התגובות בין נחושת לחומצה חנקתית הן דוגמאות לתגובות להפחתת חמצון, כאשר השגת אלקטרונים מפחיתה אלמנט אחד ואיבודם מחמצן את השני. חומצה חנקתית היא לא רק חומצה חזקה, היא גם חומר מחמצן. לכן, זה יכול לחמצן נחושת ל- Cu + 2. אם אתם מתכננים להתנסות בתגובות אלו, חשוב לזכור שהן משחררות אדים רעילים ומזיקים.
ריכוז פתרון
נחושת יכולה לעבור אחת משתי תגובות בשילוב עם חומצה חנקתית, תלוי בריכוז התמיסה. אם החומצה החנקתית מדוללת, הנחושת תחומצן ליצירת חנקת נחושת עם תחמוצת החנקן כתוצר לוואי. אם התמיסה מרוכזת, נחושת תחומצן ליצירת חנקת נחושת עם חנקן דו חמצני כתוצר לוואי. גם תחמוצת החנקן וגם החנקן הדו-חמצני מזיקים ועלולים להיות רעילים ברמות גבוהות; חנקן דו חמצני הוא הגז החום והמכוער הקיים בערפל הערפיח בערים רבות.
משוואות תגובה
המשוואות לשתי התגובות שיכולות להתרחש הן:
Cu + 4 HNO3 -> Cu (NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O, המייצר חנקן דו חמצני
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (NO3)2 + 2 NO + 4 H2O, המייצר תחמוצת החנקן.
עם החומצה המרוכזת, הפיתרון יהפוך תחילה לירוק, ואז לחום-ירקרק, ולבסוף כחול לאחר הדילול במים. אחת התגובות היא אקסותרמית ביותר ומשחררת אנרגיה בצורת חום.
חמצון והפחתה
דרך נוספת להבין תגובה זו היא על ידי פירוקה לשתי תגובות חצי, אחת לחמצון (אובדן אלקטרונים) והשנייה לצמצום (רווח אלקטרונים). חצי התגובות הן: Cu -> Cu2+ + 2 e-, כלומר נחושת מאבדת שני אלקטרונים, ו- 2 e- + 4 HNO3 > 2 NO31- + 2 H2O, שמראה ששני אלקטרונים הועברו למוצרים. מהירות התגובה הזו תלויה בשטח הפנים של הנחושת; חוט נחושת יגיב מהר יותר ממוטות נחושת, למשל.
שיקולים אחרים
התמיסה משנה צבע בגלל המים. בניגוד למוצק הנחושת, יוני הנחושת בתמיסה יכולים ליצור סוג של אינטראקציה הנקראת קומפלקס תיאום עם מולקולות המים, ומתחמים אלה מעניקים לתמיסה צבע כחול. חומצות מינרליות כמו חומצה הידרוכלורית אינן מחמצנות נחושת באותה צורה כמו חומצה חנקתית מכיוון שהן אינן חומרים מחמצנים חזקים. חומצה גופרתית, לעומת זאת, היא חומר מחמצן חזק. בתנאים הנכונים, הוא יגיב עם נחושת כדי לשחרר גז דו-חמצני.