ประเภทของปฏิกิริยากับทองแดงและกรดไนตริก

ปฏิกิริยาระหว่างทองแดงและกรดไนตริกเป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน โดยที่อิเล็กตรอนที่ได้มาจะลดองค์ประกอบหนึ่งและการสูญเสียพวกมันจะทำให้อีกองค์ประกอบออกซิไดซ์ กรดไนตริกไม่ได้เป็นเพียงกรดแก่เท่านั้น แต่ยังเป็นตัวออกซิไดซ์อีกด้วย ดังนั้นจึงสามารถออกซิไดซ์ทองแดงเป็น Cu+2 ได้ หากคุณวางแผนที่จะทดลองกับปฏิกิริยาเหล่านี้ สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าพวกมันจะปล่อยควันพิษที่เป็นพิษออกมา

ทองแดงสามารถเกิดปฏิกิริยาหนึ่งในสองปฏิกิริยาเมื่อรวมกับกรดไนตริก ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลาย ถ้ากรดไนตริกเจือจาง ทองแดงจะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างคอปเปอร์ไนเตรตโดยมีไนตริกออกไซด์เป็นผลพลอยได้ หากสารละลายมีความเข้มข้น ทองแดงจะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างคอปเปอร์ไนเตรตโดยมีไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นผลพลอยได้ ทั้งไนตริกออกไซด์และไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นพิษและอาจเป็นพิษในระดับสูง ไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นก๊าซสีน้ำตาลที่น่าเกลียดในหมอกควันทั่วเมืองต่างๆ

สมการของปฏิกิริยาทั้งสองที่สามารถเกิดขึ้นได้คือ:

Cu + 4 HNO₃ -> Cu (NO₃)₂ + 2 ไม่₂ + 2 ชั่วโมง₂O ซึ่งผลิตไนโตรเจนไดออกไซด์และ

3 ลูกบาศ์ก + 8 HNO₃ -> 3 ลูกบาศ์ก (NO₃)₂ + 2 ไม่ + 4 ชั่วโมง₂O ซึ่งผลิตไนตริกออกไซด์

ด้วยกรดเข้มข้น สารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีเขียวก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลแกมเขียว และสุดท้ายเป็นสีน้ำเงินเมื่อเจือจางด้วยน้ำ ปฏิกิริยาทั้งสองชนิดมีคายความร้อนสูงและปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อน

อีกวิธีหนึ่งในการทำความเข้าใจปฏิกิริยานี้คือการแบ่งปฏิกิริยาออกเป็นสองปฏิกิริยาครึ่ง ปฏิกิริยาหนึ่งสำหรับการเกิดออกซิเดชัน (การสูญเสียอิเล็กตรอน) และอีกวิธีหนึ่งสำหรับการลดลง (การเพิ่มของอิเล็กตรอน) ครึ่งปฏิกิริยาคือ: Cu --> Cu²⁺ + 2 e- หมายถึงทองแดงสูญเสียอิเล็กตรอน 2 ตัว และ 2 e- + 4 HNO₃ > 2 ไม่₃^1- + 2 ชั่วโมง₂O ซึ่งแสดงว่ามีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสองตัวไปยังผลิตภัณฑ์ ความเร็วของปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของทองแดง ลวดทองแดงจะทำปฏิกิริยาได้เร็วกว่าแท่งทองแดง เป็นต้น

สารละลายเปลี่ยนสีเนื่องจากน้ำ ไอออนของทองแดงในสารละลายต่างจากของแข็งทองแดง สามารถสร้างปฏิกิริยาชนิดหนึ่งที่เรียกว่าการประสานงานเชิงซ้อนกับโมเลกุลของน้ำ และสารเชิงซ้อนเหล่านี้ให้สารละลายเป็นสีน้ำเงิน กรดแร่เช่นกรดไฮโดรคลอริกไม่ให้ทองแดงออกซิไดซ์ในลักษณะเดียวกับกรดไนตริกเพราะไม่ใช่ตัวออกซิไดซ์ที่แรง อย่างไรก็ตาม กรดซัลฟิวริกเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม มันจะทำปฏิกิริยากับทองแดงเพื่อปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์