Reaktionerna mellan koppar och salpetersyra är exempel på oxidationsreduktionsreaktioner, där elektroner minskar det ena elementet och förlorar dem oxiderar det andra. Salpetersyra är inte bara en stark syra, det är ett oxidationsmedel. Därför kan den oxidera koppar till Cu + 2. Om du planerar att experimentera med dessa reaktioner är det viktigt att komma ihåg att de släpper ut giftiga, skadliga ångor.
Lösningskoncentration
Koppar kan genomgå en av två reaktioner i kombination med salpetersyra, beroende på koncentrationen av lösningen. Om salpetersyran är utspädd oxideras kopparen för att bilda kopparnitrat med kväveoxid som en biprodukt. Om lösningen är koncentrerad kommer kopparen att oxideras för att bilda kopparnitrat med kvävedioxid som en biprodukt. Både kväveoxid och kvävedioxid är skadliga och potentiellt giftiga vid höga nivåer; kvävedioxid är den fula bruna gasen som finns i rökdimmet över många städer.
Reaktionsekvationer
Ekvationerna för de två reaktionerna som kan äga rum är:
Cu + 4 HNO3 -> Cu (NO3)2 + 2 NEJ2 + 2 H2O, som producerar kvävedioxid och
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (NO3)2 + 2 NO + 4 H2O, som producerar kväveoxid.
Med den koncentrerade syran blir lösningen först grön, sedan grönbrun och slutligen blå en gång utspädd med vatten. Endera reaktionen är mycket exoterm och frigör energi i form av värme.
Oxidation och reduktion
Ett annat sätt att förstå denna reaktion är genom att bryta ner den i två halvreaktioner, en för oxidation (förlust av elektroner) och den andra för reduktion (förstärkning av elektroner). Halvreaktionerna är: Cu -> Cu2+ + 2 e-, vilket innebär att koppar förlorar två elektroner och 2 e- + 4 HNO3 > 2 NEJ31- + 2 H2O, vilket visar att två elektroner har överförts till produkterna. Hastigheten för denna reaktion beror på kopparytan; koppartråd reagerar snabbare än till exempel kopparstänger.
Andra överväganden
Lösningen ändrar färg på grund av vattnet. Till skillnad från kopparfastämnet kan kopparjonerna i lösningen bilda en typ av interaktion som kallas ett koordinationskomplex med vattenmolekylerna, och dessa komplex ger lösningen en blå färg. Mineralsyror som saltsyra oxiderar inte koppar på samma sätt som salpetersyra eftersom de inte är starka oxidationsmedel. Svavelsyra är emellertid ett starkt oxidationsmedel. Under rätt förhållanden kommer den att reagera med koppar för att frigöra svaveldioxidgas.
