Оксид меди(I) (гемиоксид меди, оксид димеди, устар. закись меди, куприт) — бинарное химическое соединение одновалентной меди с кислородом, амфотерный оксид (проявляет слабые кислотные свойства)
Нахождение в природе
Оксид меди(I) встречается в природе в виде минерала куприта (устаревшие названия: красная медная руда, стекловатая медная руда, рубиновая медь). Цвет минерала красный, коричнево-красный, пурпурно-красный или чёрный. Твёрдость по шкале Мооса 3,5 — 4.
Разновидность куприта с удлиненными нитевидными кристаллами называется халькотрихит (устаревшее название: плюшевая медная руда). Кирпично-красная смесь куприта с лимонитом носит название «черепичная руда».
Физические свойства
Оксид меди(I) при нормальных условиях — твёрдое вещество коричнево-красного цвета нерастворимое в воде и этаноле. Плавится без разложения при 1242 °C.
Оксид меди(I) имеет кубическую сингонию кристаллической решётки, пространственная группа P n3m, a = 0,4270 нм, Z = 2.
Химические свойства
Реакции в водных растворах
Оксид меди(I) не реагирует с водой. В очень малой степени (ПР = 1,2⋅10−15) диссоциирует:
C u 2 O + H 2 O ⇄ 2 C u + + 2 O H − {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + H_{2}O
ightleftarrows 2Cu^{+}+ 2OH^{-}}}}
Равновесие диспропорционирования:
2 C u + ⇄ C u 2 + + C u + Q {displaystyle {mathsf {2Cu^{+}
ightleftarrows Cu^{2+} + Cu +mathbb {Q} }}}
Оксид меди(I) переводится в раствор:
- концентрированной соляной кислотой
C u 2 O + 4 H C l ⟶ 2 H [ C u C l 2 ] + H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 4HCl longrightarrow 2H[CuCl_{2}] + H_{2}O}}}
- концентрированной щёлочью (частично)
C u 2 O + 2 O H − + H 2 O ⇄ 2 [ C u ( O H ) 2 ] − {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 2OH^{-} + H_{2}O
ightleftarrows 2[Cu(OH)_{2}]^{-}}}}
- концентрированным гидратом аммиака и концентрированными растворами солей аммония
C u 2 O + 4 ( N H 3 ⋅ H 2 O ) ⟶ 2 [ C u ( N H 3 ) 2 ] O H + 3 H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 4(NH_{3}cdot H_{2}O) longrightarrow 2[Cu(NH_{3})_{2}]OH + 3H_{2}O}}} C u 2 O + 2 N H 4 + ⟶ 2 [ C u ( H 2 O ) ( N H 3 ) ] + {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 2NH_{4}^{+} longrightarrow 2[Cu(H_{2}O)(NH_{3})]^{+}}}}
- путём окисления до солей меди(II) различными окислителями (например, концентрированными азотной и серной кислотами, кислородом в разбавленной соляной кислоте)
C u 2 O + 6 H N O 3 ⟶ 2 C u ( N O 3 ) 2 + 2 N O 2 ↑ + 3 H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 6HNO_{3} longrightarrow 2Cu(NO_{3})_{2} + 2NO_{2}uparrow + 3H_{2}O}}} C u 2 O + 3 H 2 S O 4 ⟶ 2 C u S O 4 + S O 2 ↑ + 3 H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 3H_{2}SO_{4} longrightarrow 2CuSO_{4} + SO_{2}uparrow + 3H_{2}O}}} 2 C u 2 O + 8 H C l + O 2 ⟶ 4 C u C l 2 + 4 H 2 O {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}O + 8HCl + O_{2} longrightarrow 4CuCl_{2} + 4H_{2}O}}}
Также оксид меди(I) вступает в водных растворах в следующие реакции:
- медленно окисляется кислородом до гидроксида меди(II)
2 C u 2 O + 4 H 2 O + O 2 ⟶ 4 C u ( O H ) 2 ↓ {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}O + 4H_{2}O + O_{2} longrightarrow 4Cu(OH)_{2}downarrow }}}
- реагирует с разбавленными галогенводородными кислотами с образованием соответствующих галогенидов меди(I):
C u 2 O + 2 H H a l ⟶ 2 C u H a l ↓ + H 2 O ( H a l = C l , B r , I ) {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 2HHal longrightarrow 2CuHaldownarrow + H_{2}O (Hal = Cl, Br, I)}}}
- в разбавленной серной кислоте дисмутирует на сульфат меди(II) и металлическую медь
C u 2 O + H 2 S O 4 ⟶ C u S O 4 + C u ↓ + H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + H_{2}SO_{4} longrightarrow CuSO_{4} + Cudownarrow + H_{2}O}}}
- восстанавливается до металлической меди типичными восстановителями, например гидросульфитом натрия в концентрированном растворе
2 C u 2 O + 2 N a H S O 3 ⟶ 4 C u ↓ + N a 2 S O 4 + H 2 S O 4 {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}O + 2NaHSO_{3} longrightarrow 4Cudownarrow + Na_{2}SO_{4} + H_{2}SO_{4}}}}
Реакции при высоких температурах
Оксид меди(I) восстанавливается до металлической меди в следующих реакциях:
- при нагревании до 1800 °C (разложение)
2 C u 2 O → 1800 ∘ C 4 C u + O 2 {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}O {xrightarrow {1800 ^{circ }C}} 4Cu + O_{2}}}}
- при нагревании в токе водорода, монооксида углерода, с алюминием
C u 2 O + H 2 → > 250 ∘ C 2 C u + H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + H_{2} {xrightarrow {>250 ^{circ }C}} 2Cu + H_{2}O}}} C u 2 O + C O → 250 − 300 ∘ C 2 C u + C O 2 {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + CO {xrightarrow {250-300 ^{circ }C}} 2Cu + CO_{2}}}} 3 C u 2 O + 2 A l → 1000 ∘ C 6 C u + A l 2 O 3 {displaystyle {mathsf {3Cu_{2}O + 2Al {xrightarrow {1000 ^{circ }C}} 6Cu + Al_{2}O_{3}}}}
2 C u 2 O + 3 S → > 600 ∘ C 2 C u 2 S + S O 2 {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}O + 3S {xrightarrow {>600 ^{circ }C}} 2Cu_{2}S + SO_{2}}}} 2 C u 2 O + C u 2 S → 1200 − 1300 ∘ C 6 C u + S O 2 {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}O + Cu_{2}S {xrightarrow {1200-1300 ^{circ }C}} 6Cu + SO_{2}}}}
Оксид меди(I) может быть окислен до соединений меди(II) в токе кислорода или хлора:
2 C u 2 O + O 2 → 500 ∘ C 4 C u O {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}O + O_{2} {xrightarrow {500 ^{circ }C}} 4CuO}}} C u 2 O + C l 2 → 250 ∘ C C u 2 C l 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + Cl_{2} {xrightarrow {250 ^{circ }C}} Cu_{2}Cl_{2}O}}}
Также, при высоких температурах оксид меди(I) реагирует:
- с аммиаком (образуется нитрид меди(I))
3 C u 2 O + 2 N H 3 → 250 ∘ C 2 C u 3 N + 3 H 2 O {displaystyle {mathsf {3Cu_{2}O + 2NH_{3} {xrightarrow {250 ^{circ }C}} 2Cu_{3}N + 3H_{2}O}}}
- c оксидами щелочных металлов и бария (образуются двойные оксиды)
C u 2 O + M 2 O → 600 − 800 ∘ C 2 M C u O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + M_{2}O {xrightarrow {600-800 ^{circ }C}} 2MCuO}}} C u 2 O + B a O → 500 − 600 ∘ C B a C u 2 O 2 {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + BaO {xrightarrow {500-600 ^{circ }C}} BaCu_{2}O_{2}}}}
Прочие реакции
Оксид меди(I) реагирует с азидоводородом:
- при охлаждении выпадает осадок азида меди(II)
C u 2 O + 5 H N 3 → 10 − 15 ∘ C 2 C u ( N 3 ) 2 ↓ + H 2 O + N H 3 ↑ + N 2 ↑ {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 5HN_{3} {xrightarrow {10-15 ^{circ }C}} 2Cu(N_{3})_{2}downarrow + H_{2}O + NH_{3}uparrow + N_{2}uparrow }}}
- при комнатной температуре в токе азидоводородной кислоты выпадает осадок азида меди(I)
C u 2 O + 2 H N 3 → 20 − 25 ∘ C 2 C u N 3 ↓ + H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}O + 2HN_{3} {xrightarrow {20-25 ^{circ }C}} 2CuN_{3}downarrow + H_{2}O}}}
Получение
Оксид меди(I) может быть получен:
- нагреванием металлической меди при недостатке кислорода
4 C u + O 2 → > 200 ∘ C 2 C u 2 O {displaystyle {mathsf {4Cu + O_{2} {xrightarrow {>200 ^{circ }C}} 2Cu_{2}O}}}
- нагреванием металлической меди в токе оксида азота(I) или оксида азота(II)
2 C u + N 2 O → 500 − 600 ∘ C C u 2 O + N 2 {displaystyle {mathsf {2Cu + N_{2}O {xrightarrow {500-600 ^{circ }C}} Cu_{2}O + N_{2}}}} 4 C u + 2 N O → 500 − 600 ∘ C 2 C u 2 O + N 2 {displaystyle {mathsf {4Cu + 2NO {xrightarrow {500-600 ^{circ }C}} 2Cu_{2}O + N_{2}}}}
- нагреванием металлической меди с оксидом меди(II)
C u + C u O → 1000 − 1200 ∘ C C u 2 O {displaystyle {mathsf {Cu + CuO {xrightarrow {1000-1200 ^{circ }C}} Cu_{2}O}}}
- термическим разложением оксида меди(II)
4 C u O → 1026 − 1100 ∘ C 2 C u 2 O + O 2 {displaystyle {mathsf {4CuO {xrightarrow {1026-1100 ^{circ }C}} 2Cu_{2}O + O_{2}}}}
- нагреванием сульфида меди(I) в токе кислорода
2 C u 2 S + 3 O 2 → 1200 − 1300 ∘ C 2 C u 2 O + 2 S O 2 {displaystyle {mathsf {2Cu_{2}S + 3O_{2} {xrightarrow {1200-1300 ^{circ }C}} 2Cu_{2}O + 2SO_{2}}}}
В лабораторных условиях оксид меди(I) может быть получен восстановлением гидроксида меди(II) (например, гидразином):
4 C u ( O H ) 2 + N 2 H 4 ⋅ H 2 O → 100 ∘ C 2 C u 2 O ↓ + N 2 ↑ + 7 H 2 O {displaystyle {mathsf {4Cu(OH)_{2} + N_{2}H_{4}cdot H_{2}O {xrightarrow {100 ^{circ }C}} 2Cu_{2}Odownarrow + N_{2}uparrow + 7H_{2}O}}}
Также, оксид меди(I) образуется в реакциях ионного обмена солей меди(I) с щелочами, например:
- в реакции иодида меди(I) с горячим концентрированным раствором гидроксида калия
2 C u I + 2 K O H ⟶ C u 2 O ↓ + 2 K I + H 2 O {displaystyle {mathsf {2CuI + 2KOH longrightarrow Cu_{2}Odownarrow + 2KI + H_{2}O}}}
- в реакции дихлорокупрата(I) водорода с разбавленным раствором гидроксида натрия
2 H [ C u C l 2 ] + 4 N a O H ⟶ C u 2 O ↓ + 4 N a C l + 3 H 2 O {displaystyle {mathsf {2H[CuCl_{2}] + 4NaOH longrightarrow Cu_{2}Odownarrow + 4NaCl + 3H_{2}O}}}
В двух последних реакциях не образуется соединения с составом, соответствующим формуле C u O H {displaystyle {mathsf {CuOH}}} (гидроксид меди(I)). Образование оксида меди(I) происходит через промежуточную гидратную форму переменного состава C u 2 O ⋅ x H 2 O {displaystyle {mathsf {Cu_{2}Ocdot xH_{2}O}}} .
- Окисление альдегидов гидроксидом меди(II). Если к голубому осадку гидроксида меди(II) прилить раствор альдегида и смесь нагреть , то сначала появляется жёлтый осадок гидроксида меди (I):
R − C H O + 2 C u ( O H ) 2 → t R − C O O H + 2 C u O H ↓ + H 2 O {displaystyle {mathsf {R-CHO+2Cu(OH)_{2} {xrightarrow[{}]{t}} R-COOH+2CuOHdownarrow +H_{2}O}}} при дальнейшем нагревании желтого осадка гидроксида меди (I) превращается в красный оксид меди (I): 2 C u O H → t C u 2 O + H 2 O {displaystyle {mathsf {2CuOH {xrightarrow[{}]{t}} Cu_{2}O+H_{2}O}}}
- Также, для получения Cu2O в небольших количествах можно использовать методику:
1) Готовим 2 раствора. Раствор CuSO4 с его массовой долей 10% и раствор NaOH с его массовой долей 20%. Также необходимо взять твёрдую глюкозу (C6H12O6). 2) Ставим стакан с раствором CuSO4 на плитку и добавляем глюкозу. 3) Приливаем раствор NaOH в полученную смесь и перемешиваем стеклянной палочкой или на магнитной мешалке. 4) Дать раствору отстояться, чтобы частицы осадка Cu2O полностью осадились. Выпадение осадка Cu2O происходит по реакции : 2 C u S O 4 + 4 N a O H + C 6 H 12 O 6 → 80 − 90 ∘ C C u 2 O ↓ + 2 N a 2 S O 4 + C 6 H 12 O 7 + 2 H 2 O {displaystyle {mathsf {2CuSO_{4} + 4NaOH +C_{6}H_{12}O_{6}xrightarrow {80-90 ^{circ }C} Cu_{2}Odownarrow + 2Na_{2}SO_{4} +C_{6}H_{12}O_{7}+ 2H_{2}O}}} После реакции следует профильтровать раствор через воронку с фильтровальной бумагой или через колбу Бунзена с воронкой Бюхнера, высушить и собрать полученный осадок Cu2O.
Применение
Оксид меди(I) применяется как пигмент для окрашивания стекла, керамики, глазурей; как компонент красок, защищающих подводную часть судна от обрастания; в качестве фунгицида.
Обладает полупроводниковыми свойствами, используется в меднозакисных вентилях.
Токсичность
Оксид меди(I) — умеренно токсичное вещество: LD50 470 мг/кг (для крыс перорально). Вызывает раздражение глаз, может вызывать раздражение кожи и дыхательных путей.
Очень токсично для водной среды: LC50 для Daphnia magna составляет 0,5 мг/л в течение 48 ч.