- Fysische en chemische eigenschappen
- Elektronische configuratie
- Chemische structuur
- Toepassingen
- Risico's
- Referenties
Het kopernitraat (II) of koper (II) nitraat, de chemische formule Cu (NO 3 ) 2 , is een helder en aantrekkelijk blauwgroen anorganisch zout. Het wordt op industriële schaal gesynthetiseerd door de afbraak van kopermineralen, waaronder de mineralen gerhardiet en rouaiet.
Andere meer haalbare methoden, in termen van grondstof en gewenste hoeveelheden van het zout, bestaan uit directe reacties met metallisch koper en zijn afgeleide verbindingen. Wanneer koper in contact komt met een geconcentreerde oplossing van salpeterzuur (HNO 3 ), treedt een redoxreactie op.
Bij deze reactie wordt koper geoxideerd en wordt stikstof gereduceerd volgens de volgende chemische vergelijking:
Cu (s) + 4HNO 3 (conc) => Cu (NO 3 ) 2 (aq) + 2H 2 O (l) + 2NO 2 (g)
Stikstofdioxide (NO 2 ) is een schadelijk bruin gas; de resulterende waterige oplossing is blauwachtig. Koper kan het cupro-ion (Cu + ), het cupri-ion (Cu 2+ ) of het minder gebruikelijke ion Cu 3+ vormen ; het cupro-ion wordt echter door veel elektronische, energetische en geometrische factoren niet begunstigd in waterige media.
Het standaard reductiepotentieel voor Cu + (0,52V) is groter dan voor Cu 2+ (0,34V), wat betekent dat Cu + instabieler is en de neiging heeft om een elektron te krijgen om Cu (s ). Deze elektrochemische meting verklaart waarom CuNO 3 niet bestaat als reactieproduct, althans niet in water.
Fysische en chemische eigenschappen
Kopernitraat is watervrij (droog) of gehydrateerd met verschillende verhoudingen water. Anhydride is een blauwe vloeistof, maar na coördinatie met watermoleculen - in staat om waterstofbruggen te vormen - kristalliseert het als Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O of Cu (NO 3 ) 2 · 6H 2 O. Dit zijn de drie vormen van zout die het meest op de markt verkrijgbaar zijn.
Het molecuulgewicht voor droog zout is 187,6 g / mol, wat aan deze waarde 18 g / mol toevoegt voor elk molecuul water dat in het zout is opgenomen. De dichtheid is gelijk aan 3,05 g / ml en neemt af voor elk molecuul opgenomen water: 2,32 g / ml voor het tri-gehydrateerde zout en 2,07 g / ml voor het hexa-gehydrateerde zout. Het heeft geen kookpunt, maar sublimeert eerder.
Alle drie vormen van kopernitraat zijn zeer goed oplosbaar in water, ammoniak, dioxaan en ethanol. Hun smeltpunten dalen als een ander molecuul wordt toegevoegd aan de buitenste coördinatiesfeer van koper; fusie wordt gevolgd door thermische ontleding van kopernitraat, waarbij de schadelijke gassen van NO 2 ontstaan :
2 Cu (NO 3 ) 2 (s) => 2 CuO (s) + 4 NO 2 (g) + O 2 (g)
De bovenstaande chemische vergelijking is voor het watervrije zout; voor gehydrateerde zouten wordt ook waterdamp geproduceerd aan de rechterkant van de vergelijking.
Elektronische configuratie
De elektronenconfiguratie voor het Cu 2+ -ion is 3d 9 , met paramagnetisme (het elektron in de 3d 9- orbitaal is ongepaard).
Omdat koper een overgangsmetaal is uit de vierde periode van het periodiek systeem en twee van zijn valentie-elektronen heeft verloren door de werking van HNO 3 , heeft het nog steeds de 4s en 4p orbitalen beschikbaar om covalente bindingen te vormen. Bovendien kan Cu 2+ gebruik maken van twee van de buitenste 4d-orbitalen om te coördineren met maximaal zes moleculen.
NO 3 - anionen zijn plat, en om Cu 2+ ermee te kunnen coördineren moet het een sp 3 d 2 hybridisatie hebben waardoor het een octaëdrische geometrie kan aannemen; dit voorkomt dat de NO 3 - anionen elkaar "raken".
Dit wordt bereikt door Cu 2+ , door ze in een vierkant vlak om elkaar heen te plaatsen. De resulterende configuratie voor het Cu-atoom in het zout is: 3d 9 4s 2 4p 6 .
Chemische structuur
In de bovenste afbeelding wordt een geïsoleerd molecuul Cu (NO 3 ) 2 weergegeven in de gasfase. De zuurstofatomen van het nitraatanion coördineren rechtstreeks met het kopercentrum (interne coördinatiesfeer) en vormen vier Cu-O-bindingen.
Het heeft een vierkante moleculaire geometrie. Het vlak wordt getekend door de rode bollen bij de hoekpunten en de koperen bol in het midden. De interacties in de gasfase zeer zwak vanwege de elektrostatische afstoting tussen de NO 3 - groepen .
In de vaste fase vormen de kopercentra echter metaalverbindingen –Cu - Cu–, waardoor polymere koperketens ontstaan.
Watermoleculen kunnen waterstofbruggen vormen met NO 3 - groepen , en deze zullen waterstofbruggen bieden voor andere watermoleculen, enzovoort totdat er een watersfeer rond Cu (NO 3 ) 2 ontstaat .
In deze sfeer kunt u 1 tot 6 buitenburen hebben; vandaar dat het zout gemakkelijk wordt gehydrateerd om de gehydrateerde tri- en hexa-zouten te genereren.
Het zout wordt gevormd uit een Cu 2+ ion en twee NO 3 - ionen , waardoor het een karakteristieke kristalliniteit van ionische verbindingen heeft (orthorhombisch voor watervrij zout, rhombohedraal voor gehydrateerde zouten). De obligaties zijn echter meer covalent van aard.
Toepassingen
Vanwege de fascinerende kleuren van kopernitraat, wordt dit zout gebruikt als additief in keramiek, op metalen oppervlakken, in sommige vuurwerk en ook in de textielindustrie als bijtmiddel.
Het is een goede bron van ionisch koper voor veel reacties, vooral die waarin het organische reacties katalyseert. Het vindt ook toepassingen die vergelijkbaar zijn met andere nitraten, hetzij als fungicide, herbicide of als houtbeschermingsmiddel.
Een ander van de belangrijkste en nieuwste toepassingen is de synthese van CuO-katalysatoren of van materialen met fotogevoelige eigenschappen.
Het wordt ook gebruikt als een klassiek reagens in onderwijslaboratoria om de reacties in voltaïsche cellen te laten zien.
Risico's
- Het is een sterk oxiderende stof, schadelijk voor het mariene ecosysteem, irriterend, giftig en bijtend. Het is belangrijk om elk fysiek contact rechtstreeks met het reagens te vermijden.
- Het is niet brandbaar.
- Het ontleedt bij hoge temperaturen waarbij irriterende gassen vrijkomen, waaronder NO 2 .
- In het menselijk lichaam kan het chronische schade aan het cardiovasculaire en centrale zenuwstelsel veroorzaken.
- Kan irritatie van het maagdarmkanaal veroorzaken.
- Omdat het een nitraat is, wordt het in het lichaam nitriet. Nitriet veroorzaakt grote schade aan het zuurstofgehalte in het bloed en het cardiovasculaire systeem.
Referenties
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5e ed.). PEARSON Prentice Hall, p-810.
- MEL Science. (2015-2017). MEL Science. Opgehaald op 23 maart 2018, van MEL Science: melscience.com
- ResearchGate GmbH. (2008-2018). ResearchGate. Opgehaald op 23 maart 2018, via ResearchGate: researchgate.net
- Science Lab. Science Lab. Opgehaald op 23 maart 2018, van Science Lab: sciencelab.com
- Whitten, Davis, Peck en Stanley. (2008). Chemistry (achtste ed.). p-321. CENGAGE Leren.
- Wikipedia. Wikipedia. Opgehaald op 22 maart 2018, van Wikipedia: en.wikipedia.org
- Aguirre, Jhon Mauricio, Gutiérrez, Adamo en Giraldo, Oscar. (2011). Eenvoudige route voor de synthese van koperhydroxyzouten. Journal of the Brazilian Chemical Society, 22 (3), 546-551