تعتمد الخصائص الكيميائية لمعظم العناصر على قدرتها على الذوبان في الماء والأحماض. ترتبط دراسة خصائص النحاس بالنشاط المنخفض في ظل الظروف العادية. تتمثل إحدى ميزات عملياتها الكيميائية في تكوين مركبات مع أحماض الأمونيا والزئبق والنتريك والكبريتيك. الذوبان المنخفض للنحاس في الماء غير قادر على التسبب في عمليات التآكل. له خصائص كيميائية خاصة تسمح باستخدام المركب في الصناعات المختلفة.
وصف السلعة
يعتبر النحاس أقدم المعادن التي تعلم الناس استخراجها حتى قبل عصرنا. يتم الحصول على هذه المادة من مصادر طبيعية في شكل خام. يسمى النحاس عنصر من عناصر الجدول الكيميائي بالاسم اللاتيني cuprum ، ورقمه التسلسلي 29. في النظام الدوري ، يقع في الفترة الرابعة وينتمي إلى المجموعة الأولى.
المادة الطبيعية هي معدن ثقيل وردي-أحمر لهيكل ناعم وقابل للطرق. درجة غليانها وانصهارها هيأكثر من 1000 درجة مئوية. يعتبر موصل جيد.
التركيب الكيميائي والخصائص
إذا درست الصيغة الإلكترونية لذرة نحاسية ، ستجد أنها تحتوي على 4 مستويات. لا يوجد سوى إلكترون واحد في مدار التكافؤ 4s. أثناء التفاعلات الكيميائية ، يمكن فصل من 1 إلى 3 جسيمات سالبة الشحنة من الذرة ، ثم يتم الحصول على مركبات النحاس بحالة أكسدة +3 ، +2 ، +1. مشتقاته ثنائية التكافؤ هي الأكثر استقرارًا.
في التفاعلات الكيميائية ، يعمل كمعدن غير نشط. في ظل الظروف العادية ، تكون قابلية ذوبان النحاس في الماء غائبة. في الهواء الجاف ، لا يتم ملاحظة التآكل ، ولكن عند تسخينه ، يتم تغطية السطح المعدني بطبقة سوداء من أكسيد ثنائي التكافؤ. يتجلى الثبات الكيميائي للنحاس تحت تأثير الغازات اللامائية والكربون وعدد من المركبات العضوية والراتنجات الفينولية والكحول. يتميز بتفاعلات تكوين معقدة مع إطلاق مركبات ملونة. النحاس له تشابه طفيف مع معادن المجموعة القلوية ، المرتبط بتكوين مشتقات السلسلة أحادية التكافؤ.
ما هي الذوبان؟
هذه هي عملية تكوين أنظمة متجانسة في شكل حلول في تفاعل مركب مع مواد أخرى. مكوناتها هي جزيئات فردية وذرات وأيونات وجزيئات أخرى. يتم تحديد درجة الذوبان من خلال تركيز المادة المذابة عند الحصول على محلول مشبع.
غالبًا ما تكون وحدة القياس هي النسب المئوية أو الحجم أو الكسور بالوزن.قابلية ذوبان النحاس في الماء ، مثل المركبات الصلبة الأخرى ، تخضع فقط للتغيرات في ظروف درجات الحرارة. يتم التعبير عن هذا الاعتماد باستخدام المنحنيات. إذا كان المؤشر صغيرا جدا فإن المادة تعتبر غير قابلة للذوبان.
ذوبان النحاس في الماء
المعدن يُظهر مقاومة للتآكل تحت تأثير مياه البحر. هذا يثبت الجمود في ظل الظروف العادية. لا يلاحظ عمليا قابلية ذوبان النحاس في الماء (الماء العذب). لكن في بيئة رطبة وتحت تأثير ثاني أكسيد الكربون ، يتكون فيلم أخضر على سطح المعدن ، وهو الكربونات الرئيسية:
Cu + Cu + O2+ H2O + CO2→ Cu (أوه)2CuCO2.
إذا اعتبرنا مركباته أحادية التكافؤ على شكل ملح ، عندئذٍ لوحظ انحلالها الطفيف. هذه المواد عرضة للأكسدة السريعة. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على مركبات النحاس ثنائية التكافؤ. هذه الأملاح لها قابلية ذوبان جيدة في الوسط المائي. يحدث تفككهم الكامل في الأيونات.
الذوبان في الأحماض
التفاعلات العادية للنحاس مع الأحماض الضعيفة أو المخففة لا تحبذ تفاعلها. لم يتم ملاحظة العملية الكيميائية للمعدن بالقلويات. قابلية ذوبان النحاس في الأحماض ممكنة إذا كانت عوامل مؤكسدة قوية. فقط في هذه الحالة يحدث التفاعل.
ذوبان النحاس في حامض النيتريك
مثل هذا التفاعل ممكن بسبب حقيقة أن المعدن يتأكسد بكاشف قوي. حمض النيتريك مخفف ومركّزيعرض الشكل خصائص مؤكسدة مع انحلال النحاس.
في المتغير الأول ، أثناء التفاعل ، يتم الحصول على نترات النحاس وأكسيد ثنائي التكافؤ النيتروجين بنسبة 75٪ إلى 25٪. يمكن وصف العملية باستخدام حمض النيتريك المخفف بالمعادلة التالية:
8HNO3+ 3Cu → 3Cu (NO3)2+ لا + لا + 4H2O.
في الحالة الثانية ، يتم الحصول على نترات النحاس وأكاسيد النيتروجين ثنائية التكافؤ ورباعية التكافؤ ، وتكون النسبة من 1 إلى 1. تتضمن هذه العملية 1 مول من المعدن و 3 مول من حامض النيتريك المركز. عندما يذوب النحاس ، يتم تسخين المحلول بقوة ، مما يؤدي إلى التحلل الحراري للمؤكسد وإطلاق حجم إضافي من أكاسيد النيتريك:
4HNO3+ Cu → Cu (NO3)2+ NO 2+ لا2+ 2H2O.
يستخدم التفاعل في الإنتاج الصغير المرتبط بمعالجة الخردة أو إزالة الطلاءات من النفايات. ومع ذلك ، فإن طريقة إذابة النحاس هذه لها عدد من العيوب المرتبطة بإطلاق كمية كبيرة من أكاسيد النيتروجين. لالتقاطها أو تحييدها ، يلزم وجود معدات خاصة. هذه العمليات مكلفة للغاية.
يعتبر انحلال النحاس كاملاً عندما يكون هناك توقف تام لإنتاج أكاسيد النيتروجين المتطايرة. تتراوح درجة حرارة التفاعل من 60 إلى 70 درجة مئوية. الخطوة التالية هي تصريف المحلول من المفاعل الكيميائي. في قاعها توجد قطع صغيرة من المعدن لم تتفاعل. يضاف الماء إلى السائل الناتج والتصفية.
الذوبان في حامض الكبريتيك
في الحالة الطبيعية ، لا يحدث مثل هذا التفاعل. العامل الذي يحدد انحلال النحاس في حامض الكبريتيك هو تركيزه القوي. لا يمكن للوسط المخفف أن يؤكسد المعدن. يستمر انحلال النحاس في حامض الكبريتيك المركز بإطلاق الكبريتات.
يتم التعبير عن العملية بالمعادلة التالية:
Cu + H2SO4+ H2SO4→ CuSO4+ 2H2O + SO2.
خصائص كبريتات النحاس
يسمى الملح ثنائي القاعدة أيضًا كبريتات ، ويُشار إليه على النحو التالي: CuSO4. وهي مادة ليس لها رائحة مميزة ولا تظهر تقلبات. في شكله اللامائي ، يكون الملح عديم اللون ، معتم ، ومرطب بدرجة عالية. النحاس (الكبريتات) له قابلية ذوبان جيدة. يمكن لجزيئات الماء ، التي تنضم إلى الملح ، أن تشكل مركبات هيدرات بلورية. مثال على ذلك كبريتات النحاس ، وهي عبارة عن خماسي هيدرات أزرق. صيغتها هي: CuSO45H2O.
تحتوي الهيدرات الكريستالية على بنية شفافة ذات لون مزرق ، ولها طعم معدني مر. جزيئاتها قادرة على فقدان المياه المقيدة بمرور الوقت. في الطبيعة ، تحدث في شكل معادن ، والتي تشمل الكالكنثيت والبوتيت.
تتأثر بكبريتات النحاس. الذوبان هو تفاعل طارد للحرارة. في عملية ترطيب الملح ، كمية كبيرة منالحرارة.
ذوبان النحاس في الحديد
نتيجة لهذه العملية ، يتم تشكيل سبائك زائفة من الحديد والنحاس. بالنسبة للحديد المعدني والنحاس ، فإن قابلية الذوبان المتبادلة المحدودة ممكنة. لوحظت قيمه القصوى عند مؤشر درجة حرارة 1099.85 درجة مئوية. درجة ذوبان النحاس في صورة حديد صلبة 8.5٪. هذه مؤشرات صغيرة. ذوبان الحديد المعدني في شكل صلب من النحاس حوالي 4.2٪.
تقليل درجة الحرارة إلى قيم الغرفة يجعل العمليات المتبادلة غير ذات أهمية. عندما يتم صهر النحاس المعدني ، فإنه يكون قادرًا على ترطيب الحديد جيدًا في صورة صلبة. عند الحصول على سبائك زائفة من الحديد والنحاس ، يتم استخدام قطع عمل خاصة. يتم إنشاؤها عن طريق الضغط أو مسحوق الحديد المخبوز ، والذي يكون في شكل نقي أو مخلوط. يتم تشريب هذه الفراغات بالنحاس السائل ، وتشكيل سبائك زائفة.
الذوبان في الأمونيا
تستمر العملية غالبًا بتمرير NH3في صورة غازية فوق معدن ساخن. والنتيجة هي انحلال النحاس في الأمونيا ، وإطلاق النحاس3N. يسمى هذا المركب نيتريد أحادي التكافؤ.
أملاحه تتعرض لمحلول الأمونيا. تؤدي إضافة هذا الكاشف إلى كلوريد النحاس إلى ترسيب على شكل هيدروكسيد:
CuCl2+ NH3+ NH3+ 2H2O → 2NH4Cl + Cu (OH)2↓.
يساهم فائض الأمونيا في تكوين مركب من النوع المعقد بلون أزرق غامق:
Cu (OH)2↓ + 4NH3→ [Cu (NH3)4] (OH)2.
تستخدم هذه العملية لتحديد الأيونات النحاسية.
الذوبان في الحديد الزهر
في هيكل الحديد البرليت المطيل ، بالإضافة إلى المكونات الرئيسية ، هناك عنصر إضافي في شكل نحاس عادي. هي التي تزيد من الرسم البياني لذرات الكربون ، وتساهم في زيادة سيولة وقوة وصلابة السبائك. المعدن له تأثير إيجابي على مستوى البيرلايت في المنتج النهائي. يتم استخدام قابلية ذوبان النحاس في الحديد الزهر لإجراء صناعة السبائك للتكوين الأولي. الغرض الرئيسي من هذه العملية هو الحصول على سبيكة قابلة للطرق. سيكون لها خصائص ميكانيكية وخصائص تآكل محسنة ولكن تقليل التقصف.
إذا كان محتوى النحاس في الحديد الزهر حوالي 1٪ ، فإن قوة الشد تساوي 40٪ ، وتزداد السيولة إلى 50٪. هذا يغير بشكل كبير خصائص السبيكة. تؤدي زيادة كمية السبائك المعدنية إلى 2٪ إلى تغير في القوة إلى 65٪ ، ويصبح مؤشر العائد 70٪. مع وجود محتوى نحاسي أعلى في تركيبة الحديد الزهر ، يصعب تكوين الجرافيت العقدي. إدخال عنصر صناعة السبائك في الهيكل لا يغير تقنية تشكيل سبيكة صلبة وناعمة. يتزامن الوقت المخصص للتلدين مع مدة هذا التفاعل في إنتاج الحديد الزهر بدون شوائب نحاسية. إنها حوالي 10 ساعات.
استخدام النحاس للارتفاعتركيز السيليكون غير قادر على القضاء تماما على ما يسمى ferruginization للخليط أثناء التلدين. والنتيجة منتج ذو مرونة منخفضة
الذوبان في الزئبق
عند خلط الزئبق بمعادن عناصر أخرى ، يتم الحصول على الحشوات. يمكن أن تحدث هذه العملية في درجة حرارة الغرفة ، لأنه في ظل هذه الظروف يكون الرصاص سائلًا. لا تمر قابلية ذوبان النحاس في الزئبق إلا أثناء التسخين. يجب سحق المعدن أولاً. عند ترطيب النحاس الصلب بالزئبق السائل ، تخترق إحدى المواد الأخرى أو تنتشر. يتم التعبير عن قيمة الذوبان كنسبة مئوية وهي 7.410-3. ينتج عن التفاعل ملغم بسيط صلب مشابه للأسمنت. إذا قمت بتسخينه قليلاً ، فسوف ينعم. نتيجة لذلك ، يتم استخدام هذا الخليط لإصلاح أغراض البورسلين. هناك أيضًا ملغم معقدة ذات محتوى معدني مثالي. على سبيل المثال ، عناصر الفضة والقصدير والنحاس والزنك موجودة في سبيكة الأسنان. عددهم بالنسبة المئوية يشير إلى 65:27: 6: 2. يسمى الملغم بهذا التكوين الفضة. كل مكون من مكونات السبيكة يؤدي وظيفة محددة ، والتي تتيح لك الحصول على حشوة عالية الجودة.
مثال آخر هو سبيكة الملغم ، التي تحتوي على نسبة عالية من النحاس. ويسمى أيضا سبائك النحاس. يحتوي تكوين الملغم من 10 إلى 30٪ نحاس. يمنع المحتوى النحاسي العالي تفاعل القصدير مع الزئبق ، مما يمنع تكون مرحلة ضعيفة جدًا ومسببة للتآكل في السبيكة. إلابالإضافة إلى ذلك ، يؤدي انخفاض كمية الفضة في الحشو إلى انخفاض السعر. لتحضير الملغم ، من المستحسن استخدام جو خامل أو سائل واقي يشكل غشاء. المعادن التي تتكون منها السبيكة قادرة على التأكسد بالهواء بسرعة. تؤدي عملية تسخين ملغم الزئبق في وجود الهيدروجين إلى تقطير الزئبق ، مما يسمح بفصل عنصر النحاس. كما ترى ، هذا الموضوع سهل التعلم. أنت تعرف الآن كيف يتفاعل النحاس ليس فقط مع الماء ، ولكن أيضًا مع الأحماض والعناصر الأخرى.
