Οι αντιδράσεις μεταξύ χαλκού και νιτρικού οξέος είναι παραδείγματα αντιδράσεων μείωσης της οξείδωσης, όπου η απόκτηση ηλεκτρονίων μειώνει το ένα στοιχείο και η απώλεια τους οξειδώνει το άλλο. Το νιτρικό οξύ δεν είναι μόνο ένα ισχυρό οξύ, αλλά είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας. Επομένως, μπορεί να οξειδώσει τον χαλκό σε Cu + 2. Εάν σκοπεύετε να πειραματιστείτε με αυτές τις αντιδράσεις, είναι σημαντικό να θυμάστε ότι απελευθερώνουν τοξικούς, επιβλαβείς αναθυμιάσεις.
Συγκέντρωση λύσης
Ο χαλκός μπορεί να υποστεί μία από τις δύο αντιδράσεις όταν συνδυάζεται με νιτρικό οξύ, ανάλογα με τη συγκέντρωση του διαλύματος. Εάν το νιτρικό οξύ είναι αραιό, ο χαλκός θα οξειδωθεί για να σχηματίσει νιτρικό χαλκό με νιτρικό οξείδιο ως παραπροϊόν. Εάν το διάλυμα συμπυκνωθεί, ο χαλκός θα οξειδωθεί για να σχηματίσει νιτρικό χαλκό με διοξείδιο του αζώτου ως υποπροϊόν. Τόσο το οξείδιο του αζώτου όσο και το διοξείδιο του αζώτου είναι επιβλαβή και δυνητικά τοξικά σε υψηλά επίπεδα. το διοξείδιο του αζώτου είναι το άσχημο καφέ αέριο που υπάρχει στην ομίχλη νέφους σε πολλές πόλεις.
Εξισώσεις αντίδρασης
Οι εξισώσεις για τις δύο αντιδράσεις που μπορούν να πραγματοποιηθούν είναι:
Cu + 4 HNO3 -> Cu (ΟΧΙ3)2 + 2 ΟΧΙ2 + 2 Ω2O, το οποίο παράγει διοξείδιο του αζώτου και
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (ΟΧΙ3)2 + 2 ΟΧΙ + 4 Η2O, το οποίο παράγει νιτρικό οξείδιο.
Με το συμπυκνωμένο οξύ, το διάλυμα θα γίνει πρώτα πράσινο, έπειτα πρασινωπό-καφέ και τελικά μπλε όταν αραιωθεί με νερό. Κάθε αντίδραση είναι εξαιρετικά εξώθερμη και απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας.
Οξείδωση και αναγωγή
Ένας άλλος τρόπος κατανόησης αυτής της αντίδρασης είναι η διάσπασή της σε δύο μισές αντιδράσεις, ένας για την οξείδωση (απώλεια ηλεκτρονίων) και ο άλλος για μείωση (κέρδος ηλεκτρονίων). Οι μισές αντιδράσεις είναι: Cu -> Cu2+ + 2 e-, που σημαίνει ότι ο χαλκός χάνει δύο ηλεκτρόνια και 2 e- + 4 HNO3 > 2 ΟΧΙ31- + 2 Ω2Ο, που δείχνει ότι δύο ηλεκτρόνια έχουν μεταφερθεί στα προϊόντα. Η ταχύτητα αυτής της αντίδρασης εξαρτάται από την επιφάνεια του χαλκού. το σύρμα χαλκού θα αντιδρά πιο γρήγορα από τις ράβδους χαλκού, για παράδειγμα.
Άλλες εκτιμήσεις
Η λύση αλλάζει χρώμα λόγω του νερού. Σε αντίθεση με το στερεό χαλκού, τα ιόντα χαλκού σε διάλυμα μπορούν να σχηματίσουν έναν τύπο αλληλεπίδρασης που ονομάζεται σύμπλοκο συντονισμού με τα μόρια του νερού και αυτά τα σύμπλοκα προσδίδουν στο διάλυμα μπλε χρώμα. Τα ανόργανα οξέα όπως το υδροχλωρικό οξύ δεν οξειδώνουν τον χαλκό με τον ίδιο τρόπο όπως το νιτρικό οξύ επειδή δεν είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες. Το θειικό οξύ, ωστόσο, είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Υπό τις σωστές συνθήκες, θα αντιδράσει με χαλκό για να απελευθερώσει αέριο διοξείδιο του θείου.