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 [Cu (NH3)2]+, который легко окисляется на воздухе до аммиачного комплекса сине-фиолетового цвета [Cu (NH3)4(H2O)2]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[Cu (OH)4].
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.