Содержание
- 1 Характеристики меди, реакция металла с азотной кислотой
- 2 Физические и химические свойства меди
- 3 Характеристика переходных элементов – меди, цинка, хрома, железа по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов. Характерные химические свойства переходных металлов
- 4 Растворимость меди в воде и кислотах
- 4.1 Описание элемента
- 4.2 Химическое строение и свойства
- 4.3 Растворимость меди в водной среде
- 4.4 Растворимость в кислотах
- 4.5 Растворимость меди в азотной кислоте
- 4.6 Растворимость в кислоте серной
- 4.7 Свойства сульфата меди
- 4.8 Растворимость меди в железе
- 4.9 Растворение в аммиаке
- 4.10 Растворимость в чугуне
- 4.11 Растворимость в ртути
Характеристики меди, реакция металла с азотной кислотой
[Deposit Photos]
Медь — старейший металл, используемый людьми с давних времен. Медь имеет латинское название — cuprum. Ее порядковый номер — 29. В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде, в первой группе.
Физические и химические свойства меди
Медь — это тяжелый металл розово-красного цвета с ковкой и мягкой структурой. Температура кипения меди — более 1000 °С. Сuprum — хороший электро- и теплопроводник, плавится при 1084 °С, плотность металла — 8,9 г/см³, в природе встречается в самородном виде.
Атом меди имеет 4 уровня. На валентной 4s-орбитали расположен один электрон. Во время химического взаимодействия с другими веществами от атома отщепляется 1—3 отрицательно заряженные частицы, в результате чего образуются соединения меди со степенью окисления «+3», «+2», «+1». Максимальной устойчивостью обладают двухвалентные производные меди.
[Deposit Photos]
Медь обладает низкой реакционной способностью. Существует две основные степени окисления металла, проявляющиеся в соединениях: «+1» и «+2». Вещества, в которых данные значения заменяются на «+3», встречаются редко.
Медь взаимодействует с углекислым газом, воздухом, соляной кислотой и другими соединениями при очень высоких температурах.
На поверхности металла образуется защитная оксидная пленка, которая предохраняет медь от дальнейшего окисления и делает металл стабильным и малоактивным.
Медь взаимодействует с простыми веществами: галогенами, селеном, серой. Металл способен формировать двойные соли или комплексные соединения. Почти все сложные соединения этого химического элемента (кроме оксидов) — это ядовитые вещества. Вещества, которые образовала одновалентная медь, легко окисляются до двухвалентных аналогов.
В химических реакциях медь выступает в качестве малоактивного металла. Металл не растворяется в воде в обычных условиях. В сухом воздухе не протекает коррозия металла, но при нагревании медь покрывается черным оксидным налетом.
Химическая устойчивость элемента проявляется при действии углерода, безводных газов, нескольких органических соединений, спиртов и фенольных смол. Для меди характерны реакции комплексообразования, в результате которых выделяются окрашенные соединения.
Медь имеет сходства с металлами щелочной группы, связанные с формированием производных одновалентного ряда.
Взаимодействие с азотной кислотой
Медь растворяется в азотной кислоте. Эта реакция осуществляется из-за окисления металла сильным реагентом. Азотная кислота (разбавленная и концентрированная), проявляет окислительные свойства с растворением меди.
Молекула азотной кислоты [Deposit Photos]
При реакции металла с разбавленной кислотой образуется нитрат меди и двухвалентный оксид азота в соотношении 75%:25%. Уравнение реакции:
8HNO₃ + 3Cu → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
В реакции участвует 1 моль меди и 3 моля концентрированной азотной кислоты. При растворении меди раствор сильно разогревается, в результате чего происходит термическое разложение окислителя и наблюдается выделение дополнительного объема азотных оксидов. Уравнение реакции:
4HNO₃ + Cu → Cu(NO₃) + 2NO₂ + 2H₂O
Такой способ растворения меди имеет недостаток: во время реакции меди с азотной кислотой происходит выделение большого количества азотных оксидов. Для улавливания (или нейтрализации) азотных оксидов требуется специальное оборудование, потому процесс этот слишком затратный.
Растворение меди в азотной кислоте считается завершенным, когда полностью прекращается выработка летучих азотистых оксидов. Температура реакции — 60—70 °С. Следующий этап — спуск раствора из химического реактора. После этого на дне реактора остаются куски меди, не вступившие в реакцию. К полученной жидкости добавляется вода и проводится фильтрация.
Нажмите здесь, чтобы изучить свойства меди на примере взаимодействия с другими веществами.
Азотная кислота и медь: реакция на примере опыта
Проследить всю реакцию азотной кислоты и меди можно на примере опыта, положив в концентрированную азотную кислоту пластинку меди. Происходит выделение бурого газа: сначала медленное, затем более сильное.
Раствор приобретает зеленую окраску. Если в избытке добавлять медь в процессе реакции, раствор постепенно окрасится в голубой цвет.
Реакция меди с азотной кислотой происходит с выделением тепла и токсичного газа, имеющего резкий запах.
Взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой относится к окислительно-восстановительным реакциям. Восстановителем здесь является металл, а окислителем — азотная кислота. Уравнение реакции:
Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O
Реакция экзотермическая, поэтому при самопроизвольном разогреве смеси реакция ускоряется.
Реакция меди с азотной кислотой начинается при комнатной температуре. Металл покрывается пузырьками, они всплывают и наполняют пробирку бурым газом — NO₂ (токсичным ядовитым диоксидом азота с резким запахом). Этот газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.
Реакция меди с азотной кислотой протекает в два этапа:
- на первом этапе кислота окисляет медь до оксида меди, выделяя диоксид азота;
- на втором этапе оксид меди реагирует с новыми порциями кислоты, образуя нитрат меди Cu(NO₃)₂. Смесь разогревается, и реакция протекает быстрее.
Нитрат меди (тригидрат) [Wikipedia]
Итог: металл растворился и образовался раствор нитрата меди. Благодаря нитрату меди полученный раствор имеет зеленый или голубой цвет (оттенок будет зависеть от количества использованной воды).
Источник: https://melscience.com/ru/articles/harakteristiki-medi-reakciya-metalla-s-azotnoj-kis/
Физические и химические свойства меди
Свойства меди, которая в природе встречается и в виде достаточно крупных самородков, люди изучили еще в древние времена, когда из этого металла и его сплавов делали посуду, оружие, украшения, различные изделия бытового назначения.
Активное использование данного металла на протяжении многих лет обусловлено не только его особыми свойствами, но и простотой обработки.
Медь, которая присутствует в руде в виде карбонатов и окислов, достаточно легко восстанавливается, что и научились делать наши древние предки.
Медный слиток
Интересное о меди
Изначально процесс восстановления этого металла выглядел очень примитивно: медную руду просто нагревали на кострах, а затем подвергали резкому охлаждению, что приводило к растрескиванию кусков руды, из которых уже можно было извлекать медь.
Дальнейшее развитие такой технологии привело к тому, что в костры начали вдувать воздух: это повышало температуру нагревания руды. Затем нагрев руды стали выполнять в специальных конструкциях, которые и стали первыми прототипами шахтных печей.
О том, что медь используется человечеством с древних времен, свидетельствуют археологические находки, в результате которых были найдены изделия из данного металла. Историками установлено, что первые изделия из меди появились уже в 10 тысячелетии до н.
э, а наиболее активно она стала добываться, перерабатываться и использоваться спустя 8–10 тысяч лет.
Естественно, предпосылками к такому активному использованию данного металла стали не только относительная простота его получения из руды, но и его уникальные свойства: удельный вес, плотность, магнитные свойства, электрическая, а также удельная проводимость и др.
В наше время уже сложно найти медь в природе в виде самородков, обычно ее добывают из руды, которая подразделяется на следующие виды.
- Борнит — в такой руде медь может содержаться в количестве до 65%.
- Халькозин, который также называют медным блеском. В такой руде меди может содержаться до 80%.
- Медный колчедан, также называемый халькопиритом (содержание до 30%).
- Ковеллин (содержание до 64%).
Халькопирит
Медь также можно извлекать из множества других минералов (малахит, куприт и др.). В них она содержится в разных количествах.
Физические свойства
Медь в чистом виде представляет собой металл, цвет которого может варьироваться от розового до красного оттенка.
Радиус ионов меди, имеющих положительный заряд, может принимать следующие значения:
- если координационный показатель соответствует 6-ти — до 0,091 нм;
- если данный показатель соответствует 2 — до 0,06 нм.
Радиус атома меди составляет 0,128 нм, также он характеризуется сродством к электрону, равном 1,8 эВ. При ионизации атома данная величина может принимать значение от 7,726 до 82,7 эВ.
Медь — это переходный металл, показатель электроотрицательности которого составляет 1,9 единиц по шкале Полинга. Кроме этого, его степень окисления может принимать различные значения. При температурах, находящихся в интервале 20–100 градусов, его теплопроводность составляет 394 Вт/м*К. Электропроводность меди, которую превосходит лишь серебро, находится в интервале 55,5–58 МСм/м.
Так как медь в потенциальном ряду стоит правее водорода, она не может вытеснять этот элемент из воды и различных кислот. Ее кристаллическая решетка имеет кубический гранецентрированный тип, величина ее составляет 0,36150 нм. Плавится медь при температуре 1083 градусов, а температура ее кипения — 26570. Физические свойства меди определяет и ее плотность, которая составляет 8,92 г/см3.
Самородная медь
Из ее механических свойств и физических показателей стоит также отметить следующие:
- термическое линейное расширение — 0,00000017 единиц;
- предел прочности, которому медные изделия соответствуют при растяжении, составляет 22 кгс/мм2;
- твердость меди по шкале Бринелля соответствует значению 35 кгс/мм2;
- удельный вес 8,94 г/см3;
- модуль упругости составляет 132000 Мн/м2;
- значение относительного удлинения равно 60%.
Совершенно уникальными можно считать магнитные свойства данного металла, который является полностью диамагнитным.
Именно эти свойства, наряду с физическими параметрами: удельным весом, удельной проводимостью и другими, в полной мере объясняют широкую востребованность данного металла при производстве изделий электротехнического назначения.
Похожими свойствами обладает алюминий, который также успешно используется при производстве различной электротехнической продукции: проводов, кабелей и др.
Основную часть характеристик, которыми обладает медь, практически невозможно изменить, за исключением предела прочности. Данное свойство можно улучшить практически в два раза (до 420–450 МН/м2), если осуществить такую технологическую операцию, как наклеп.
Химические свойства
Химические свойства меди определяются тем, какое положение она занимает в таблице Менделеева, где она имеет порядковый номер 29 и располагается в четвертом периоде. Что примечательно, она находится в одной группе с благородными металлами. Это лишний раз подтверждает уникальность ее химических свойств, о которых следует рассказать более подробно.
Оттенки медных сплавов
В условиях невысокой влажности медь практически не проявляет химическую активность. Все меняется, если изделие поместить в условия, характеризующиеся высокой влажностью и повышенным содержанием углекислого газа.
В таких условиях начинается активное окисление меди: на ее поверхности формируется зеленоватая пленка, состоящая из CuCO3, Cu(OH)2 и различных сернистых соединений.
Такая пленка, которая называется патиной, выполняет важную функцию защиты металла от дальнейшего разрушения.
Окисление начинает активно происходить и тогда, когда изделие подвергается нагреву. Если металл нагреть до температуры 375 градусов, то на его поверхности формируется оксид меди, если выше (375-1100 градусов) — то двухслойная окалина.
Медь достаточно легко реагирует с элементами, которые входят в группу галогенов. Если металл поместить в пары серы, то он воспламенится. Высокую степень родства он проявляет и к селену. Медь не вступает в реакцию с азотом, углеродом и водородом даже в условиях высоких температур.
Внимание заслуживает взаимодействие оксида меди с различными веществами. Так, при его взаимодействии с серной кислотой образуется сульфат и чистая медь, с бромоводородной и иодоводородной кислотой — бромид и иодид меди.
Иначе выглядят реакции оксида меди с щелочами, в результате которых образуется купрат. Получение меди, при котором металл восстанавливается до свободного состояния, осуществляют при помощи оксида углерода, аммиака, метана и других материалов.
Медь при взаимодействии с раствором солей железа переходит в раствор, при этом железо восстанавливается. Такая реакция используется для того, чтобы снять напыленный медный слой с различных изделий.
Одно- и двухвалентная медь способна создавать комплексные соединения, отличающиеся высокой устойчивостью. Такими соединениями являются двойные соли меди и аммиачные смеси. И те и другие нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.
Бухты медной проволоки
Области применения меди
Применение меди, как и наиболее схожего с ней по своим свойствам алюминия, хорошо известно — это производство кабельной продукции. Медные провода и кабели, характеризуются невысоким электрическим сопротивлением и особыми магнитными свойствами.
Для производства кабельной продукции применяются виды меди, характеризующиеся высокой чистотой.
Если в ее состав добавить даже незначительное количество посторонних металлических примесей, к примеру, всего 0,02% алюминия, то электрическая проводимость исходного металла уменьшится на 8–10%.
Невысокий вес меди и ее высокая прочность, а также способность поддаваться различным видам механической обработки — это те свойства, которые позволяют производить из нее трубы, успешно использующиеся для транспортировки газа, горячей и холодной воды, пара. Совершенно не случайно именно подобные трубы применяются в составе инженерных коммуникаций жилых и административных зданий в большинстве европейских стран.
Медь, кроме исключительно высокой электропроводности, отличается способностью хорошо проводить тепло. Благодаря этому свойству она успешно используется в составе следующих систем:
- тепловые трубки;
- кулеры, использующиеся для охлаждения элементов персональных компьютеров;
- системы отопления и охлаждения воздуха;
- системы, обеспечивающие перераспределение тепла в различных устройствах (теплообменники).
Металлические конструкции, в которых использованы медные элементы, отличаются не только небольшим весом, но и исключительной декоративностью. Именно это послужило причиной их активного использования в архитектуре, а также для создания различных интерьерных элементов.
Шина электротехническая медная
Источник: http://met-all.org/cvetmet-splavy/med/fizicheskie-i-himicheskie-svojstva-medi.html
Характеристика переходных элементов – меди, цинка, хрома, железа по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов. Характерные химические свойства переходных металлов
В четвертом периоде медь является предпоследним d-элементом, её валентные электроны 3d94s2, однако вследствие устойчивости d10-состояния валентные электроны меди имеют следующую конфигурацию: 3d104s1. | меди в земной коре составляет 5·10-3 мас. %. Образует более 250 минералов, наиболее распространенными являются: халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, малахит CuCO3 · Cu(OH)2 |
Медь проявляет степени окисления: +2(наиболее устойчивая), +1 |
Свойства меди.
В сухом воздухе медь практически не окисляется, с водой не взаимодействует и является довольно инертным металлом.
Взаимодействие с неметаллами: медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом и кремнием. | 2Cu + O2 = 2CuO; Cu + S = CuS;Cu + Br2 = CuBr2 |
Взаимодействие с кислотами: в ряду напряжений металлов медь расположена после водорода, поэтому она не взаимодействует с растворами разбавленной соляной и серной кислот и щелочей. | Растворяется в разбавленной азотной кислоте: 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. Реагирует с концентрированными растворами серной и азотной кислот: Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O; |
Восстановительные свойства | Cu + AgNO3 =Cu(NO3)2 + Ag |
Способы получения меди. 1) Гидрометаллургические методы получения меди основаны на селективном растворении медных минералов в разбавленных растворах серной кислоты или аммиака, из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом: CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4. 2) Электролизом получают чистую медь: 2CuSO4 + 2H2O-(эл.ток)→2Cu + O2 + 2H2SO4. Оксид и гидроксид меди (II).
Оксид меди (II) CuO – кристаллы черного цвета. Основной оксид. | |
Получение: 1) при прокаливании гидроксида меди (II) при 200°С: Cu(OH)2 = CuO + H2O 2) при окислении металлической меди на воздухе при 400–500°С: 2Cu + O2 = 2CuO. | Cвойства: 1)Реагирует с разбавленными кислотами: CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O. 2) Восстанавливается до меди: CuO + H2 –(t)→Cu + H2O; CuO + CO –(t)→Cu + CO2;CuO + NH3–(t)→N2 + H2O. |
Гидроксид меди (II) Cu(OH)2 – вещество голубого цвета. Нерастворимое основание. | |
Получение: обменное взаимодействие солей меди (II) и щелочи: CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl; | Свойства: При нагревании выше 70°С разлагается на оксид меди (II) и воду: Cu(OH)2 –(t)→CuO + H2O Легко реагирует с кислотами с образованием солей:Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O. |
ЦИНК
Валентные электроны 3d104s2. Проявляет степень окисления +2. | цинка в земной коре 7·10-3 мас.%. Минерал: сфалерит (цинковая обманка) ZnS. |
Цинк – голубовато-белый металл, хрупкий при комнатной температуре. | Температура плавления 420°С, температура кипения 906°С, плотность 7,13 г/см3. |
Свойства цинка. Амфотерный металл.
Взаимодействие с неметаллами: с водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует. | 2Zn + O2 = 2ZnO. Zn + S = ZnSZn + Cl2 = ZnCl2 |
Взаимодействие с водой: в воде не растворяется. Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода: | Zn + H2O(пар) –(t)→ZnO + H2 |
Взаимодействие с кислотами | Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2; Zn + H2SO4 (разб) = ZnSO4 + H2. Zn + 2H2SO4(конц) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O; 4Zn+10HNO3(разб)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O.Zn + 4HNO3(конц) = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O |
Взаимодействие со щелочами: реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов, при сплавлении образует цинкаты: | Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 Zn + 2KOH = K2ZnO2 + H2. |
Взаимодействие с оксидами и солями: цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов. | Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4; Zn + CuO = Cu + ZnO |
Получение цинка – пирометаллургический метод. 1) Обжиг сульфида цинка: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 2) Восстановление коксом: ZnO + C –(t)→ Zn + CO. Оксид цинка (II) ZnO – белые кристаллы. Амфотерный оксид.
При температуре выше 1000°С восстанавливается до металлического цинка углеродом, угарным газом и водородом: | ZnO + C –(t)→ Zn + CO; ZnO + CO –(t)→ Zn + CO2;ZnO + H2 –(t)→Zn + H2O. |
С водой не взаимодействует. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с растворами кислот и щелочей: | ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O; ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]. |
При сплавлении с оксидами металлов образует цинкаты: | ZnO + CoO –(t)→CoZnO2. |
При взаимодействии с оксидами неметаллов образует соли, где является катионом: | 2ZnO + SiO2–(t)→ZnSiO3, ZnO + B2O3 –(t)→Zn(BO2)2. |
Получение: 1) при горении металлического цинка: 2Zn + O2 = 2ZnO; 2) при термическом разложении солей: ZnCO3 –(t)→ZnO + CO2. Гидроксид цинка (II) Zn(OH)2 – бесцветное кристаллическое или аморфное вещество. Амфотерный гидроксид.
При температуре выше 125°С разлагается: | Zn(OH)2 = ZnO + H2O |
Гидроксид цинка проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах: | Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O; Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] |
Получается в виде осадка белого цвета при взаимодействии солей цинка со щелочами: ZnCl2 + 2NaOH(недост) = Zn(OH)2 |+ 2NaCl.
ХРОМ
Хром – d-элемент, расположен в 6 группе Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Валентные электроны хрома имеют следующую конфигурацию: 3d54s1. | хрома в земной коре составляет 3,5·10-2 мас. %. Основным минералом является: хромит (хромистый железняк) FeCr2O4. |
В соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3, +4, +5, +6. Характерная степень окисления +3. | Хром – голубовато-белый металл. Температура плавления 1890°С, температура кипения 2680 °C, плотность 7,19 г/см3. На воздухе покрыт прочной пленкой оксида. |
Химические свойства хрома.
Взаимодействие с неметаллами: С водородом непосредственно не взаимодействует. | 4Cr + 3O2 = 2Cr2O3. 2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3.2Cr + 3S = Cr2S3. |
Взаимодействие с кислотами: хром вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот, при этом переходит в сетпень окисления +2. Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют хром. Хром может растворяться в них лишь при сильном нагревании, образуются соли хрома (III) и продукты восстановления кислоты: | Cr + 2HCl = CrCl2 + H2; Cr + H2SO4 = CrSO4 + H2. В присутствии кислорода воздуха образуются соли хрома (III): 4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O. 2Cr + 6H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O; Cr + 6HNO3 = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O. |
Хром – активный металл, способен вытеснять металлы из растворов их солей: | 2Cr + 3CuCl2 = 2CrCl3 + 3Cu. |
Способы получения хрома.
Хром обычно получают в виде сплава с железом (феррохром). Для этого хромит восстанавливают углем: | FeCr2O4 +4C –(t)→Fe + 2Cr + 4CO |
Относительно чистый хром получают методом алюмотермии: | 2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3 |
Соединения хрома. Соединения хрома (II) проявляют преимущественно основные свойства, хрома (III) – амфотерные, соединения хрома (VI) – кислотные.
+2 | +3 | +6 |
CrO – основный оксид | Cr2O3 – амфотерный оксид | CrO3 – кислотный оксид |
Cr(OH)2 – основание | Cr(OH)3 – амфотерный гидроксид | H2CrO4 –кислота хромовая H2Cr2O7 – кислота двухромовая |
Соли – с кислотами: CrSO4 | Соли – с кислотами:CrCl3 Гидроксокомплексы: Na3[Cr(OH)6].Хромиты: KCrO2 | Соли — с основаниями: Хроматы: Na2CrO4Дихроматы: K2Cr2O7 |
Соединения хрома (II).
Оксид хрома (II) CrO– основный оксид. | при обычной температуре устойчив на воздухе, выше 100°С окисляется: 4CrO + O2 = 2Cr2O3. |
Гидроксид хрома (II) Cr(OH)2 –проявляет основные свойства, | медленно реагирует только с концентрированными кислотами, образуя соли хрома (II) синего цвета: Cr(OH)2 + H2SO4 = CrSO4 + 2H2O. С разбавленными кислотами и щелочами не взаимодействует. Хороший восстановитель, легко окисляется кислородом воздуха: 4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Cr(OH)3.Получается при взаимодействии солей хрома (II) со щелочами в отсутствии кислорода: CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2 |+ 2NaCl. |
Все соли хрома (II) – сильные восстановители | в растворах окисляются кислородом воздуха: 4CrCl2 + O2 + 4HCl = 4CrCl3 + 2H2O |
Соединения хрома (III). У хрома степень окисления +3 является наиболее устойчивой.
Оксид хрома (III) Cr2O3 – темно-зеленый порошок, в кристаллическом состоянии – черное с металлическим блеском вещество. Химически инертен. В воде, кислотах и щелочах не растворяется. С трудом растворяется в сильных кислотах при длительном нагревании. | Проявляет амфотерные свойства. При сплавлении с оксидами, гидроксидами и карбонатами щелочных металлов образует хромиты, проявляя кислотные свойства: Cr2O3 + 2KOH –(t)→2KCrO2 + H2O;Cr2O3 + Na2CO3 –(t)→2NaCrO2 + CO2. |
Оксид хрома (III) получается при термическом разложении дихромата аммония: | (NH4)2Cr2O7 –(t)→Cr2O3 + N2 + 4H2O |
Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3 – вещество серо-зелёного цвета. | Разлагается при температуре около 150°С: 2Cr(OH)3 –(t)→Cr2O3 + 3H2O |
Проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах: | 2Cr(OH)3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O; Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6]. |
Соли хрома (III): бывают двух видов: соли хрома (III) с кислотами и хромиты. Хромиты устойчивы в щелочной среде, в кислой разрушаются:Соли хрома (III) в щелочной среде образуют гидроксид хрома (III), который сразу растворяется, образуя гидроксокомплексы: | NaCrO2 + HCl + H2O = Cr(OH)3 + NaCl; в избытке кислоты: NaCrO2 + 4HCl = CrCl3 + NaCl + 2H2O. CrCl3 + 3KOH(нед)→ Cr(OH)3 + 3KClCrCl3 + 6KOH(изб) → K3[Cr(OH)6] + 3KCl |
Соединения хрома (IV).
Оксид хрома (VI) CrO3 – темно-красное кристаллическое вещество. Гигроскопичен, расплывается на воздухе, малоустойчив, разлагается при нормальных условиях. | Проявляет кислотные свойства. Растворяется в воде, образуя хромовые кислоты: CrO3 + H2O = H2CrO4, 2CrO3 + H2O = H2Cr2O7. с основаниями образует соли — хроматы: CrO3 + BaO = BaCrO4, CrO3 + 2NaOH = Na2CrO4 + H2O Очень сильный окислитель:4CrO3 + 3C –(t)→2Cr2O3 + 3CO2; |
Образуется при разложении хромата натрия серной кислотой при 200°С: | Na2CrO4 + 2H2SO4(конц) =CrO3 + 2NaHSO4 + H2O |
Хромовые кислоты в свободном состоянии не выделены, в растворе проявляют свойства сильных кислот. | |
Хроматы – соли хромовой кислоты – имеют в своем составе анион CrO42- и обладают желтой окраской, дихроматы — соли дихромовой кислоты – содержат анион Cr2O72- оранжевого цвета. Хроматы устойчивы в щелочной среде, а дихроматы – в кислой. | Соли хрома (VI) – сильные окислители. В нейтральной среде образуется гидроксид хрома (III): K2Cr2O7+3(NH4)2S+H2O=2Cr(OH)3|+3S|+6NH3|+2KOH в кислой — соли хрома (III): K2Cr2O7 + 3K2SO3 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 4H2O; в щелочной – гидроксокомплекс:2K2CrO4 + 3(NH4)2S + 2KOH + 2H2O = 2K3[Cr(OH)6] + 3S| + 6NH3. |
ЖЕЛЕЗО
Железо – d-элемент. Валентные электроны хрома имеют следующую конфигурацию: 3d64s2. | Железо по распространенности в природе занимает четвертое место, уступая лишь кислороду, кремнию и алюминию. Минералы железа: магнетит (магнитный железняк) Fe3O4, красный железняк Fe2O3, пирит FeS2. |
Степени окисления: +2, +3, +6, (+8). Наиболее стабильная +3. | Железо имеет сероватый оттенок, обладает магнитными свойствами. |
Свойства железа.
При нагревании на воздухе выше 200 °С железо взаимодействует с кислородом: | 3Fe + 2O2 = Fe3O4. |
С неметаллами: | 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3,Fe+S =FeS. |
В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует): | 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3. |
Источник: http://referatwork.ru/chem_ege_elm/section-1.html
Растворимость меди в воде и кислотах
В основе химических свойств большинства элементов лежит их способность к растворению в водной среде и кислотах. Изучение характеристики меди связано с малоактивным действием в обычных условиях.
Особенностью её химических процессов является образование соединений с аммиаком, ртутью, азотной и серной кислотами. Низкая растворимость меди в воде не способна вызвать коррозионные процессы.
Ей присущи особые химические свойства, позволяющие использовать соединение в разных отраслях промышленности.
Описание элемента
Медь считается старейшим из металлов, который научились добывать люди ещё до нашей эры. Это вещество получают из природных источников в виде руды. Медью называют элемент химической таблицы с латинским наименованием cuprum, порядковый номер которого равен 29. В периодической системе он расположен в четвёртом периоде и относится к первой группе.
Природное вещество является розово-красным тяжёлым металлом с мягкой и ковкой структурой. Температура его кипения и плавления – более 1000 °С. Считается хорошим проводником.
Химическое строение и свойства
Если изучить электронную формулу медного атома, то можно обнаружить, что у него имеется 4 уровня. На валентной 4s-орбитали находится всего один электрон. Во время химических реакций от атома может отщепляться от 1 до 3 отрицательно заряжённых частиц, тогда получаются соединения меди со степенью окисления +3, +2, +1. Наибольшей устойчивостью обладают её двухвалентные производные.
В химических реакциях она выступает в качестве малоактивного металла. В обычных условиях растворимость меди в воде отсутствует. В сухом воздухе не наблюдается коррозия, зато при нагревании поверхность металла покрывается чёрным налётом из оксида двухвалентного.
Химическая устойчивость меди проявляется при действии безводных газов, углерода, ряда органических соединений, фенольных смол и спиртов. Для неё характерны реакции комплексообразования с выделением окрашенных соединений.
Медь обладает небольшим сходством с металлами щелочной группы, связанным с формированием производных одновалентного ряда.
Это процесс образования однородных систем в виде растворов при взаимодействии одного соединения с другими веществами. Их составляющими являются отдельные молекулы, атомы, ионы и другие частицы. Степень растворимости определяется по концентрации вещества, которое растворили при получении насыщенного раствора.
Единицей измерения чаще всего являются проценты, объёмные или весовые доли. Растворимость меди в воде, как и других соединений твёрдого вида, подчиняется лишь изменениям температурных условий. Эту зависимость выражают с помощью кривых. Если показатель очень маленький, то вещество считается нерастворимым.
Растворимость меди в водной среде
Металл проявляет коррозионную стойкость под действием морской воды. Это доказывает его инертность в обычных условиях. Растворимость меди в воде (пресной) практически не наблюдается. Зато во влажной среде и под действием углекислого газа на металлической поверхности происходит образование плёнки зелёного цвета, которая является основным карбонатом:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu(OH)2 · CuCO2.
Если рассматривать её одновалентные соединения в виде соли, то наблюдается их незначительное растворение. Такие вещества подвержены быстрому окислению. В результате получаются соединения меди двухвалентные. Эти соли обладают хорошей растворимостью в водной среде. Происходит их полная диссоциация на ионы.
Растворимость в кислотах
Обычные условия протекания реакций меди со слабыми или разбавленными кислотами не способствуют их взаимодействию. Не наблюдается химический процесс металла со щелочами. Растворимость меди в кислотах возможна, если они являются сильными окислителями. Только в этом случае протекает взаимодействие.
Растворимость меди в азотной кислоте
Такая реакция возможна ввиду того, что происходит процесс окисления металла сильным реагентом. Кислота азотная в разбавленном и концентрированном виде проявляет окислительные свойства с растворением меди.
В первом варианте во время реакции получается меди нитрат и азота двухвалентный оксид в соотношении 75 % к 25 %. Процесс с разбавленной кислотой азотной можно описать следующим уравнением:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
Во втором случае получается меди нитрат и азота оксиды двухвалентные и четырёхвалентные, соотношение которых 1 к 1. В этом процессе участвует 1 моль металла и 3 моля кислоты азотной концентрированной. При растворении меди происходит сильный разогрев раствора, в результате чего наблюдается термическое разложение окислителя и выделение дополнительного объёма азотных оксидов:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO2 + NO2 + 2H2O.
Реакцию используют в малотоннажном производстве, связанном с переработкой лома или удалением покрытия с отходов. Однако такой способ растворения меди имеет ряд недостатков, связанных с выделением большого количества азотных оксидов. Для их улавливания или нейтрализации необходимо специальное оборудование. Процессы эти весьма затратные.
Растворение меди считается завершённым, когда происходит полное прекращение выработки летучих азотистых оксидов. Температура реакции колеблется от 60 до 70 °C. Следующим этапом является спуск раствора из химического реактора. На его дне остаются небольшие куски металла, который не прореагировал. К полученной жидкости добавляют воду и проводят фильтрацию.
Растворимость в кислоте серной
В обычном состоянии такая реакция не протекает. Фактором, определяющим растворение меди в серной кислоте, является её сильная концентрация. Разбавленная среда не может окислить металл. Растворение меди в серной кислоте концентрированной протекает с выделением сульфата.
Процесс выражается следующим уравнением:
Cu + H2SO4 + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Свойства сульфата меди
Соль двухосновную ещё называют сернокислой, обозначают её так: CuSO4. Она представляет собой вещество без характерного запаха, не проявляющее летучесть.
В безводной форме соль не имеет цвета, она непрозрачная, обладающая высокой гигроскопичностью. У меди (сульфат) растворимость хорошая. Молекулы воды, присоединяясь к соли, могут образовывать кристаллогидратные соединения.
Примером служит купорос медный, который является пентагидратом голубого цвета. Его формула: CuSO4·5H2O.
Кристаллогидратам присуща прозрачная структура синеватого оттенка, они проявляют горьковатый, металлический привкус. Молекулы их способны со временем терять связанную воду. В природе встречаются в виде минералов, к которым относят халькантит и бутит.
Подвержен воздействию меди сульфат. Растворимость является реакцией экзотермической. В процессе гидратации соли выделяется значительное количество тепла.
Растворимость меди в железе
В результате этого процесса образуются псевдосплавы из Fe и Cu. Для металлического железа и меди возможна ограниченная взаимная растворимость.
Максимальные её значения наблюдаются при температурном показателе 1099,85 °C. Степень растворимости меди в твёрдой форме железа равняется 8,5 %. Это небольшие показатели.
Растворение металлического железа в твёрдой форме меди составляет около 4,2 %.
Снижение температуры до комнатных значений делает взаимные процессы незначительными. При расплавлении металлической меди, она способна хорошо смачивать железо в твёрдой форме.
При получении псевдосплавов Fe и Cu используют особые заготовки. Их создают путём прессования или печения железного порошка, находящегося в чистой или легированной форме.
Такие заготовки пропитывают жидкой медью, образуя псевдосплавы.
Растворение в аммиаке
Процесс часто протекает при пропускании NH3 в газообразной форме над раскалённым металлом. Результатом является растворение меди в аммиаке, выделение Cu3N. Это соединение называют нитридом одновалентным.
Соли её подвергаются воздействию раствора аммиачного. Прибавление такого реактива к медному хлориду приводит к выпадению осадка в виде гидроксида:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Аммиачный избыток способствует формированию соединения комплексного типа, имеющего окраску тёмно-синюю:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Этот процесс используют для определения ионов двухвалентной меди.
Растворимость в чугуне
В структуре ковкого перлитного чугуна помимо основных компонентов присутствует дополнительный элемент в виде обычной меди. Именно она повышает графитизацию углеродных атомов, способствует увеличению жидкотекучести, прочности и твёрдости сплавов.
Металл положительно влияет на уровень перлита в конечном продукте. Растворимость меди в чугуне используют для проведения легирования исходного состава. Основной целью такого процесса является получение ковкого сплава.
У него будут повышенные механические и коррозионные свойства, но уменьшено охрупчивание.
Если содержание меди в чугуне составляет около 1 %, то показатель прочности при проведении растяжения приравнивается к 40 %, а текучести увеличивается до 50 %. Это существенно изменяет характеристики сплава.
Повышение количества металла, легирующего до 2 %, приводит к изменению прочности до значения 65 %, а показатель текучести становится равен 70 %. При большем содержании меди в составе чугуна труднее образуется шаровидный графит. Введение в структуру легирующего элемента не изменяет технологию формирования вязкого и мягкого сплава.
Время, которое отводится для отжига, совпадает с продолжительностью такой реакции при производстве чугуна без примеси меди. Оно составляет около 10 часов.
Использование меди для изготовления чугуна с высокой концентрацией кремния не способно полностью устранить так называемое ожелезнение смеси во время отжига. В результате получают продукт с низкой упругостью.
Растворимость в ртути
При смешивании ртути с металлами других элементов получаются амальгамы. Этот процесс может проходить при комнатной температуре, ведь в таких условиях Pb представляет собой жидкость. Растворимость меди в ртути проходит только во время нагревания. Металл необходимо предварительно измельчить.
При смачивании жидкой ртутью твёрдой меди происходит взаимное проникновение одного вещества в другое или процесс диффундирования. Значение растворимости выражается в процентах и составляет 7,4*10-3. В процессе реакции получается твёрдая простая амальгама, похожая на цемент. Если её немного нагреть, то она размягчается.
В результате такую смесь используют для починки изделий из фарфора. Существуют ещё и сложные амальгамы с оптимальным содержанием в ней металлов. Например, в стоматологическом сплаве присутствуют элементы серебра, олова, меди и цинка. Их количество в процентах относится как 65: 27: 6:2. Амальгам с таким составом называется серебряным.
Каждый компонент сплава выполняет определённую функцию, которая позволяет получить пломбу высокого качества.
Другим примером служит сплав амальгамный, в котором наблюдается высокое содержание меди. Его ещё называют медным сплавом. В составе амальгама присутствует от 10 до 30 % Cu.
Высокое содержание меди препятствует взаимодействию олова со ртутью, что не позволяет образовываться очень слабой и коррозирующей фазе сплава. Кроме того, уменьшение количества в пломбе серебра приводит к удешевлению.
Для приготовления амальгамы желательно использовать инертную атмосферу или защитную жидкость, которая образует плёнку. Металлы, входящие в состав сплава способны быстро окисляться воздухом.
Процесс нагревания амальгамы купрума в присутствие водорода приводит к отгонке ртути, что позволяет отделить элементарную медь. Как видите, эта тема несложна для изучения. Теперь вы знаете, как медь взаимодействует не только с водой, но и с кислотами и другими элементами.
Источник: http://fb.ru/article/238897/rastvorimost-medi-v-vode-i-kislotah