Vad är en koppar- och vinägerreaktion?
On februari 18, 2021 by adminJag lade en koppartråd genom ett hål i locket på en vattenflaska, fyllde vattenflaskan ~ halvvägs full med vinäger och lämnade den över natten . Den del av tråden inuti flaskan som inte var i ättika blir svart. Verkligen svart. Varför är det här ?!
UPPDATERING: Jag torkade bort de svarta grejerna på papper och det ser nu ut grönt på vitboken. Verkar som att det oxiderade över natten. Varför så snabbt?
Svar
Jag tror att den här frågan är relaterad till Le Chateliers princip: \ begin {align} \ ce {2Cu + O2 & \; < = > 2CuO} \\ \ ce {CuO + 2HOAc & – > Cu (OAc) 2 + H2O} \ end {align} Du nämnde att halva koppartråden var under ättiksyra, så den var inte i kontakt med syre. Således oxiderades inte den nedre delen. Den övre delen av tråden var i kontakt med syre och reagerade på bildar $ \ ce {Cu (II)} $ oxid. Eftersom det fanns ättiksyraånga i den slutna flaskans atmosfär, reagerade syran ytterligare med $ \ ce {Cu (II)} $ oxid, vilket skapade $ \ ce { Cu (II)} $ acetat och wat er. Avlägsnandet av $ \ ce {CuO} $ tryckte därför på oxidationsreaktionen för att gå vidare, vilket gjorde mer $ \ ce {CuO} $ och sedan $ \ ce {Cu (II)} $ acetat. Som ett resultat blev den övre delen av koppartråden mörkblå / grön över natten på grund av färgen $ \ ce {Cu (OAc) 2} $.
Svar
Om det ser grönt / blått ut på papper har du troligen koppar (II) acetat. Du har troligen den vattenfria versionen $ \ ce {Cu (OAc) 2} $ som är mörkare än den vattenfria $ \ ce {Cu (OAc) 4 (H2O) 2} $
Wikipedia-bilder inkluderar:
Bildningshastigheten är en egenskap som är inneboende för reaktanterna och produkterna, men det beror också på temperaturen.
Svar
Egentligen är det liten eller ingen reaktion av vinäger på kopparmetall (därför är koppartråden i lösningen klar). Befintlig $ \ ce {Cu2O} $ -beläggning kommer långsamt att attackeras och bilda ett kopparacetat som i luft / syre skapar lösligt kopparacetat. Den senare fungerar som en svag elektrolyt för en ytterligare elektrokemisk attack av kopparmetallen med $ \ ce {O2} $ med förbehåll för en startperiod.
Att släppa in luft i lösningen, eller mycket mer effektivt, lägga till $ \ ce {H2O2} $ främjar den elektrokemiska reaktionen liksom att lägga till en liten mängd av en bra elektrolyt (som $ \ ce {NaCl} $ , som också komplex med olöslig koppar bildar en löslig kopparförening). Det finns en kommersiell tillämpning av den elektrokemi som citeras i Wikipedia $ \ ce {^ {[1]}} $ , som mer allmänt förekommer med många andra övergångsmetaller än koppar:
$$ \ ce {4Cu ^ + / Fe ^ {2 +} / Co ^ {2+} (aq) + O2 + 2 H + – > 4Cu ^ + / Fe ^ {3 +} / Co ^ {3+} + 2OH -} $$
Också:
$$ \ ce {Cu + Cu ^ {2+} < = > 2 Cu ^ +} $$ (där koppar antas vara löslig / komplex)
som återvinner koppar för att hålla den första reaktionen aktiv. Intressant för de som har bråttom $ \ ce {Cu} $ / vinegar / 3% $ \ ce {H2O2} $ och $ \ ce {NaCl} $ som elektrolyt kan vara en kraftfull reaktion med en snabb start i en mikrovågsugn! På liknande sätt $ \ ce {Cu / NH3 (aq) / O2} $ (eller 3% $ \ ce {H2O2} $ ) / $ \ ce {NaCl} $ är tillräckligt energisk för att vara basen för kommersiell kopparmalmläckage (använder vattenhaltig $ \ ce {NH3} $ med luft och ammoniumkarbonat, där $ \ ce {NH3} $ fungerar som ett komplexbildande medel, se $ \ ce {^ {[2]}} $ $ \ ce {^ {[3]}} $ (båda källorna noterar de elektrokemiska aspekterna av reaktionen).
Nu, varför den svarta $ \ ce {CuO} $ (och grundläggande koppar acetat) beläggning på den del av koppartråden som utsätts för luft, syraångor, vattenånga och dammpartiklar? För enligt reaktionen ovan antar jag att $ \ ce {CuO} $ och basisk kopparacetat skulle vara de förväntade produkterna vid låga vattenförhållanden i närvaro av syre / luft och H +. Dammet, skulle jag vidare spekulera, kanske en källa till en elektrolyt eller andra metaller som järn.Detta kan resultera i ett så kallat redox-par som gynnar också återvinning av kopparjoner, per reaktion:
$$ \ ce {Fe ^ {2+} + Cu ^ {2+} < = > Fe ^ {3+} + Cu ^ +} $$
Nu är alla som har uppvärmd kopparmetall i lågan medvetna om det faktum att även vid höga temperaturer $ \ ce {Cu / Cu2O} $ reagerar INTE enkelt med syre i luften för att skapa svart $ \ ce {CuO} $ (och att använda en metanflamma är problematisk eftersom $ \ ce {CH4} $ kan minska alla skapade $ \ ce {CuO} $ tillbaka till $ \ ce {Cu} $ , så en avgörande dålig väg till kopparoxid).
Många är mer troliga bekanta med den viktigaste elektrokemiska reaktionen som nämns ovan i fallet med metalljärn, en process som beskrivs som produktion av RUST. Intressant är att Fe inte lätt attackeras av kalla mineralsyror, utan är med oxiderande syror som $ \ ce {HNO3} $ och till och med svag $ \ ce {HOCl} $ (hypoklorsyra). Tillsätt syre och till och med svag $ \ ce {H2CO3} $ (kolsyra) i närvaro av $ \ ce {NaCl} $ kommer att angripa järnmetall elektrokemiskt (och långsammare även kopparmetall).
Den (ursprungliga) härledningen av nyckelreaktionen ovan, som uppenbarligen är en nätreaktion baseras på citerad radikal kemi (av H. Liang, ZM Chen, D. Huang, Y. Zhao och ZY Li) $ \ ce {^ {[4]}} $ .
För dem som litar mindre på teori och önskar experimentella resultat, se min demonstrerade elektrokemiska cellberedningsväg till $ \ ce {CuO} $ (med bilder) i en av mina trådar här $ \ ce {^ {[5]}} $ .
Referenser
- https://en.wikipedia.org/wiki/Dicopper_chloride_trihydroxide
- https://www.researchgate.net/publication/259637387_Ammonia_Leaching_A_New_Approach_of_Copper_Industry_in_Hydrometallurgical_Processes
- ”Kinetik och mekanism för kopparupplösning i vattenhaltig ammoniak”, vid https://www.academia.edu/292096/Kinetics_and_Mechanism_of_Copper_Dissolution_In_Aqueous_Ammonia
- https://www.sciencemadness.org/whisper/viewthread.php?tid=154275#pid625574
- https://www.sciencemadness.org/whisper/viewthread.php?tid=84047#pid521659
Svar
Läs bara Wikipedia-artikeln om Verdigris igen, och det är tydligt enligt den beredningsväg som beskrivs av Nuygen ovan, att produkten är klassisk (förutom användning av en koppartråd istället för en kopparplatta, med varierande höjd separering från 5% ättika), och detaljerat noggrant av Wikipedia på https://en.wikipedia.org/wiki/Verdigris . För att citera, i delar:
”Verdigris är det vanliga namnet på ett grönt pigment som erhålls genom applicering av ättiksyra på kopparplattor [2] eller den naturliga patina som bildas när koppar, mässing eller brons väder ut och utsätts för luft eller havsvatten över tiden. Det är vanligtvis ett basiskt kopparkarbonat (Cu2CO3 (OH) 2), men nära havet …. Om ättiksyra är närvarande vid väderbildning kan det bestå av koppar (II) acetat. ”
Och:
” Verdigris är en variabel kemisk blandning av föreningar, komplex och vatten …. Alla komponenter är i en ständigt föränderlig och komplex elektrokemisk reaktionsjämvikt det beror på den omgivande miljön. ”
Allt detta bekräftar mitt svar ovan och utmanar det citerade” rätta ”svaret att produkten helt enkelt är koppar (ll) acetat och enligt min mening inte alltför troligt. som hävdades i det tre-menings ”korrekta” svaret, att det bara är torrt (vattenfritt) kopparacetat.
Jag håller faktiskt med Nuygen om flera påståenden som sannolikt baseras direkt på hans observationer (nämligen en komplex blandning med en uppenbar närvaro av CuO, en övergång från ljus (basisk kopparacetat per Wiki) till mer färgad salt, eventuellt kopparacetat (som också nämnts av Wikipedia).
Här är en video med vertikalt hängda kopparark på https://www.youtube.com/watch?v=jq5MB1H_hVc . Notera produktfärgen och jämför med Nuygens beskrivning.
Som en sidoteckning är ättika inte ren utspädd ättiksyra. Beroende på källmaterial och bearbetningssätt , orenheter kan förekomma.
Kommentarer
- Necro, sorry bud. 10/10 för ansträngning. 0/10 redan svarat.
Lämna ett svar