Реакції між міддю та азотною кислотою є прикладами реакцій відновлення окиснення, коли отримання електронів зменшує один елемент, а втрачаючи - окислює другий. Азотна кислота - це не тільки сильна кислота, це окислювач. Тому він може окислювати мідь до Cu + 2. Якщо ви плануєте експериментувати з цими реакціями, важливо пам’ятати, що вони виділяють токсичні, шкідливі пари.
Концентрація розчину
Мідь може зазнавати одну з двох реакцій при поєднанні з азотною кислотою, залежно від концентрації розчину. Якщо азотна кислота розведена, мідь окиснюється, утворюючи нітрат міді з оксидом азоту як побічним продуктом. Якщо розчин концентрується, мідь окиснюється, утворюючи нітрат міді з діоксидом азоту як побічним продуктом. Як оксид азоту, так і діоксид азоту шкідливі та потенційно токсичні при високому рівні; діоксид азоту - потворний коричневий газ, присутній у смузі смогу у багатьох містах.
Рівняння реакцій
Рівняння для двох реакцій, які можуть мати місце, є:
Cu + 4 HNO3 -> Cu (НІ3)2 + 2 НІ2 + 2 год2O, який утворює діоксид азоту і
3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (НІ3)2 + 2 NO + 4 H2O, який утворює оксид азоту.
З концентрованою кислотою розчин спочатку набуває зеленого, потім зеленувато-коричневого кольору і, нарешті, після розведення водою синій. Будь-яка реакція сильно екзотермічна і виділяє енергію у вигляді тепла.
Окислення та відновлення
Інший спосіб зрозуміти цю реакцію - це розбиття її на дві напівреакції, одну для окислення (втрата електронів), а іншу для відновлення (приріст електронів). Напівреакціями є: Cu -> Cu2+ + 2 e-, що означає, що мідь втрачає два електрони, і 2 e- + 4 HNO3 > 2 НІ31- + 2 год2O, що показує, що два електрони були перенесені в продукти. Швидкість цієї реакції залежить від площі поверхні міді; мідний дріт реагуватиме швидше, ніж мідні прутки, наприклад.
Інші міркування
Розчин змінює колір через воду. На відміну від твердої речовини міді, іони міді в розчині можуть утворювати тип взаємодії, який називається координаційним комплексом з молекулами води, і ці комплекси надають розчину синього кольору. Мінеральні кислоти, такі як соляна кислота, не окислюють мідь так само, як азотна кислота, оскільки вони не є сильними окислювачами. Сірчана кислота, однак, є сильним окислювачем. За належних умов він реагуватиме з міддю, виділяючи газ діоксид сірки.