Hemijska svojstva većine elemenata zasnivaju se na njihovoj sposobnosti da se otapaju u vodi i kiselinama. Proučavanje karakteristika bakra je povezano sa niskom aktivnošću u normalnim uslovima. Karakteristika njegovih hemijskih procesa je stvaranje jedinjenja sa amonijakom, živom, azotnom i sumpornom kiselinom. Niska rastvorljivost bakra u vodi nije sposobna da izazove procese korozije. Ima posebna hemijska svojstva koja omogućavaju da se jedinjenje koristi u raznim industrijama.
Opis artikla
Bakar se smatra najstarijim metalom koji su ljudi naučili da vade čak i pre naše ere. Ova tvar se dobiva iz prirodnih izvora u obliku rude. Bakar se naziva element hemijske tabele sa latinskim nazivom cuprum, čiji je redni broj 29. U periodičnom sistemu nalazi se u četvrtom periodu i pripada prvoj grupi.
Prirodna supstanca je ružičasto-crveni teški metal meke i savitljive strukture. Njegova tačka ključanja i topljenja jepreko 1000 °C. Smatra se dobrim dirigentom.
Hemijska struktura i svojstva
Ako proučavate elektronsku formulu atoma bakra, otkrit ćete da ima 4 nivoa. Postoji samo jedan elektron u valentnoj 4s orbitali. Tokom hemijskih reakcija od atoma se mogu odvojiti od 1 do 3 negativno naelektrisane čestice, a zatim se dobijaju jedinjenja bakra sa oksidacionim stanjem +3, +2, +1. Njegovi dvovalentni derivati su najstabilniji.
U hemijskim reakcijama deluje kao neaktivan metal. U normalnim uslovima, rastvorljivost bakra u vodi je odsutna. Na suhom zraku korozija se ne opaža, ali kada se zagrije, metalna površina je prekrivena crnim premazom dvovalentnog oksida. Hemijska stabilnost bakra se manifestuje pod dejstvom bezvodnih gasova, ugljenika, niza organskih jedinjenja, fenolnih smola i alkohola. Karakteriziraju ga reakcije formiranja kompleksa s oslobađanjem obojenih spojeva. Bakar ima blagu sličnost sa metalima alkalne grupe, što je povezano sa formiranjem derivata monovalentnog niza.
Šta je rastvorljivost?
Ovo je proces formiranja homogenih sistema u obliku rastvora u interakciji jednog jedinjenja sa drugim supstancama. Njihove komponente su pojedinačni molekuli, atomi, joni i druge čestice. Stepen rastvorljivosti je određen koncentracijom supstance koja je rastvorena pri dobijanju zasićenog rastvora.
Jedinica mjerenja su najčešće procenti, zapreminski ili težinski razlomci. Rastvorljivost bakra u vodi, kao i drugih čvrstih jedinjenja, podložna je samo promjenama temperaturnih uslova. Ova zavisnost se izražava pomoću krivulja. Ako je indikator vrlo mali, tada se tvar smatra nerastvorljivom.
Rastvorljivost bakra u vodi
Metal pokazuje otpornost na koroziju pod dejstvom morske vode. Ovo dokazuje njegovu inerciju u normalnim uslovima. Rastvorljivost bakra u vodi (slatka voda) se praktički ne opaža. Ali u vlažnom okruženju i pod djelovanjem ugljičnog dioksida, na površini metala se formira zeleni film, koji je glavni karbonat:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Ako uzmemo u obzir njegove monovalentne spojeve u obliku soli, onda se uočava njihovo blago otapanje. Takve tvari su podložne brzoj oksidaciji. Kao rezultat, dobijaju se dvovalentna jedinjenja bakra. Ove soli imaju dobru rastvorljivost u vodenom mediju. Dolazi do njihove potpune disocijacije na jone.
Rastvorljivost u kiselinama
Normalne reakcije bakra sa slabim ili razrijeđenim kiselinama ne pogoduju njihovoj interakciji. Hemijski proces metala sa alkalijama nije primećen. Rastvorljivost bakra u kiselinama je moguća ako su jaki oksidanti. Samo u ovom slučaju dolazi do interakcije.
Rastvorljivost bakra u azotnoj kiselini
Ovakva reakcija je moguća zbog činjenice da je metal oksidiran jakim reagensom. Dušična kiselina u razblaženoj i koncentrovanojoblik pokazuje oksidirajuća svojstva sa otapanjem bakra.
U prvoj varijanti tokom reakcije dobijaju se nitrat bakra i dvovalentni oksid azota u omjeru od 75% do 25%. Proces s razrijeđenom dušičnom kiselinom može se opisati sljedećom jednačinom:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NE3)2 + NE + NE + 4H2O.
U drugom slučaju dobijaju se nitrat bakra i oksidi azota dvovalentni i četvorovalentni, čiji je odnos 1 prema 1. Ovaj proces uključuje 1 mol metala i 3 mola koncentrovane azotne kiseline. Kada se bakar otopi, otopina se snažno zagrijava, što rezultira termičkom razgradnjom oksidatora i oslobađanjem dodatne količine dušikovih oksida:
4HNO3 + Cu → Cu(NE3)2 + NE 2 + NE2 + 2H2O.
Reakcija se koristi u maloj proizvodnji povezanoj sa preradom otpada ili uklanjanjem premaza iz otpada. Međutim, ova metoda otapanja bakra ima niz nedostataka povezanih s oslobađanjem velike količine dušikovih oksida. Za njihovo hvatanje ili neutralizaciju potrebna je posebna oprema. Ovi procesi su veoma skupi.
Rastvaranje bakra smatra se potpunim kada dođe do potpunog prestanka proizvodnje isparljivih azotnih oksida. Temperatura reakcije se kreće od 60 do 70 °C. Sljedeći korak je ispuštanje otopine iz hemijskog reaktora. Na njegovom dnu se nalaze mali komadi metala koji nisu reagovali. U nastalu tečnost se dodaje voda ifiltriranje.
Rastvorljivost u sumpornoj kiselini
U normalnom stanju, takva reakcija se ne dešava. Faktor koji određuje otapanje bakra u sumpornoj kiselini je njegova jaka koncentracija. Razrijeđeni medij ne može oksidirati metal. Otapanje bakra u koncentrovanoj sumpornoj kiselini nastavlja se oslobađanjem sulfata.
Proces je izražen sljedećom jednačinom:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Svojstva bakar sulfata
Dubazična so se takođe naziva sulfat, označava se na sledeći način: CuSO4. To je supstanca bez karakterističnog mirisa, ne pokazuje isparljivost. U svom bezvodnom obliku, sol je bezbojna, neprozirna i vrlo higroskopna. Bakar (sulfat) ima dobru rastvorljivost. Molekuli vode, spajajući se sa soli, mogu formirati kristalnohidratna jedinjenja. Primjer je bakar sulfat, koji je plavi pentahidrat. Njegova formula je: CuSO4 5H2O.
Kristalni hidrati imaju providnu strukturu plavičaste nijanse, imaju gorak, metalni ukus. Njihovi molekuli su sposobni da izgube vezanu vodu tokom vremena. U prirodi se javljaju u obliku minerala, koji uključuju halkantit i butit.
Pod utjecajem bakrenog sulfata. Rastvorljivost je egzotermna reakcija. U procesu hidratacije soli, značajna količinatoplina.
Rastvorljivost bakra u gvožđu
Kao rezultat ovog procesa nastaju pseudolegure Fe i Cu. Za metalno željezo i bakar moguća je ograničena međusobna rastvorljivost. Njegove maksimalne vrijednosti se primjećuju na temperaturnom indeksu od 1099,85 °C. Stepen rastvorljivosti bakra u čvrstom obliku gvožđa je 8,5%. Ovo su mali pokazatelji. Rastvaranje metalnog gvožđa u čvrstom obliku bakra je oko 4,2%.
Smanjenje temperature na sobne vrednosti čini međusobne procese beznačajnim. Kada se metalni bakar topi, može dobro navlažiti gvožđe u čvrstom obliku. Prilikom dobijanja Fe i Cu pseudolegura koriste se posebni obradaci. Nastaju prešanjem ili pečenjem željeznog praha, koji je u čistom ili legiranom obliku. Takve tvorevine su impregnirane tečnim bakrom, formirajući pseudolegure.
Otapanje u amonijaku
Proces se često odvija prolaskom NH3 u gasovitom obliku preko vrućeg metala. Rezultat je rastvaranje bakra u amonijaku, oslobađanje Cu3N. Ovo jedinjenje se zove monovalentni nitrid.
Njegove soli su izložene rastvoru amonijaka. Dodavanje takvog reagensa bakrenom hloridu dovodi do taloženja u obliku hidroksida:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Višak amonijaka doprinosi stvaranju složenog tipa jedinjenja tamnoplave boje:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Ovaj proces se koristi za određivanje bakrovih jona.
Rastvorljivost u livenom gvožđu
U strukturi duktilnog perlitnog gvožđa, pored glavnih komponenti, postoji i dodatni element u obliku običnog bakra. Ona je ta koja povećava grafitizaciju atoma ugljika, doprinosi povećanju fluidnosti, čvrstoće i tvrdoće legura. Metal pozitivno utiče na nivo perlita u finalnom proizvodu. Rastvorljivost bakra u livenom gvožđu koristi se za legiranje početnog sastava. Glavna svrha ovog procesa je dobivanje kovne legure. Imat će poboljšana mehanička svojstva i svojstva korozije, ali će biti smanjena krhkost.
Ako je sadržaj bakra u livenom gvožđu oko 1%, tada je zatezna čvrstoća jednaka 40%, a fluidnost se povećava na 50%. Ovo značajno mijenja karakteristike legure. Povećanje količine legiranog metala na 2% dovodi do promjene čvrstoće na vrijednost od 65%, a indeks prinosa postaje 70%. Sa većim sadržajem bakra u sastavu livenog gvožđa, nodularni grafit se teže formira. Uvođenje legirajućeg elementa u strukturu ne mijenja tehnologiju formiranja žilave i meke legure. Vrijeme predviđeno za žarenje poklapa se s trajanjem takve reakcije u proizvodnji lijevanog željeza bez primjesa bakra. To je oko 10 sati.
Upotreba bakra za postizanje visokih vrednostiKoncentracija silicijuma nije u stanju u potpunosti eliminirati takozvanu feruginizaciju smjese tokom žarenja. Rezultat je proizvod niske elastičnosti.
Rastvorljivost u živi
Kada se živa pomiješa sa metalima drugih elemenata, dobijaju se amalgami. Ovaj proces se može odvijati na sobnoj temperaturi, jer je u takvim uslovima Pb tečnost. Rastvorljivost bakra u živi prolazi samo tokom zagrijavanja. Metal se prvo mora drobiti. Prilikom vlaženja čvrstog bakra tekućom živom, jedna supstanca prodire u drugu ili difundira. Vrijednost rastvorljivosti je izražena kao procenat i iznosi 7,410-3. Reakcija proizvodi čvrsti jednostavni amalgam, sličan cementu. Ako ga malo zagrejete, omekšaće. Kao rezultat, ova mješavina se koristi za popravku porculanskih predmeta. Postoje i složeni amalgami sa optimalnim sadržajem metala. Na primjer, elementi srebra, kalaja, bakra i cinka prisutni su u dentalnoj leguri. Njihov broj u procentima odnosi se na 65:27:6:2. Amalgam ovog sastava naziva se srebro. Svaka komponenta legure obavlja određenu funkciju, što vam omogućava da dobijete visokokvalitetno punjenje.
Još jedan primjer je legura amalgama, koja ima visok sadržaj bakra. Naziva se i legura bakra. Sastav amalgama sadrži od 10 do 30% Cu. Visok sadržaj bakra sprečava interakciju kalaja sa živom, što sprečava stvaranje vrlo slabe i korozivne faze legure. OsimOsim toga, smanjenje količine srebra u punjenju dovodi do smanjenja cijene. Za pripremu amalgama poželjno je koristiti inertnu atmosferu ili zaštitnu tekućinu koja stvara film. Metali koji čine leguru mogu brzo oksidirati s zrakom. Proces zagrijavanja bakrovog amalgama u prisustvu vodonika dovodi do destilacije žive, što omogućava odvajanje elementarnog bakra. Kao što vidite, ovu temu je lako naučiti. Sada znate kako bakar reaguje ne samo na vodu, već i na kiseline i druge elemente.
