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Le reazioni tra rame e acido nitrico sono esempi di reazioni redox, in cui il guadagno di elettroni riduce un elemento e la perdita ossida l'altro. L'acido nitrico non è solo un acido forte, è un agente ossidante. Pertanto, può causare l'ossidazione del rame a Cu +2. Se intendi sperimentare queste reazioni, è importante ricordare che rilasciano gas tossici e nocivi.
Concentrazione
Il rame può essere sottoposto a una delle due reazioni, se combinato con acido nitrico, a seconda della concentrazione della soluzione. Se l'acido nitrico viene diluito, il rame verrà ossidato per formare nitrato di rame con ossido nitrico come sottoprodotto. Se la soluzione è concentrata, il rame verrà ossidato per formare nitrato di rame con biossido di azoto come sottoprodotto. L'ossido nitrico e il biossido di azoto sono nocivi e potenzialmente tossici a livelli elevati; il biossido di azoto è il brutto gas bruno presente nella nebbia di fumo in molte città.
Equazioni di reazione
Le equazioni per le due reazioni che possono verificarsi sono: Cu + 4 HNO3 -> Cu (NO3) 2 + 2 NO2 + 2 H2O, che produce biossido di azoto e 3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu (NO3) 2 + 2 NO + 4 H2O, che produce ossido nitrico.
Con acido concentrato, la soluzione appare prima di un colore verde, poi un colore marrone verdastro e infine un colore blu quando diluita in acqua. Qualsiasi reazione è altamente esotermica e rilascia energia sotto forma di calore.
Ossidazione
Un altro modo per capire questa reazione è dividendola in due semireazioni, una per l'ossidazione (perdita di elettroni) e un'altra per la riduzione (guadagno di elettroni). Le semireazioni sono: Cu -> Cu +2 + 2 e-, il che significa che il rame perde due elettroni, e 2 e- + 4 HNO3 ---> 2 NO3 -1 + 2 H2O, che mostra che due elettroni sono stati trasferiti ai prodotti. La velocità di questa reazione dipende dalla superficie del rame; i fili di rame reagiranno più rapidamente delle barre di rame, ad esempio.
Considerazioni
La soluzione cambia colore a causa dell'acqua. A differenza del solido di rame, gli ioni di rame nella soluzione possono formare un tipo di interazione chiamata complesso di coordinazione con le molecole d'acqua e questi complessi conferiscono alla soluzione una tinta blu. Gli acidi minerali come l'acido cloridrico non ossidano il rame allo stesso modo dell'acido nitrico, perché non sono agenti ossidanti forti. L'acido solforico, invece, è un forte agente ossidante. Nelle giuste condizioni, reagirà con il rame per rilasciare il gas di anidride solforosa.
