Характеристики меди, реакция металла с азотной кислотой

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.

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.

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.

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).