Οι χημικές ιδιότητες των περισσότερων στοιχείων βασίζονται στην ικανότητά τους να διαλύονται σε νερό και οξέα. Η μελέτη των χαρακτηριστικών του χαλκού συνδέεται με χαμηλή δραστηριότητα υπό κανονικές συνθήκες. Χαρακτηριστικό των χημικών διεργασιών του είναι ο σχηματισμός ενώσεων με αμμωνία, υδράργυρο, νιτρικό και θειικό οξύ. Η χαμηλή διαλυτότητα του χαλκού στο νερό δεν είναι ικανή να προκαλέσει διεργασίες διάβρωσης. Έχει ειδικές χημικές ιδιότητες που επιτρέπουν τη χρήση της ένωσης σε διάφορες βιομηχανίες.
Περιγραφή στοιχείου
Ο χαλκός θεωρείται το αρχαιότερο από τα μέταλλα που οι άνθρωποι έμαθαν να εξάγουν ακόμη και πριν από την εποχή μας. Αυτή η ουσία λαμβάνεται από φυσικές πηγές με τη μορφή μεταλλεύματος. Ο χαλκός ονομάζεται στοιχείο του χημικού πίνακα με τη λατινική ονομασία cuprum, του οποίου ο αύξων αριθμός είναι 29. Στο περιοδικό σύστημα, βρίσκεται στην τέταρτη περίοδο και ανήκει στην πρώτη ομάδα.
Η φυσική ουσία είναι ένα ροζ-κόκκινο βαρύ μέταλλο με μαλακή και εύπλαστη δομή. Το σημείο βρασμού και τήξης του είναιπάνω από 1000 °C. Θεωρείται καλός μαέστρος.
Χημική δομή και ιδιότητες
Αν μελετήσετε τον ηλεκτρονικό τύπο ενός ατόμου χαλκού, θα διαπιστώσετε ότι έχει 4 επίπεδα. Υπάρχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο στο τροχιακό σθένους 4s. Κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, από 1 έως 3 αρνητικά φορτισμένα σωματίδια μπορούν να διαχωριστούν από ένα άτομο και στη συνέχεια λαμβάνονται ενώσεις χαλκού με κατάσταση οξείδωσης +3, +2, +1. Τα δισθενή παράγωγά του είναι τα πιο σταθερά.
Σε χημικές αντιδράσεις, δρα ως ανενεργό μέταλλο. Υπό κανονικές συνθήκες, η διαλυτότητα του χαλκού στο νερό απουσιάζει. Σε ξηρό αέρα, δεν παρατηρείται διάβρωση, αλλά όταν θερμαίνεται, η μεταλλική επιφάνεια καλύπτεται με μια μαύρη επίστρωση δισθενούς οξειδίου. Η χημική σταθερότητα του χαλκού εκδηλώνεται υπό τη δράση ανύδρων αερίων, άνθρακα, πλήθους οργανικών ενώσεων, φαινολικών ρητινών και αλκοολών. Χαρακτηρίζεται από αντιδράσεις σχηματισμού συμπλόκου με απελευθέρωση έγχρωμων ενώσεων. Ο χαλκός έχει μια μικρή ομοιότητα με τα μέταλλα της αλκαλικής ομάδας, που σχετίζεται με το σχηματισμό παραγώγων της μονοσθενούς σειράς.
Τι είναι διαλυτότητα;
Αυτή είναι η διαδικασία σχηματισμού ομοιογενών συστημάτων με τη μορφή διαλυμάτων στην αλληλεπίδραση μιας ένωσης με άλλες ουσίες. Τα συστατικά τους είναι μεμονωμένα μόρια, άτομα, ιόντα και άλλα σωματίδια. Ο βαθμός διαλυτότητας καθορίζεται από τη συγκέντρωση της ουσίας που διαλύθηκε όταν ληφθεί ένα κορεσμένο διάλυμα.
Η μονάδα μέτρησης είναι συνήθως τα ποσοστά, ο όγκος ή τα κλάσματα βάρους. Η διαλυτότητα του χαλκού στο νερό, όπως και άλλες στερεές ενώσεις, υπόκειται μόνο σε αλλαγές στις συνθήκες θερμοκρασίας. Αυτή η εξάρτηση εκφράζεται χρησιμοποιώντας καμπύλες. Εάν ο δείκτης είναι πολύ μικρός, τότε η ουσία θεωρείται αδιάλυτη.
Διαλυτότητα χαλκού στο νερό
Το μέταλλο παρουσιάζει αντοχή στη διάβρωση υπό τη δράση του θαλασσινού νερού. Αυτό αποδεικνύει την αδράνειά του υπό κανονικές συνθήκες. Η διαλυτότητα του χαλκού στο νερό (γλυκό νερό) πρακτικά δεν παρατηρείται. Αλλά σε ένα υγρό περιβάλλον και υπό τη δράση του διοξειδίου του άνθρακα, σχηματίζεται μια πράσινη μεμβράνη στη μεταλλική επιφάνεια, η οποία είναι το κύριο ανθρακικό:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Αν θεωρήσουμε τις μονοσθενείς ενώσεις του σε μορφή άλατος, τότε παρατηρείται ελαφρά διάλυσή τους. Τέτοιες ουσίες υπόκεινται σε ταχεία οξείδωση. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνονται δισθενείς ενώσεις χαλκού. Αυτά τα άλατα έχουν καλή διαλυτότητα σε υδατικά μέσα. Συμβαίνει η πλήρης διάσπασή τους σε ιόντα.
Διαλυτότητα σε οξέα
Κανονικές αντιδράσεις χαλκού με ασθενή ή αραιά οξέα δεν ευνοούν την αλληλεπίδρασή τους. Η χημική διεργασία του μετάλλου με αλκάλια δεν παρατηρείται. Η διαλυτότητα του χαλκού στα οξέα είναι δυνατή εάν είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες. Μόνο σε αυτή την περίπτωση λαμβάνει χώρα η αλληλεπίδραση.
Διαλυτότητα χαλκού σε νιτρικό οξύ
Μια τέτοια αντίδραση είναι δυνατή λόγω του γεγονότος ότι το μέταλλο οξειδώνεται με ένα ισχυρό αντιδραστήριο. Νιτρικό οξύ σε αραιό και συμπυκνωμένοΗ μορφή παρουσιάζει οξειδωτικές ιδιότητες με τη διάλυση του χαλκού.
Στην πρώτη παραλλαγή, κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, λαμβάνονται νιτρικός χαλκός και δισθενές οξείδιο του αζώτου σε αναλογία 75% προς 25%. Η διαδικασία με αραιό νιτρικό οξύ μπορεί να περιγραφεί από την ακόλουθη εξίσωση:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + ΟΧΙ + ΟΧΙ + 4Ω2Ο.
Στη δεύτερη περίπτωση, ο νιτρικός χαλκός και τα οξείδια του αζώτου λαμβάνονται δισθενή και τετρασθενή, η αναλογία των οποίων είναι 1 προς 1. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει 1 mol μετάλλου και 3 mol πυκνού νιτρικού οξέος. Όταν διαλύεται ο χαλκός, το διάλυμα θερμαίνεται έντονα, με αποτέλεσμα τη θερμική αποσύνθεση του οξειδωτικού και την απελευθέρωση επιπλέον όγκου νιτρικών οξειδίων:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + ΟΧΙ 2 + ΟΧΙ2 + 2H2O.
Η αντίδραση χρησιμοποιείται σε παραγωγή μικρής κλίμακας που σχετίζεται με την επεξεργασία σκραπ ή την αφαίρεση επικαλύψεων από απόβλητα. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος διάλυσης του χαλκού έχει μια σειρά από μειονεκτήματα που σχετίζονται με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας οξειδίων του αζώτου. Για τη σύλληψη ή την εξουδετέρωσή τους απαιτείται ειδικός εξοπλισμός. Αυτές οι διαδικασίες είναι πολύ δαπανηρές.
Η διάλυση του χαλκού θεωρείται πλήρης όταν υπάρχει πλήρης παύση της παραγωγής πτητικών οξειδίων του αζώτου. Η θερμοκρασία αντίδρασης κυμαίνεται από 60 έως 70 °C. Το επόμενο βήμα είναι η αποστράγγιση του διαλύματος από τον χημικό αντιδραστήρα. Στο κάτω μέρος του υπάρχουν μικρά κομμάτια μετάλλου που δεν έχουν αντιδράσει. Στο υγρό που προκύπτει προστίθεται νερό καιφιλτράρισμα.
Διαλυτότητα σε θειικό οξύ
Σε φυσιολογική κατάσταση, μια τέτοια αντίδραση δεν εμφανίζεται. Ο παράγοντας που καθορίζει τη διάλυση του χαλκού στο θειικό οξύ είναι η ισχυρή συγκέντρωσή του. Ένα αραιό μέσο δεν μπορεί να οξειδώσει το μέταλλο. Η διάλυση του χαλκού σε πυκνό θειικό οξύ προχωρά με την απελευθέρωση θειικού.
Η διαδικασία εκφράζεται με την ακόλουθη εξίσωση:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Ιδιότητες του θειικού χαλκού
Το
Το διβασικό άλας ονομάζεται επίσης θειικό και συμβολίζεται ως εξής: CuSO4. Είναι μια ουσία χωρίς χαρακτηριστική οσμή, που δεν παρουσιάζει πτητότητα. Στην άνυδρη μορφή του, το αλάτι είναι άχρωμο, αδιαφανές και εξαιρετικά υγροσκοπικό. Ο χαλκός (θειικός) έχει καλή διαλυτότητα. Τα μόρια του νερού, ενώνοντας το άλας, μπορούν να σχηματίσουν κρυσταλλικές ένυδρες ενώσεις. Ένα παράδειγμα είναι ο θειικός χαλκός, ο οποίος είναι μπλε πενταένυδρος. Ο τύπος του είναι: CuSO4 5H2O.
Οι υδρίτες κρυστάλλων έχουν διαφανή δομή γαλαζωπής απόχρωσης, παρουσιάζουν πικρή, μεταλλική γεύση. Τα μόριά τους είναι ικανά να χάνουν το δεσμευμένο νερό με την πάροδο του χρόνου. Στη φύση, εμφανίζονται με τη μορφή ορυκτών, που περιλαμβάνουν χαλκανθίτη και βουτίτη.
Επηρεάζεται από θειικό χαλκό. Η διαλυτότητα είναι μια εξώθερμη αντίδραση. Στη διαδικασία της ενυδάτωσης του αλατιού, σημαντική ποσότητα απόζέστη.
Διαλυτότητα χαλκού στο σίδηρο
Σαν αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, σχηματίζονται ψευδοκράματα Fe και Cu. Για τον μεταλλικό σίδηρο και τον χαλκό, είναι δυνατή η περιορισμένη αμοιβαία διαλυτότητα. Οι μέγιστες τιμές του παρατηρούνται σε δείκτη θερμοκρασίας 1099,85 °C. Ο βαθμός διαλυτότητας του χαλκού στη στερεά μορφή του σιδήρου είναι 8,5%. Αυτοί είναι μικροί δείκτες. Η διάλυση του μεταλλικού σιδήρου στη στερεά μορφή του χαλκού είναι περίπου 4,2%.
Η μείωση της θερμοκρασίας στις τιμές του δωματίου καθιστά τις αμοιβαίες διαδικασίες ασήμαντες. Όταν λιώσει ο μεταλλικός χαλκός, μπορεί να βρέξει καλά το σίδηρο σε στερεή μορφή. Κατά τη λήψη ψευδοκράματος Fe και Cu, χρησιμοποιούνται ειδικά τεμάχια εργασίας. Δημιουργούνται με πίεση ή ψήσιμο σε σκόνη σιδήρου, η οποία είναι σε καθαρή ή σε κράμα μορφή. Τέτοια τεμάχια εμποτίζονται με υγρό χαλκό, σχηματίζοντας ψευδοκράματα.
Διάλυση σε αμμωνία
Η διαδικασία συχνά προχωρά περνώντας το NH3 σε αέρια μορφή πάνω από ζεστό μέταλλο. Το αποτέλεσμα είναι η διάλυση του χαλκού στην αμμωνία, η απελευθέρωση Cu3N. Αυτή η ένωση ονομάζεται μονοσθενές νιτρίδιο.
Τα άλατά του εκτίθενται σε διάλυμα αμμωνίας. Η προσθήκη ενός τέτοιου αντιδραστηρίου σε χλωριούχο χαλκό οδηγεί σε καθίζηση με τη μορφή υδροξειδίου:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Η περίσσεια αμμωνίας συμβάλλει στο σχηματισμό μιας ένωσης σύνθετου τύπου με σκούρο μπλε χρώμα:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό ιόντων χαλκού.
Διαλυτότητα σε χυτοσίδηρο
Στη δομή του όλκιμου περλιτικού σιδήρου, εκτός από τα κύρια συστατικά, υπάρχει ένα επιπλέον στοιχείο με τη μορφή συνηθισμένου χαλκού. Είναι αυτή που αυξάνει τη γραφιτοποίηση των ατόμων άνθρακα, συμβάλλει στην αύξηση της ρευστότητας, της αντοχής και της σκληρότητας των κραμάτων. Το μέταλλο έχει θετική επίδραση στο επίπεδο του περλίτη στο τελικό προϊόν. Η διαλυτότητα του χαλκού σε χυτοσίδηρο χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση κράματος της αρχικής σύνθεσης. Ο κύριος σκοπός αυτής της διαδικασίας είναι να ληφθεί ένα ελατό κράμα. Θα έχει βελτιωμένες μηχανικές και διαβρωτικές ιδιότητες αλλά μειωμένη ευθραυστότητα.
Αν η περιεκτικότητα σε χαλκό στο χυτοσίδηρο είναι περίπου 1%, τότε η αντοχή σε εφελκυσμό είναι ίση με 40%, και η ρευστότητα αυξάνεται στο 50%. Αυτό αλλάζει σημαντικά τα χαρακτηριστικά του κράματος. Η αύξηση της ποσότητας του κράματος μετάλλου στο 2% οδηγεί σε αλλαγή της αντοχής σε τιμή 65% και ο δείκτης απόδοσης γίνεται 70%. Με υψηλότερη περιεκτικότητα σε χαλκό στη σύνθεση του χυτοσιδήρου, ο οζώδης γραφίτης είναι πιο δύσκολο να σχηματιστεί. Η εισαγωγή ενός στοιχείου κράματος στη δομή δεν αλλάζει την τεχνολογία σχηματισμού ενός σκληρού και μαλακού κράματος. Ο χρόνος που διατίθεται για την ανόπτηση συμπίπτει με τη διάρκεια μιας τέτοιας αντίδρασης στην παραγωγή χυτοσιδήρου χωρίς ακαθαρσίες χαλκού. Είναι περίπου 10 ώρες.
Η χρήση του χαλκού για να κάνει υψηλήΗ συγκέντρωση πυριτίου δεν είναι σε θέση να εξαλείψει εντελώς τη λεγόμενη σιδηροποίηση του μείγματος κατά την ανόπτηση. Το αποτέλεσμα είναι ένα προϊόν με χαμηλή ελαστικότητα.
Διαλυτότητα στον υδράργυρο
Όταν ο υδράργυρος αναμιγνύεται με μέταλλα άλλων στοιχείων, λαμβάνονται αμαλγάματα. Αυτή η διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασία δωματίου, επειδή υπό τέτοιες συνθήκες το Pb είναι ένα υγρό. Η διαλυτότητα του χαλκού στον υδράργυρο περνά μόνο κατά τη θέρμανση. Το μέταλλο πρέπει πρώτα να συνθλιβεί. Κατά τη διαβροχή του στερεού χαλκού με υγρό υδράργυρο, μια ουσία διαπερνά την άλλη ή διαχέεται. Η τιμή διαλυτότητας εκφράζεται ως ποσοστό και είναι 7,410-3. Η αντίδραση παράγει ένα στερεό απλό αμάλγαμα, παρόμοιο με το τσιμέντο. Αν το ζεστάνετε λίγο, θα μαλακώσει. Ως αποτέλεσμα, αυτό το μείγμα χρησιμοποιείται για την επισκευή ειδών πορσελάνης. Υπάρχουν επίσης πολύπλοκα αμαλγάματα με βέλτιστη περιεκτικότητα σε μέταλλα. Για παράδειγμα, τα στοιχεία του αργύρου, του κασσίτερου, του χαλκού και του ψευδάργυρου υπάρχουν σε ένα οδοντικό κράμα. Ο αριθμός τους σε ποσοστό αναφέρεται ως 65:27:6:2. Το αμάλγαμα με αυτή τη σύνθεση ονομάζεται ασήμι. Κάθε συστατικό του κράματος εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία, η οποία σας επιτρέπει να έχετε γέμισμα υψηλής ποιότητας.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι το κράμα αμαλγάματος, το οποίο έχει υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό. Ονομάζεται επίσης κράμα χαλκού. Η σύνθεση του αμαλγάματος περιέχει από 10 έως 30% Cu. Η υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό εμποδίζει την αλληλεπίδραση του κασσίτερου με τον υδράργυρο, η οποία εμποδίζει το σχηματισμό μιας πολύ αδύναμης και διαβρωτικής φάσης του κράματος. ΕκτόςΕπιπλέον, η μείωση της ποσότητας αργύρου στη γέμιση οδηγεί σε μείωση της τιμής. Για την παρασκευή αμαλγάματος, είναι επιθυμητό να χρησιμοποιηθεί μια αδρανής ατμόσφαιρα ή ένα προστατευτικό υγρό που σχηματίζει μια μεμβράνη. Τα μέταλλα που αποτελούν το κράμα είναι σε θέση να οξειδωθούν γρήγορα με τον αέρα. Η διαδικασία θέρμανσης αμαλγάματος χαλκού παρουσία υδρογόνου οδηγεί στην απόσταξη υδραργύρου, η οποία επιτρέπει τον διαχωρισμό του στοιχειακού χαλκού. Όπως μπορείτε να δείτε, αυτό το θέμα είναι εύκολο να το μάθετε. Τώρα ξέρετε πώς ο χαλκός αλληλεπιδρά όχι μόνο με το νερό, αλλά και με οξέα και άλλα στοιχεία.
