Kuparin ja typpihapon väliset reaktiot ovat esimerkkejä hapetus-pelkistysreaktioista, joissa elektronien saaminen vähentää yhtä elementtiä ja niiden menettäminen hapettaa muita. Typpihappo ei ole vain vahva happo, se on myös hapettava aine. Siksi se voi hapettaa kuparin Cu + 2: ksi. Jos aiot kokeilla näitä reaktioita, on tärkeää muistaa, että ne vapauttavat myrkyllisiä, haitallisia höyryjä.
Liuoksen pitoisuus
Kupari voi käydä läpi yhden kahdesta reaktiosta yhdistettynä typpihapon kanssa liuoksen konsentraatiosta riippuen. Jos typpihappo on laimea, kupari hapetetaan muodostaen kuparinitraatti typpioksidin kanssa sivutuotteena. Jos liuos konsentroidaan, kupari hapetetaan muodostaen kuparinitraatti sivutuotteena olevan typpidioksidin kanssa. Sekä typpioksidi että typpidioksidi ovat haitallisia ja mahdollisesti myrkyllisiä korkeilla tasoilla; typpidioksidi on ruma ruskea kaasu, jota esiintyy savu-sumussa monissa kaupungeissa.
Reaktioyhtälöt
Kahden mahdollisen reaktion yhtälöt ovat:
Cu + 4 HNO3 -> Cu (NO3)2 + 2 EI2 + 2 H2O, joka tuottaa typpidioksidia ja
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (NO3)2 + 2 NO + 4 H2O, joka tuottaa typpioksidia.
Väkevällä hapolla liuos muuttuu ensin vihreäksi, sitten vihertävän ruskeaksi ja lopuksi siniseksi kerran laimennettuna vedellä. Kumpikin reaktio on erittäin eksoterminen ja vapauttaa energiaa lämmön muodossa.
Hapetus ja pelkistys
Toinen tapa ymmärtää tämä reaktio on hajottamalla se kahteen puolireaktioon, toinen hapetukseen (elektronihäviö) ja toinen pelkistykseen (elektronien vahvistus). Puolireaktiot ovat: Cu -> Cu2+ + 2 e-, mikä tarkoittaa, että kupari menettää kaksi elektronia ja 2 e- + 4 HNO3 > 2 EI31- + 2 H2O, mikä osoittaa, että kaksi elektronia on siirtynyt tuotteisiin. Tämän reaktion nopeus riippuu kuparin pinta-alasta; kuparilanka reagoi nopeammin kuin esimerkiksi kuparitangot.
Muut näkökohdat
Liuos muuttaa väriä veden takia. Toisin kuin kuparikiinteä aine, liuoksessa olevat kupari-ionit voivat muodostaa vuorovaikutustyypin, jota kutsutaan koordinaatiokompleksiksi vesimolekyylien kanssa, ja nämä kompleksit antavat liuokselle sinisen värin. Mineraalihapot, kuten suolahappo, eivät hapeta kuparia samalla tavalla kuin typpihappo, koska ne eivät ole vahvoja hapettimia. Rikkihappo on kuitenkin vahva hapetin. Oikeissa olosuhteissa se reagoi kuparin kanssa rikkidioksidikaasun vapauttamiseksi.