Kemijska svojstva većine elemenata temelje se na njihovoj sposobnosti da se otapaju u vodi i kiselinama. Proučavanje karakteristika bakra povezano je s niskom aktivnošću u normalnim uvjetima. Značajka njegovih kemijskih procesa je stvaranje spojeva s amonijakom, živom, dušičnom i sumpornom kiselinom. Niska topljivost bakra u vodi nije sposobna uzrokovati procese korozije. Ima posebna kemijska svojstva koja omogućuju upotrebu spoja u raznim industrijama.
Opis artikla
Bakar se smatra najstarijim od metala koje su ljudi naučili vaditi čak i prije naše ere. Ova tvar se dobiva iz prirodnih izvora u obliku rude. Bakar se naziva elementom kemijske tablice s latinskim nazivom cuprum, čiji je serijski broj 29. U periodnom sustavu nalazi se u četvrtom razdoblju i pripada prvoj skupini.
Prirodna tvar je ružičasto-crveni teški metal meke i savitljive strukture. Njegova točka vrenja i taljenja jepreko 1000 °C. Smatra se dobrim dirigentom.
Kemijska struktura i svojstva
Ako proučavate elektronsku formulu atoma bakra, otkrit ćete da ima 4 razine. Na valentnoj 4s orbitali nalazi se samo jedan elektron. Tijekom kemijskih reakcija od atoma se mogu odcijepiti 1 do 3 negativno nabijene čestice, a zatim se dobivaju bakreni spojevi s oksidacijskim stanjem +3, +2, +1. Njegovi dvovalentni derivati su najstabilniji.
U kemijskim reakcijama djeluje kao neaktivan metal. U normalnim uvjetima, topljivost bakra u vodi je odsutna. U suhom zraku korozija se ne opaža, ali kada se zagrije, metalna površina je prekrivena crnim premazom dvovalentnog oksida. Kemijska stabilnost bakra očituje se pod djelovanjem bezvodnih plinova, ugljika, niza organskih spojeva, fenolnih smola i alkohola. Karakteriziraju ga složene reakcije stvaranja s oslobađanjem obojenih spojeva. Bakar ima blagu sličnost s metalima alkalijske skupine, povezanu s stvaranjem derivata monovalentnog niza.
Što je topljivost?
Ovo je proces stvaranja homogenih sustava u obliku otopina u interakciji jednog spoja s drugim tvarima. Njihove komponente su pojedinačne molekule, atomi, ioni i druge čestice. Stupanj topljivosti određen je koncentracijom tvari koja je otopljena pri dobivanju zasićene otopine.
Mjerna jedinica najčešće su postoci, volumni ili težinski udjeli. Topljivost bakra u vodi, kao i drugih čvrstih spojeva, podložna je samo promjenama temperaturnih uvjeta. Ova ovisnost se izražava pomoću krivulja. Ako je pokazatelj vrlo mali, tada se tvar smatra netopivom.
Topljivost bakra u vodi
Metal pokazuje otpornost na koroziju pod djelovanjem morske vode. To dokazuje njegovu inerciju u normalnim uvjetima. Topljivost bakra u vodi (slatka voda) praktički se ne opaža. Ali u vlažnom okruženju i pod djelovanjem ugljičnog dioksida, na površini metala nastaje 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, dobivaju se spojevi dvovalentnog bakra. Ove soli imaju dobru topljivost u vodenom mediju. Dolazi do njihove potpune disocijacije na ione.
Topljivost u kiselinama
Normalne reakcije bakra sa slabim ili razrijeđenim kiselinama ne pogoduju njihovoj interakciji. Kemijski proces metala s lužinama se ne opaža. Topljivost bakra u kiselinama je moguća ako su jaki oksidanti. Samo u ovom slučaju dolazi do interakcije.
Topljivost bakra u dušičnoj kiselini
Takva reakcija je moguća zbog činjenice da je metal oksidiran jakim reagensom. Dušična kiselina razrijeđena i koncentriranaoblik pokazuje oksidirajuća svojstva s otapanjem bakra.
U prvoj varijanti tijekom reakcije dobivaju se bakreni nitrat i dušikov dvovalentni oksid u omjeru od 75% do 25%. Proces s razrijeđenom dušičnom kiselinom može se opisati sljedećom jednadžbom:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NE3)2 + NE + NE + 4H2O.
U drugom slučaju dobivaju se bakreni nitrat i dušikovi oksidi dvovalentni i četverovalentni, čiji je omjer 1 prema 1. Ovaj proces uključuje 1 mol metala i 3 mola koncentrirane dušične kiseline. Kada se bakar otopi, otopina se snažno zagrijava, što rezultira toplinskom razgradnjom oksidatora i oslobađanjem dodatnog volumena dušikovih oksida:
4HNO3 + Cu → Cu(NE3)2 + NE 2 + NE2 + 2H2O.
Reakcija se koristi u maloj proizvodnji povezanoj s 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 su procesi vrlo skupi.
Otapanje bakra smatra se potpunim kada dođe do potpunog prestanka proizvodnje hlapljivih dušikovih oksida. Temperatura reakcije kreće se od 60 do 70 °C. Sljedeći korak je ispuštanje otopine iz kemijskog reaktora. Na njegovom dnu nalaze se mali komadići metala koji nisu reagirali. U dobivenu tekućinu dodaje se voda ifiltriranje.
Topljivost u sumpornoj kiselini
U normalnom stanju, takva reakcija se ne događa. Čimbenik koji određuje otapanje bakra u sumpornoj kiselini je njegova jaka koncentracija. Razrijeđeni medij ne može oksidirati metal. Otapanje bakra u koncentriranoj sumpornoj kiselini nastavlja se oslobađanjem sulfata.
Proces je izražen sljedećom jednadžbom:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Svojstva bakrenog sulfata
Dubazična sol se također naziva sulfat, označava se na sljedeći način: CuSO4. To je tvar bez karakterističnog mirisa, ne pokazuje hlapljivost. U svom bezvodnom obliku, sol je bezbojna, neprozirna i vrlo higroskopna. Bakar (sulfat) ima dobru topljivost. Molekule vode, spajajući se sa soli, mogu formirati kristalno hidratne spojeve. Primjer je bakrov sulfat, koji je plavi pentahidrat. Njegova formula je: CuSO4 5H2O.
Kristalni hidrati imaju prozirnu strukturu plavkaste nijanse, imaju gorak, metalni okus. Njihove molekule su sposobne izgubiti vezanu vodu tijekom vremena. U prirodi se javljaju u obliku minerala, koji uključuju kalkantit i butit.
Pod utjecajem bakrenog sulfata. Topljivost je egzotermna reakcija. U procesu hidratacije soli značajna količinatoplina.
Topljivost bakra u željezu
Kao rezultat ovog procesa nastaju pseudolegure Fe i Cu. Za metalno željezo i bakar moguća je ograničena međusobna topljivost. Njegove maksimalne vrijednosti opažene su pri temperaturnom indeksu od 1099,85 °C. Stupanj topljivosti bakra u čvrstom obliku željeza je 8,5%. To su mali pokazatelji. Otapanje metalnog željeza u čvrstom obliku bakra je oko 4,2%.
Smanjenje temperature na sobne vrijednosti čini međusobne procese beznačajnim. Kada se metalni bakar otopi, može dobro navlažiti željezo u čvrstom obliku. Pri dobivanju Fe i Cu pseudolegura koriste se posebni obradaci. Nastaju prešanjem ili pečenjem željeznog praha, koji je u čistom ili legiranom obliku. Takvi su praznini impregnirani tekućim bakrom, tvoreći pseudolegure.
Otapanje u amonijaku
Proces se često odvija prolaskom NH3 u plinovitom obliku preko vrućeg metala. Rezultat je otapanje bakra u amonijaku, oslobađanje Cu3N. Ovaj spoj se zove monovalentni nitrid.
Njegove soli su izložene otopini amonijaka. Dodavanje takvog reagensa bakrenom kloridu dovodi do taloženja u obliku hidroksida:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Višak amonijaka doprinosi stvaranju spoja kompleksnog tipa tamnoplave boje:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Ovaj proces se koristi za određivanje bakrovih iona.
Topljivost u lijevanom željezu
U strukturi nodularnog perlitnog željeza, osim glavnih komponenti, nalazi se i dodatni element u obliku običnog bakra. Ona je ta koja povećava grafitizaciju ugljikovih atoma, doprinosi povećanju fluidnosti, čvrstoće i tvrdoće legura. Metal ima pozitivan učinak na razinu perlita u konačnom proizvodu. Topljivost bakra u lijevanom željezu koristi se za legiranje početnog sastava. Glavna svrha ovog procesa je dobivanje kovne legure. Imat će poboljšana mehanička svojstva i svojstva korozije, ali smanjeno krhkost.
Ako je sadržaj bakra u lijevanom željezu oko 1%, tada je vlačna čvrstoća jednaka 40%, a fluidnost se povećava na 50%. To značajno mijenja karakteristike legure. Povećanje količine legiranog metala na 2% dovodi do promjene čvrstoće na vrijednost od 65%, a indeks prinosa postaje 70%. S većim sadržajem bakra u sastavu lijevanog željeza teže se formira nodularni grafit. Uvođenje legirajućeg elementa u strukturu ne mijenja tehnologiju formiranja žilave i meke legure. Vrijeme dodijeljeno za žarenje podudara se s trajanjem takve reakcije u proizvodnji lijevanog željeza bez primjesa bakra. To je oko 10 sati.
Upotreba bakra za postizanje visoke vrijednostikoncentracija silicija nije u stanju potpuno eliminirati takozvanu feruginizaciju smjese tijekom žarenja. Rezultat je proizvod niske elastičnosti.
Topljivost u živi
Kada se živa pomiješa s metalima drugih elemenata, dobivaju se amalgami. Taj se proces može odvijati na sobnoj temperaturi, jer je u takvim uvjetima Pb tekućina. Topljivost bakra u živi prolazi samo tijekom zagrijavanja. Metal se prvo mora zdrobiti. Pri vlaženju čvrstog bakra tekućom živom jedna tvar prodire u drugu ili difundira. Vrijednost topljivosti izražena je u postocima i iznosi 7,410-3. Reakcija proizvodi čvrsti jednostavni amalgam, sličan cementu. Ako ga malo zagrijete, omekšat će. Kao rezultat toga, ova se mješavina koristi za popravak porculanskih predmeta. Postoje i složeni amalgami s optimalnim udjelom metala. Na primjer, elementi srebra, kositra, bakra i cinka prisutni su u dentalnoj slitini. Njihov broj u postocima odnosi se na 65:27:6:2. Amalgam s ovim sastavom naziva se srebro. Svaka komponenta legure obavlja određenu funkciju, što vam omogućuje 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 udio bakra sprječava interakciju kositra sa živom, što sprječava nastanak 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 slitinu mogu brzo oksidirati sa zrakom. Proces zagrijavanja bakrovog amalgama u prisutnosti vodika dovodi do destilacije žive, što omogućuje odvajanje elementarnog bakra. Kao što vidite, ovu temu je lako naučiti. Sada znate kako bakar djeluje ne samo s vodom, već i s kiselinama i drugim elementima.
