خواص شیمیایی بیشتر عناصر بر اساس توانایی آنها در حل شدن در آب و اسیدها است. مطالعه خصوصیات مس با فعالیت کم در شرایط عادی همراه است. از ویژگی های فرآیندهای شیمیایی آن تشکیل ترکیباتی با اسیدهای آمونیاک، جیوه، نیتریک و سولفوریک است. حلالیت کم مس در آب قادر به ایجاد فرآیندهای خوردگی نیست. این ترکیب دارای خواص شیمیایی خاصی است که امکان استفاده از این ترکیب را در صنایع مختلف می دهد.
شرح مورد
مس قدیمی‌ترین فلزی است که مردم حتی قبل از عصر ما استخراج آن را آموخته‌اند. این ماده از منابع طبیعی به شکل سنگ معدن به دست می آید. مس به عنصری از جدول شیمیایی با نام لاتین cuprum گفته می شود که شماره سریال آن 29 است و در سیستم تناوبی در دوره چهارم قرار دارد و از گروه اول است.
ماده طبیعی یک فلز سنگین صورتی-قرمز با ساختاری نرم و چکش خوار است. نقطه جوش و ذوب آن استبیش از 1000 درجه سانتیگراد رهبر ارکستر خوبی در نظر گرفته می شود.
ساختار و خواص شیمیایی
اگر فرمول الکترونیکی اتم مس را مطالعه کنید، متوجه خواهید شد که دارای 4 سطح است. در اوربیتال ظرفیتی 4s فقط یک الکترون وجود دارد. در طی واکنش های شیمیایی، از 1 تا 3 ذره با بار منفی می توان از یک اتم جدا شد، سپس ترکیبات مس با حالت اکسیداسیون +3، +2، +1 به دست می آید. مشتقات دو ظرفیتی آن پایدارترین هستند.
در واکنش های شیمیایی، به عنوان یک فلز غیر فعال عمل می کند. در شرایط عادی، حلالیت مس در آب وجود ندارد. در هوای خشک، خوردگی مشاهده نمی شود، اما هنگام گرم شدن، سطح فلز با یک پوشش سیاه از اکسید دو ظرفیتی پوشیده می شود. پایداری شیمیایی مس تحت تأثیر گازهای بی آب، کربن، تعدادی از ترکیبات آلی، رزین های فنلی و الکل ها آشکار می شود. با واکنش های تشکیل پیچیده با انتشار ترکیبات رنگی مشخص می شود. مس شباهت کمی با فلزات گروه قلیایی دارد که با تشکیل مشتقات سری تک ظرفیتی مرتبط است.
حلالیت چیست؟
این فرآیند تشکیل سیستم های همگن به شکل محلول در برهمکنش یک ترکیب با مواد دیگر است. اجزای آنها مولکول ها، اتم ها، یون ها و ذرات دیگر هستند. درجه انحلال با غلظت ماده ای که هنگام بدست آوردن محلول اشباع حل شده است تعیین می شود.
واحد اندازه گیری اغلب درصد، حجم یا کسر وزن است.حلالیت مس در آب، مانند سایر ترکیبات جامد، تنها در معرض تغییر شرایط دمایی است. این وابستگی با استفاده از منحنی ها بیان می شود. اگر شاخص بسیار کوچک باشد، آن ماده نامحلول در نظر گرفته می شود.
حلالیت مس در آب
فلز تحت تأثیر آب دریا مقاومت به خوردگی از خود نشان می دهد. این اینرسی آن را در شرایط عادی ثابت می کند. حلالیت مس در آب (آب شیرین) عملاً مشاهده نمی شود. اما در یک محیط مرطوب و تحت تأثیر دی اکسید کربن، یک لایه سبز رنگ روی سطح فلز تشکیل می شود که کربنات اصلی است:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → مس (OH)2 CuCO2.
اگر ترکیبات تک ظرفیتی آن را به شکل نمک در نظر بگیریم، انحلال جزئی آنها مشاهده می شود. چنین موادی در معرض اکسیداسیون سریع هستند. در نتیجه ترکیبات مس دو ظرفیتی به دست می آید. این نمک ها در محیط های آبی حلالیت خوبی دارند. تفکیک کامل آنها به یون اتفاق می افتد.
حلالیت در اسیدها
واکنش‌های معمولی مس با اسیدهای ضعیف یا رقیق، تأثیر متقابل آنها را ندارد. فرآیند شیمیایی فلز با قلیاها مشاهده نمی شود. حلالیت مس در اسیدها در صورتی امکان پذیر است که آنها عوامل اکسید کننده قوی باشند. فقط در این حالت تعامل صورت می گیرد.
حلالیت مس در اسید نیتریک
چنین واکنشی به دلیل اکسیده شدن فلز با یک معرف قوی امکان پذیر است. اسید نیتریک به صورت رقیق و غلیظفرم با انحلال مس خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان می دهد.
در نوع اول، در طول واکنش، نیترات مس و اکسید دو ظرفیتی نیتروژن به نسبت 75٪ به 25٪ به دست می آید. فرآیند با اسید نیتریک رقیق را می توان با معادله زیر توصیف کرد:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + نه + نه + 4H2O.
در حالت دوم، نیترات مس و اکسیدهای نیتروژن دو ظرفیتی و چهار ظرفیتی به دست می آیند که نسبت آنها 1 به 1 است. این فرآیند شامل 1 مول فلز و 3 مول اسید نیتریک غلیظ می شود. هنگامی که مس حل می شود، محلول به شدت گرم می شود، که منجر به تجزیه حرارتی اکسید کننده و آزاد شدن حجم اضافی اکسیدهای نیتریک می شود:
4HNO3 + Cu → Cu (NO3)2 + نه 2 + NO2 + 2H2O.
این واکنش در تولید در مقیاس کوچک مرتبط با پردازش ضایعات یا حذف پوشش‌ها از زباله استفاده می‌شود. با این حال، این روش انحلال مس دارای معایبی است که با آزادسازی مقدار زیادی اکسید نیتروژن همراه است. برای گرفتن یا خنثی کردن آنها، تجهیزات خاصی مورد نیاز است. این فرآیندها بسیار پرهزینه هستند.
انحلال مس زمانی کامل در نظر گرفته می شود که تولید اکسیدهای نیتروژنی فرار کامل متوقف شود. دمای واکنش بین 60 تا 70 درجه سانتی گراد است. مرحله بعدی تخلیه محلول از راکتور شیمیایی است. در پایین آن قطعات کوچک فلزی وجود دارد که واکنشی نشان نداده اند. آب به مایع حاصل اضافه می شود وفیلتر کردن.
حلالیت در اسید سولفوریک
در حالت طبیعی، چنین واکنشی رخ نمی دهد. عامل تعیین کننده انحلال مس در اسید سولفوریک غلظت قوی آن است. یک محیط رقیق نمی تواند فلز را اکسید کند. انحلال مس در اسید سولفوریک غلیظ با آزاد شدن سولفات ادامه می یابد.
فرایند با معادله زیر بیان می شود:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
خواص سولفات مس
نمک دی بازیک سولفات نیز نامیده می شود که به صورت زیر نشان داده می شود: CuSO4. این ماده ای بدون بوی مشخص است که فرار از خود نشان نمی دهد. نمک در شکل بی آب خود بی رنگ، مات و بسیار مرطوب است. مس (سولفات) حلالیت خوبی دارد. مولکول های آب با پیوستن به نمک می توانند ترکیبات کریستال هیدرات را تشکیل دهند. یک مثال سولفات مس است که یک پنتاهیدرات آبی است. فرمول آن این است: CuSO4 5H2O.
کریستال هیدرات ها ساختار شفافی از رنگ مایل به آبی دارند و طعم تلخ و فلزی از خود نشان می دهند. مولکول های آنها قادر به از دست دادن آب محدود در طول زمان هستند. در طبیعت به شکل مواد معدنی وجود دارند که شامل کالکانتیت و بوتیت می شود.
تأثیر سولفات مس. حلالیت یک واکنش گرمازا است. در فرآیند هیدراتاسیون نمک، مقدار قابل توجهی ازگرما.
حلالیت مس در آهن
در نتیجه این فرآیند، شبه آلیاژهای آهن و مس تشکیل می شود. برای آهن و مس فلزی، حلالیت متقابل محدود امکان پذیر است. حداکثر مقادیر آن در شاخص دمای 1099.85 درجه سانتیگراد مشاهده می شود. میزان حلالیت مس در فرم جامد آهن 5/8 درصد است. اینها شاخص های کوچکی هستند. انحلال آهن فلزی در شکل جامد مس حدود 4.2% است.
کاهش دما به مقادیر اتاق، فرآیندهای متقابل را بی اهمیت می کند. هنگامی که مس فلزی ذوب می شود، می تواند آهن را به شکل جامد به خوبی خیس کند. هنگام بدست آوردن شبه آلیاژهای Fe و Cu از قطعات کار مخصوص استفاده می شود. آنها با فشار دادن یا پخت پودر آهن که به صورت خالص یا آلیاژی است ایجاد می شوند. چنین صفحاتی با مس مایع آغشته می شوند و آلیاژهای شبه تشکیل می دهند.
حلول در آمونیاک
فرایند اغلب با عبور NH3 به شکل گازی روی فلز داغ ادامه می یابد. نتیجه انحلال مس در آمونیاک، آزاد شدن Cu3N است. این ترکیب نیترید تک ظرفیتی نام دارد.
نمک های آن در معرض محلول آمونیاک هستند. افزودن چنین معرف به کلرید مس منجر به رسوب به شکل هیدروکسید می شود:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
آمونیاک اضافی به تشکیل یک ترکیب پیچیده با رنگ آبی تیره کمک می کند:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [مس(NH3)4] (OH)2.
این فرآیند برای تعیین یون های مس استفاده می شود.
حلالیت در چدن
در ساختار آهن پرلیتی شکل پذیر علاوه بر اجزای اصلی، عنصر اضافی به شکل مس معمولی وجود دارد. این اوست که گرافیت شدن اتم های کربن را افزایش می دهد، به افزایش سیالیت، استحکام و سختی آلیاژها کمک می کند. این فلز تأثیر مثبتی بر سطح پرلیت در محصول نهایی دارد. حلالیت مس در چدن برای انجام آلیاژسازی ترکیب اولیه استفاده می شود. هدف اصلی از این فرآیند به دست آوردن یک آلیاژ چکش خوار است. خواص مکانیکی و خوردگی بهبود یافته اما شکنندگی کاهش می یابد.
اگر میزان مس در چدن حدود 1٪ باشد، استحکام کششی برابر با 40٪ است و سیالیت تا 50٪ افزایش می یابد. این به طور قابل توجهی ویژگی های آلیاژ را تغییر می دهد. افزایش مقدار فلز آلیاژی به 2٪ منجر به تغییر استحکام به مقدار 65٪ می شود و شاخص بازده به 70٪ می رسد. با محتوای مس بیشتر در ترکیب چدن، گرافیت گره‌دار سخت‌تر تشکیل می‌شود. ورود یک عنصر آلیاژی به ساختار، تکنولوژی تشکیل یک آلیاژ سخت و نرم را تغییر نمی دهد. زمان اختصاص داده شده برای بازپخت همزمان با مدت زمان چنین واکنشی در تولید چدن بدون ناخالصی مس است. حدود 10 ساعت است.
استفاده از مس برای بالا بردنغلظت سیلیکون قادر به از بین بردن به اصطلاح فروجین شدن مخلوط در حین بازپخت نیست. نتیجه محصولی با خاصیت ارتجاعی کم است.
حلالیت در جیوه
هنگامی که جیوه با فلزات عناصر دیگر مخلوط می شود، آمالگام به دست می آید. این فرآیند می تواند در دمای اتاق انجام شود، زیرا در چنین شرایطی سرب یک مایع است. حلالیت مس در جیوه فقط در هنگام گرم شدن از بین می رود. ابتدا فلز باید خرد شود. هنگام خیس کردن مس جامد با جیوه مایع، یک ماده به ماده دیگر نفوذ می کند یا منتشر می شود. مقدار حلالیت به صورت درصد بیان می شود و 7.410-3 است. این واکنش یک آمالگام ساده جامد شبیه سیمان تولید می کند. اگر کمی آن را گرم کنید، نرم می شود. در نتیجه از این مخلوط برای تعمیر اقلام چینی استفاده می شود. همچنین آمالگام های پیچیده با محتوای فلز بهینه وجود دارد. به عنوان مثال، عناصر نقره، قلع، مس و روی در یک آلیاژ دندانی وجود دارد. تعداد آنها در درصد به 65:27:6:2 اشاره دارد. ملغمه با این ترکیب را نقره می گویند. هر جزء از آلیاژ عملکرد خاصی را انجام می دهد که به شما امکان می دهد یک پرکننده با کیفیت بالا داشته باشید.
مثال دیگر آلیاژ آمالگام است که محتوای مس بالایی دارد. به آن آلیاژ مس نیز می گویند. ترکیب آمالگام شامل 10 تا 30 درصد مس است. محتوای بالای مس از برهمکنش قلع با جیوه جلوگیری می کند که از تشکیل فاز بسیار ضعیف و خورنده آلیاژ جلوگیری می کند. جزعلاوه بر این، کاهش مقدار نقره در پر کردن منجر به کاهش قیمت می شود. برای تهیه آمالگام، مطلوب است از یک اتمسفر بی اثر یا یک مایع محافظ که یک فیلم را تشکیل می دهد استفاده شود. فلزاتی که آلیاژ را تشکیل می دهند قادرند به سرعت با هوا اکسید شوند. فرآیند حرارت دادن آمالگام مس در حضور هیدروژن منجر به تقطیر جیوه می شود که امکان جداسازی مس عنصری را فراهم می کند. همانطور که می بینید، یادگیری این موضوع آسان است. اکنون می‌دانید که چگونه مس نه تنها با آب، بلکه با اسیدها و سایر عناصر تعامل دارد.
