Најважније из лекције
Бакар (\(\text{Cu}\)) и сребро (\(\text{Ag}\)) су прелазни метали 11. групе, изванредни проводници електрицитета и топлоте са позитивним електродним потенцијалом.
Реактивност: Не реагују са неself-оксидујућим киселинама уз издвајање \(\text{H}_2\); растварају се у оксидујућим киселинама (\(\text{HNO}_3\), конц. \(\text{H}_2\text{SO}_4\)).
Једињења бакра: \(\text{Cu}_2\text{O}\) (црвен), \(\text{CuO}\) (црн), \(\text{Cu(OH)}_2\) (плавозелени талог), \(\text{CuSO}_4 \cdot n\text{H}_2\text{O}\) (плави камен – фунгицид).
Једињења сребра: \(\text{Ag}_2\text{O}\) (тамносмеђи базни оксид), \(\text{AgNO}_3\) (лапис – реагенс за доказивање халогенида услед настајања нерастворних \(\text{AgX}\) талога).
Реактивност: Не реагују са неself-оксидујућим киселинама уз издвајање \(\text{H}_2\); растварају се у оксидујућим киселинама (\(\text{HNO}_3\), конц. \(\text{H}_2\text{SO}_4\)).
Једињења бакра: \(\text{Cu}_2\text{O}\) (црвен), \(\text{CuO}\) (црн), \(\text{Cu(OH)}_2\) (плавозелени талог), \(\text{CuSO}_4 \cdot n\text{H}_2\text{O}\) (плави камен – фунгицид).
Једињења сребра: \(\text{Ag}_2\text{O}\) (тамносмеђи базни оксид), \(\text{AgNO}_3\) (лапис – реагенс за доказивање халогенида услед настајања нерастворних \(\text{AgX}\) талога).
Бакар (\(\text{Cu}\)) и сребро (\(\text{Ag}\)) припадају 11. групи (IB) Периодног система елемената и спадају у прелазне \(d\)-метале.
Оксидациони бројеви: Бакар у једињењима има оксидационе бројеве \(+1\) и \(+2\), док сребро углавном има оксидациони број \(+1\).
| Својство | Бакар (\(_{29}\text{Cu}\)) | Сребро (\(_{47}\text{Ag}\)) |
|---|---|---|
| Боја и изглед | Светлоцрвена боја, металан сјај | Сребрнастобела (сива) боја, карактеристичан сјај |
| Механичка својства | Мекан, жилав, кован и растегљив (извлачи се у танке жице) | Кован и веома растегљив; тврђи од бакра и злата |
| Проводљивост | Одличан проводник топлоте и електрицитета (одмах иза \(\text{Ag}\)) | Најбољи проводник топлоте и електрицитета међу свим металима |
| Биолошки значај | Биогени елемент (организам одраслог садржи око \(100\text{ mg}\)) | Јони \(\text{Ag}^+\) делују бактерицидно (дезинфицијенс) |
Легуре: Због мекоће у чистом стању, метали се често легирају. Најпознатије легуре бакра су месинг (\(\text{Cu} + \text{Zn}\)) и бронза (\(\text{Cu} + \text{Sn}\)), док се сребро легира са \(\text{Cu}\) и \(\text{Ni}\) ради повећања тврдоће.
Бакар и сребро спадају у племенитије метале са позитивним стандардним електродним потенцијалом (\(E^\circ > 0\)). Сребро се у природи налази и у елементарном (самородном) стању.
Најважније руде:
- Руде бакра: халкопирит (\(\text{CuFeS}_2\)), халкозин (\(\text{Cu}_2\text{S}\)), ковелин (\(\text{CuS}\)) и куприт (\(\text{Cu}_2\text{O}\)).
- Руде сребра: аргентит (\(\text{Ag}_2\text{S}\)).
Бакар се добија пирометалуршким поступком из сулфидних руда у две главне фазе:
1. Делимично пржење сулфидне руде: \[ 2\text{Cu}_2\text{S(s)} + 3\text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + 2\text{SO}_2\text{(g)} \] 2. Саморедукција (редукција оксида преосталим сулфидом): \[ 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + \text{Cu}_2\text{S(s)} \longrightarrow 6\text{Cu(s)} + \text{SO}_2\text{(g)} \]
1. Делимично пржење сулфидне руде: \[ 2\text{Cu}_2\text{S(s)} + 3\text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + 2\text{SO}_2\text{(g)} \] 2. Саморедукција (редукција оксида преосталим сулфидом): \[ 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + \text{Cu}_2\text{S(s)} \longrightarrow 6\text{Cu(s)} + \text{SO}_2\text{(g)} \]
Сирови бакар садржи доста нечистоћа и пречишћава се електролитичком рафинацијом до чистоће од чак \(99{,}999\ \%\).
Пошто имају позитивне вредности стандардног редокс потенцијала, бакар и сребро не истискују водоник из разблажених неself-оксидујућих киселина (\(\text{HCl}\), разблажена \(\text{H}_2\text{SO}_4\)).
Деловање супстанци из ваздуха:
- Патина на бакру: Дужим излагањем ваздуху бакар се превлачи зеленим заштитним слојем патине. У присуству \(\text{SO}_2\) настаје базни бакар(II)-сулфат: \((\text{CuOH})_2\text{SO}_4\).
- Тамњење сребра: Сребро не реагује директно са \(\text{O}_2\), али у присуству трагова \(\text{H}_2\text{S}\) из ваздуха потамни услед грађења црног сребро-сулфида (\(\text{Ag}_2\text{S}\)).
Загревање бакра на ваздуху:
Преко \(300\ ^\circ\text{C}\) настаје црни бакар(II)-оксид: \[ 2\text{Cu(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{CuO(s)} \] Загревањем до усијања прелази у црвени бакар(I)-оксид: \[ \text{CuO(s)} + \text{Cu(s)} \longrightarrow \text{Cu}_2\text{O(s)} \]
Преко \(300\ ^\circ\text{C}\) настаје црни бакар(II)-оксид: \[ 2\text{Cu(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{CuO(s)} \] Загревањем до усијања прелази у црвени бакар(I)-оксид: \[ \text{CuO(s)} + \text{Cu(s)} \longrightarrow \text{Cu}_2\text{O(s)} \]
Реакција са киселинама:
1. Бакар реагује са разблаженом \(\text{H}_2\text{SO}_4\) и \(\text{HCl}\) само уз присуство кисеоника из ваздуха: \[ 2\text{Cu(s)} + 2\text{H}_2\text{SO}_4\text{(aq)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{CuSO}_4\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \] 2. Са јаким оксидујућим киселинама (\(\text{HNO}_3\), концентрована \(\text{H}_2\text{SO}_4\)) реагују и бакар и сребро, при чему се редукује анјон киселине (ослобађају се \(\text{NO}_2\), \(\text{NO}\) или \(\text{SO}_2\)), а не истискује се \(\text{H}_2\).
1. Бакар реагује са разблаженом \(\text{H}_2\text{SO}_4\) и \(\text{HCl}\) само уз присуство кисеоника из ваздуха: \[ 2\text{Cu(s)} + 2\text{H}_2\text{SO}_4\text{(aq)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{CuSO}_4\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \] 2. Са јаким оксидујућим киселинама (\(\text{HNO}_3\), концентрована \(\text{H}_2\text{SO}_4\)) реагују и бакар и сребро, при чему се редукује анјон киселине (ослобађају се \(\text{NO}_2\), \(\text{NO}\) или \(\text{SO}_2\)), а не истискује се \(\text{H}_2\).
Оксиди и хидроксиди:
- \(\text{Cu}_2\text{O}\) – бакар(I)-оксид (црвене боје, базан оксид).
- \(\text{CuO}\) – бакар(II)-оксид (црне боје, базан оксид).
- \(\text{Cu(OH)}_2\) – бакар(II)-хидроксид, плавозелени талог који настаје дејством алкалних база на растворе \(\text{Cu}^{2+}\) соли: \[ \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightleftharpoons \text{Cu(OH)}_2\text{(s)} \]
Боја соли: Безводни бакар(II)-сулфат (\(\text{CuSO}_4\)) је бели прах, док су хидратисане соли и водени раствори \(\text{Cu}^{2+}\) јона карактеристичне плаве боје.
Плави камен (модра галица): Хидратисани бакар(II)-сулфат (\(\text{CuSO}_4 \cdot n\text{H}_2\text{O}\)).
• Примена: За доказивање присутства воде у лабораторији и као моћан фунгицид у виноградарству и воћарству (уништавање штетних гљива и плесни).
• Примена: За доказивање присутства воде у лабораторији и као моћан фунгицид у виноградарству и воћарству (уништавање штетних гљива и плесни).
Сребро(I)-оксид (\(\text{Ag}_2\text{O}\)): Базан оксид тамносмеђе боје, тешко растворан у води. Настаје дејством јаких база на соли сребра (нестабилни \(\text{AgOH}\) одмах губи воду):
\[ 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} + 2\text{NaOH(aq)} \longrightarrow \text{Ag}_2\text{O(s)} + 2\text{NaNO}_3\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O(l)} \]
Сребро-нитрат (\(\text{AgNO}_3\), лапис):
- Добро се раствара у води; фотосензитиван је (осетљив на светлост) и чува се у тамним боцама.
- Користи се као главни реагенс за доказивање халогенидних јона (\(\text{Cl}^-\), \(\text{Br}^-\), \(\text{I}^-\)), јер гради карактеристичне нерастворне талоге (осим \(\text{AgF}\) који је растворан): \[ \text{AgNO}_3\text{(aq)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow + \text{HNO}_3\text{(aq)} \]
Талог сребро-хлорида (\(\text{AgCl}\)) се лако раствара у воденом раствору амонијака градећи растворну комплексну со: \([\text{Ag(NH}_3)_2]\text{Cl}\).
Примена сребра и једињења: Колоидни раствор сребра („сребрна вода”) користи се као бактерицид у медицини, халогениди сребра (\(\text{AgBr}\), \(\text{AgCl}\)) у фотографској индустрији, а елементарно сребро за огледала, накит и ковани новац.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Навести оксидационе бројеве бакра и сребра у једињењима и боје следећих једињења: \(\text{CuO}\), \(\text{Cu}_2\text{O}\), анхидровани \(\text{CuSO}_4\) и водени раствор \(\text{CuSO}_4\).
- Оксидациони бројеви: бакар гради једињења са оксидационим бројем \(+1\) и \(+2\), док сребро има оксидациони број \(+1\).
- \(\text{CuO}\) (бакар(II)-оксид): црна боја.
- \(\text{Cu}_2\text{O}\) (бакар(I)-оксид): црвена боја.
- Анхидровани (безводни) \(\text{CuSO}_4\): бела боја.
- Водени раствор \(\text{CuSO}_4\): плава боја (потиче од хидратисаних \(\text{Cu}^{2+}\) јона).
Задатак 2 (средњи):
а) Зашто бакар и сребро не истискују водоник из разблажене хлороводоничне киселине?
б) Написати молекулску и јонску једначину реакције доказивања хлоридних јона помоћу сребро-нитрата.
а) Зашто бакар и сребро не истискују водоник из разблажене хлороводоничне киселине?
б) Написати молекулску и јонску једначину реакције доказивања хлоридних јона помоћу сребро-нитрата.
а) Бакар и сребро имају позитивне вредности стандардног електродног потенцијала (\(E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\text{ V}\), \(E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V}\)), што значи да су мање реактивни од водоника и не могу га редуковати из киселина.
б)
Молекулски облик: \[ \text{AgNO}_3\text{(aq)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow + \text{HNO}_3\text{(aq)} \] Јонски облик: \[ \text{Ag}^+\text{(aq)} + \text{Cl}^-\text{(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow \] (Настаје бели сирасти талог \(\text{AgCl}\)).
б)
Молекулски облик: \[ \text{AgNO}_3\text{(aq)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow + \text{HNO}_3\text{(aq)} \] Јонски облик: \[ \text{Ag}^+\text{(aq)} + \text{Cl}^-\text{(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow \] (Настаје бели сирасти талог \(\text{AgCl}\)).
Задатак 3 (средњи): Написати једначине хемијских реакција којима се могу извести следеће трансформације:
\[ \text{CuO} \longrightarrow \text{CuCl}_2 \longrightarrow \text{Cu(OH)}_2 \longrightarrow \text{CuO} \]
1. Растварање базног оксида у киселини:
\[ \text{CuO(s)} + 2\text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{CuCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O(l)} \]
2. Таложење хидроксида дејством алкалне базе:
\[ \text{CuCl}_2\text{(aq)} + 2\text{NaOH(aq)} \longrightarrow \text{Cu(OH)}_2\text{(s)}\downarrow + 2\text{NaCl(aq)} \]
3. Термичко разлагање хидроксида загревањем:
\[ \text{Cu(OH)}_2\text{(s)} \xrightarrow{\quad\Delta\quad} \text{CuO(s)} + \text{H}_2\text{O(l)} \]
Задатак 4 (тежак): Колико се грама елементарног бакра добија саморедукцијом из \(286\text{ g}\) куприта (\(\text{Cu}_2\text{O}\)) према реакцији са халкозином:
\[ 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + \text{Cu}_2\text{S(s)} \longrightarrow 6\text{Cu(s)} + \text{SO}_2\text{(g)} \]
ако је релативна молекулска маса \(M(\text{Cu}_2\text{O}) = 143\text{ g/mol}\), а релативна атомска маса \(M(\text{Cu}) = 63{,}5\text{ g/mol}\)?
1. Израчунавамо количину супстанце куприта (\(\text{Cu}_2\text{O}\)):
\[ n(\text{Cu}_2\text{O}) = \frac{m(\text{Cu}_2\text{O})}{M(\text{Cu}_2\text{O})} = \frac{286\text{ g}}{143\text{ g/mol}} = 2\text{ mol} \]
2. Из стехиометријског односа једначине видимо:
\[ \frac{n(\text{Cu})}{n(\text{Cu}_2\text{O})} = \frac{6}{2} = 3 \implies n(\text{Cu}) = 3 \cdot n(\text{Cu}_2\text{O}) = 3 \cdot 2\text{ mol} = 6\text{ mol} \]
3. Израчунавамо масу добијеног бакра:
\[ m(\text{Cu}) = n(\text{Cu}) \cdot M(\text{Cu}) = 6\text{ mol} \cdot 63{,}5\text{ g/mol} = 381\text{ g} \]
Одговор: Добија се \(381\text{ g}\) бакра.
