A legtöbb elem kémiai tulajdonságai a vízben és savakban való oldódási képességükön alapulnak. A réz jellemzőinek tanulmányozása normál körülmények között alacsony aktivitással jár. Kémiai folyamatainak jellemzője az ammóniával, higannyal, salétromsavval és kénsavval képzett vegyületek. A réz vízben való csekély oldhatósága nem képes korróziós folyamatokat kiváltani. Különleges kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a vegyület különböző iparágakban történő felhasználását.
Tétel leírása
A rezet a legrégebbi fémnek tartják, amelyet az emberek még korszakunk előtt megtanultak kivonni. Ezt az anyagot természetes forrásból nyerik érc formájában. A rezet a kémiai táblázat egyik elemének nevezik, latin cuprum néven, amelynek sorszáma 29. A periódusos rendszerben a negyedik periódusban található, és az első csoportba tartozik.
A természetes anyag egy rózsaszín-vörös nehézfém, lágy és képlékeny szerkezettel. Forrás- és olvadáspontja az1000 °C felett. Jó karmesternek tartják.
Kémiai szerkezet és tulajdonságok
Ha tanulmányozod egy rézatom elektronikus képletét, azt fogod látni, hogy 4 szintje van. Csak egy elektron van a vegyérték 4s pályán. A kémiai reakciók során egy atomról 1-3 negatív töltésű részecske válik le, majd +3, +2, +1 oxidációs állapotú rézvegyületek keletkeznek. Kétértékű származékai a legstabilabbak.
A kémiai reakciókban inaktív fémként működik. Normál körülmények között a réz vízben való oldhatósága hiányzik. Száraz levegőben korrózió nem figyelhető meg, de hevítéskor a fémfelületet fekete kétértékű oxid bevonat borítja. A réz kémiai stabilitása vízmentes gázok, szén, számos szerves vegyület, fenolgyanták és alkoholok hatására nyilvánul meg. Színes vegyületek felszabadulásával járó komplexképződési reakciók jellemzik. A réz enyhe hasonlóságot mutat az alkálifémekkel, ami az egyértékű sorozat származékainak képződésével kapcsolatos.
Mi az oldhatóság?
Ez a folyamat homogén rendszerek keletkezésének folyamata oldatok formájában egy vegyület és más anyagok kölcsönhatása során. Összetevőik egyedi molekulák, atomok, ionok és egyéb részecskék. Az oldhatóság mértékét a telített oldat elkészítésekor feloldott anyag koncentrációja határozza meg.
A mértékegység leggyakrabban százalék, térfogat- vagy tömegtört. A réz vízben való oldhatósága más szilárd vegyületekhez hasonlóan csak a hőmérsékleti viszonyok változásának van kitéve. Ezt a függést görbék segítségével fejezzük ki. Ha az indikátor nagyon kicsi, akkor az anyag oldhatatlannak minősül.
A réz oldhatósága vízben
A fém korrózióállóságot mutat a tengervíz hatására. Ez bizonyítja a tehetetlenségét normál körülmények között. A réz vízben (édesvízben) való oldhatósága gyakorlatilag nem figyelhető meg. De párás környezetben és szén-dioxid hatására zöld film képződik a fém felületén, amely a fő karbonát:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Ha egy vegyértékű vegyületeit só formájában vesszük figyelembe, akkor enyhe oldódásuk figyelhető meg. Az ilyen anyagok gyors oxidációnak vannak kitéve. Ennek eredményeként kétértékű rézvegyületeket kapunk. Ezek a sók jól oldódnak vizes közegben. Megtörténik a teljes disszociációjuk ionokká.
Savakban való oldhatóság
A réz normál reakciói gyenge vagy híg savakkal nem kedveznek kölcsönhatásuknak. A fém lúgokkal való kémiai folyamatát nem figyelik meg. A réz savakban való oldhatósága akkor lehetséges, ha azok erős oxidálószerek. Csak ebben az esetben megy végbe az interakció.
A réz oldhatósága salétromsavban
Egy ilyen reakció annak a ténynek köszönhető, hogy a fémet erős reagenssel oxidálják. Salétromsav hígított és koncentrált formábanforma oxidáló tulajdonságokat mutat a réz oldásával.
Az első változatban a reakció során 75% és 25% közötti arányban réz-nitrátot és kétértékű nitrogén-oxidot kapnak. A híg salétromsavval végzett folyamat a következő egyenlettel írható le:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NEM + NEM + 4H2O.
A második esetben a réz-nitrátot és a nitrogén-oxidokat két- és négyvegyértékű formában kapják, amelyek aránya 1:1. Ez a folyamat 1 mol fémet és 3 mol tömény salétromsavat tartalmaz. Amikor a réz feloldódik, az oldat erősen felmelegszik, ami az oxidálószer termikus bomlását és további nitrogén-oxidok felszabadulását eredményezi:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
A reakciót kisüzemi termelésben használják, amely a hulladék feldolgozásához vagy a bevonatok eltávolításához kapcsolódik. A réz feloldásának ez a módszere azonban számos hátránnyal jár a nagy mennyiségű nitrogén-oxid felszabadulásával kapcsolatban. Elfogásuk vagy semlegesítésük speciális felszerelést igényel. Ezek a folyamatok nagyon költségesek.
A réz oldódása akkor tekinthető befejezettnek, ha az illékony nitrogén-oxidok termelése teljesen leáll. A reakcióhőmérséklet 60-70 °C. A következő lépés az oldat leeresztése a vegyi reaktorból. Az alján apró fémdarabok vannak, amelyek nem reagáltak. A kapott folyadékhoz vizet adunk ésszűrés.
Kénsavban való oldhatóság
Normál állapotban ilyen reakció nem fordul elő. A réz kénsavban való oldódását meghatározó tényező annak erős koncentrációja. A híg közeg nem tudja oxidálni a fémet. A réz tömény kénsavban való oldása szulfát felszabadulásával megy végbe.
A folyamatot a következő egyenlet fejezi ki:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
A réz-szulfát tulajdonságai
A kétbázisú sót szulfátnak is nevezik, jelölése a következő: CuSO4. Jellegzetes szagtalan anyag, nem mutat illékonyságot. Vízmentes formájában a só színtelen, átlátszatlan és erősen higroszkópos. A réz (szulfát) jól oldódik. A vízmolekulák a sóval összekapcsolódva kristályhidrát vegyületeket képezhetnek. Ilyen például a réz-szulfát, amely egy kék pentahidrát. Képlete: CuSO4 5H2O.
A kristályhidrátok átlátszó szerkezetű, kékes árnyalatúak, keserű, fémes ízt mutatnak. Molekuláik idővel képesek elveszteni a megkötött vizet. A természetben ásványi anyagok formájában fordulnak elő, köztük a kalkantit és a butit.
Réz-szulfát érinti. Az oldhatóság exoterm reakció. A só hidratálása során jelentős mennyiségűhő.
Réz oldhatósága vasban
E folyamat eredményeként Fe és Cu pszeudoötvözetei keletkeznek. Fémvas és réz esetében korlátozott kölcsönös oldhatóság lehetséges. Maximális értékeit 1099,85 °C hőmérsékleti indexnél figyeljük meg. A réz oldhatósága a vas szilárd formájában 8,5%. Ezek kis mutatók. A fémvas oldódása szilárd réz formájában körülbelül 4,2%.
A hőmérséklet szobaértékekre való csökkentése a kölcsönös folyamatokat jelentéktelenné teszi. A fémréz megolvasztásakor szilárd formában is jól tud vasalni. Fe és Cu pszeudoötvözetek előállítása során speciális munkadarabokat használnak. Vaspor préselésével vagy sütőporral készülnek, amely tiszta vagy ötvözött formában van. Az ilyen lapokat folyékony rézzel impregnálják, így álötvözetek keletkeznek.
Ammóniában oldás
A folyamat gyakran úgy megy végbe, hogy az NH3 gáznemű formában áthalad a forró fémen. Az eredmény a réz feloldódása az ammóniában, Cu3N felszabadulása. Ezt a vegyületet egyértékű nitridnek nevezik.
Sói ammóniaoldat hatásának vannak kitéve. Egy ilyen reagens réz-kloridhoz való hozzáadása hidroxid formájú csapadékhoz vezet:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
A feleslegben lévő ammónia hozzájárul egy komplex típusú, sötétkék színű vegyület képződéséhez:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Ez a folyamat a rézionok meghatározására szolgál.
Oldhatóság öntöttvasban
A gömbgrafitos perlitvas szerkezetében a fő alkotóelemeken kívül egy további elem is található, közönséges réz formájában. Ő növeli a szénatomok grafitosítását, hozzájárul az ötvözetek folyékonyságának, szilárdságának és keménységének növekedéséhez. A fém pozitív hatással van a végtermékben lévő perlit szintjére. A réz öntöttvasban való oldhatóságát a kiindulási összetétel ötvözésére használják. Ennek az eljárásnak a fő célja alakítható ötvözet előállítása. Javított mechanikai és korróziós tulajdonságokkal rendelkezik, de csökkenti a ridegséget.
Ha az öntöttvas réztartalma körülbelül 1%, akkor a szakítószilárdság 40%, a folyékonyság pedig 50%-ra nő. Ez jelentősen megváltoztatja az ötvözet jellemzőit. Az ötvözőfém mennyiségének 2%-ra történő növelése a szilárdság 65%-os értékre történő változásához vezet, és a hozamindex 70%-ra változik. Magasabb réztartalommal az öntöttvas összetételében a csomós grafit nehezebben képződik. Az ötvözőelem szerkezetbe történő bevezetése nem változtatja meg a kemény és lágy ötvözet kialakításának technológiáját. Az izzításra szánt idő egybeesik az ilyen reakció időtartamával a rézszennyeződések nélküli öntöttvas előállításánál. Körülbelül 10 óra.
Réz használata a magasa szilíciumkoncentráció nem képes teljesen kiküszöbölni a keverék úgynevezett ferruginizálódását az izzítás során. Az eredmény egy alacsony rugalmasságú termék.
Oldhatóság higanyban
Ha a higanyt más elemek fémeivel keverik, amalgámok keletkeznek. Ez a folyamat szobahőmérsékleten lejátszódhat, mivel ilyen körülmények között a Pb folyadék. A réz oldhatósága a higanyban csak melegítés közben múlik el. A fémet először össze kell törni. Ha a szilárd rezet folyékony higannyal nedvesítik, az egyik anyag áthatol a másikon vagy diffundál. Az oldhatósági értéket százalékban fejezzük ki, és ez 7,410-3. A reakció során a cementhez hasonló szilárd, egyszerű amalgám keletkezik. Ha kicsit felmelegítjük, megpuhul. Ennek eredményeként ezt a keveréket porcelántárgyak javítására használják. Léteznek optimális fémtartalmú komplex amalgámok is. Például az ezüst, az ón, a réz és a cink elemei jelen vannak egy fogászati ötvözetben. Százalékos számuk 65:27:6:2. Az ilyen összetételű amalgámot ezüstnek nevezik. Az ötvözet minden komponense meghatározott funkciót lát el, amely lehetővé teszi a kiváló minőségű töltet elérését.
Egy másik példa az amalgámötvözet, amelynek magas réztartalma van. Rézötvözetnek is nevezik. Az amalgám összetétele 10-30% Cu-t tartalmaz. A magas réztartalom megakadályozza az ón és a higany kölcsönhatását, ami megakadályozza az ötvözet nagyon gyenge és korrozív fázisának kialakulását. KivéveEzenkívül a töltetben lévő ezüst mennyiségének csökkenése az ár csökkenéséhez vezet. Az amalgám előállításához inert atmoszférát vagy filmet képező védőfolyadékot kívánatos használni. Az ötvözetet alkotó fémek levegővel gyorsan oxidálódhatnak. A réz-amalgám hidrogén jelenlétében történő hevítésének folyamata a higany desztillációjához vezet, ami lehetővé teszi az elemi réz elválasztását. Amint látja, ez a téma könnyen megtanulható. Most már tudja, hogyan lép kölcsönhatásba a réz nemcsak vízzel, hanem savakkal és más elemekkel is.
