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.

Историческая справка

Медь является одним из самых важных элементов древности. Медь, золото, серебро и олово были первыми металлами, которые человечество узнало в своем историческом развитии. Поскольку медь легко обрабатывается, она использовалась древнейшими культурами более 10 000 лет назад. Время широкого использования меди пришлось с 5 тысячелетия до н.э. до 3-го тысячелетия до н.э.

Однако, в чистом виде медь оказалась относительно мягкой для производства оружия и инструментов. Поэтому древние люди путем экспериментов, добавляя в расплавленную медь кусочки свинца и олова, получили бронзу. Это гораздо более твердый материал, чем нелегированная медь. Бронза используется человечеством уже более 5000 лет. Этот сплав дал название целой исторической эпохе.

В алхимии медь ассоциировалась с Венерой (женственностью). Безусловно не в последнюю очередь потому, что первые зеркала, которыми пользовались женщины, были сделаны из этого металла.

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 интересно знать

1. При сравнении свойств меди и щелочных металлов возникает закономерный вопрос: почему при однотипной электронной конфигурации внешнего энергетического уровня (например, 4s1 у атомов К и Cu) свойства меди и щелочных металлов столь различны? Дело в том, что орбитальный радиус атома меди (0,119 нм) значительно меньше, чем калия (0,216 нм), а заряд ядра — больше. Поэтому 4s1-электрон в атоме меди сильнее притягивается к ядру, чем в атоме калия; соответственно первая энергия ионизации атома меди (745,4 кДж/моль) существенно выше, чем атома калия (418,8 кДж/моль). Однако вторая и третья энергии ионизации для меди (1957,9 и 3554 кДж/моль соответственно) значительно меньше таковых для калия (3070,1 и 4,4*103 кДж/моль соответственно), т. е. в атоме меди 4s- и Зd-электроны близки по энергии. Это объясняется тем, что оторвать электрон(ы) от иона с электронной конфигурацией. Зs23p63d10 (Cu+) легче, чем от иона с электронной конфигурацией. Зs23p6 (K+). Поэтому в отличие от щелочных металлов медь в соединениях может проявлять степени окисления +2, +3 и даже + 4.

2. Не менее интересен вопрос о причинах различия в химической активности меди и цинка — металлов, относящихся к одному семейству, соседей по периодической системе. Значения двукратной энергии ионизации атомов цинка (1733,3 кДж/моль) незначительно меньше, чем меди (1957,9 кДж/моль), однако энтальпия атомизации для цинка (130,5 кДж/моль) почти в три раза меньше, чем для простого вещества меди (339,0 кДж/моль). Иными словами, атомы цинка в его кристалле менее прочно связаны между собой, что и обусловливает большую химическую активность простого вещества (не атома!) цинка по сравнению с простым веществом медью.

3. При очистке меди электролитическим способом катодом служит лист чистой меди, анодом — болванка неочищенной (черновой) меди, а электролитом — раствор СuSO4. В процессе электролиза анод растворяется:

Сu0 — 2е ( Cu2+ и медь оседает на катоде:

Сu2+ — 2е ( Cu0.

Таким способом получают медь высокой степени чистоты, содержащую до 99,8% меди по массе.

4. Для меди в степени окисления +3 известны соединения Cu2О3, (оксид кислотного характера), K3[CuF6], КCuО2, К[Cu(ОН)4] и др. Описано соединение, в котором степень окисления меди равна +4: Сs2[CuF6].

5. Поясним причину растворения меди в галогеноводородных кислотах. Дело в том, что электродный потенциал системы Сu+/Cu зависит от концентрации ионов Сu+ следующим образом: чем меньше концентрация ионов Сu+, тем сильнее значение электродного потенциала сдвигается в сторону отрицательных значений. Образование очень устойчивого комплекса Н[CuСl2] настолько понижает концентрацию ионов Сu+, что электродный потенциал системы Сu+/Сu сдвигается в сторону отрицательных значений и становится возможным окисление атомов меди ионами Н+.

6. Высокая склонность меди к образованию комплексных соединений объясняется наличием в ее атоме вакантных и близких по энергии 4р- и 4d-орбиталей. При образовании химической связи медь обычно служит акцептором электронов, а молекулы или ионы с неподеленными парами электронов (Н2O, NH3) — донорами электронов. Однако, известны комплексные соединения, в которых медь за счет неподеленных пар электронов на Зd-орбиталях является донором электронов.

7. Сульфат меди (I) может быть получен при 200°С по реакции:

2Cu + 2Н2SO4 ( Cu2SO4 + SO2( + 2Н2O.

Эта соль устойчива на воздухе, но водой разлагается на Cu2SO4 и Cu (диспропорционирует).

Что такое растворимость?

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.

Применение меди и ее соединений

Вследствие высокой тепло- и электрической проводимости медь в больших количествах используется для изготовления электрических проводов, кабелей, котлов, перегонных кубов и т. д.

Самое разнообразное применение находят сплавы меди. Латунь (содержит до 45% цинка) используется для изготовления радиаторов, деталей часовых механизмов, в судостроении. Медно-никелевые сплавы применяют в энергетической промышленности, судостроении, для изготовления термопар, магазинов сопротивлений. Основное назначение бронзы (содержит олово или алюминий) — изготовление колоколов, статуй.

Соединения меди нашли следующее применение:

Cu2O — а качестве выпрямителя переменного тока.

CuО — как окислитель в лабораторной технике, в производстве стекла и эмалей, как зеленый и синий краситель.

СuSO4 — как осушитель; СuSO4 • 5Н2О — медный купорос — для борьбы с вредителями сельского хозяйства, При пропитке древесины для предотвращения гниения.

(CuOH)2CO3 — для изготовления синих и зеленых красок, как поделочный камень (в виде малахита).

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.

Получение

Оксид меди (I) может быть получен:

нагреванием металлической меди при недостатке кислорода

4Cu + O2 →>200∘C 2Cu2O

нагреванием металлической меди в токе оксида азота (I) или оксида азота (II)

2Cu + N2O →500−600∘C Cu2O + N2 4Cu + 2NO →500−600∘C 2Cu2O + N2

нагреванием металлической меди с оксидом меди (II)

Cu + CuO →1000−1200∘C Cu2O

термическим разложением оксида меди (II)

4CuO →1026−1100∘C 2Cu2O + O2

нагреванием сульфида меди (I) в токе кислорода

2Cu2S + 3O2 →1200−1300∘C 2Cu2O + 2SO2
В лабораторных условиях оксид меди (I) может быть получен восстановлением гидроксида меди (II) (например, гидразином):

4Cu(OH)2 + N2H4 ⋅ H2O →100∘C 2Cu2O ↓ + N2↑ + 7H2O

Также, оксид меди(I) образуется в реакциях ионного обмена солей меди (I) с щелочами, например:

в реакции йодида меди (I) с горячим концентрированным раствором гидроксида калия

2CuI + 2KOH ⟶ Cu2O↓ + 2KI + H2O

в реакции дихлорокупрата (I) водорода с разбавленным раствором гидроксида натрия

2H[CuCl2] + 4NaOH ⟶ Cu2O↓ + 4NaCl + 3H2O
В двух последних реакциях не образуется соединения с составом, соответствующим формуле CuOH (гидроксид меди (I) ). Образование оксида меди (I) происходит через промежуточную гидратную форму переменного состава Cu2O ⋅ xH2O.

Окисление альдегидов гидроксидом меди (II). Если к голубому осадку гидроксида меди (II) прилить раствор альдегида и смесь нагреть , то сначала появляется жёлтый осадок гидроксида меди (I):

R−CHO + 2Cu(OH)2 →t R−COOH + 2CuOH↓ + H2O при дальнейшем нагревании желтого осадка гидроксида меди (I) превращается в красный оксид меди (I): 2CuOH →tCu2O + H2O

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.

Techemy

Самородная медь встречается редко, в основном медь находится в земной коре в виде сульфидов. Медные песчанники и сланцы не представляют собой одной конкретной руды, они являются битумообразным мергелем (мергель — осадочная горная порода смешанного глинисто-карбонатного состава), в котором равномерно распределено несколько различных руд меди. В природе, медь, в основном, представлена такими минералами:

Cu2O — куприт, красная медная руда; Cu2СO3(OH)2 — малахит; 2CuСO3·Cu(OH)2 — азурит; Cu2S — халькозин, медный блеск; (CuFe)S2 — халькопирит, медный колчедан; (Cu3Fe)S3 — борнит, цветной медный колчедан; CuS — ковеллин.

Для растений медь — важнейший микроэлемент. Веществом, окрашивающим кровь молюсков, является органическое соединение меди гемоцианин.

Получение меди. 1. Восстановление оксидных руд коксом; 2. Из сульфидных руд; металлургический процесс состоит в следующем. Сульфидные руды переплавляют в шахтных печах на медный штейн Cu2S, FeS и другие сульфиды, например NiS, Ag2S). Из него производят черновую медь:

Cu2S + O2 = 2Cu + SO2

Процесс проводят в конверторах при вдувании воздуха через фурмы; отходящий газ SO2 подают на производство серной кислоты. Из черновой меди путем переплавки ее в окислительной атмосфере получается рафинированная медь, пригодная для большинства технических целей. Для получения особо чистого металла проводят очистку электролитическим способом (побочными продуктами будут серебро, селен, сульфат никеля и др.) 3. Восстановлением меди из растворов солей с помощью цинка, железа или алюминия (см. фото), получают порошкообразную медь (красного цвета), например:

3CuSO4 + 2Al = 3Cu + Al2(SO4)3;

3Cu2+ + 2Al0 = 3Cu0 + 2Al3+

Флотация. Руды, перед выплавкой из них металла отделяют от пустой породы — процесс обогащения руды. Наиболееэффективное обогащение руды достигается флотацией. Флотация (флотационное обогащение) — это способ разделения мелкоизмельченной смеси веществ, основанный на различной смачиваемости компонентов смеси. Смесь, подлежащая разделению, например руда, или пустая порода, взмучивается в воде, содержащей флотационные реагенты — коллектор (собиратель) и пенообразователь. Коллектор адсорбируется на поверхности одного из компонентов смеси (чаще всего частицы минерала) и тем самым делает его гидрофобным. При продувании воздуха через суспензию образуется пена, в которой собирается ставший гидрофобным компонент (полезный минерал), а другой компонент смеси (пустая порода) осаждается на дно реактора. В качестве коллекторов используют ксантогенаты, а в качестве пенообразователей — поверхностно-активные вещества.

Физические свойства меди. Блестящий метал, имеющий красновато-желтую окраску. Плотность металлической меди при 20°C составляет 8,95 г/см3. Температура плавления: 1080°C. Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4Å. Медь — второй (после серебра) металл по тепло- и электропроводности (с отличным температурным коэффициентом сопротивления 0,4%/°C). Электропроводность меди, при 20°C составляет 55,5-58 МСм/м. Медь имеет два стабильных изотопа: 63Cu и 65Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами. По механическим свойствам, медь достаточно мягкий и ковкий металл. После ковки становится твердой, а посте закалки (нагревание и резкое охлаждение) — мягкой. Имеет хорошие литейные свойства. Ионы меди окрашивают пламя в зеленый цвет.

Химические свойства меди. При 20°C и в отсутствии влаги и диоксида углерода, медь не реагирует с кислородом воздуха. При прокаливании меди на воздухе, на поверхности меди образуется хрупкая пленка черного цвета оксида меди (II); в присутствии влаги, диоксида углерода и других компонентов воздуха, с течением времени, на поверхности изделий из меди и ее сплавов образуется пленка (итал. патина) сначала от бурых до черных цветов (оксиды и сульфиды меди), а при более продолжительном хранеии во влажной почве например, образуется благородная патина зеленого цвета. Медь — электроположительный (благородный) металл, в электрохимическом ряду напряжений стоит после водорода, поэтому переводится в раствор только кислотами-окислителями или в присутствии кислорода, перекиси водорода или другого окислителя:

Cu + HCl ≠ ; Cu + 2HCl + O2 = CuCl2 + 2H2O;

Cu + 2HCl + H2O2 = CuCl2 + 2H2O

6Cu + 12HCl + KClO3 = 6H[CuCl2] + 2KCl + 3H2O

С кислородом воздуха реагирует в зависимости от температуры и условий:

4Cu + O2 = 2Cu2O (при недостатке кислорода и 200°C)

2Cu + O2 = 2CuO (при избытке кислорода и 400°C)

С серной кислотой медь реагирует с образованием различных продуктов, в зависимости от условий: • концентрированная холодная серная кислота

Cu + H2SO4 = CuO + SO2 + H2O

• концентрированная горячая серная кислота

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

• безводная серная кислота при 200°C

2Cu + 2H2SO4 = Cu2SO4 + SO2 + 2H2O

• разбавленная серная кислота в присутствии кислорода воздуха при нагревании

2Cu + 2H2SO4 + O2 = 2CuSO4 + 2H2O

• расзбавленная серная кислота холодная

Cu + H2SO4 ≠

С азотной кислотой, медь реагирует с образованием смеси нитрозных газов. В зависимости от концентрации азотной кислоты, в смеси газообразных продуктов преобладают: • концентрированная азотная кислота

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

• разбавленная азотная кислота

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Медь растворяется в водном растворе аммиака в присутствии кислорода с образованием аммиакатов:

2Cu + NH3·H2O + O2 → [Cu(NH3)2](OH)2⇄ [Cu(NH3)4](OH)2

Медь (порошкообразная) реагирует с хлором, бромом (в эфире) и серой (в жидком сероуглероде при комнатной температуре или при нагревании 300°C):

Cu + Cl2 = CuCl2; Cu + Br2 = CuBr2; Cu + S = CuS

Медь реагирует с оксидами неметаллов (при температурах 500-800°C):

4Cu + SO2 = Cu2S + 2CuO; 2Cu + 2NO = 2CuO + N2; 4Cu + 2NO2 = 4CuO + N2

Медь реагирует с цианидом калия с образованием дицианокупрата(I) калия:

2Cu + 4KCN + 2H2O = 2K[Cu(CN)2] + 2KOH + H2

Медь переходит в раствор реагируя с ионами Fe3+ и Cu2+

Cu + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+; Cu + Cu2+ = 2Cu+

Применение меди. Медь применяется как проводник в электротехнике, для изготовления охлаждающих труб в радиаторах и теплообменниках, в качестве катализатора при полимеризации ацетилена, как добавка к ювелирным сплавам на основе серебра и золота. Соединения меди применяют для создания антибактерицидных поверхностей, катализаторов при автокаталитической металлизации, меднении, латунировании, в виде сплавов при изготовлении деталей различных механизмов.

Сплавы на основе меди. • латунь — сплавы на основе меди и цинка, в которых от 60% до 90% меди остальное цинк и примеси, при содержании меди около 80% — сплавытомпак; • бронза — содержат медь и еще один или несколько металлов. В соответствии с добавкой различают оловянистую бронзу (до 10% олова), алюминиевую бронзу (до 11% алюминия), свинцовую бронзу (8-25% свинец, 5-10% олово), бериллиевую бронзу (до 5% бериллия), а также марганцевую и кремниевую бронзы, существует «фосфорная бронза» — бронза, дезоксидированная фосфором, содержит не более 0,5% фосфора. В марке бронзы БрОФ10-1 (10% олова и 1% фосфора); • литейная бронза — Cu + до 11% Sn и до 5% Zn; • нейзильбер — 45-67%Cu + 12-45 Zn + 10-26% Ni; • твердый припой — Cu + 1-70% Ag плавится в интервале температур 600-1000°C; • сплав Деварда — 50% Cu + 45% Al + 5% Zn используется в лабораторной практике как восстановитель; • сплавы сопротивления (электрическое сопротивление почти не зависит от температуры): манганин — 82-84% Cu, 12-15% Mn + 2-4% Ni; константан — 57% Cu + 41% Ni + 1% Fe + 1% Mn; никелин — 56%Cu + 31% Ni + 13% Zn.

Соединения меди

Соединения меди (I) Соединения меди (I) на воздухе почти всегда переходят в соединения меди (II). Устойчивыми являются: цианид меди (I) CuCN; тиоцианат меди (I) CuSCN; иодид меди (I) CuI; сульфид меди (I) Cu2S; оксид меди (I) Cu2O. Оксид меди(I) Cu2O Порошок красного цвета, выпадает в осадок из фелинговой жидкости при обнаружении альдегидов. Ранее применялся для изготовления выпрямителей электрического тока, сегодня используется только для окраски стекла и эмалей. Хлорид меди(I) CuCl Порошок белого цвета, не растворимый в воде.

Из органических соединений меди (I) наиболее известным является ацетиленид меди(I) Cu-C≡C-Cu.

Соединения меди (II). Кристаллогидраты солей меди (II) (аквакомплексы) обычно окрашены в голубой или зеленый цвет, безводные соли — белые, оксид и сульфид — черные. Из растворов, содержащих катионы меди (II), железо и цинк осаждают медь в виде красно-коричневого порошка. Аммиачная вода окрашивает растворы солей меди (II) в интенсивно-синий цвет, присущий катиону тетраамминмеди(II) [Cu(NH3)4]2+. Сульфат меди (II) CuSO4 — кристаллы белого цвета. Кристаллогидрат CuSO4·5H2O — кристаллы голубого цвета, хорошо растворимые в воде. При нагревании вода отщепляется до того как начнет разлагаться безводный сульфат меди (II). Безводный сульфат меди (II) при действии воды (даже в следовых количествах) снова окрашивается в голубой цвет, что используется для обнаружения воды, например в спиртах. CuSO4·5H2O — медный купорос, применяют как средство защиты растений (в смеси с известковым молоком) от виноградной тли. Кроме того он служит компонентом электролитических ванн для меднения и составной частью прядильных растворов в производстве ацетатного волокна. Гидроксид меди (II) Cu(OH)2 выпадает в виде голубого хлопьевидного осадка из растворов Cu2+ при добавлении щелочей, при нагревании (даже в теплой воде), быстро разлагается до черного оксида меди (II). Нитрат меди (II) Cu(NO3)2·3H2O используется для создания искусственной патины на медных изделиях. Гидроксоацетаты меди (II) — сырье для производства медных красок (смесь известная под названием ярь-медянка). Карбонат, ортофосфат и арсенит меди (II) (последний чаще в составе так называемой швейнфуртской зелени включающей ацетат-ионы) осаждаются в результате обменных реакций из водного раствора в виде голубого или зеленого осадков.

Обнаружение. Соединения меди окрашивают пламя газовой горелки, особенно после смачивания их хлороводородной кислотой в интенсивно-голубой или зеленый цвет. Соли меди (II) окрашивают в темно-синий цвет аммиачную воду.

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.

Биологический эффект

Медь является компонентом голубого гемоцианина, который используется многими моллюсками и членистоногими в качестве красителя крови для транспортировки кислорода. Медь также является жизненно важным микроэлементом высших организмах и входит в состав многих ферментов.

Суточная потребность меди для взрослого человека составляет около 2 миллиграммов.

Депо меди в организме человека находится в печени. Избыток меди выводится через пищеварительную систему вместе с желчью. По сравнению со многими другими тяжелыми металлами переизбыток меди не наносит существенного вреда организму. Человек может съедать 0,04 грамма меди в день, не причиняя вреда своему здоровью. Медь в основном содержится в шоколаде, печени, злаках, овощах и орехах.

Дефицит меди редко диагностируется у людей. В основном он наблюдается при хронической диарее, у недоношенных детях, при длительном голодании. Потребление высоких доз цинка, железа или молибдена может привести к снижению количества меди в организме. В свободной (не связанной с белком) форме медь обладает выраженными антибактериальными свойствами. Такими же качествами обладает и чистое серебро.

Сульфат меди (медный купорос) является сильным рвотным средством и поэтому используется для лечения многих интоксикационных заболеваний на стадии острого реагирования.

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.