Les propriétés chimiques de la plupart des éléments sont basées sur leur capacité à se dissoudre dans l'eau et les acides. L'étude des caractéristiques du cuivre est associée à une faible activité dans des conditions normales. Une caractéristique de ses processus chimiques est la formation de composés avec l'ammoniac, le mercure, les acides nitrique et sulfurique. La faible solubilité du cuivre dans l'eau n'est pas capable de provoquer des processus de corrosion. Il a des propriétés chimiques spéciales qui permettent au composé d'être utilisé dans diverses industries.
Description de l'article
Le cuivre est considéré comme le plus ancien des métaux que l'on a appris à extraire avant même notre ère. Cette substance est obtenue à partir de sources naturelles sous forme de minerai. Le cuivre est appelé un élément du tableau chimique avec le nom latin cuprum, dont le numéro de série est 29. Dans le système périodique, il se situe dans la quatrième période et appartient au premier groupe.
La substance naturelle est un métal lourd rose-rouge avec une structure douce et malléable. Son point d'ébullition et de fusion estplus de 1000 °C. Considéré comme un bon chef d'orchestre.
Structure et propriétés chimiques
Si vous étudiez la formule électronique d'un atome de cuivre, vous découvrirez qu'il a 4 niveaux. Il n'y a qu'un seul électron dans l'orbitale de valence 4s. Au cours des réactions chimiques, de 1 à 3 particules chargées négativement peuvent être séparées d'un atome, puis des composés de cuivre avec un état d'oxydation de +3, +2, +1 sont obtenus. Ses dérivés divalents sont les plus stables.
Dans les réactions chimiques, il agit comme un métal inactif. Dans des conditions normales, la solubilité du cuivre dans l'eau est absente. Dans l'air sec, la corrosion n'est pas observée, mais lorsqu'elle est chauffée, la surface métallique est recouverte d'une couche noire d'oxyde divalent. La stabilité chimique du cuivre se manifeste sous l'action des gaz anhydres, du carbone, de nombreux composés organiques, des résines phénoliques et des alcools. Elle se caractérise par des réactions de formation de complexes avec libération de composés colorés. Le cuivre présente une légère similitude avec les métaux du groupe alcalin, associés à la formation de dérivés de la série monovalente.
Qu'est-ce que la solubilité ?
C'est le processus de formation de systèmes homogènes sous forme de solutions dans l'interaction d'un composé avec d'autres substances. Leurs composants sont des molécules individuelles, des atomes, des ions et d'autres particules. Le degré de solubilité est déterminé par la concentration de la substance qui a été dissoute lors de l'obtention d'une solution saturée.
L'unité de mesure est le plus souvent des pourcentages, des fractions de volume ou de poids. La solubilité du cuivre dans l'eau, comme d'autres composés solides, n'est soumise qu'aux variations des conditions de température. Cette dépendance est exprimée à l'aide de courbes. Si l'indicateur est très petit, la substance est considérée comme insoluble.
Solubilité du cuivre dans l'eau
Le métal présente une résistance à la corrosion sous l'action de l'eau de mer. Cela prouve son inertie dans des conditions normales. La solubilité du cuivre dans l'eau (eau douce) n'est pratiquement pas observée. Mais en milieu humide et sous l'action du dioxyde de carbone, un film vert se forme à la surface du métal, qui est le carbonate principal:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Si l'on considère ses composés monovalents sous forme de sel, on observe alors leur légère dissolution. Ces substances sont sujettes à une oxydation rapide. En conséquence, des composés de cuivre divalents sont obtenus. Ces sels ont une bonne solubilité en milieu aqueux. Leur dissociation complète en ions se produit.
Solubilité dans les acides
Les réactions normales du cuivre avec des acides faibles ou dilués ne favorisent pas leur interaction. Le processus chimique du métal avec les alcalis n'est pas observé. La solubilité du cuivre dans les acides est possible s'il s'agit d'agents oxydants puissants. Ce n'est que dans ce cas que l'interaction a lieu.
Solubilité du cuivre dans l'acide nitrique
Une telle réaction est possible du fait que le métal est oxydé avec un réactif puissant. Acide nitrique dilué et concentréforme présente des propriétés oxydantes avec la dissolution du cuivre.
Dans la première variante, au cours de la réaction, du nitrate de cuivre et de l'oxyde divalent d'azote sont obtenus dans un rapport de 75 % à 25 %. Le processus avec de l'acide nitrique dilué peut être décrit par l'équation suivante:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NON + NON + 4H2O.
Dans le second cas, on obtient du nitrate de cuivre et des oxydes d'azote divalents et tétravalents, dont le rapport est de 1 à 1. Ce procédé implique 1 mole de métal et 3 moles d'acide nitrique concentré. Lorsque le cuivre est dissous, la solution est fortement chauffée, ce qui entraîne une décomposition thermique du comburant et la libération d'un volume supplémentaire d'oxydes nitriques:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NON 2 + NON2 + 2H2O.
La réaction est utilisée dans la production à petite échelle associée au traitement des déchets ou à l'élimination des revêtements des déchets. Cependant, cette méthode de dissolution du cuivre présente un certain nombre d'inconvénients liés au dégagement d'une grande quantité d'oxydes d'azote. Pour les capturer ou les neutraliser, un équipement spécial est nécessaire. Ces processus sont très coûteux.
La dissolution du cuivre est considérée comme complète lorsqu'il y a arrêt complet de la production d'oxydes d'azote volatils. La température de réaction varie de 60 à 70 °C. L'étape suivante consiste à drainer la solution du réacteur chimique. A son fond se trouvent de petits morceaux de métal qui n'ont pas réagi. De l'eau est ajoutée au liquide obtenu etfiltrage.
Solubilité dans l'acide sulfurique
Dans l'état normal, une telle réaction ne se produit pas. Le facteur déterminant la dissolution du cuivre dans l'acide sulfurique est sa forte concentration. Un milieu dilué ne peut pas oxyder le métal. La dissolution du cuivre dans l'acide sulfurique concentré procède à la libération de sulfate.
Le processus est exprimé par l'équation suivante:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Propriétés du sulfate de cuivre
Le sel dibasique est aussi appelé sulfate, noté comme suit: CuSO4. C'est une substance sans odeur caractéristique, ne présentant pas de volatilité. Sous sa forme anhydre, le sel est incolore, opaque et hautement hygroscopique. Le cuivre (sulfate) a une bonne solubilité. Les molécules d'eau, rejoignant le sel, peuvent former des composés d'hydrates de cristaux. Un exemple est le sulfate de cuivre, qui est un pentahydrate bleu. Sa formule est: CuSO4 5H2O.
Les hydrates de cristal ont une structure transparente de teinte bleutée, ils présentent un goût amer et métallique. Leurs molécules sont capables de perdre de l'eau liée au fil du temps. Dans la nature, ils se présentent sous forme de minéraux, dont la chalcanthite et la butite.
Affecté par le sulfate de cuivre. La solubilité est une réaction exothermique. Dans le processus d'hydratation du sel, une quantité importante dechaleur.
Solubilité du cuivre dans le fer
À la suite de ce processus, des pseudo-alliages de Fe et de Cu se forment. Pour le fer métallique et le cuivre, une solubilité mutuelle limitée est possible. Ses valeurs maximales sont observées à un indice de température de 1099,85 °C. Le degré de solubilité du cuivre sous forme solide de fer est de 8,5 %. Ce sont de petits indicateurs. La dissolution du fer métallique sous forme solide de cuivre est d'environ 4,2 %.
La réduction de la température aux valeurs ambiantes rend les processus mutuels insignifiants. Lorsque le cuivre métallique est fondu, il est capable de bien mouiller le fer sous forme solide. Lors de l'obtention de pseudo-alliages Fe et Cu, des pièces spéciales sont utilisées. Ils sont créés en pressant ou en cuisant de la poudre de fer, sous forme pure ou alliée. Ces ébauches sont imprégnées de cuivre liquide, formant des pseudo-alliages.
Dissolution dans l'ammoniac
Le processus se déroule souvent en faisant passer NH3 sous forme gazeuse sur du métal chaud. Le résultat est la dissolution du cuivre dans l'ammoniac, la libération de Cu3N. Ce composé est appelé nitrure monovalent.
Ses sels sont exposés à une solution d'ammoniaque. L'addition d'un tel réactif au chlorure de cuivre conduit à une précipitation sous forme d'hydroxyde:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
L'excès d'ammoniac contribue à la formation d'un composé de type complexe de couleur bleu foncé:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Ce processus est utilisé pour déterminer les ions cuivreux.
Solubilité dans la fonte
Dans la structure de la fonte perlitique ductile, en plus des composants principaux, il existe un élément supplémentaire sous la forme de cuivre ordinaire. C'est elle qui augmente la graphitisation des atomes de carbone, contribue à augmenter la fluidité, la résistance et la dureté des alliages. Le métal a un effet positif sur le niveau de perlite dans le produit final. La solubilité du cuivre dans la fonte est utilisée pour réaliser l'alliage de la composition initiale. Le but principal de ce procédé est d'obtenir un alliage malléable. Il aura des propriétés mécaniques et de corrosion améliorées mais une fragilisation réduite.
Si la teneur en cuivre de la fonte est d'environ 1 %, la résistance à la traction est égale à 40 % et la fluidité augmente à 50 %. Cela modifie considérablement les caractéristiques de l'alliage. Une augmentation de la quantité de métal d'alliage à 2% entraîne une modification de la résistance à une valeur de 65% et l'indice de rendement devient 70%. Avec une teneur en cuivre plus élevée dans la composition de la fonte, le graphite nodulaire est plus difficile à former. L'introduction d'un élément d'alliage dans la structure ne change pas la technologie de formation d'un alliage dur et mou. Le temps alloué au recuit coïncide avec la durée d'une telle réaction dans la production de fonte sans impuretés de cuivre. Il est environ 10 heures.
L'utilisation du cuivre pour faire de la hautela concentration en silicium n'est pas en mesure d'éliminer complètement la soi-disant ferruginisation du mélange lors du recuit. Le résultat est un produit à faible élasticité.
Solubilité dans le mercure
Lorsque le mercure est mélangé avec des métaux d'autres éléments, des amalgames sont obtenus. Ce processus peut avoir lieu à température ambiante, car dans de telles conditions, le Pb est un liquide. La solubilité du cuivre dans le mercure ne passe que pendant le chauffage. Le métal doit d'abord être broyé. Lors du mouillage du cuivre solide avec du mercure liquide, une substance s'interpénètre dans une autre ou se diffuse. La valeur de solubilité est exprimée en pourcentage et est de 7,410-3. La réaction produit un amalgame solide simple, semblable au ciment. Si vous le chauffez un peu, il va ramollir. En conséquence, ce mélange est utilisé pour réparer les articles en porcelaine. Il existe également des amalgames complexes avec une teneur optimale en métal. Par exemple, les éléments argent, étain, cuivre et zinc sont présents dans un alliage dentaire. Leur nombre en pourcentage se réfère à 65:27:6:2. L'amalgame avec cette composition est appelé argent. Chaque composant de l'alliage remplit une fonction spécifique, ce qui vous permet d'obtenir un remplissage de haute qualité.
Un autre exemple est l'alliage d'amalgame, qui a une forte teneur en cuivre. Il est aussi appelé alliage de cuivre. La composition de l'amalgame contient de 10 à 30 % de Cu. La teneur élevée en cuivre empêche l'interaction de l'étain avec le mercure, ce qui empêche la formation d'une phase très faible et corrosive de l'alliage. À l'exceptionDe plus, une diminution de la quantité d'argent dans le remplissage entraîne une baisse de prix. Pour la préparation de l'amalgame, il est souhaitable d'utiliser une atmosphère inerte ou un liquide protecteur qui forme un film. Les métaux qui composent l'alliage sont capables de s'oxyder rapidement avec l'air. Le processus de chauffage de l'amalgame de cuprum en présence d'hydrogène conduit à la distillation du mercure, qui permet la séparation du cuivre élémentaire. Comme vous pouvez le voir, ce sujet est facile à apprendre. Vous savez maintenant comment le cuivre interagit non seulement avec l'eau, mais aussi avec les acides et d'autres éléments.
