Оксид меди(I)

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}}}}

• при нагревании с серой

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.