Reaksjonene mellom kobber og salpetersyre er eksempler på oksidasjonsreduksjonsreaksjoner, der å få elektroner reduserer det ene elementet og mister dem oksiderer det andre. Salpetersyre er ikke bare en sterk syre, det er et oksidasjonsmiddel. Derfor kan den oksidere kobber til Cu + 2. Hvis du planlegger å eksperimentere med disse reaksjonene, er det viktig å huske at de frigjør giftige, skadelige røyk.
Løsningskonsentrasjon
Kobber kan gjennomgå en av to reaksjoner når det kombineres med salpetersyre, avhengig av konsentrasjonen av løsningen. Hvis salpetersyren er fortynnet, vil kobberet bli oksidert for å danne kobbernitrat med nitrogenoksid som et biprodukt. Hvis løsningen er konsentrert, vil kobberet bli oksidert for å danne kobbernitrat med nitrogendioksid som et biprodukt. Både nitrogenoksid og nitrogendioksid er skadelige og potensielt giftige ved høye nivåer; nitrogendioksid er den stygge brune gassen som er tilstede i røykdimmet over mange byer.
Reaksjonsligninger
Ligningene for de to reaksjonene som kan finne sted er:
Cu + 4 HNO3 -> Cu (NO3)2 + 2 NEI2 + 2 H2O, som produserer nitrogendioksid og
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (NO3)2 + 2 NO + 4 H2O, som produserer nitrogenoksid.
Med den konsentrerte syren blir løsningen først grønn, deretter grønnbrun og til slutt blå når den er fortynnet med vann. Enten av reaksjonene er svært eksoterm og frigjør energi i form av varme.
Oksidasjon og reduksjon
En annen måte å forstå denne reaksjonen på er å bryte den ned i to halvreaksjoner, den ene for oksidasjon (tap av elektroner) og den andre for reduksjon (gevinst av elektroner). Halvreaksjonene er: Cu -> Cu2+ + 2 e-, noe som betyr at kobber mister to elektroner, og 2 e- + 4 HNO3 > 2 NEI31- + 2 H2O, som viser at to elektroner er overført til produktene. Hastigheten til denne reaksjonen avhenger av overflaten til kobberet; kobbertråd vil reagere raskere enn kobberstenger, for eksempel.
Andre hensyn
Løsningen skifter farge på grunn av vannet. I motsetning til kobberfaststoffet kan kobberionene i oppløsningen danne en type interaksjon kalt et koordinasjonskompleks med vannmolekylene, og disse kompleksene gir løsningen en blå farge. Mineralsyrer som saltsyre oksyderer ikke kobber på samme måte som salpetersyre fordi de ikke er sterke oksidasjonsmidler. Svovelsyre er imidlertid et sterkt oksidasjonsmiddel. Under de rette forholdene vil den reagere med kobber for å frigjøre svoveldioksydgass.