的硝酸铜(II)或硝酸铜,上述化学式的Cu(NO 3)2,是一个明亮的和有吸引力的颜色蓝绿色无机盐。它是由铜矿物(包括硅铁矿和铁矾)的分解以工业规模合成的。
就原料和所需盐量而言,其他更可行的方法包括与金属铜及其衍生物的直接反应。当铜与浓硝酸(HNO 3)接触时,发生氧化还原反应。
在该反应中,根据以下化学方程式,铜被氧化,氮被还原:
Cu(s)+ 4HNO 3(conc)=> Cu(NO 3)2(aq)+ 2H 2 O(l)+ 2NO 2(g)
二氧化氮(NO 2)是有害的棕色气体;所得水溶液为蓝色。铜可以形成亚铜离子(Cu +),铜离子(Cu 2+)或较不常见的离子Cu 3+。然而,由于许多电子,高能和几何因素,亚铜离子在水性介质中并不受欢迎。
Cu +(0.52V)的标准还原电位大于Cu 2+(0.34V)的标准还原电位,这意味着Cu +更加不稳定,并倾向于获得电子而变成Cu(s )。该电化学测量解释了为什么CuNO 3不作为反应产物或至少不存在于水中的原因。
物理和化学特性
硝酸铜是无水的(干燥的)或与不同比例的水水合。酸酐是蓝色的液体,但与水分子配位后-能够形成氢键的-它结晶为的Cu(NO 3)2 ·3H 2 O或铜(NO 3)2 ·6H 2 O.这些是市场上最常见的三种盐形式。
干盐的分子量为187.6 g / mol,加入该盐的每个水分子的总分子量为18 g / mol。它的密度等于3.05 g / mL,对于掺入的每一个水分子,密度都会降低:三水合盐为2.32 g / mL,六水合盐为2.07 g / mL。它没有沸点,而是升华的。
硝酸铜的所有三种形式都高度溶于水,氨,二恶烷和乙醇。当另一个分子添加到铜的外部配位球中时,它们的熔点下降。熔融后,硝酸铜热分解,产生有毒气体NO 2:
2铜(NO 3)2(s)=> 2铜(s)+ 4 NO 2(g)+ O 2(g)
上面的化学方程式是无水盐的化学式。对于水合盐,等式的右侧也会产生水蒸气。
电子配置
Cu 2+离子的电子构型为3d 9,显示出顺磁性(3d 9轨道中的电子不成对)。
由于铜是元素周期表第四周期的过渡金属,并且由于HNO 3的作用失去了两个价电子,因此它仍然具有可用于形成共价键的4s和4p轨道。此外,Cu 2+可以利用其最外面的4d轨道中的两个与最多六个分子进行配位。
NO 3 -的阴离子是平坦的,并且对Cu 2+是能够与它们协调它必须有一个SP 3 d 2杂交,允许其采取的八面体几何形状; 这防止了NO 3 -的阴离子从“击中”对方。
这是通过将Cu 2+放置在彼此成正方形的平面中来实现的。盐中Cu原子的最终构型为:3d 9 4s 2 4p 6。
化学结构
在上图中,气相中表示了一个孤立的Cu(NO 3)2分子。硝酸根阴离子的氧原子直接与铜中心(内部配位球)配位,形成四个Cu-O键。
它具有正方形平面的分子几何形状。平面由顶点处的红色球体和中心处的铜球体绘制。在气相的相互作用非常弱,由于NO之间的静电排斥3 -基团。
但是,在固相中,铜中心形成金属键– Cu – Cu–,从而形成聚合物铜链。
水分子可形成具有NO氢键3 -基团,并且这些将提供,等等,直到产生围绕铜水球体(NO其他水分子的氢键3)2。
在这个领域中,您可以拥有1到6个外部邻居。因此,该盐易于水合生成水合的三和六盐。
所述盐选自一个Cu制成2+离子和两个NO 3 -离子,给它的离子化合物的(无水的盐,菱面体为水合盐斜方晶)的结晶特性。但是,这些键在本质上更共价。
应用领域
由于硝酸铜的迷人颜色,这种盐在陶瓷,金属表面,某些烟火以及纺织工业中被用作媒染剂。
它是许多反应中离子铜的良好来源,尤其是其中催化有机反应的离子铜。它还发现了与其他硝酸盐相似的用途,可用作杀真菌剂,除草剂或用作木材防腐剂。
它的另一个主要用途和最新用途是用于合成CuO催化剂或具有光敏性质的材料。
它也被用作教学实验室中的经典试剂,以显示伏打电池内部的反应。
风险性
-它是强氧化剂,对海洋生态系统有害,刺激性,有毒和腐蚀性。避免所有物理直接接触试剂很重要。
-不易燃。
-在高温下分解,释放出刺激性气体,包括NO 2。
-在人体中,它可能对心血管和中枢神经系统造成慢性损害。
-可能引起胃肠道刺激。
-作为硝酸盐,在体内变成亚硝酸盐。亚硝酸盐对血氧水平和心血管系统造成严重破坏。
参考文献
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