Reaktionerne mellem kobber og salpetersyre er eksempler på oxidationsreduktionsreaktioner, hvor optagelse af elektroner reducerer det ene element og mister dem oxiderer det andet. Salpetersyre er ikke kun en stærk syre, det er et oxidationsmiddel. Derfor kan det oxidere kobber til Cu + 2. Hvis du planlægger at eksperimentere med disse reaktioner, er det vigtigt at huske, at de frigiver giftige, skadelige dampe.
Opløsningskoncentration
Kobber kan gennemgå en af to reaktioner, når det kombineres med salpetersyre, afhængigt af koncentrationen af opløsningen. Hvis salpetersyren er fortyndet, oxideres kobberet til dannelse af kobbernitrat med nitrogenoxid som et biprodukt. Hvis opløsningen er koncentreret, oxideres kobberet til dannelse af kobbernitrat med nitrogendioxid som et biprodukt. Både nitrogenoxid og nitrogendioxid er skadelige og potentielt giftige ved høje niveauer; nitrogendioxid er den grimme brune gas, der findes i smog-disen over mange byer.
Reaktionsligninger
Ligningerne for de to reaktioner, der kan finde sted, er:
Cu + 4 HNO3 -> Cu (NO3)2 + 2 NEJ2 + 2 H2O, der producerer nitrogendioxid og
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (NO3)2 + 2 NO + 4 H2O, der producerer nitrogenoxid.
Med den koncentrerede syre bliver opløsningen først grøn, derefter grønbrun og til sidst blå, når den er fortyndet med vand. Enten reaktion er meget eksoterm og frigiver energi i form af varme.
Oxidation og reduktion
En anden måde at forstå denne reaktion er ved at nedbryde den i to halvreaktioner, den ene til oxidation (tab af elektroner) og den anden til reduktion (forstærkning af elektroner). Halvreaktionerne er: Cu -> Cu2+ + 2 e-, hvilket betyder at kobber mister to elektroner og 2 e- + 4 HNO3 > 2 NEJ31- + 2 H2O, hvilket viser, at to elektroner er overført til produkterne. Hastigheden af denne reaktion afhænger af kobberets overfladeareal; kobbertråd reagerer hurtigere end f.eks. kobberstænger.
Andre overvejelser
Opløsningen skifter farve på grund af vandet. I modsætning til kobberfaststoffet kan kobberionerne i opløsning danne en type interaktion kaldet et koordinationskompleks med vandmolekylerne, og disse komplekser giver opløsningen en blå farve. Mineralsyrer som saltsyre oxiderer ikke kobber på samme måde som salpetersyre, fordi de ikke er stærke oxidationsmidler. Svovlsyre er imidlertid et stærkt oxidationsmiddel. Under de rette forhold vil det reagere med kobber for at frigive svovldioxidgas.