Den kopparnitrat (II) eller kopparnitrat, den kemiska formeln Cu (NO 3 ) 2 , är en ljus och attraktiva färger blågröna oorganiskt salt. Det syntetiseras i industriell skala från nedbrytning av kopparmineraler, inklusive mineralerna gerhardite och rouaite.
Andra mer genomförbara metoder, vad gäller råmaterial och önskade mängder av saltet, består av direkta reaktioner med metalliskt koppar och dess derivatföreningar. När koppar är i kontakt med en koncentrerad salpetersyralösning (HNO 3 ) inträffar en redoxreaktion.
Vid denna reaktion oxideras koppar och kväve reduceras enligt följande kemiska ekvation:
Cu (s) + 4HNO 3 (konc) => cu (NO 3 ) 2 (aq) + 2H 2 O (l) + 2NO 2 (g)
Kväveoxid (NO 2 ) är en skadlig brun gas; den resulterande vattenhaltiga lösningen är blåaktig. Koppar kan bilda kopparjon (Cu + ), kopparjon (Cu 2+ ) eller den mindre vanliga jonen Cu 3+ ; emellertid föredras inte kopparjonet i vattenhaltiga medier av många elektroniska, energiska och geometriska faktorer.
Standardreduktionspotentialen för Cu + (0,52V) är större än för Cu 2+ (0,34V), vilket innebär att Cu + är mer instabil och tenderar att få en elektron för att bli Cu (s) ). Denna elektrokemiska mätning förklarar varför CuNO 3 inte finns som en reaktionsprodukt, eller åtminstone i vatten.
Fysiska och kemiska egenskaper
Kopparnitrat är vattenfritt (torrt) eller hydratiserat med olika proportioner vatten. Anhydrid är en blå vätska, men efter koordinering med vattenmolekyler - som kan bilda vätebindningar - kristalliseras den som Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O eller Cu (NO 3 ) 2 · 6H 2 O. Dessa är de tre saltformerna som finns mest tillgängliga på marknaden.
Molekylvikten för torrt salt är 187,6 g / mol, vilket tillförs till detta värde 18 g / mol för varje molekyl vatten inkorporerat i saltet. Dess densitet är lika med 3,05 g / ml, och den minskar för varje vattenmolekyl som införlivats: 2,32 g / ml för det trihydrerade saltet och 2,07 g / ml för det hexa-hydratiserade saltet. Det har inte kokpunkten, utan snarare sublimerar.
Alla tre former av kopparnitrat är mycket lösliga i vatten, ammoniak, dioxan och etanol. Deras smältpunkter sjunker när en annan molekyl läggs till den yttre koordinationssfären av koppar; fusion följs av termisk sönderdelning av kopparnitrat, vilket ger de skadliga gaserna av NO 2 :
2 Cu (NO 3 ) 2 (s) => 2 CuO (s) + 4 NO 2 (g) + O 2 (g)
Den kemiska ekvationen ovan är för det vattenfria saltet; för hydratiserade salter kommer vattenånga också att produceras på ekvationens högra sida.
Elektronisk konfiguration
Elektronkonfigurationen för Cu 2 + -jonen är 3d 9 och visar paramagnetism (elektronen i 3d 9- kretsloppet är parat).
Eftersom koppar är en övergångsmetall från den fjärde perioden i det periodiska systemet, och efter att ha förlorat två av sina valenselektroner genom verkan av HNO 3 , har det fortfarande 4s och 4p orbitaler tillgängliga för att bilda kovalenta bindningar. Dessutom kan Cu 2+ använda två av dess yttersta 4d-orbital för att koordinera med upp till sex molekyler.
NO 3 - anjoner är plana, och för att Cu 2+ ska kunna koordinera med dem måste den ha en sp 3 d 2- hybridisering som gör att den kan anta en oktaedrisk geometri; detta förhindrar NO 3 - anjonerna från att "slå" varandra.
Detta uppnås genom att Cu 2+ placerar dem i ett fyrkantigt plan runt varandra. Den resulterande konfigurationen för Cu-atomen i saltet är: 3d 9 4s 2 4p 6 .
Kemisk struktur
I den övre bilden representeras en isolerad molekyl av Cu (NO 3 ) 2 i gasfasen. Syreatomerna i nitratanjonen koordinerar direkt med kopparcentret (intern koordinationssfär) och bildar fyra Cu-O-bindningar.
Den har en fyrkantig molekylär geometri. Nivån dras av de röda sfärerna vid topparna och kopparsfären i mitten. Interaktioner i gasfasen är mycket svaga på grund av de elektrostatiska avstötningarna mellan NO 3 - grupperna .
I den fasta fasen bildar emellertid kopparcentralerna metalliska bindningar –Cu - Cu– och skapar polymera kopparkedjor.
Vattenmolekyler kan bilda vätebindningar med NO 3 - grupper , och dessa kommer att erbjuda vätebindningar för andra vattenmolekyler, och så vidare tills de skapar en vattensfär runt Cu (NO 3 ) 2.
På den här sfären kan du ha från 1 till 6 externa grannar; följaktligen hydratiseras saltet för att generera de hydratiserade tri- och hexasalterna.
Saltet bildas från en Cu 2+ jon och två NO 3 - joner , vilket ger en karakteristisk kristallinitet av joniska föreningar (ortorombisk för vattenfritt salt, romboedrisk för hydratiserade salter). Emellertid är bindningarna mer kovalenta till sin natur.
tillämpningar
På grund av de fascinerande färgerna av kopparnitrat, finner detta salt användning som en tillsats i keramik, på metallytor, i vissa fyrverkerier och även i textilindustrin som en mordant.
Det är en bra källa till jonisk koppar för många reaktioner, särskilt de där det katalyserar organiska reaktioner. Den finner också användningar som liknar andra nitrater, antingen som en fungicid, herbicid eller som ett träkonserveringsmedel.
En annan av dess huvudsakliga och nyaste användningsområden är syntesen av CuO-katalysatorer eller av material med ljuskänsliga egenskaper.
Det används också som ett klassiskt reagens i undervisningslaboratorier för att visa reaktionerna i voltaceller.
risker
- Det är ett starkt oxidationsmedel, skadligt för det marina ekosystemet, irriterande, giftigt och frätande. Det är viktigt att undvika all fysisk kontakt direkt med reagenset.
- Det är inte brandfarligt.
- Den sönderdelas vid höga temperaturer och frigör irriterande gaser, inklusive NO 2 .
- I människokroppen kan det orsaka kronisk skada på hjärt- och centrala nervsystemet.
- Kan orsaka irritation i mag-tarmkanalen.
- Att vara ett nitrat, i kroppen blir det nitrit. Nitrite förödar förödelse på syrehalten i blodet och det kardiovaskulära systemet.
referenser
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5: e upplagan). PEARSON Prentice Hall, p-810.
- MEL Science. (2015-2017). MEL Science. Hämtad 23 mars 2018 från MEL Science: melscience.com
- ResearchGate GmbH. (2008-2018). Researchgate. Hämtad 23 mars 2018 från ResearchGate: researchgate.net
- Science Lab. Science Lab. Hämtad 23 mars 2018 från Science Lab: sciencelab.com
- Whitten, Davis, Peck och Stanley. (2008). Kemi (åttonde upplagan). p-321. CENGAGE Learning.
- Wikipedia. Wikipedia. Hämtad den 22 mars 2018 från Wikipedia: en.wikipedia.org
- Aguirre, Jhon Mauricio, Gutiérrez, Adamo, & Giraldo, Oscar. (2011). Enkel väg för syntes av kopparhydroxisalter. Journal of the Brazilian Chemical Society, 22 (3), 546-551