התכונות הכימיות של רוב היסודות מבוססות על יכולתם להתמוסס במים ובחומצות. חקר המאפיינים של נחושת קשור לפעילות נמוכה בתנאים רגילים. מאפיין של התהליכים הכימיים שלו הוא היווצרות תרכובות עם אמוניה, כספית, חומצות חנקתיות וגופרית. המסיסות הנמוכה של נחושת במים אינה מסוגלת לגרום לתהליכי קורוזיה. יש לו תכונות כימיות מיוחדות המאפשרות שימוש בתרכובת בתעשיות שונות.
תיאור פריט
נחושת נחשבת לעתיקה מבין המתכות שאנשים למדו להפיק עוד לפני תקופתנו. חומר זה מתקבל ממקורות טבעיים בצורה של עפרה. הנחושת נקראת יסוד בטבלה הכימית עם השם הלטיני cuprum, שמספרו הסידורי הוא 29. במערכת המחזורית היא ממוקמת בתקופה הרביעית ושייכת לקבוצה הראשונה.
החומר הטבעי הוא מתכת כבדה ורוד-אדום עם מבנה רך וניתן לגימור. נקודת הרתיחה וההיתוך שלו היאמעל 1000 מעלות צלזיוס. נחשב למנצח טוב.
מבנה ומאפיינים כימיים
אם תלמד את הנוסחה האלקטרונית של אטום נחושת, תגלה שיש לו 4 רמות. יש רק אלקטרון אחד במסלול הערכיות 4s. במהלך תגובות כימיות, ניתן לפצל מ-1 עד 3 חלקיקים בעלי מטען שלילי מאטום, ואז מתקבלות תרכובות נחושת עם מצב חמצון של +3, +2, +1. הנגזרות הדו ערכיות שלו הן היציבות ביותר.
בתגובות כימיות, היא פועלת כמתכת לא פעילה. בתנאים רגילים, מסיסות הנחושת במים נעדרת. באוויר יבש לא נצפתה קורוזיה, אך כאשר מחומם משטח המתכת מכוסה בציפוי שחור של תחמוצת דו ערכית. היציבות הכימית של הנחושת באה לידי ביטוי תחת פעולת גזים מיותרים, פחמן, מספר תרכובות אורגניות, שרפים פנולים וכוהלים. הוא מאופיין בתגובות היווצרות מורכבות עם שחרור של תרכובות צבעוניות. לנחושת יש דמיון קל למתכות מקבוצת האלקליות, הקשורות להיווצרות נגזרות מהסדרה החד-ערבית.
מהי מסיסות?
זהו תהליך היווצרות מערכות הומוגניות בצורה של תמיסות באינטראקציה של תרכובת אחת עם חומרים אחרים. המרכיבים שלהם הם מולקולות בודדות, אטומים, יונים וחלקיקים אחרים. דרגת המסיסות נקבעת לפי ריכוז החומר שהומס בעת קבלת תמיסה רוויה.
יחידת המידה היא לרוב אחוזים, נפח או שברי משקל.מסיסות הנחושת במים, כמו תרכובות מוצקות אחרות, נתונה רק לשינויים בתנאי הטמפרטורה. תלות זו מתבטאת באמצעות עקומות. אם המחוון קטן מאוד, אזי החומר נחשב בלתי מסיס.
מסיסות של נחושת במים
מתכת מציגה עמידות בפני קורוזיה תחת פעולת מי הים. זה מוכיח את האינרציה שלו בתנאים רגילים. מסיסות הנחושת במים (מים מתוקים) כמעט אינה נצפית. אבל בסביבה לחה ותחת פעולת פחמן דו חמצני, נוצר סרט ירוק על פני המתכת, שהוא הקרבונט העיקרי:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
אם ניקח בחשבון את התרכובות החד-ערכיות שלו בצורה של מלח, אזי נצפה פירוק קל שלהן. חומרים כאלה נתונים לחמצון מהיר. כתוצאה מכך מתקבלות תרכובות נחושת דו ערכיות. למלחים אלו יש מסיסות טובה במדיה מימית. ההתנתקות המוחלטת שלהם ליונים מתרחשת.
מסיסות בחומצות
תגובות רגילות של נחושת עם חומצות חלשות או מדוללות אינן מעודדות את האינטראקציה ביניהן. התהליך הכימי של המתכת עם אלקליות אינו נצפה. מסיסות הנחושת בחומצות אפשרית אם הן חומרי חמצון חזקים. רק במקרה זה מתרחשת האינטראקציה.
מסיסות של נחושת בחומצה חנקתית
תגובה כזו אפשרית בשל העובדה שהמתכת מתחמצנת בעזרת מגיב חזק. חומצה חנקתית בדילול ומרוכזהצורה מציגה תכונות מחמצנות עם פירוק נחושת.
בגרסה הראשונה, במהלך התגובה, מתקבלים חנקת נחושת ותחמוצת חנקן דו ערכית ביחס של 75% עד 25%. ניתן לתאר את התהליך עם חומצה חנקתית מדוללת באמצעות המשוואה הבאה:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.
במקרה השני, תחמוצות חנקת נחושת ותחמוצות חנקן מתקבלות דו ערכיות וארבע ערכיות, שהיחס שלהן הוא 1 ל-1. תהליך זה כולל 1 מול מתכת ו-3 מול חומצה חנקתית מרוכזת. כאשר נחושת מומסת, התמיסה מתחממת בחוזקה, וכתוצאה מכך לפירוק תרמי של המחמצן ולשחרור נפח נוסף של תחמוצות חנקן:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
התגובה משמשת בייצור בקנה מידה קטן הקשור לעיבוד גרוטאות או פינוי ציפויים מפסולת. עם זאת, לשיטה זו של המסת נחושת יש מספר חסרונות הקשורים לשחרור של כמות גדולה של תחמוצות חנקן. כדי ללכוד או לנטרל אותם, יש צורך בציוד מיוחד. תהליכים אלה יקרים מאוד.
המסה של נחושת נחשבת להשלמת כאשר יש הפסקה מוחלטת של ייצור תחמוצות חנקן נדיפות. טמפרטורת התגובה נעה בין 60 ל-70 מעלות צלזיוס. השלב הבא הוא ניקוז התמיסה מהכור הכימי. בתחתיתו יש פיסות מתכת קטנות שלא הגיבו. מים מתווספים לנוזל שנוצר וסינון.
מסיסות בחומצה גופרתית
במצב רגיל, תגובה כזו לא מתרחשת. הגורם הקובע את פירוק הנחושת בחומצה גופרתית הוא הריכוז החזק שלה. מדיום דליל לא יכול לחמצן את המתכת. פירוק הנחושת בחומצה גופרתית מרוכזת ממשיך עם שחרור סולפט.
התהליך מבוטא באמצעות המשוואה הבאה:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
מאפיינים של גופרת נחושת
מלח די-בסיסי נקרא גם סולפט, מסומן כדלקמן: CuSO4. זהו חומר ללא ריח אופייני, שאינו מראה תנודות. בצורתו המינית, המלח חסר צבע, אטום והיגרוסקופי מאוד. לנחושת (סולפט) יש מסיסות טובה. מולקולות מים, המצטרפות למלח, יכולות ליצור תרכובות הידרט קריסטל. דוגמה לכך היא גופרת נחושת, שהיא פנטהידרט כחולה. הנוסחה שלו היא: CuSO4 5H2O.
להידרטים של קריסטל יש מבנה שקוף של גוון כחלחל, הם מפגינים טעם מר ומתכתי. המולקולות שלהם מסוגלות לאבד מים קשורים לאורך זמן. בטבע הם מופיעים בצורה של מינרלים, הכוללים כלקנתיט ובוטיט.
מושפע מנחושת גופרתית. מסיסות היא תגובה אקסותרמית. בתהליך של הידרציה במלח, כמות משמעותית שלחום.
מסיסות של נחושת בברזל
כתוצאה מתהליך זה נוצרות פסאודו-סגסוגות של Fe ו-Cu. עבור ברזל מתכתי ונחושת, מסיסות הדדית מוגבלת אפשרית. הערכים המרביים שלו נצפים במדד טמפרטורה של 1099.85 מעלות צלזיוס. מידת המסיסות של נחושת בצורה מוצקה של ברזל היא 8.5%. אלו אינדיקטורים קטנים. המסת ברזל מתכתי בצורה מוצקה של נחושת היא כ-4.2%.
הפחתת הטמפרטורה לערכי החדר הופכת תהליכים הדדיים לחסרי משמעות. כאשר נחושת מתכתית מומסת, היא מסוגלת להרטיב ברזל היטב בצורה מוצקה. כאשר משיגים סגסוגות פסאודו של Fe ו-Cu, משתמשים בחלקי עבודה מיוחדים. הם נוצרים על ידי לחיצה או אפייה של אבקת ברזל, שהיא בצורה טהורה או סגסוגת. ריקים כאלה ספוגים בנחושת נוזלית, ויוצרים סגסוגות פסאודו.
המסה באמוניה
התהליך ממשיך לעתים קרובות על ידי העברת NH3 בצורה גזית על מתכת חמה. התוצאה היא פירוק נחושת באמוניה, שחרור Cu3N. תרכובת זו נקראת ניטריד חד ערכי.
המלחים שלו חשופים לתמיסת אמוניה. הוספת מגיב כזה לכלוריד נחושת מביאה למשקעים בצורת הידרוקסיד:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
עודף אמוניה תורם להיווצרות של תרכובת מסוג מורכב עם צבע כחול כהה:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
תהליך זה משמש לקביעת יוני קופרוס.
מסיסות בברזל יצוק
במבנה של ברזל פרליטי רקיע, בנוסף למרכיבים העיקריים, ישנו אלמנט נוסף בצורת נחושת רגילה. היא זו שמגבירה את הגרפיטיזציה של אטומי פחמן, תורמת לעלייה בנזילות, בחוזק ובקשיות של סגסוגות. למתכת יש השפעה חיובית על רמת הפרלייט במוצר הסופי. המסיסות של נחושת בברזל יצוק משמשת לביצוע סגסוגת של ההרכב הראשוני. המטרה העיקרית של תהליך זה היא להשיג סגסוגת ניתנת לגימור. יהיו לו תכונות מכאניות וקורוזיה משופרות, אך מופחתת שבריריות.
אם תכולת הנחושת בברזל יצוק היא כ-1%, אז חוזק המתיחה שווה ל-40%, והנזילות עולה ל-50%. זה משנה באופן משמעותי את המאפיינים של הסגסוגת. עלייה בכמות מתכת מתכת ל-2% מביאה לשינוי בחוזק לערך של 65%, ומדד התשואה הופך ל-70%. עם תכולת נחושת גבוהה יותר בהרכב של ברזל יצוק, גרפיט נודולרי קשה יותר להיווצר. הכנסת אלמנט סגסוגת למבנה אינה משנה את הטכנולוגיה של יצירת סגסוגת קשיחה ורכה. הזמן המוקצב עבור חישול עולה בקנה אחד עם משך תגובה כזו בייצור ברזל יצוק ללא זיהומי נחושת. זה בערך 10 שעות.
השימוש בנחושת כדי לעשות גבוהריכוז הסיליקון אינו מסוגל לחסל לחלוטין את מה שנקרא ferruginization של התערובת במהלך חישול. התוצאה היא מוצר בעל גמישות נמוכה.
מסיסות בכספית
כאשר מערבבים כספית עם מתכות של יסודות אחרים, מתקבלים אמלגמים. תהליך זה יכול להתרחש בטמפרטורת החדר, כי בתנאים כאלה Pb הוא נוזל. מסיסות הנחושת בכספית עוברת רק במהלך החימום. ראשית יש לרסק את המתכת. כאשר מרטיבים נחושת מוצקה בכספית נוזלית, חומר אחד חודר לשני או מתפזר. ערך המסיסות מבוטא באחוזים והוא 7.410-3. התגובה מייצרת אמלגם פשוט מוצק, בדומה למלט. אם תחממו אותו קצת, הוא יתרכך. כתוצאה מכך, תערובת זו משמשת לתיקון פריטי חרסינה. יש גם אמלגמים מורכבים עם תכולת מתכת אופטימלית. לדוגמה, האלמנטים של כסף, פח, נחושת ואבץ נמצאים בסגסוגת שיניים. מספרם באחוזים מתייחס ל-65:27:6:2. אמלגם עם הרכב זה נקרא כסף. כל רכיב של הסגסוגת מבצע פונקציה ספציפית, המאפשרת לך לקבל מילוי באיכות גבוהה.
דוגמה נוספת היא סגסוגת האמלגם, בעלת תכולת נחושת גבוהה. זה נקרא גם סגסוגת נחושת. הרכב האמלגם מכיל בין 10 ל-30% Cu. תכולת הנחושת הגבוהה מונעת את האינטראקציה של בדיל עם כספית, מה שמונע היווצרות של שלב חלש וקורוזיבי מאוד של הסגסוגת. מלבדבנוסף, ירידה בכמות הכסף במילוי מביאה להוזלת המחיר. להכנת אמלגם רצוי להשתמש באווירה אינרטית או בנוזל מגן היוצר סרט. המתכות המרכיבות את הסגסוגת מסוגלות להתחמצן במהירות באוויר. תהליך חימום אמלגם cuprum בנוכחות מימן מוביל לזיקוק כספית, המאפשר הפרדה של נחושת יסודית. כפי שאתה יכול לראות, קל ללמוד את הנושא הזה. עכשיו אתה יודע איך נחושת מקיימת אינטראקציה לא רק עם מים, אלא גם עם חומצות ואלמנטים אחרים.
