Reakcje miedzy miedzią i kwasem azotowym są przykładami reakcji oksydacyjno-redukcyjnych, w których pozyskiwanie elektronów redukuje jeden pierwiastek, a ich utrata utlenia drugi. Kwas azotowy to nie tylko mocny kwas, to także środek utleniający. Dlatego może utleniać miedź do Cu+2. Jeśli planujesz eksperymentować z tymi reakcjami, ważne jest, aby pamiętać, że wydzielają one toksyczne, szkodliwe opary.
Stężenie roztworu
Miedź może przejść jedną z dwóch reakcji w połączeniu z kwasem azotowym, w zależności od stężenia roztworu. Jeśli kwas azotowy jest rozcieńczony, miedź zostanie utleniona z wytworzeniem azotanu miedzi z tlenkiem azotu jako produktem ubocznym. Jeśli roztwór jest stężony, miedź zostanie utleniona z wytworzeniem azotanu miedzi z dwutlenkiem azotu jako produktem ubocznym. Zarówno tlenek azotu, jak i dwutlenek azotu są szkodliwe i potencjalnie toksyczne w wysokich stężeniach; Dwutlenek azotu to brzydki brązowy gaz obecny w mgle smogu nad wieloma miastami.
Równania reakcji
Równania dla dwóch reakcji, które mogą zachodzić, to:
Cu + 4 HNO3 --> Cu (NIE3)2 + 2 NIE2 + 2 godz2O, który wytwarza dwutlenek azotu i
3 Cu + 8 HNO3 --> 3 Cu (NIE3)2 + 2 NIE + 4 H2O, który wytwarza tlenek azotu.
Dzięki stężonemu kwasowi roztwór najpierw stanie się zielony, potem zielonkawobrązowy, a po rozcieńczeniu wodą niebieski. Każda reakcja jest silnie egzotermiczna i uwalnia energię w postaci ciepła.
Utlenianie i redukcja
Innym sposobem zrozumienia tej reakcji jest rozbicie jej na dwie połówkowe reakcje, jedną dla utleniania (utrata elektronów), a drugą dla redukcji (zyskania elektronów). Reakcje połówkowe to: Cu --> Cu2+ + 2 e-, co oznacza, że miedź traci dwa elektrony, a 2 e- + 4 HNO3 > 2 NIE31- + 2 godz2O, co pokazuje, że do produktów zostały przeniesione dwa elektrony. Szybkość tej reakcji zależy od pola powierzchni miedzi; Na przykład drut miedziany będzie reagował szybciej niż pręty miedziane.
Inne względy
Roztwór zmienia kolor pod wpływem wody. W przeciwieństwie do ciała stałego miedzi, jony miedzi w roztworze mogą tworzyć rodzaj interakcji zwany kompleksem koordynacyjnym z cząsteczkami wody, a te kompleksy nadają roztworowi niebieski kolor. Kwasy mineralne, takie jak kwas solny, nie utleniają miedzi w taki sam sposób jak kwas azotowy, ponieważ nie są silnymi utleniaczami. Natomiast kwas siarkowy jest silnym środkiem utleniającym. W odpowiednich warunkach będzie reagował z miedzią, uwalniając gazowy dwutlenek siarki.
