Daugelio elementų cheminės savybės yra pagrįstos jų gebėjimu ištirpti vandenyje ir rūgštyse. Vario savybių tyrimas siejamas su mažu aktyvumu normaliomis sąlygomis. Jo cheminių procesų ypatybė yra junginių susidarymas su amoniaku, gyvsidabriu, azoto ir sieros rūgštimis. Mažas vario tirpumas vandenyje nesukelia korozijos procesų. Jis turi specialių cheminių savybių, leidžiančių junginį naudoti įvairiose pramonės šakose.
Prekės aprašymas
Varis laikomas seniausiu metalu, kurį žmonės išmoko išgauti dar prieš mūsų erą. Ši medžiaga gaunama iš natūralių š altinių rūdos pavidalu. Varis vadinamas cheminės lentelės elementu lotynišku pavadinimu cuprum, kurio eilės numeris yra 29. Periodinėje sistemoje jis yra ketvirtajame periode ir priklauso pirmajai grupei.
Natūrali medžiaga yra rausvai raudonas sunkusis metalas, turintis minkštą ir lanksčią struktūrą. Jo virimo ir lydymosi temperatūra yravirš 1000 °C. Laikomas geru dirigentu.
Cheminė struktūra ir savybės
Jei išnagrinėsite elektroninę vario atomo formulę, pamatysite, kad ji turi 4 lygius. Valentinės 4s orbitoje yra tik vienas elektronas. Cheminių reakcijų metu nuo atomo gali atsiskirti nuo 1 iki 3 neigiamą krūvį turinčių dalelių, tada gaunami vario junginiai, kurių oksidacijos laipsnis yra +3, +2, +1. Jo dvivalenčiai dariniai yra stabiliausi.
Cheminėse reakcijose jis veikia kaip neaktyvus metalas. Normaliomis sąlygomis varis netirpsta vandenyje. Sausame ore korozija nepastebima, tačiau kaitinant metalo paviršius pasidengia juoda dvivalenčio oksido danga. Cheminis vario stabilumas pasireiškia veikiant bevandenėms dujoms, angliui, daugeliui organinių junginių, fenolio dervų ir alkoholių. Jam būdingos sudėtingos susidarymo reakcijos su spalvotų junginių išsiskyrimu. Varis yra šiek tiek panašus į šarminės grupės metalus, siejamas su vienavalentės serijos darinių susidarymu.
Kas yra tirpumas?
Tai yra vienalyčių sistemų formavimosi procesas tirpalų pavidalu, sąveikaujant vienam junginiui su kitomis medžiagomis. Jų komponentai yra atskiros molekulės, atomai, jonai ir kitos dalelės. Tirpumo laipsnis nustatomas pagal medžiagos, kuri buvo ištirpusi, kai gaunamas prisotintas tirpalas, koncentracija.
Matavimo vienetas dažniausiai yra procentai, tūrio arba svorio dalys. Vario, kaip ir kitų kietų junginių, tirpumas vandenyje priklauso tik nuo temperatūros sąlygų pokyčių. Ši priklausomybė išreiškiama kreivėmis. Jei indikatorius labai mažas, medžiaga laikoma netirpia.
Vario tirpumas vandenyje
Metalas pasižymi atsparumu korozijai, veikiant jūros vandeniui. Tai įrodo jo inerciją normaliomis sąlygomis. Vario tirpumas vandenyje (gėlame vandenyje) praktiškai nepastebimas. Tačiau drėgnoje aplinkoje ir veikiant anglies dioksidui ant metalo paviršiaus susidaro žalia plėvelė, kuri yra pagrindinis karbonatas:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
Jei nagrinėsime jo vienavalečius junginius druskos pavidalu, pastebėsime, kad jie šiek tiek ištirpsta. Tokios medžiagos greitai oksiduojasi. Dėl to gaunami dvivalentys vario junginiai. Šios druskos gerai tirpsta vandeninėje terpėje. Įvyksta visiška jų disociacija į jonus.
Tirpumas rūgštyse
Įprastos vario reakcijos su silpnomis arba praskiestomis rūgštimis nepalaiko jų sąveikos. Cheminis metalo procesas su šarmais nepastebimas. Varis tirpsta rūgštyse, jei jos yra stiprūs oksidatoriai. Tik šiuo atveju sąveika vyksta.
Vario tirpumas azoto rūgštyje
Tokia reakcija galima dėl to, kad metalas oksiduojamas stipriu reagentu. Azoto rūgštis praskiesta ir koncentruotaforma pasižymi oksidacinėmis savybėmis tirpstant variui.
Pirmajame variante reakcijos metu gaunamas vario nitratas ir dvivalentis azoto oksidas santykiu nuo 75% iki 25%. Procesą su praskiesta azoto rūgštimi galima apibūdinti tokia lygtimi:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + NE + NE + 4H2O.
Antruoju atveju vario nitratas ir azoto oksidai gaunami dvivalentys ir keturiavalentys, kurių santykis yra 1: 1. Šiame procese dalyvauja 1 molis metalo ir 3 mol koncentruotos azoto rūgšties. Kai varis ištirpsta, tirpalas stipriai kaitinamas, todėl terminis oksidatorius suyra ir išsiskiria papildomas azoto oksidų kiekis:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO 2 + NO2 + 2H2O.
Reakcija naudojama nedidelės apimties gamyboje, susijusioje su laužo perdirbimu arba dangų pašalinimu iš atliekų. Tačiau šis vario tirpinimo būdas turi nemažai trūkumų, susijusių su didelio azoto oksidų kiekio išsiskyrimu. Norint juos užfiksuoti ar neutralizuoti, reikalinga speciali įranga. Šie procesai yra labai brangūs.
Vario ištirpimas laikomas baigtu, kai visiškai nutrūksta lakiųjų azoto oksidų gamyba. Reakcijos temperatūra svyruoja nuo 60 iki 70 °C. Kitas žingsnis – nusausinti tirpalą iš cheminio reaktoriaus. Jo apačioje yra nedideli metalo gabalėliai, kurie nesureagavo. Į gautą skystį įpilama vandens irfiltravimas.
Tirpumas sieros rūgštyje
Įprastoje būsenoje tokia reakcija nevyksta. Vario tirpimą sieros rūgštyje lemiantis veiksnys yra stipri jo koncentracija. Praskiesta terpė negali oksiduoti metalo. Varis ištirpsta koncentruotoje sieros rūgštyje, kai išsiskiria sulfatas.
Procesas išreiškiamas tokia lygtimi:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
Vario sulfato savybės
Dibazinė druska dar vadinama sulfatu, žymima taip: CuSO4. Tai medžiaga, neturinti būdingo kvapo, nerodanti lakumo. Bevandenė druska yra bespalvė, nepermatoma ir labai higroskopiška. Varis (sulfatas) gerai tirpsta. Vandens molekulės, susijungusios su druska, gali sudaryti kristalų hidrato junginius. Pavyzdys yra vario sulfatas, kuris yra mėlynas pentahidratas. Jo formulė yra tokia: CuSO4 5H2O.
Krištoliniai hidratai turi skaidrią melsvo atspalvio struktūrą, pasižymi kartaus metalo skoniu. Jų molekulės laikui bėgant gali prarasti susietą vandenį. Gamtoje jie randami mineralų pavidalu, įskaitant chalkantitą ir butitą.
Paveiktas vario sulfato. Tirpumas yra egzoterminė reakcija. Druskos hidratacijos procese, nemažas kiekiskarštis.
Vario tirpumas geležyje
Dėl šio proceso susidaro Fe ir Cu pseudo lydiniai. Metalinės geležies ir vario tarpusavio tirpumas yra ribotas. Jo didžiausios vertės stebimos esant 1099,85 °C temperatūros indeksui. Vario tirpumo laipsnis kietoje geležies formoje yra 8,5%. Tai maži rodikliai. Metalinės geležies ištirpimas kietoje vario formoje yra apie 4,2%.
Sumažinus temperatūrą iki kambario verčių, abipusiai procesai tampa nereikšmingi. Kai metalinis varis ištirpsta, jis gali gerai sušlapinti lygintuvą kietu pavidalu. Gaunant Fe ir Cu pseudo lydinius, naudojami specialūs ruošiniai. Jie gaminami spaudžiant arba kepant geležies miltelius, kurie yra gryni arba legiruoti. Tokie ruošiniai yra impregnuoti skystu variu, todėl susidaro pseudo lydiniai.
Tirpina amoniake
Procesas dažnai vyksta praleidžiant NH3 dujiniu pavidalu per karštą metalą. Rezultatas – varis ištirpsta amoniake, išsiskiria Cu3N. Šis junginys vadinamas vienavalenčiu nitridu.
Jo druskos yra veikiamos amoniako tirpalu. Pridėjus tokį reagentą į vario chloridą, susidaro nuosėdos hidroksido pavidalu:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
Amoniako perteklius prisideda prie kompleksinio junginio su tamsiai mėlynos spalvos susidarymo:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
Šis procesas naudojamas vario jonams nustatyti.
Tirpumas ketuje
Kaliojo perlitinio ketaus struktūroje, be pagrindinių komponentų, yra ir papildomas elementas paprasto vario pavidalu. Būtent ji padidina anglies atomų grafitizaciją, prisideda prie lydinių sklandumo, stiprumo ir kietumo padidėjimo. Metalas teigiamai veikia perlito kiekį galutiniame produkte. Vario tirpumas ketuje naudojamas pradinei kompozicijai legiruoti. Pagrindinis šio proceso tikslas yra gauti kaliojo lydinio. Jis turės geresnes mechanines ir korozijos savybes, bet sumažins trapumą.
Jei vario kiekis ketuje yra apie 1%, tada atsparumas tempimui yra 40%, o sklandumas padidėja iki 50%. Tai labai pakeičia lydinio charakteristikas. Padidinus legiruojamo metalo kiekį iki 2%, stiprumas pasikeičia iki 65%, o derlingumo indeksas tampa 70%. Esant didesniam vario kiekiui ketaus sudėtyje, mazginis grafitas susidaro sunkiau. Legiravimo elemento įvedimas į konstrukciją nepakeičia tvirto ir minkšto lydinio formavimo technologijos. Atkaitinimui skirtas laikas sutampa su tokios reakcijos trukme gaminant ketaus be vario priemaišų. Tai maždaug 10 valandų.
Vario naudojimas aukštam kiekiui gamintisilicio koncentracija nepajėgia visiškai pašalinti vadinamojo mišinio ferruginizacijos atkaitinimo metu. Rezultatas – mažo elastingumo produktas.
Tirpumas gyvsidabrie
Sumaišius gyvsidabrį su kitų elementų metalais, gaunamos amalgamos. Šis procesas gali vykti kambario temperatūroje, nes tokiomis sąlygomis Pb yra skystis. Vario tirpumas gyvsidabryje praeina tik kaitinant. Pirmiausia metalas turi būti susmulkintas. Drėkinant kietą varį skystu gyvsidabriu, viena medžiaga prasiskverbia į kitą arba pasklinda. Tirpumas išreiškiamas procentais ir yra 7,410-3. Reakcijos metu susidaro kieta paprasta amalgama, panaši į cementą. Jei šiek tiek pašildysite, jis suminkštės. Dėl to šis mišinys naudojamas porceliano dirbiniams taisyti. Taip pat yra sudėtingų amalgamų, kuriose yra optimalus metalo kiekis. Pavyzdžiui, dantų lydinyje yra sidabro, alavo, vario ir cinko elementų. Jų skaičius procentais yra 65:27:6:2. Šios sudėties amalgama vadinama sidabru. Kiekvienas lydinio komponentas atlieka tam tikrą funkciją, kuri leidžia gauti aukštos kokybės užpildą.
Kitas pavyzdys yra amalgamos lydinys, kuriame yra daug vario. Jis taip pat vadinamas vario lydiniu. Amalgamos sudėtyje yra nuo 10 iki 30% Cu. Didelis vario kiekis neleidžia alavui sąveikauti su gyvsidabriu, o tai neleidžia susidaryti labai silpnai ir korozinei lydinio fazei. IšskyrusBe to, sumažėjus sidabro kiekiui užpilde, mažėja kaina. Amalgamai ruošti pageidautina naudoti inertinę atmosferą arba apsauginį skystį, kuris sudaro plėvelę. Metalai, sudarantys lydinį, gali greitai oksiduotis su oru. Vario amalgamos kaitinimo procesas, esant vandeniliui, veda į gyvsidabrio distiliavimą, o tai leidžia atskirti elementinį varį. Kaip matote, šią temą lengva išmokti. Dabar žinote, kaip varis sąveikauja ne tik su vandeniu, bet ir su rūgštimis bei kitais elementais.
