Нитрат меди (II) , или нитрат меди, химическая формула Cu (NO 3 ) 2 , является яркой и привлекательными цветами сине-зеленый неорганической соли. Он синтезируется в промышленных масштабах при разложении минералов меди, в том числе минералов герхардита и руаита.
Другие более осуществимые методы с точки зрения сырья и желаемых количеств соли состоят из прямых реакций с металлической медью и ее производными соединениями. Когда медь контактирует с концентрированным раствором азотной кислоты (HNO 3 ), происходит окислительно-восстановительная реакция.
В этой реакции медь окисляется, а азот восстанавливается в соответствии со следующим химическим уравнением:
Cu (т) + 4HNO 3 (конц) => Cu (NO 3 ) 2 (водн.) + 2H 2 O (л) + 2NO 2 (г)
Двуокись азота (NO 2 ) - вредный коричневый газ; полученный водный раствор имеет голубоватый оттенок. Медь может образовывать ион одновалентной меди (Cu + ), ион меди (Cu 2+ ) или менее распространенный ион Cu 3+ ; однако ион одновалентной меди не благоприятствует в водной среде многими электронными, энергетическими и геометрическими факторами.
Стандартный потенциал восстановления для Cu + (0,52 В) больше, чем для Cu 2+ (0,34 В), что означает, что Cu + более нестабилен и имеет тенденцию получать электрон, чтобы стать Cu (s ). Это электрохимическое измерение объясняет, почему CuNO 3 не существует в виде продукта реакции или, по крайней мере, в воде.
Физические и химические свойства
Нитрат меди бывает безводным (сухим) или гидратированным при различных пропорциях воды. Ангидрид представляет собой жидкость голубого цвета, но после координации с молекулами воды, способными образовывать водородные связи, он кристаллизуется как Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O или Cu (NO 3 ) 2 · 6H 2 O. Это три формы соли, наиболее доступные на рынке.
Молекулярная масса сухой соли составляет 187,6 г / моль, добавляя к этому значению 18 г / моль на каждую молекулу воды, включенную в соль. Его плотность равна 3,05 г / мл, и она уменьшается для каждой включенной молекулы воды: 2,32 г / мл для тригидратированной соли и 2,07 г / мл для гексагидратированной соли. Он не имеет температуры кипения, а скорее сублимируется.
Все три формы нитрата меди хорошо растворимы в воде, аммиаке, диоксане и этаноле. Их точки плавления снижаются, когда к внешней координационной сфере меди добавляется еще одна молекула; за плавлением следует термическое разложение нитрата меди с образованием вредных газов NO 2 :
2 Cu (NO 3 ) 2 (s) => 2 CuO (s) + 4 NO 2 (г) + O 2 (г)
Вышеприведенное химическое уравнение относится к безводной соли; для гидратированных солей водяной пар также будет образовываться в правой части уравнения.
Электронная конфигурация
Электронная конфигурация иона Cu 2+ - 3d 9 , демонстрируя парамагнетизм (электрон на орбитали 3d 9 не спарен).
Поскольку медь является переходным металлом четвертого периода периодической таблицы и, потеряв два своих валентных электрона из-за действия HNO 3 , у нее все еще есть 4s и 4p орбитали, доступные для образования ковалентных связей. Кроме того, Cu 2+ может использовать две из своих крайних 4d-орбиталей для координации до шести молекул.
Анионы NO 3 - плоские, и для того, чтобы Cu 2+ мог координироваться с ними, он должен иметь sp 3 d 2 гибридизацию, которая позволяет ему принимать октаэдрическую геометрию; это предотвращает "столкновение" анионов NO 3 - друг с другом.
Это достигается с помощью Cu 2+ , размещая их в квадратной плоскости друг вокруг друга. Результирующая конфигурация атома Cu в соли: 3d 9 4s 2 4p 6 .
Химическая структура
На верхнем изображении изображена изолированная молекула Cu (NO 3 ) 2 в газовой фазе. Атомы кислорода нитрат-аниона координируются непосредственно с центром меди (внутренней координационной сферой), образуя четыре связи Cu - O.
Он имеет плоскую квадратную молекулярную геометрию. Плоскость нарисована красными сферами в вершинах и медной сферой в центре. Взаимодействия в газовой фазе очень слабые из-за электростатического отталкивания между группами NO 3 - .
Однако в твердой фазе медные центры образуют металлические связи –Cu – Cu–, образуя полимерные цепочки меди.
Молекулы воды могут образовывать водородные связи с группами NO 3 - , и они будут обеспечивать водородные связи для других молекул воды, и так далее, пока не будет создана водная сфера вокруг Cu (NO 3 ) 2.
В этой сфере у вас может быть от 1 до 6 внешних соседей; следовательно, соль легко гидратируется с образованием гидратированных три- и гекса-солей.
Соль образована из одного иона Cu 2+ и двух ионов NO 3 - , что придает ей характерную кристалличность ионных соединений (орторомбическую для безводной соли, ромбоэдрическую для гидратированных солей). Однако связи имеют более ковалентный характер.
Приложения
Благодаря очаровательному цвету нитрата меди, эта соль находит применение в качестве добавки в керамике, на металлических поверхностях, в некоторых фейерверках, а также в текстильной промышленности в качестве протравы.
Это хороший источник ионной меди для многих реакций, особенно тех, в которых она катализирует органические реакции. Он также находит применение, подобное другим нитратам, в качестве фунгицида, гербицида или консерванта древесины.
Еще одно из его основных и новейших применений - синтез катализаторов CuO или материалов с фоточувствительными свойствами.
Он также используется в качестве классического реагента в учебных лабораториях для демонстрации реакций внутри гальванических элементов.
риски
- Это сильнодействующий окислитель, вредный для морской экосистемы, раздражающий, токсичный и коррозионный. Важно избегать любого физического контакта непосредственно с реагентом.
- Не горюч.
- Он разлагается при высоких температурах с выделением раздражающих газов, в том числе NO 2 .
- В организме человека он может вызвать хроническое повреждение сердечно-сосудистой и центральной нервной систем.
- Может вызвать раздражение желудочно-кишечного тракта.
- Будучи нитратом, в организме он становится нитритом. Нитрит наносит ущерб уровню кислорода в крови и сердечно-сосудистой системе.
Ссылки
- Дэй Р. и Андервуд А. Количественная аналитическая химия (5-е изд.). ПИРСОН Прентис Холл, p-810.
- MEL Science. (2015-2017). MEL Science. Получено 23 марта 2018 г. с сайта MEL Science: melscience.com
- ResearchGate GmbH. (2008-2018). ResearchGate. Получено 23 марта 2018 г. из ResearchGate: researchgate.net
- Научная лаборатория. Получено 23 марта 2018 г. из научной лаборатории: sciencelab.com
- Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (восьмое изд.). п-321. CENGAGE Обучение.
- Wikipedia. Википедия. Получено 22 марта 2018 г. из Википедии: en.wikipedia.org.
- Агирре, Джон Маурисио, Гутьеррес, Адамо и Хиральдо, Оскар. (2011). Простой способ синтеза гидроксильных солей меди. Журнал Бразильского химического общества, 22 (3), 546-551