Las propiedades químicas de la mayoría de los elementos se basan en su capacidad para disolverse en agua y ácidos. El estudio de las características del cobre está asociado a una baja actividad en condiciones normales. Una característica de sus procesos químicos es la formación de compuestos con amoníaco, mercurio, ácido nítrico y sulfúrico. La baja solubilidad del cobre en agua no es capaz de provocar procesos de corrosión. Tiene propiedades químicas especiales que permiten que el compuesto se utilice en diversas industrias.
Descripción del artículo
El cobre es considerado el más antiguo de los metales que la gente aprendió a extraer incluso antes de nuestra era. Esta sustancia se obtiene de fuentes naturales en forma de mineral. El cobre se denomina elemento de la tabla química con el nombre latino cuprum, cuyo número de serie es 29. En el sistema periódico, se ubica en el cuarto período y pertenece al primer grupo.
La sustancia natural es un metal pesado rosa-rojo con una estructura blanda y maleable. Su punto de ebullición y fusión esmás de 1000 °C. Considerado un buen director de orquesta.
Estructura química y propiedades
Si estudias la fórmula electrónica de un átomo de cobre, encontrarás que tiene 4 niveles. Solo hay un electrón en el orbital de valencia 4s. Durante las reacciones químicas, de 1 a 3 partículas cargadas negativamente se pueden separar de un átomo, luego se obtienen compuestos de cobre con un estado de oxidación de +3, +2, +1. Sus derivados divalentes son los más estables.
En las reacciones químicas, actúa como un metal inactivo. En condiciones normales, la solubilidad del cobre en agua está ausente. En aire seco, no se observa corrosión, pero cuando se calienta, la superficie metálica se cubre con una capa negra de óxido divalente. La estabilidad química del cobre se manifiesta bajo la acción de gases anhidros, carbón, diversos compuestos orgánicos, resinas fenólicas y alcoholes. Se caracteriza por reacciones de formación de complejos con liberación de compuestos coloreados. El cobre tiene una ligera similitud con los metales del grupo alcalino, asociada a la formación de derivados de la serie monovalente.
¿Qué es la solubilidad?
Este es el proceso de formación de sistemas homogéneos en forma de soluciones en la interacción de un compuesto con otras sustancias. Sus componentes son moléculas individuales, átomos, iones y otras partículas. El grado de solubilidad está determinado por la concentración de la sustancia que se disolvió al obtener una solución saturada.
La unidad de medida suele ser porcentajes, fracciones de volumen o peso. La solubilidad del cobre en agua, al igual que otros compuestos sólidos, está sujeta únicamente a cambios en las condiciones de temperatura. Esta dependencia se expresa mediante curvas. Si el indicador es muy pequeño, la sustancia se considera insoluble.
Solubilidad del cobre en agua
El metal exhibe resistencia a la corrosión bajo la acción del agua de mar. Esto demuestra su inercia en condiciones normales. La solubilidad del cobre en agua (agua dulce) prácticamente no se observa. Pero en un ambiente húmedo y bajo la acción del dióxido de carbono, se forma una película verde sobre la superficie del metal, que es el carbonato principal:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Si consideramos sus compuestos monovalentes en forma de sal, se observa su ligera disolución. Tales sustancias están sujetas a una oxidación rápida. Como resultado, se obtienen compuestos de cobre divalente. Estas sales tienen buena solubilidad en medios acuosos. Se produce su disociación completa en iones.
Solubilidad en ácidos
Las reacciones normales del cobre con ácidos débiles o diluidos no favorecen su interacción. No se observa el proceso químico del metal con álcalis. La solubilidad del cobre en ácidos es posible si son agentes oxidantes fuertes. Solo en este caso se produce la interacción.
Solubilidad del cobre en ácido nítrico
Tal reacción es posible debido al hecho de que el metal se oxida con un reactivo fuerte. Ácido nítrico en diluido y concentradoforma exhibe propiedades oxidantes con la disolución de cobre.
En la primera variante, durante la reacción se obtienen nitrato de cobre y óxido de nitrógeno divalente en una proporción del 75% al 25%. El proceso con ácido nítrico diluido se puede describir mediante la siguiente ecuación:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
En el segundo caso, se obtienen nitrato de cobre y óxidos de nitrógeno divalentes y tetravalentes, cuya relación es de 1 a 1. Este proceso involucra 1 mol de metal y 3 mol de ácido nítrico concentrado. Cuando se disuelve el cobre, la solución se calienta fuertemente, lo que provoca la descomposición térmica del oxidante y la liberación de un volumen adicional de óxidos nítricos:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
La reacción se utiliza en la producción a pequeña escala asociada con el procesamiento de chatarra o la eliminación de recubrimientos de los desechos. Sin embargo, este método de disolución de cobre tiene varias desventajas asociadas con la liberación de una gran cantidad de óxidos de nitrógeno. Para capturarlos o neutralizarlos, se requiere equipo especial. Estos procesos son muy costosos.
La disolución del cobre se considera completa cuando hay un cese completo de la producción de óxidos de nitrógeno volátiles. La temperatura de reacción oscila entre 60 y 70 °C. El siguiente paso es drenar la solución del reactor químico. En su fondo hay pequeñas piezas de metal que no han reaccionado. Se añade agua al líquido resultante yfiltrado.
Solubilidad en ácido sulfúrico
En el estado normal, tal reacción no ocurre. El factor que determina la disolución del cobre en ácido sulfúrico es su fuerte concentración. Un medio diluido no puede oxidar el metal. La disolución del cobre en ácido sulfúrico concentrado procede con la liberación de sulfato.
El proceso se expresa mediante la siguiente ecuación:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Propiedades del sulfato de cobre
La sal dibásica también se llama sulfato y se denota de la siguiente manera: CuSO4. Es una sustancia sin olor característico, que no presenta volatilidad. En su forma anhidra, la sal es incolora, opaca y altamente higroscópica. El cobre (sulfato) tiene buena solubilidad. Las moléculas de agua, uniéndose a la sal, pueden formar compuestos de hidratos de cristal. Un ejemplo es el sulfato de cobre, que es un pentahidrato azul. Su fórmula es: CuSO4 5H2O.
Los hidratos de cristal tienen una estructura transparente de un tinte azulado, exhiben un sabor amargo y metálico. Sus moléculas son capaces de perder agua ligada con el tiempo. En la naturaleza, se encuentran en forma de minerales, entre los que se incluyen la calcantita y la butita.
Afectado por sulfato de cobre. La solubilidad es una reacción exotérmica. En el proceso de hidratación de la sal, una cantidad significativa decalor.
Solubilidad del cobre en hierro
Como resultado de este proceso, se forman pseudoaleaciones de Fe y Cu. Para el hierro y el cobre metálicos, es posible una solubilidad mutua limitada. Sus valores máximos se observan a un índice de temperatura de 1099,85 °C. El grado de solubilidad del cobre en forma sólida de hierro es del 8,5%. Estos son pequeños indicadores. La disolución del hierro metálico en la forma sólida de cobre es de alrededor del 4,2 %.
Reducir la temperatura a valores ambientales hace que los procesos mutuos sean insignificantes. Cuando el cobre metálico se funde, puede humedecer bien el hierro en forma sólida. Al obtener pseudoaleaciones de Fe y Cu, se utilizan piezas de trabajo especiales. Se crean prensando u horneando polvo de hierro, que se encuentra en forma pura o aleado. Dichos espacios en blanco están impregnados con cobre líquido, formando pseudoaleaciones.
Disolver en amoníaco
El proceso a menudo procede pasando NH3 en forma gaseosa sobre metal caliente. El resultado es la disolución del cobre en amoníaco, la liberación de Cu3N. Este compuesto se llama nitruro monovalente.
Sus sales se exponen a una solución de amoníaco. La adición de tal reactivo al cloruro de cobre conduce a la precipitación en forma de hidróxido:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
El exceso de amoníaco contribuye a la formación de un compuesto de tipo complejo de color azul oscuro:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Este proceso se utiliza para determinar los iones cuprosos.
Solubilidad en hierro fundido
En la estructura del hierro perlítico dúctil, además de los componentes principales, hay un elemento adicional en forma de cobre ordinario. Es ella quien aumenta la grafitización de los átomos de carbono, contribuye a aumentar la fluidez, la resistencia y la dureza de las aleaciones. El metal tiene un efecto positivo en el nivel de perlita en el producto final. La solubilidad del cobre en la fundición se aprovecha para realizar la aleación de la composición inicial. El objetivo principal de este proceso es obtener una aleación maleable. Tendrá mejores propiedades mecánicas y anticorrosivas, pero menor fragilidad.
Si el contenido de cobre en el hierro fundido es de alrededor del 1 %, entonces la resistencia a la tracción es igual al 40 % y la fluidez aumenta al 50 %. Esto cambia significativamente las características de la aleación. Un aumento en la cantidad de metal de aleación al 2 % conduce a un cambio en la resistencia a un valor del 65 % y el índice de rendimiento llega al 70 %. Con un mayor contenido de cobre en la composición del hierro fundido, el grafito nodular es más difícil de formar. La introducción de un elemento de aleación en la estructura no cambia la tecnología de formación de una aleación dura y blanda. El tiempo asignado para el recocido coincide con la duración de tal reacción en la producción de hierro fundido sin impurezas de cobre. Son unas 10 horas.
El uso del cobre para hacer altala concentración de silicio no es capaz de eliminar completamente la llamada ferruginización de la mezcla durante el recocido. El resultado es un producto con poca elasticidad.
Solubilidad en mercurio
Cuando el mercurio se mezcla con metales de otros elementos, se obtienen amalgamas. Este proceso puede tener lugar a temperatura ambiente, porque en tales condiciones el Pb es líquido. La solubilidad del cobre en mercurio pasa solo durante el calentamiento. El metal primero debe ser triturado. Al humedecer cobre sólido con mercurio líquido, una sustancia interpenetra a otra o se difunde. El valor de solubilidad se expresa como un porcentaje y es 7.410-3. La reacción produce una amalgama simple sólida, similar al cemento. Si lo calientas un poco, se ablandará. Como resultado, esta mezcla se usa para reparar artículos de porcelana. También existen amalgamas complejas con un contenido óptimo de metales. Por ejemplo, los elementos de plata, estaño, cobre y zinc están presentes en una aleación dental. Su número en porcentaje se refiere a 65:27:6:2. La amalgama con esta composición se llama plata. Cada componente de la aleación realiza una función específica, lo que le permite obtener un relleno de alta calidad.
Otro ejemplo es la aleación de amalgama, que tiene un alto contenido de cobre. También se le llama aleación de cobre. La composición de la amalgama contiene del 10 al 30% de Cu. El alto contenido de cobre evita la interacción del estaño con el mercurio, lo que evita la formación de una fase muy débil y corrosiva de la aleación. ExceptoAdemás, una disminución en la cantidad de plata en el relleno conduce a una reducción del precio. Para la preparación de la amalgama es deseable utilizar una atmósfera inerte o un líquido protector que forme una película. Los metales que componen la aleación pueden oxidarse rápidamente con el aire. El proceso de calentamiento de la amalgama de cupro en presencia de hidrógeno conduce a la destilación del mercurio, que permite la separación del cobre elemental. Como puede ver, este tema es fácil de aprender. Ahora sabe cómo interactúa el cobre no solo con el agua, sino también con los ácidos y otros elementos.
