, che ha un alto contenuto di rame. Viene anche chiamata lega di rame. La composizione dell'amalgama contiene dal 10 al 30% di Cu. L' alto contenuto di rame impedisce l'interazione dello stagno con il mercurio, che impedisce la formazione di una fase molto debole e corrosiva della lega. TranneInoltre, una diminuzione della quantità di argento nel ripieno porta ad una riduzione del prezzo. Per la preparazione dell'amalgama, è preferibile utilizzare un'atmosfera inerte o un liquido protettivo che formi una pellicola. I metalli che compongono la lega sono in grado di ossidarsi rapidamente con l'aria. Il processo di riscaldamento dell'amalgama di cuprum in presenza di idrogeno porta alla distillazione del mercurio, che consente la separazione del rame elementare. Come puoi vedere, questo argomento è facile da imparare. Ora sai come il rame interagisce non solo con l'acqua, ma anche con acidi e altri elementi.
