De reacties tussen koper en salpeterzuur zijn voorbeelden van oxidatie-reductiereacties, waarbij het verkrijgen van elektronen het ene element reduceert en het verliezen ervan het andere oxideert. Salpeterzuur is niet alleen een sterk zuur, het is een oxidatiemiddel. Daarom kan het koper oxideren tot Cu+2. Als u van plan bent om met deze reacties te experimenteren, is het belangrijk om te onthouden dat ze giftige, schadelijke dampen afgeven.
Oplossingsconcentratie:
Koper kan een van de twee reacties ondergaan in combinatie met salpeterzuur, afhankelijk van de concentratie van de oplossing. Als het salpeterzuur verdund is, zal het koper worden geoxideerd om kopernitraat te vormen met stikstofmonoxide als bijproduct. Als de oplossing wordt geconcentreerd, wordt het koper geoxideerd om kopernitraat te vormen met stikstofdioxide als bijproduct. Zowel stikstofmonoxide als stikstofdioxide zijn schadelijk en potentieel toxisch in hoge concentraties; stikstofdioxide is het lelijke bruine gas dat aanwezig is in de smognevel boven veel steden.
Reactievergelijkingen
De vergelijkingen voor de twee reacties die kunnen plaatsvinden zijn:
Cu + 4 HNO3 --> Cu (NEE3)2 + 2 NEE2 + 2 H2O, dat stikstofdioxide produceert en
3 Cu + 8 HNO3 --> 3 Cu (NEE3)2 + 2 NEE + 4 H2O, dat stikstofmonoxide produceert.
Met het geconcentreerde zuur wordt de oplossing eerst groen, dan groenachtig bruin en tenslotte blauw na verdunning met water. Beide reacties zijn zeer exotherm en geven energie vrij in de vorm van warmte.
Oxidatie en reductie
Een andere manier om deze reactie te begrijpen, is door deze op te splitsen in twee halfreacties, één voor oxidatie (verlies van elektronen) en de andere voor reductie (toename van elektronen). De halfreacties zijn: Cu --> Cu2+ + 2 e-, wat betekent dat koper twee elektronen verliest, en 2 e- + 4 HNO3 > 2 NEE31- + 2 H2O, waaruit blijkt dat er twee elektronen naar de producten zijn overgebracht. De snelheid van deze reactie hangt af van het oppervlak van het koper; koperdraad reageert sneller dan bijvoorbeeld koperen staven.
Andere Overwegingen
Door het water verandert de oplossing van kleur. In tegenstelling tot de vaste koper, kunnen de koperionen in oplossing een soort interactie vormen, een coördinatiecomplex genaamd, met de watermoleculen, en deze complexen geven de oplossing een blauwe kleur. Minerale zuren zoals zoutzuur oxideren koper niet op dezelfde manier als salpeterzuur omdat het geen sterke oxidatiemiddelen zijn. Zwavelzuur is echter een sterk oxidatiemiddel. Onder de juiste omstandigheden zal het reageren met koper om zwaveldioxidegas vrij te maken.