უმრავლესობის ელემენტების ქიმიური თვისებები დაფუძნებულია წყალში და მჟავებში დაშლის უნარზე. სპილენძის მახასიათებლების შესწავლა ნორმალურ პირობებში დაბალ აქტივობას უკავშირდება. მისი ქიმიური პროცესების თავისებურებაა ნაერთების წარმოქმნა ამიაკის, ვერცხლისწყლის, აზოტის და გოგირდის მჟავებით. წყალში სპილენძის დაბალი ხსნადობა არ იწვევს კოროზიის პროცესებს. მას აქვს სპეციალური ქიმიური თვისებები, რაც საშუალებას აძლევს ნაერთს გამოიყენოს სხვადასხვა ინდუსტრიაში.
საგნის აღწერა
სპილენძი ითვლება უძველეს ლითონთაგან, რომლის ამოღება ადამიანებმა ჯერ კიდევ ჩვენს წელთაღრიცხვამდე ისწავლეს. ეს ნივთიერება მიიღება ბუნებრივი წყაროებიდან მადნის სახით. სპილენძი ეწოდება ქიმიური ცხრილის ელემენტს ლათინური სახელწოდებით cuprum, რომლის რიგითი ნომერია 29. პერიოდულ სისტემაში ის მეოთხე პერიოდშია და მიეკუთვნება პირველ ჯგუფს.
ნატურალური ნივთიერება არის მოვარდისფრო-წითელი მძიმე მეტალი რბილი და ელასტიური სტრუქტურით. მისი დუღილის და დნობის წერტილი არის1000 °C-ზე მეტი. ითვლება კარგ დირიჟორად.
ქიმიური სტრუქტურა და თვისებები
თუ შეისწავლით სპილენძის ატომის ელექტრონულ ფორმულას, აღმოაჩენთ, რომ მას აქვს 4 დონე. 4s ვალენტურ ორბიტალში მხოლოდ ერთი ელექტრონია. ქიმიური რეაქციების დროს 1-დან 3-მდე უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკი შეიძლება გაიყოს ატომიდან, შემდეგ მიიღება სპილენძის ნაერთები ჟანგვის მდგომარეობით +3, +2, +1. მისი ორვალენტიანი წარმოებულები ყველაზე სტაბილურია.
ქიმიურ რეაქციებში ის მოქმედებს როგორც არააქტიური ლითონი. ნორმალურ პირობებში, წყალში სპილენძის ხსნადობა არ არის. მშრალ ჰაერში კოროზია არ შეინიშნება, მაგრამ გაცხელებისას ლითონის ზედაპირი დაფარულია ორვალენტიანი ოქსიდის შავი საფარით. სპილენძის ქიმიური სტაბილურობა ვლინდება უწყლო აირების, ნახშირბადის, რიგი ორგანული ნაერთების, ფენოლური ფისების და სპირტების მოქმედებით. ახასიათებს რთული წარმოქმნის რეაქციები ფერადი ნაერთების გამოყოფით. სპილენძს აქვს მცირე მსგავსება ტუტე ჯგუფის ლითონებთან, რაც დაკავშირებულია მონოვალენტური სერიის წარმოებულების წარმოქმნასთან.
რა არის ხსნადობა?
ეს არის ერთგვაროვანი სისტემების ფორმირების პროცესი ხსნარების სახით ერთი ნაერთის სხვა ნივთიერებებთან ურთიერთქმედებისას. მათი კომპონენტებია ინდივიდუალური მოლეკულები, ატომები, იონები და სხვა ნაწილაკები. ხსნადობის ხარისხი განისაზღვრება ნივთიერების კონცენტრაციით, რომელიც გაიხსნა გაჯერებული ხსნარის მიღებისას.
საზომი ერთეული ყველაზე ხშირად არის პროცენტები, მოცულობა ან წონითი წილადები.სპილენძის ხსნადობა წყალში, ისევე როგორც სხვა მყარი ნაერთები, ექვემდებარება მხოლოდ ტემპერატურის პირობებში ცვლილებას. ეს დამოკიდებულება გამოიხატება მრუდების გამოყენებით. თუ მაჩვენებელი ძალიან მცირეა, მაშინ ნივთიერება ითვლება უხსნად.
სპილენძის ხსნადობა წყალში
მეტალი ავლენს კოროზიის წინააღმდეგობას ზღვის წყლის მოქმედებით. ეს ადასტურებს მის ინერციას ნორმალურ პირობებში. სპილენძის ხსნადობა წყალში (მტკნარი წყალი) პრაქტიკულად არ შეინიშნება. მაგრამ ტენიან გარემოში და ნახშირორჟანგის ზემოქმედებით ლითონის ზედაპირზე წარმოიქმნება მწვანე ფილმი, რომელიც წარმოადგენს ძირითად კარბონატს:
Cu + Cu + O2 + H2O + CO2 → Cu (OH)2 CuCO2.
თუ მის ერთვალენტიან ნაერთებს მარილის სახით განვიხილავთ, მაშინ შეიმჩნევა მათი უმნიშვნელო დაშლა. ასეთი ნივთიერებები ექვემდებარება სწრაფ დაჟანგვას. შედეგად მიიღება ორვალენტიანი სპილენძის ნაერთები. ამ მარილებს აქვთ კარგი ხსნადობა წყალში. ხდება მათი სრული დაშლა იონებად.
მჟავებში ხსნადობა
სპილენძის ნორმალური რეაქციები სუსტი ან განზავებული მჟავებით არ უწყობს ხელს მათ ურთიერთქმედებას. ლითონის ქიმიური პროცესი ტუტეებთან არ შეინიშნება. სპილენძის ხსნადობა მჟავებში შესაძლებელია, თუ ისინი ძლიერი ჟანგვის აგენტებია. მხოლოდ ამ შემთხვევაში ხდება ურთიერთქმედება.
სპილენძის ხსნადობა აზოტმჟავაში
ასეთი რეაქცია შესაძლებელია იმის გამო, რომ ლითონი იჟანგება ძლიერი რეაგენტით. აზოტის მჟავა განზავებული და კონცენტრირებულიფორმა ავლენს ჟანგვის თვისებებს სპილენძის დაშლით.
პირველ ვარიანტში რეაქციის დროს მიიღება სპილენძის ნიტრატი და აზოტის ორვალენტიანი ოქსიდი 75%-დან 25%-მდე თანაფარდობით. განზავებული აზოტის მჟავასთან პროცესი შეიძლება აღწერილი იყოს შემდეგი განტოლებით:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + არა + არა + 4H2O.
მეორე შემთხვევაში სპილენძის ნიტრატი და აზოტის ოქსიდები მიიღება ორვალენტიანი და ოთხვალენტიანი, რომელთა შეფარდებაა 1-ის მიმართ. ამ პროცესში ჩართულია 1 მოლი ლითონი და 3 მოლი კონცენტრირებული აზოტის მჟავა. როდესაც სპილენძი იხსნება, ხსნარი ძლიერად თბება, რის შედეგადაც ხდება ოქსიდიზატორის თერმული დაშლა და აზოტის ოქსიდების დამატებითი მოცულობის გამოყოფა:
4HNO3 + Cu → Cu (NO3)2 + არა 2 + NO2 + 2H2O.
რეაქცია გამოიყენება მცირე მასშტაბის წარმოებაში, რომელიც დაკავშირებულია ჯართის დამუშავებასთან ან ნარჩენებისგან საფარის მოცილებასთან. ამასთან, სპილენძის დაშლის ამ მეთოდს აქვს მთელი რიგი უარყოფითი მხარეები, რომლებიც დაკავშირებულია დიდი რაოდენობით აზოტის ოქსიდების გამოყოფასთან. მათი დასაჭერად ან გასანეიტრალებლად საჭიროა სპეციალური აღჭურვილობა. ეს პროცესები ძალიან ძვირია.
სპილენძის დაშლა ითვლება დასრულებულად, როდესაც ხდება აქროლადი აზოტის ოქსიდების წარმოების სრული შეწყვეტა. რეაქციის ტემპერატურა მერყეობს 60-დან 70 °C-მდე. შემდეგი ნაბიჯი არის ხსნარის გადინება ქიმიური რეაქტორიდან. მის ქვედა ნაწილში არის ლითონის პატარა ნაჭრები, რომლებიც არ რეაგირებენ. მიღებულ სითხეს ემატება წყალი დაფილტრაცია.
ხსნადობა გოგირდმჟავაში
ნორმალურ მდგომარეობაში ასეთი რეაქცია არ ხდება. გოგირდმჟავაში სპილენძის დაშლის განმსაზღვრელი ფაქტორი მისი ძლიერი კონცენტრაციაა. განზავებულ გარემოს არ შეუძლია ლითონის დაჟანგვა. სპილენძის დაშლა კონცენტრირებულ გოგირდმჟავაში მიმდინარეობს სულფატის გამოყოფით.
პროცესი გამოიხატება შემდეგი განტოლებით:
Cu + H2SO4 + H2SO 4 → CuSO4 + 2H2O + SO2.
სპილენძის სულფატის თვისებები
დიბაზის მარილს ასევე უწოდებენ სულფატს, რომელიც აღინიშნება შემდეგნაირად: CuSO4. ეს არის ნივთიერება დამახასიათებელი სუნის გარეშე, არ ავლენს არასტაბილურობას. უწყლო ფორმით მარილი უფერო, გაუმჭვირვალე და ძლიერ ჰიგიროსკოპიულია. სპილენძს (სულფატს) აქვს კარგი ხსნადობა. წყლის მოლეკულებს, რომლებიც უერთდებიან მარილს, შეუძლიათ შექმნან კრისტალური ჰიდრატი ნაერთები. ამის მაგალითია სპილენძის სულფატი, რომელიც არის ლურჯი პენტაჰიდრატი. მისი ფორმულაა: CuSO4 5H2O.
კრისტალების ჰიდრატებს აქვთ მოლურჯო შეფერილობის გამჭვირვალე სტრუქტურა, ავლენენ მწარე, მეტალის გემოს. მათ მოლეკულებს შეუძლიათ დროთა განმავლობაში დაკარგონ შეკრული წყალი. ბუნებაში ისინი გვხვდება მინერალების სახით, მათ შორის ქალკანტიტი და ბუტიტი.
ზემოქმედებს სპილენძის სულფატი. ხსნადობა ეგზოთერმული რეაქციაა. მარილის დატენიანების პროცესში მნიშვნელოვანი რაოდენობითსითბო.
სპილენძის ხსნადობა რკინაში
ამ პროცესის შედეგად წარმოიქმნება Fe და Cu-ს ფსევდოშენადნობები. ლითონის რკინისა და სპილენძისთვის შესაძლებელია შეზღუდული ურთიერთხსნადობა. მისი მაქსიმალური მნიშვნელობები შეინიშნება ტემპერატურულ ინდექსზე 1099,85 °C. სპილენძის ხსნადობის ხარისხი რკინის მყარ ფორმაში არის 8,5%. ეს არის მცირე მაჩვენებლები. მეტალის რკინის დაშლა სპილენძის მყარ ფორმაში არის დაახლოებით 4,2%.
ტემპერატურის დაქვეითება ოთახის მნიშვნელობებამდე ორმხრივ პროცესებს უმნიშვნელოს ხდის. როდესაც მეტალის სპილენძი დნება, მას შეუძლია კარგად დაასველოს რკინა მყარი ფორმით. Fe და Cu ფსევდოშენადნობების მიღებისას გამოიყენება სპეციალური სამუშაო ნაწილები. ისინი იქმნება რკინის ფხვნილის დაჭერით ან გამოცხობით, რომელიც არის სუფთა ან შენადნობის სახით. ასეთი ბლანკები გაჟღენთილია თხევადი სპილენძით, ქმნიან ფსევდოშენადნობებს.
ამიაკში ხსნადი
პროცესი ხშირად მიმდინარეობს NH3 გაზის სახით ცხელ მეტალზე გადაცემით. შედეგი არის სპილენძის დაშლა ამიაკში, Cu3N. ამ ნაერთს ეწოდება მონოვალენტური ნიტრიდი.
მისი მარილები ექვემდებარება ამიაკის ხსნარს. სპილენძის ქლორიდში ასეთი რეაგენტის დამატება იწვევს ნალექს ჰიდროქსიდის სახით:
CuCl2 + NH3 + NH3 + 2H 2O → 2NH4Cl + Cu(OH)2↓.
ამიაკის ჭარბი წვლილი შეაქვს კომპლექსური ტიპის ნაერთის ფორმირებას მუქი ლურჯი ფერით:
Cu(OH)2↓+ 4NH3 → [Cu(NH3)4] (OH)2.
ეს პროცესი გამოიყენება სპილენძის იონების დასადგენად.
თუჯში ხსნადობა
დაქნილი მარგალიტის რკინის სტრუქტურაში, ძირითადი კომპონენტების გარდა, არის დამატებითი ელემენტი ჩვეულებრივი სპილენძის სახით. ეს არის ის, ვინც ზრდის ნახშირბადის ატომების გრაფიტიზაციას, ხელს უწყობს შენადნობების სითხის, სიძლიერის და სიხისტის გაზრდას. მეტალი დადებითად მოქმედებს საბოლოო პროდუქტში პერლიტის დონეზე. თუჯის სპილენძის ხსნადობა გამოიყენება საწყისი შემადგენლობის შენადნობის განსახორციელებლად. ამ პროცესის მთავარი დანიშნულებაა მოქნილი შენადნობის მიღება. მას ექნება გაუმჯობესებული მექანიკური და კოროზიული თვისებები, მაგრამ შემცირდება მყიფეობა.
თუ თუჯში სპილენძის შემცველობა არის დაახლოებით 1%, მაშინ დაჭიმვის სიმტკიცე უდრის 40%-ს, ხოლო სითხე იზრდება 50%-მდე. ეს მნიშვნელოვნად ცვლის შენადნობის მახასიათებლებს. შენადნობი ლითონის ოდენობის 2%-მდე ზრდა იწვევს სიძლიერის ცვლილებას 65%-მდე, ხოლო მოსავლიანობის ინდექსი ხდება 70%. თუჯის შემადგენლობაში სპილენძის უფრო მაღალი შემცველობით, კვანძოვანი გრაფიტი უფრო რთულია წარმოქმნილი. შენადნობი ელემენტის სტრუქტურაში შეყვანა არ ცვლის მყარი და რბილი შენადნობის ფორმირების ტექნოლოგიას. ანეილისთვის გამოყოფილი დრო ემთხვევა ასეთი რეაქციის ხანგრძლივობას თუჯის წარმოებაში სპილენძის მინარევების გარეშე. ეს დაახლოებით 10 საათია.
სპილენძის გამოყენება მაღალისილიციუმის კონცენტრაცია ვერ ახერხებს მთლიანად აღმოფხვრას ნარევის ე.წ. შედეგი არის დაბალი ელასტიურობის პროდუქტი.
ხსნადობა ვერცხლისწყალში
როდესაც ვერცხლისწყალი შერეულია სხვა ელემენტების ლითონებთან, მიიღება ამალგამები. ეს პროცესი შეიძლება მოხდეს ოთახის ტემპერატურაზე, რადგან ასეთ პირობებში Pb არის თხევადი. სპილენძის ხსნადობა ვერცხლისწყალში გადის მხოლოდ გაცხელების დროს. ლითონი ჯერ უნდა იყოს დამსხვრეული. მყარი სპილენძის თხევადი ვერცხლისწყლით დასველებისას ერთი ნივთიერება ერთმანეთში აღწევს ან დიფუზირდება. ხსნადობის მნიშვნელობა გამოხატულია პროცენტულად და არის 7.410-3. რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება მყარი მარტივი ამალგამი, ცემენტის მსგავსი. ცოტას თუ გააცხელებთ, დარბილდება. შედეგად, ეს ნარევი გამოიყენება ფაიფურის ნივთების შესაკეთებლად. ასევე არსებობს რთული ამალგამები ლითონის ოპტიმალური შემცველობით. მაგალითად, ვერცხლის, კალის, სპილენძის და თუთიის ელემენტები გვხვდება სტომატოლოგიურ შენადნობში. მათი რიცხვი პროცენტულად არის 65:27:6:2. ამ შემადგენლობის ამალგამს ვერცხლი ეწოდება. შენადნობის თითოეული კომპონენტი ასრულებს სპეციფიკურ ფუნქციას, რაც საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ მაღალი ხარისხის შევსება.
კიდევ ერთი მაგალითია ამალგამის შენადნობი, რომელსაც აქვს მაღალი სპილენძის შემცველობა. მას ასევე უწოდებენ სპილენძის შენადნობას. ამალგამის შემადგენლობა შეიცავს 10-დან 30%-მდე Cu. სპილენძის მაღალი შემცველობა ხელს უშლის კალის ურთიერთქმედებას ვერცხლისწყალთან, რაც ხელს უშლის შენადნობის ძალიან სუსტი და კოროზიული ფაზის წარმოქმნას. გარდაგარდა ამისა, შევსებაში ვერცხლის რაოდენობის შემცირება იწვევს ფასის შემცირებას. ამალგამის მოსამზადებლად სასურველია გამოიყენოთ ინერტული ატმოსფერო ან დამცავი სითხე, რომელიც ქმნის ფილმს. ლითონებს, რომლებიც ქმნიან შენადნობას, შეუძლიათ სწრაფად დაჟანგონ ჰაერით. წყალბადის თანდასწრებით თასის ამალგამის გაცხელების პროცესი იწვევს ვერცხლისწყლის დისტილაციას, რაც ელემენტარული სპილენძის გამოყოფის საშუალებას იძლევა. როგორც ხედავთ, ამ თემის სწავლა მარტივია. ახლა თქვენ იცით, როგორ ურთიერთქმედებს სპილენძი არა მხოლოდ წყალთან, არამედ მჟავებთან და სხვა ელემენტებთან.
