Оксид меди (I, II, III): свойства, получение, применение

Химические свойства

Реакции в водных растворах

Оксид меди (I) не реагирует с водой. В очень малой степени (ПР = 1,2⋅10−15) диссоциирует:

Cu2O + H2O ⇄ 2Cu+ + 2OH−

Равновесие диспропорционирования:

2Cu+ ⇄ Cu2+ + Cu

Оксид меди (I) переводится в раствор:

концентрированной соляной кислотой

Cu2O + 4HCl ⟶ 2H[CuCl2] + H2O

концентрированной щёлочью (частично)

Cu2O + 2OH− + H2O ⇄ 2[Cu(OH)2]−

концентрированным гидратом аммиака и концентрированными растворами солей аммония

Cu2O + 4(NH3 ⋅ H2O) ⟶ 2[Cu(NH3)2]OH + 3H2O Cu2O + 2NH4+ ⟶ 2[Cu(H2O)(NH3)]+

путём окисления до солей меди (II) различными окислителями (например, концентрированными азотной и серной кислотами, кислородом в разбавленной соляной кислоте)

Cu2O + 6HNO3 ⟶ 2Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 3H2O Cu2O + 3H2SO4 ⟶ 2CuSO4 + SO2↑ + 3H2O 2Cu2O + 8HCl + O2 ⟶ 4CuCl2 + 4H2O
Также оксид меди (I) вступает в водных растворах в следующие реакции:

медленно окисляется кислородом до гидроксида меди (II)

2Cu2O + 4H2O + O2 ⟶ 4Cu(OH)2↓

реагирует с разбавленными галогенводородными кислотами с образованием соответствующих галогенидов меди (I):

Cu2O + 2HHal ⟶ 2CuHal↓ + H2O (Hal = Cl, Br, I)

в разбавленной серной кислоте дисмутирует на сульфат меди (II) и металлическую медь

Cu2O + H2SO4 ⟶ CuSO4 + Cu↓ + H2O

восстанавливается до металлической меди типичными восстановителями, например гидросульфитом натрия в концентрированном растворе

2Cu2O + 2NaHSO3 ⟶ 4Cu↓ + Na2SO4 + H2SO4

Реакции при высоких температурах

Оксид меди (I) восстанавливается до металлической меди в следующих реакциях:

при нагревании до 1800 °C (разложение)

2Cu2O →1800∘C 4Cu + O2

при нагревании в токе водорода, монооксида углерода, с алюминием

Cu2O + H2 →>250∘C 2Cu + H2O Cu2O + CO →250−300∘C 2Cu + CO2 3Cu2O + 2Al →1000∘C 6Cu + Al2O3

при нагревании с серой

2Cu2O + 3S →>600∘C 2Cu2S + SO2 2Cu2O + Cu2S →1200−1300∘C 6Cu + SO2
Оксид меди (I) может быть окислен до соединений меди (II) в токе кислорода или хлора:

2Cu2O + O2 →500∘C 4CuO Cu2O + Cl2 →250∘C Cu2Cl2O

Также, при высоких температурах оксид меди (I) реагирует:

с аммиаком (образуется нитрид меди (I) )

3Cu2O + 2NH3 →250∘C 2Cu3N + 3H2O

c оксидами щелочных металлов и бария (образуются двойные оксиды)

Cu2O + M2O →600−800∘C 2MCuO Cu2O + BaO →500−600∘C BaCu2O2

Прочие реакции

Оксид меди (I) реагирует с азидоводородом:

при охлаждении выпадает осадок азида меди (II)

Cu2O + 5HN3 →10−15∘C 2Cu(N3)2↓ + H2O + NH3↑ + N2↑

при комнатной температуре в токе азидоводородной кислоты выпадает осадок азида меди (I)

Cu2O + 2HN3 →20−25∘C 2CuN3↓ + H2O

Оксид меди

Cuprum (Cu) относится к числу малоактивных металлов. Для него характерно образование химических соединений со степенями окисления +1 и +2. Так, например, два окисла, представляющих собой соединение из двух элементов Cu и кислорода O: со степенью окисления +1 — закись меди Cu2O и степенью окисления +2 — окись меди CuO. Несмотря на то, что состоят они из одинаковых химических элементов, но каждый из них имеет свои особые характеристики. На холоде металл очень слабо взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь пленкой, представляющей собой оксид меди, который препятствует дельнейшему окислению cuprum. При нагревании это простое вещество с порядковым номером 29 в таблице Менделеева полностью окисляется. При этом образуется также оксид меди (II): 2Cu + O2 → 2CuO.

Закись представляет собой коричневато-красное твердое вещество с молярной массой 143,1 г/моль. Соединение имеет температуру плавления 1235°С, температуру кипения 1800°С. Оно не растворяется в воде, но растворяется в кислотах. Разводится оксид меди (I) в растворе аммиака (концентрированном), при этом образуется бесцветный комплекс +, который легко окисляется на воздухе до аммиачного комплекса сине-фиолетового цвета 2+, растворяющегося в соляной кислоте с образованием CuCl2. В истории полупроводниковой физики Cu2O является одним из наиболее изученных материалов.

Оксид меди (I), известный также как гемиоксид, обладает основными свойствами. Он может быть получен окислением металла: 4Cu + O2 → 2 Cu2O. Примеси, такие как вода и кислоты, влияют на скорость этого процесса, а также дальнейшее окисление до двухвалентного оксида. Закись меди может растворяться в серной кислоте, при этом образуется чистый металл и соль: H2SO4 + Cu2O → Cu + CuSO4 + H2O. По аналогичной схеме происходит взаимодействие окисла со степенью окисления металла +1 с другими кислородосодержащими кислотами. При взаимодействии гемиоксида с галогенсодержащими кислотами образуются соли одновалентного металла: 2HCl + Cu2O → 2CuCl + H2O.

Встречается оксид меди (I) в природе в виде красной руды (это устаревшее название, наряду с таким как рубиновая Cu), называемой минералом «Куприт». На его образование требуется длительное время. Он может быть получен искусственно при высоких температурах или под высоким давлением кислорода. Гемиоксид обычно используется как фунгицид, как пигмент, как противообрастающее средство в подводной или морской краске, и применяется также в качестве катализатора.

Однако воздействие этого вещества с химической формулой Cu2O на организм может быть опасным. При вдыхании вызывает одышку, кашель, а также изъязвление и перфорацию дыхательных путей. При попадании внутрь раздражает желудочно-кишечный тракт, что сопровождается рвотой, болью и диареей.

Высший оксид меди по внешнему виду представляет собой порошок от коричневого до черного цвета. В природе в чистом виде встречается как минерал «Тенорит». Температура его плавления 1326°С, температура кипения 2000°С. Он нерастворим в воде, спирте, гидроксиде аммония, растворе карбоната аммония. Растворим в водных растворах хлорида аммония и цианистого калия. Это черное твердое вещество может быть получено при нагревании Cu на воздухе. Однако в данном случае образуется также закись Cu. Получение оксида меди CuO возможно при нагревании соединений:

меди (II) нитрата 2Cu(NO3)2 → 4 NO2+ O2 + 2CuO;
меди (II) гидроксида Cu(OH)2 → H2O + CuO;
меди (II) карбоната CuCO3 → CO2 + CuO.

Cuprum (II) оксид является основным, поэтому он растворяется в минеральных кислотах (соляной, серной и азотной) с получением соответствующей соли двухвалентной Cu:

2HCl + CuO → CuCl2 + H2O;
H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O;
2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O.

Реагирует оксид меди (II) с концентрированной щелочью с образованием соли: 2 KOH + CuO + H2O → K2.

Окисел также может быть восстановлен до металлической Cu при взаимодействии с водородом или окисью углерода:

H2 + CuO → Cu + H2O;
CO + CuO → Cu + CO2.

Используется оксид меди (II) в керамике (как пигмент) для получения глазури (синей, зеленой и красной, а иногда и розовой, серой или черной). Он также применяется в качестве пищевой добавки у животных с целью уменьшения дефицита cuprum в организме. Это абразивный материал, который необходим для полировки оптического оборудования. Он используется для производства сухих батарей, для получения других солей Cu. Соединение CuO также применяется при сварке медных сплавов.

Воздействие химического соединения CuO также может быть опасным для организма человека. При вдыхании вызывает раздражение легких. Оксид меди (II) может вызвать лихорадку металлических паров (MFF). Окись Cu провоцирует изменение цвета кожи, могут появиться проблемы со зрением. При попадании в организм, как и гемиоксид, приводит к отравлению, которое сопровождается симптомами в виде рвоты и болевых ощущений.

Получение

Оксид меди (I) может быть получен:

нагреванием металлической меди при недостатке кислорода

4Cu + O2 →>200∘C 2Cu2O

нагреванием металлической меди в токе оксида азота (I) или оксида азота (II)

2Cu + N2O →500−600∘C Cu2O + N2 4Cu + 2NO →500−600∘C 2Cu2O + N2

нагреванием металлической меди с оксидом меди (II)

Cu + CuO →1000−1200∘C Cu2O

термическим разложением оксида меди (II)

4CuO →1026−1100∘C 2Cu2O + O2

нагреванием сульфида меди (I) в токе кислорода

2Cu2S + 3O2 →1200−1300∘C 2Cu2O + 2SO2
В лабораторных условиях оксид меди (I) может быть получен восстановлением гидроксида меди (II) (например, гидразином):

4Cu(OH)2 + N2H4 ⋅ H2O →100∘C 2Cu2O ↓ + N2↑ + 7H2O

Также, оксид меди(I) образуется в реакциях ионного обмена солей меди (I) с щелочами, например:

в реакции йодида меди (I) с горячим концентрированным раствором гидроксида калия

2CuI + 2KOH ⟶ Cu2O↓ + 2KI + H2O

в реакции дихлорокупрата (I) водорода с разбавленным раствором гидроксида натрия

2H[CuCl2] + 4NaOH ⟶ Cu2O↓ + 4NaCl + 3H2O
В двух последних реакциях не образуется соединения с составом, соответствующим формуле CuOH (гидроксид меди (I) ). Образование оксида меди (I) происходит через промежуточную гидратную форму переменного состава Cu2O ⋅ xH2O.

Окисление альдегидов гидроксидом меди (II). Если к голубому осадку гидроксида меди (II) прилить раствор альдегида и смесь нагреть , то сначала появляется жёлтый осадок гидроксида меди (I):

R−CHO + 2Cu(OH)2 →t R−COOH + 2CuOH↓ + H2O при дальнейшем нагревании желтого осадка гидроксида меди (I) превращается в красный оксид меди (I): 2CuOH →tCu2O + H2O

Краткая характеристика оксида меди (II):

Оксид меди (II) – неорганическое вещество черного цвета.

Так как валентность меди меняется и равна одному, двум или трем, то оксид меди содержит соответственно два атома меди и один атом кислорода, один атом меди и один атом кислорода, два атома меди и три атома кислорода.

Оксид двухвалентной меди содержит соответственно один атом меди и один атом кислорода.

Химическая формула оксида меди (II) CuO.

Порошок. Не растворяется в воде.

Химические свойства оксида меди (II). Химические реакции оксида меди (II):

Оксид меди (II) относится к основным оксидам.

Химические свойства оксида меди (II) аналогичны свойствам основных оксидов других металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция оксида меди (II) с водородом:

CuО + H2 → Cu + H2О (t = 300 oC).

В результате реакции образуется медь и вода.

2. реакция оксида меди (II) с углеродом:

CuО + С → Cu + СО (t = 1200 oC).

В результате реакции образуется медь и оксид углерода.

3. реакция оксида меди (II) с серой:

CuО + 2S → Cu + S2О (t = 150-200 oC).

Реакция протекает в вакууме. В результате реакции образуется медь и оксид серы.

4. реакция оксида меди (II) с алюминием:

3CuО + 2Al → 3Cu + Al2О3 (t = 1000-1100 oC).

В результате реакции образуется медь и оксид алюминия.

5. реакция оксида меди (II) с медью:

CuО + Cu → Cu2О (t = 1000-1200 oC).

В результате реакции образуется оксид меди (I).

6. реакция оксида меди (II) с оксидом лития:

CuО + Li2О → Li2CuО2 (t = 800-1000 oC, О2).

Реакция протекает в токе кислорода. В результате реакции образуется купрат лития.

7. реакция оксида меди (II) с оксидом натрия:

CuО + Na2О → Na2CuО2 (t = 800-1000 oC, О2).

Реакция протекает в токе кислорода. В результате реакции образуется купрат натрия.

8. реакция оксида меди (II) с оксидом углерода:

CuО + СО → Cu + СО2.

В результате реакции образуется медь и оксид углерода (углекислый газ).

9. реакция оксида меди (II) с оксидом железа:

CuО + Fe2O3 → CuFe2О4 (to).

В результате реакции образуется соль – феррит меди. Реакция протекает при прокаливании реакционной смеси.

10. реакция оксида меди (II) с плавиковой кислотой:

CuO + 2HF → CuF2 + H2O.

В результате химической реакции получается соль – фторид меди и вода.

11. реакция оксида меди (II) с азотной кислотой:

CuO + 2HNO3 → 2Cu(NO3)2 + H2O.

В результате химической реакции получается соль – нитрат меди и вода.

Аналогично проходят реакции оксида меди (II) и с другими кислотами.

12. реакция оксида меди (II) с бромистым водородом (бромоводородом):

CuO + 2HBr → CuBr2 + H2O.

В результате химической реакции получается соль – бромид меди и вода.

13. реакция оксида меди (II) с йодоводородом:

CuO + 2HI → CuI2 + H2O.

В результате химической реакции получается соль – йодид меди и вода.

14. реакция оксида меди (II) с гидроксидом натрия:

CuO + 2NaOH → Na2CuO2 + H2O.

В результате химической реакции получается соль – купрат натрия и вода.

15. реакция оксида меди (II) с гидроксидом калия:

CuO + 2KOH → K2CuO2 + H2O.

В результате химической реакции получается соль – купрат калия и вода.

16. реакция оксида меди (II) с гидроксидом натрия и водой:

CuO + 2NaOH + H2O → Na2[Cu2(OН)]2 (t = 100 oC).

Гидрокосид натрия растворен в воде. Раствор гидроксида натрия в воде 20-30 %. Реакция протекает при киппении. В результате химической реакции получается тетрагидроксокупрат натрия.

17. реакция оксида меди (II) с надпероксидом калия:

2CuO + 2KO2 → 2KCuO2 + О2 (t = 400-500 oC).

В результате химической реакции получается соль – купрат (III) калия и кислород.

18. реакция оксида меди (II) с пероксидом калия:

2CuO + 2K2O2 → 2KCuO2 (t = 700 oC).

В результате химической реакции получается соль – купрат (III) калия.

19. реакция оксида меди (II) с пероксидом натрия:

2CuO + 2Na2O2 → 2NaCuO2 (t = 700 oC).

В результате химической реакции получается соль – купрат (III) натрия.

20. реакция оксида меди (II) с аммиаком:

3CuO + 2NH3 → N2 + 3Cu + 3H2O (t = 500-550 oC).

Аммиак пропускают через нагретый оксид меди (II). В результате химической реакции получается азот, медь и вода.