Русская Википедия:Оксид меди(I)

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Виала с оксидом меди(I)

Оксид меди(I) в виале

Окси́д ме́ди(I) (гемиокси́д ме́ди, окси́д диме́ди, устар. за́кись ме́ди, купри́т) — бинарное химическое соединение одновалентной меди с кислородом, амфотерный оксид (проявляет слабые кислотные свойства)

Нахождение в природе

Оксид меди(I) встречается в природе в виде минерала куприта (устаревшие названия: красная медная руда, стекловатая медная руда, рубиновая медь). Цвет минерала красный, коричнево-красный, пурпурно-красный или чёрный. Твёрдость по шкале Мооса 3,5 — 4.

Разновидность куприта с удлиненными нитевидными кристаллами называется халькотрихит (устаревшее название: плюшевая медная руда). Кирпично-красная смесь куприта с лимонитом носит название «черепичная руда».

Физические свойства

Оксид меди(I) при нормальных условиях — твёрдое вещество коричнево-красного цвета нерастворимое в воде и этаноле. Плавится без разложения при 1242 °C.

Оксид меди(I) имеет кубическую сингонию кристаллической решётки, пространственная группа P n3m, a = 0,4270 нм, Z = 2.

Химические свойства

Реакции в водных растворах

Оксид меди(I) не реагирует с водой. В очень малой степени (ПР = 1,2Шаблон:E) диссоциирует:

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ H_2O\ \rightleftarrows\ 2Cu^+ +\ 2OH^-}</math>

Равновесие диспропорционирования:

<math>\mathsf{2Cu^+\ \rightleftarrows\ Cu^{2+} \ +\ Cu \ +\Q}</math>

Оксид меди(I) переводится в раствор:

• концентрированной соляной кислотой

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 4HCl\ \longrightarrow\ 2H[CuCl_2]\ +\ H_2O}</math>

• концентрированной щёлочью (частично)

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 2OH^-\ +\ H_2O\ \rightleftarrows\ 2[Cu(OH)_2]^-}</math>

• концентрированным гидратом аммиака и концентрированными растворами солей аммония

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 4(NH_3 \cdot H_2O)\ \longrightarrow\ 2[Cu(NH_3)_2]OH\ +\ 3H_2O}</math>

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 2NH_4^+\ \longrightarrow\ 2[Cu(H_2O)(NH_3)]^+}</math>

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

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 6HNO_3\ \longrightarrow\ 2Cu(NO_3)_2\ +\ 2NO_2 \uparrow +\ 3H_2O}</math>

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 3H_2SO_4\ \longrightarrow\ 2CuSO_4\ +\ SO_2 \uparrow +\ 3H_2O}</math>

<math>\mathsf{2Cu_2O\ +\ 8HCl\ +\ O_2\ \longrightarrow\ 4CuCl_2\ +\ 4H_2O}</math>

Также оксид меди(I) вступает в водных растворах в следующие реакции:

• медленно окисляется кислородом до гидроксида меди(II)

<math>\mathsf{2Cu_2O\ +\ 4H_2O\ +\ O_2\ \longrightarrow\ 4Cu(OH)_2 \downarrow}</math>

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

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 2HHal\ \longrightarrow\ 2CuHal \downarrow +\ H_2O\ \ (Hal\ =\ Cl,\ Br,\ I)}</math>

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

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ CuSO_4\ +\ Cu \downarrow +\ H_2O}</math>

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

<math>\mathsf{2Cu_2O\ +\ 2NaHSO_3\ \longrightarrow\ 4Cu \downarrow +\ Na_2SO_4\ +\ H_2SO_4}</math>

Реакции при высоких температурах

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

• при нагревании до 1800 °C (разложение)

<math>\mathsf{2Cu_2O\ \xrightarrow{1800\ ^\circ C}\ 4Cu\ +\ O_2}</math>

• при нагревании в токе водорода, монооксида углерода, с алюминием

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ H_2\ \xrightarrow{>250\ ^\circ C}\ 2Cu\ +\ H_2O}</math>

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ CO\ \xrightarrow{250-300\ ^\circ C}\ 2Cu\ +\ CO_2}</math>

<math>\mathsf{3Cu_2O\ +\ 2Al\ \xrightarrow{1000\ ^\circ C}\ 6Cu\ +\ Al_2O_3}</math>

• при нагревании с серой

<math>\mathsf{2Cu_2O\ +\ 3S\ \xrightarrow{>600\ ^\circ C}\ 2Cu_2S\ +\ SO_2}</math>

<math>\mathsf{2Cu_2O\ +\ Cu_2S\ \xrightarrow{1200-1300\ ^\circ C}\ 6Cu\ +\ SO_2}</math>

Оксид меди(I) может быть окислен до соединений меди(II) в токе кислорода или хлора:

<math>\mathsf{2Cu_2O\ +\ O_2\ \xrightarrow{500\ ^\circ C}\ 4CuO}</math>

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ Cl_2\ \xrightarrow{250\ ^\circ C}\ Cu_2Cl_2O}</math>

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

• с аммиаком (образуется нитрид меди(I))

<math>\mathsf{3Cu_2O\ +\ 2NH_3\ \xrightarrow{250\ ^\circ C}\ 2Cu_3N\ +\ 3H_2O}</math>

• c оксидами щелочных металлов и бария (образуются двойные оксиды)

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ M_2O\ \xrightarrow{600-800\ ^\circ C}\ 2MCuO}</math>

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ BaO\ \xrightarrow{500-600\ ^\circ C}\ BaCu_2O_2}</math>

Прочие реакции

Оксид меди(I) реагирует с азидоводородом:

• при охлаждении выпадает осадок азида меди(II)

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 5HN_3\ \xrightarrow{10-15\ ^\circ C}\ 2Cu(N_3)_2 \downarrow +\ H_2O\ +\ NH_3 \uparrow +\ N_2 \uparrow}</math>

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

<math>\mathsf{Cu_2O\ +\ 2HN_3\ \xrightarrow{20-25\ ^\circ C}\ 2CuN_3 \downarrow +\ H_2O}</math>

Получение

Оксид меди(I) может быть получен:

• нагреванием металлической меди при недостатке кислорода

<math>\mathsf{4Cu\ +\ O_2\ \xrightarrow{>200\ ^\circ C}\ 2Cu_2O}</math>

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

<math>\mathsf{2Cu\ +\ N_2O\ \xrightarrow{500-600\ ^\circ C}\ Cu_2O\ +\ N_2}</math>

<math>\mathsf{4Cu\ +\ 2NO\ \xrightarrow{500-600\ ^\circ C}\ 2Cu_2O\ +\ N_2}</math>

• нагреванием металлической меди с оксидом меди(II)

<math>\mathsf{Cu\ +\ CuO\ \xrightarrow{1000-1200\ ^\circ C}\ Cu_2O}</math>

• термическим разложением оксида меди(II)

<math>\mathsf{4CuO\ \xrightarrow{1026-1100\ ^\circ C}\ 2Cu_2O\ +\ O_2}</math>

• нагреванием сульфида меди(I) в токе кислорода

<math>\mathsf{2Cu_2S\ +\ 3O_2\ \xrightarrow{1200-1300\ ^\circ C}\ 2Cu_2O\ +\ 2SO_2}</math>

В лабораторных условиях оксид меди(I) может быть получен восстановлением гидроксида меди(II) (например, гидразином):

<math>\mathsf{4Cu(OH)_2\ +\ N_2H_4 \cdot H_2O\ \xrightarrow{100\ ^\circ C}\ 2Cu_2O \downarrow +\ N_2 \uparrow +\ 7H_2O}</math>

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

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

<math>\mathsf{2CuI\ +\ 2KOH\ \longrightarrow\ Cu_2O \downarrow +\ 2KI\ +\ H_2O}</math>

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

<math>\mathsf{2H[CuCl_2]\ +\ 4NaOH\ \longrightarrow\ Cu_2O \downarrow +\ 4NaCl\ +\ 3H_2O}</math>

В двух последних реакциях не образуется соединения с составом, соответствующим формуле <math>\mathsf{CuOH}</math> (гидроксид меди(I)). Образование оксида меди(I) происходит через промежуточную гидратную форму переменного состава <math>\mathsf{Cu_2O \cdot xH_2O}</math>.

• 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):

<math>\mathsf{R-CHO + 2Cu(OH)_2 \ \xrightarrow[]{t}\ R-COOH + 2CuOH\downarrow + H_2O }</math>

при дальнейшем нагревании желтого осадка гидроксида меди (I) превращается в красный оксид меди (I):

<math>\mathsf{2CuOH \ \xrightarrow[]{t}\ Cu_2O + H_2O }</math>

• Также, для получения Cu₂O в небольших количествах можно использовать методику:

1) Готовим 2 раствора. Раствор CuSO₄ с его массовой долей 10% и раствор NaOH с его массовой долей 20%. Также необходимо взять твёрдую глюкозу (C₆H₁₂O₆).

2) Ставим стакан с раствором CuSO₄ на плитку и добавляем глюкозу.

3) Приливаем раствор NaOH в полученную смесь и перемешиваем стеклянной палочкой или на магнитной мешалке.

4) Дать раствору отстояться, чтобы частицы осадка Cu₂O полностью осадились.

Выпадение осадка Cu₂O происходит по реакции :

<math>\mathsf{2CuSO_4\ +\ 4NaOH\ + C_6H_{12}O_6\xrightarrow{80-90\ ^\circ C}\ Cu_2O \downarrow +\ 2Na_2SO_4\ + C_6H_{12}O_7 +\ 2H_2O}</math>

После реакции следует профильтровать раствор через воронку с фильтровальной бумагой или через колбу Бунзена с воронкой Бюхнера, высушить и собрать полученный осадок Cu₂O.

Применение

Оксид меди(I) применяется как пигмент для окрашивания стекла, керамики, глазурей; как компонент красок, защищающих подводную часть судна от обрастания; в качестве фунгицидаШаблон:Нет АИ.

Обладает полупроводниковыми свойствами, используется в меднозакисных вентилях.

Токсичность

Оксид меди(I) — умеренно токсичное вещество: LD₅₀ 470 мг/кг (для крыс перорально). Вызывает раздражение глаз, может вызывать раздражение кожи и дыхательных путей.

Очень токсично для водной среды: LC₅₀ для Daphnia magna составляет 0,5 мг/л в течение 48 ч.

Ссылки

• Use of Copper-Based Antifouling Paint: A U.S. Regulatory Update Шаблон:Wayback
• Antifouling Шаблон:Wayback