Растворяется ли медь в воде

Коррозия меди

Коррозия меди – это ее разрушение под воздействием окружающей среды.

Медь и ее сплавы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Это связано с высокой коррозионной стойкостью данного металла, теплопроводностью, электропроводностью. Медь отлично обрабатывается механически, паяется.

Значительная коррозия меди наблюдается в окислительных кислотах, аэрированных растворах, которые содержат NH4+, CN- и другие ионы, способные с медью образовывать комплексы.

Коррозия меди в воде

Скорость коррозии меди в воде во многом зависит от наличия на поверхности оксидных пленок.

В быстро движущихся водных растворах и  воде медь подвергается такому виду разрушения, как ударная коррозия. Скорость протекания ударной коррозии меди  сильно зависит от количества растворенного кислорода.

Если вода сильно аэрирована – ударная коррозия меди протекает интенсивно, если же обескислорожена – разрушение незначительно. Коррозия меди в аэрированной воде усиливается с уменьшением рН, увеличением концентрации ионов хлора.

Особенностью меди, омываемой морской водой, можно считать то, что она является одним из немногих металлов, которые не подвержены обрастанию микроорганизмами. Ионы меди для них губительны.

С чистой меди очень часто изготавливают трубопроводы для подачи в дома воды. Они надежны, служат очень долгое время.

При наличии в воде растворенной угольной и других кислот  медь понемногу корродирует, а продукты коррозии меди окрашивают сантехническое оборудование.

Если вода, проходящая через медные трубы контактирует с железом, алюминием или оцинкованной сталью – то коррозию этих металлов значительно усиливается. Ионы меди осаждаются на поверхности этих металлов, образуя коррозионные гальванические элементы.

Чтоб исключить вредное влияние воды с медных труб на другие металлы используют луженую медь. Внутреннюю часть медного трубопровода покрывают  оловом. Оловянное покрытие должно быть безпористым, во избежание возникновения гальванического элемента (олово по отношению к меди является катодом).

Коррозия луженой меди

Луженая медь отличается превосходной  коррозионной стойкостью. Луженая медь  отлично служит даже под воздействием дождя, града, снега, не чувствительна к перепаду температуры окружающей среды. Атмосферная коррозия луженой меди весьма незначительна.

Оловянное покрытие по отношению к меди является анодом, т.к. имеет более электроотрицательный потенциал. Если на нем нет никаких изъянов (пор, трещин, царапин), через которые медь контактирует с атмосферой – оно прослужит очень долго.

Если же дефекты покрытия присутствуют – атмосферная коррозия луженой меди протекает по следующим реакциям:

А: Sn — 2e→ Sn2+ — окисление олова;

К: 2 H2О + O2 + 4e → 4 OH- — восстановление меди.

Качественное оловянное покрытие продлевает срок службы луженой меди до 100 лет и более.

Атмосферная коррозия меди

В атмосферных условиях медь отличается высокой коррозионной стойкостью. На сухом воздухе поверхность меди почти не меняется. А при контакте с влажным воздухом образуется нерастворимая пленка, состоящая с продуктов коррозии меди типа CuCO3•Cu(OH)2.

2Cu + H2O + CO2 + O2 → CuCO3•Cu(OH)2.

В зависимости от состава среды и еще многих факторов  на медной поверхности в атмосфере сначала образуется очень тонкая защитная пленка, состоящая с оксидов меди и ее чистой закиси. Время образования этой пленки может достигать нескольких лет. Поверхность немного темнеет, становится коричневатой. Иногда пленка может быть почти черного цвета (во многом зависит от состава коррозионной среды).

После образования оксидного слоя на поверхности начинают скапливаться соли меди, имеющие зеленоватый оттенок. Образующийся оксид меди и соли называют еще патиной. Цвет патины колеблется от светло коричневого, до черного и зеленого. Зависит от качества обработки поверхности, состава самого металла и среды, времени контакта с коррозионной средой (от внутренних и внешних факторов).

Соли и оксиды, формирующие патину, нерастворимы в воде и обладают естественными декоративными, защитными свойствами по отношению к поверхности меди.

https://www.youtube.com/watch?v=-CQHMcmRvD4

Присутствие во влажном воздухе углекислого газа приводит к образованию на поверхности смеси, которую еще называют малахитом. Сульфиды, хлориды, находящиеся в воздухе, разрушают малахит. Это ускоряет атмосферную коррозию меди.

Коррозия меди в почве

Коррозия меди в почве сильно зависит от значения рН грунта.  Чем грунт щелочнее либо кислее, тем быстрее проходит коррозия меди в почве. Менее сильное влияние оказывает аэрация, влажность грунта. При сильном насыщении почвы микроорганизмами усиливается коррозия меди и ее сплавов. Это объясняется тем, что некоторые из них в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают сероводород, который разрушает защитную оксидную пленку.

Продукты почвенной коррозии меди и ее сплавов по составу более сложны, чем при атмосферной коррозии и отличаются слоистой структурой.

Если медное изделие  пролежало в почве очень долгое время – оно могло полностью превратиться в рыхлую светло-зеленую массу, состоящую с продуктов коррозии меди. При недолгом нахождении изделия в почве может наблюдаться только небольшой слой патины, который легко снять механически.

Медь устойчива в таких средах:

— атмосфера;

— морская вода;

— горячая и холодная пресная вода;

— в определенных условиях, находясь в контакте с галогенами;

— неокислительных кислотах, горячих и холодных деаэрированных разбавленных растворах H3PO4, H2SO4, уксусной кислоты.

Медь неустойчива в таких средах:

— сера, сероводород, некоторые другие соединения серы;

— окислительные кислоты, аэрированные неокислительные (также угольная), горячий, холодный концентрат H2SO4,

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O – горячий концентрат,

Cu + H2SO4 → CuO + SO2↑ + H2O – холодный концентрат;

— растворы окислительных солей тяжелых металлов (Fe2(SO4)3, FeCl3);

— аэрированных водах, водных растворах  быстро движущихся, агрессивных водах (с низким содержанием ионов магния,   кальция, высоким – кислорода, углекислого газа);

— амины, NH4OH (содержащим кислород).

Источник: https://www.okorrozii.com/korrozia-medi.html

Растворимость меди в воде и кислотах

В основе химических свойств большинства элементов лежит их способность к растворению в водной среде и кислотах. Изучение характеристики меди связано с малоактивным действием в обычных условиях.

Особенностью её химических процессов является образование соединений с аммиаком, ртутью, азотной и серной кислотами. Низкая растворимость меди в воде не способна вызвать коррозионные процессы.

Ей присущи особые химические свойства, позволяющие использовать соединение в разных отраслях промышленности.

Описание элемента

Медь считается старейшим из металлов, который научились добывать люди ещё до нашей эры. Это вещество получают из природных источников в виде руды. Медью называют элемент химической таблицы с латинским наименованием cuprum, порядковый номер которого равен 29. В периодической системе он расположен в четвёртом периоде и относится к первой группе.

Природное вещество является розово-красным тяжёлым металлом с мягкой и ковкой структурой. Температура его кипения и плавления – более 1000 °С. Считается хорошим проводником.

Химическое строение и свойства

Если изучить электронную формулу медного атома, то можно обнаружить, что у него имеется 4 уровня. На валентной 4s-орбитали находится всего один электрон. Во время химических реакций от атома может отщепляться от 1 до 3 отрицательно заряжённых частиц, тогда получаются соединения меди со степенью окисления +3, +2, +1. Наибольшей устойчивостью обладают её двухвалентные производные.

В химических реакциях она выступает в качестве малоактивного металла. В обычных условиях растворимость меди в воде отсутствует. В сухом воздухе не наблюдается коррозия, зато при нагревании поверхность металла покрывается чёрным налётом из оксида двухвалентного.

Медь обладает небольшим сходством с металлами щелочной группы, связанным с формированием производных одновалентного ряда.

https://www.youtube.com/watch?v=e-6UXtJZeBA

Это процесс образования однородных систем в виде растворов при взаимодействии одного соединения с другими веществами. Их составляющими являются отдельные молекулы, атомы, ионы и другие частицы. Степень растворимости определяется по концентрации вещества, которое растворили при получении насыщенного раствора.

Единицей измерения чаще всего являются проценты, объёмные или весовые доли. Растворимость меди в воде, как и других соединений твёрдого вида, подчиняется лишь изменениям температурных условий. Эту зависимость выражают с помощью кривых. Если показатель очень маленький, то вещество считается нерастворимым.

Растворимость меди в водной среде

Металл проявляет коррозионную стойкость под действием морской воды. Это доказывает его инертность в обычных условиях. Растворимость меди в воде (пресной) практически не наблюдается. Зато во влажной среде и под действием углекислого газа на металлической поверхности происходит образование плёнки зелёного цвета, которая является основным карбонатом:

Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu(OH)2 · CuCO2.

Если рассматривать её одновалентные соединения в виде соли, то наблюдается их незначительное растворение. Такие вещества подвержены быстрому окислению. В результате получаются соединения меди двухвалентные. Эти соли обладают хорошей растворимостью в водной среде. Происходит их полная диссоциация на ионы.

Растворимость в кислотах

Обычные условия протекания реакций меди со слабыми или разбавленными кислотами не способствуют их взаимодействию. Не наблюдается химический процесс металла со щелочами. Растворимость меди в кислотах возможна, если они являются сильными окислителями. Только в этом случае протекает взаимодействие.

Растворимость меди в азотной кислоте

Такая реакция возможна ввиду того, что происходит процесс окисления металла сильным реагентом. Кислота азотная в разбавленном и концентрированном виде проявляет окислительные свойства с растворением меди.

В первом варианте во время реакции получается меди нитрат и азота двухвалентный оксид в соотношении 75 % к 25 %. Процесс с разбавленной кислотой азотной можно описать следующим уравнением:

8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NO + NO + 4H2O.

Во втором случае получается меди нитрат и азота оксиды двухвалентные и четырёхвалентные, соотношение которых 1 к 1. В этом процессе участвует 1 моль металла и 3 моля кислоты азотной концентрированной. При растворении меди происходит сильный разогрев раствора, в результате чего наблюдается термическое разложение окислителя и выделение дополнительного объёма азотных оксидов:

4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO2 + NO2 + 2H2O.

Реакцию используют в малотоннажном производстве, связанном с переработкой лома или удалением покрытия с отходов. Однако такой способ растворения меди имеет ряд недостатков, связанных с выделением большого количества азотных оксидов. Для их улавливания или нейтрализации необходимо специальное оборудование. Процессы эти весьма затратные.

Растворение меди считается завершённым, когда происходит полное прекращение выработки летучих азотистых оксидов. Температура реакции колеблется от 60 до 70 °C. Следующим этапом является спуск раствора из химического реактора. На его дне остаются небольшие куски металла, который не прореагировал. К полученной жидкости добавляют воду и проводят фильтрацию.

Растворимость в кислоте серной

В обычном состоянии такая реакция не протекает. Фактором, определяющим растворение меди в серной кислоте, является её сильная концентрация. Разбавленная среда не может окислить металл. Растворение меди в серной кислоте концентрированной протекает с выделением сульфата.

Процесс выражается следующим уравнением:

Cu + H2SO4 + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.

Свойства сульфата меди

Соль двухосновную ещё называют сернокислой, обозначают её так: CuSO4. Она представляет собой вещество без характерного запаха, не проявляющее летучесть.

В безводной форме соль не имеет цвета, она непрозрачная, обладающая высокой гигроскопичностью. У меди (сульфат) растворимость хорошая. Молекулы воды, присоединяясь к соли, могут образовывать кристаллогидратные соединения.

Кристаллогидратам присуща прозрачная структура синеватого оттенка, они проявляют горьковатый, металлический привкус. Молекулы их способны со временем терять связанную воду. В природе встречаются в виде минералов, к которым относят халькантит и бутит.

https://www.youtube.com/watch?v=LkI1lihNeH0

Подвержен воздействию меди сульфат. Растворимость является реакцией экзотермической. В процессе гидратации соли выделяется значительное количество тепла.

Растворимость меди в железе

В результате этого процесса образуются псевдосплавы из Fe и Cu. Для металлического железа и меди возможна ограниченная взаимная растворимость. Максимальные её значения наблюдаются при температурном показателе 1099,85 °C. Степень растворимости меди в твёрдой форме железа равняется 8,5 %. Это небольшие показатели. Растворение металлического железа в твёрдой форме меди составляет около 4,2 %.

Снижение температуры до комнатных значений делает взаимные процессы незначительными. При расплавлении металлической меди, она способна хорошо смачивать железо в твёрдой форме. При получении псевдосплавов Fe и Cu используют особые заготовки. Их создают путём прессования или печения железного порошка, находящегося в чистой или легированной форме. Такие заготовки пропитывают жидкой медью, образуя псевдосплавы.

Растворение в аммиаке

Процесс часто протекает при пропускании NH3 в газообразной форме над раскалённым металлом. Результатом является растворение меди в аммиаке, выделение Cu3N. Это соединение называют нитридом одновалентным.

Соли её подвергаются воздействию раствора аммиачного. Прибавление такого реактива к медному хлориду приводит к выпадению осадка в виде гидроксида:

CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.

Аммиачный избыток способствует формированию соединения комплексного типа, имеющего окраску тёмно-синюю:

Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.

Этот процесс используют для определения ионов двухвалентной меди.

Растворимость в чугуне

В структуре ковкого перлитного чугуна помимо основных компонентов присутствует дополнительный элемент в виде обычной меди. Именно она повышает графитизацию углеродных атомов, способствует увеличению жидкотекучести, прочности и твёрдости сплавов.

Металл положительно влияет на уровень перлита в конечном продукте. Растворимость меди в чугуне используют для проведения легирования исходного состава. Основной целью такого процесса является получение ковкого сплава.

У него будут повышенные механические и коррозионные свойства, но уменьшено охрупчивание.

Если содержание меди в чугуне составляет около 1 %, то показатель прочности при проведении растяжения приравнивается к 40 %, а текучести увеличивается до 50 %. Это существенно изменяет характеристики сплава.

Повышение количества металла, легирующего до 2 %, приводит к изменению прочности до значения 65 %, а показатель текучести становится равен 70 %. При большем содержании меди в составе чугуна труднее образуется шаровидный графит. Введение в структуру легирующего элемента не изменяет технологию формирования вязкого и мягкого сплава.

Время, которое отводится для отжига, совпадает с продолжительностью такой реакции при производстве чугуна без примеси меди. Оно составляет около 10 часов.

Использование меди для изготовления чугуна с высокой концентрацией кремния не способно полностью устранить так называемое ожелезнение смеси во время отжига. В результате получают продукт с низкой упругостью.

Растворимость в ртути

При смешивании ртути с металлами других элементов получаются амальгамы. Этот процесс может проходить при комнатной температуре, ведь в таких условиях Pb представляет собой жидкость. Растворимость меди в ртути проходит только во время нагревания. Металл необходимо предварительно измельчить.

При смачивании жидкой ртутью твёрдой меди происходит взаимное проникновение одного вещества в другое или процесс диффундирования. Значение растворимости выражается в процентах и составляет 7,4*10-3. В процессе реакции получается твёрдая простая амальгама, похожая на цемент. Если её немного нагреть, то она размягчается.

Каждый компонент сплава выполняет определённую функцию, которая позволяет получить пломбу высокого качества.

https://www.youtube.com/watch?v=D4KWPEvfYf0

Другим примером служит сплав амальгамный, в котором наблюдается высокое содержание меди. Его ещё называют медным сплавом. В составе амальгама присутствует от 10 до 30 % Cu. Высокое содержание меди препятствует взаимодействию олова со ртутью, что не позволяет образовываться очень слабой и коррозирующей фазе сплава. Кроме того, уменьшение количества в пломбе серебра приводит к удешевлению.

Для приготовления амальгамы желательно использовать инертную атмосферу или защитную жидкость, которая образует плёнку. Металлы, входящие в состав сплава способны быстро окисляться воздухом. Процесс нагревания амальгамы купрума в присутствие водорода приводит к отгонке ртути, что позволяет отделить элементарную медь. Как видите, эта тема несложна для изучения.

Теперь вы знаете, как медь взаимодействует не только с водой, но и с кислотами и другими элементами.

Источник: http://fb.ru/article/238897/rastvorimost-medi-v-vode-i-kislotah

Что такое растворимость?

Это процесс образования однородных систем в виде растворов при взаимодействии одного соединения с другими веществами. Их составляющими являются отдельные молекулы, атомы, ионы и другие частицы. Степень растворимости определяется по концентрации вещества, которое растворили при получении насыщенного раствора.

Единицей измерения чаще всего являются проценты, объёмные или весовые доли. Растворимость меди в воде, как и других соединений твёрдого вида, подчиняется лишь изменениям температурных условий. Эту зависимость выражают с помощью кривых. Если показатель очень маленький, то вещество считается нерастворимым.

Общие характеристики сульфата меди, его реакции с водой и области применения

[Deposit Photos]

Кристаллогидрат сульфата меди (медный купорос) обладает свойствами, характерными для сульфата меди. В структуру данного вещества, являющегося солью, входят молекулы воды.

Физические и химические свойства сульфата меди

Сульфат меди [Deposit Photos]

Медный купорос — это твердое кристаллическое вещество синего цвета. Медный купорос хорошо растворим в воде. На 1 молекулу сульфата меди в структуре вещества приходится 5 молекул воды. Обезвоженное вещество не имеет цвета. Сульфат меди встречается в природе в виде некоторых минералов, например, халькантита, бонаттита, бутита и других.

Халькантит [Wikimedia]

Под воздействием высоких температур сульфат меди разлагается. В ходе реакции образуется оксид меди, кислород и диоксид серы. Как и другие соли, медный купорос может участвовать в реакции замещения: более активный металл, расположенный левее меди в электрохимическом ряду активности, вытеснит атом меди из соединения и займет его место. Например, при добавлении натрия к сульфату меди образуется сульфат натрия и медь, выпадающая в осадок.

Медный купорос вступает в реакцию с основными и кислотными гидроксидами и другими солями. Например, в результате взаимодействия сульфата меди с основанием (гидроксидом кальция) выделяется гидроксид меди и сульфат кальция.

Например, если к сульфату меди добавить хлорид бария, образуется хлорид меди и сульфат бария, выпадающий в осадок.

Получение медного купороса

Медный купорос можно получать двумя основными способами. Первый способ — взаимодействие гидроксида меди с концентрированной серной кислотой. В процессе реакции выделяется значительное количество воды, часть которой идет на гидратацию.

Второй способ получения медного купороса — взаимодействие концентрированной серной кислоты с медью. Реакция осуществляется при повышенной температуре.

Также можно провести реакцию между оксидом меди и серной кислотой — в результате образуется сульфат меди и вода.

Реакция сульфата меди и воды (эксперимент по выращиванию кристаллов)

Один из примеров реакции сульфата меди с водой — выращивание кристаллов. В качестве сырья используется медный купорос. Свойства сульфата меди позволяют вырастить большой кристалл. Приобрести медный купорос можно в любом магазине для садоводов.

Процесс выращивания кристалла будет следующим: в воду засыпают порошок сульфата меди; чтобы вещество быстрее растворилось, жидкость нагревают. Необходимо подготовить очень насыщенный раствор. Для этого в емкость продолжают добавлять медный купорос до тех пор, пока происходит его растворение в воде.

Выращивание кристаллов сульфата меди [Flickr]

Необходимо следить, чтобы емкость с раствором не передвигалась с места на место, пока в ней растет кристалл. Каждый день или через один день в раствор досыпают медный купорос (для поддержания высокой насыщенности раствора). В противном случае кристаллы будут растворяться в воде. Примерно спустя две недели в емкости вырастет большой кристалл насыщенного ярко-синего цвета. Нажмите здесь, чтобы узнать, как происходит рост кристаллов.

Как определить наличие медного купороса в растворе

Опустите в раствор любой железный предмет. Если он покрывается красноватым налетом, значит, в растворе присутствует медный купорос (медь — это и есть налет). Вследствие реакции замещения также выделяется сульфат железа, уходящий в тестируемый раствор.

По этому же принципу можно проверить содержание медного купороса с помощью алюминия. В ходе взаимодействия образуется налет красноватого цвета, свидетельствующий о замещении атомов меди атомами алюминия, а также об образовании сульфата алюминия и чистой меди.

Еще вариант определения сульфата меди в растворе — реакция с любой растворимой солью бария. В результате взаимодействия сульфат бария выпадает в осадок.

Реакция сульфата меди с водой и известью (приготовление бордоской жидкости)

Бордоская жидкость используется для лечения растений и предупреждения грибковых заболеваний. Это эффективное средство было создано случайно. В конце XIX столетия французский фермер готовил смесь для опрыскивания винограда и соединил медный купорос с известью.

Бордоская жидкость [Wikipedia]

Приготовление бордоской жидкости:

• взять неметаллическую посуду;
• для 1%-го раствора растворить в теплой воде 100 г хорошо измельченного медного купороса;
• залить полученный раствор холодной водой, чтобы общий объем составил 5 литров;
• 120-130 г негашеной извести развести водой до 1 литра (до консистенции сметаны);
• долить воды, чтобы общий объем составил 5 литров, а затем процедить полученный раствор;
• медный купорос вводят в известковый раствор (не наоборот) и помешивают деревянной ложкой.

Реакцию проверяют универсальным индикатором, а также лакмусовой или фенолфталеиновой бумагой. Если этих индикаторов у вас нет, можно воспользоваться железными предметами (но обязательно очищенными от смазки или ржавчины). Если этот предмет покрывается красноватым налётом меди (свидетельство того, что раствор кислый), надо добавить известковое молоко, чтобы нейтрализовать кислотность приготовленной жидкости.

Источник: https://melscience.com/ru/articles/obshie-harakteristiki-sulfata-medi-ego-reakcii-s-v/