કોપર (Cu): રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને ગુણધર્મો

રાસાયણિક ગુણધર્મોનું વિહંગાવલોકન

કોપર (Cu) એ 29 પરમાણુ ક્રમાંક ધરાવતી સંક્રાંતિ ધાતુ છે. તે d-બ્લોક તત્ત્વોના લાક્ષણિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે, જેમાં ચલ ઑક્સિડેશન અવસ્થા (+1 અને +2, જેમાં +2 જલીય દ્રાવણોમાં વધુ સ્થિર છે) અને સંકીર્ણ સંયોજનની રચનાનો સમાવેશ થાય છે.

સક્રિયતા શ્રેણીમાં સ્થાન

કોપર વિદ્યુત-રાસાયણિક શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજનની નીચે સ્થાન ધરાવે છે (પ્રમાણભૂત વિદ્યુતધ્રુવ પોટેન્શિયલ Cu²⁺/Cu = +0.34 V). આ હાઇડ્રોજનની ઉપરની ધાતુઓ (દા.ત., Fe, Zn) ની સરખામણીમાં તેની પ્રમાણમાં ઓછી સક્રિયતા અને મંદ બિન-ઑક્સિડાઇઝિંગ ઍસિડમાંથી હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરવામાં તેની અસમર્થતા દર્શાવે છે.

વિદ્યુતઋણતા

પાઉલિંગ સ્કેલ પર કોપરની વિદ્યુતઋણતા આશરે 1.90 છે, જે મધ્યમ વિદ્યુતઋણતા દર્શાવે છે.

સામાન્ય સક્રિયતા

કોપર પ્રમાણમાં નિષ્ક્રિય ધાતુ છે. તે સૂકી હવામાં સરળતાથી ક્ષય પામતું નથી, પરંતુ ભેજવાળી હવામાં ઝાંખું પડે છે. તેની પ્રતિક્રિયાઓ માટે ઘણીવાર ઊંચા તાપમાન અથવા ઑક્સિડાઇઝિંગ પદાર્થોની હાજરી જરૂરી હોય છે.

હવા અને ઑક્સિજનની પ્રક્રિયા

સૂકી હવામાં

ઓરડાના તાપમાને કોપર સૂકી હવા સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.

ભેજવાળી હવામાં

લાંબા સમય સુધી ભેજવાળી હવા અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડની હાજરીમાં, કોપર ધીમે ધીમે ઝાંખું પડે છે, અને લીલાશ પડતા સ્તરનું નિર્માણ થાય છે જેને વર્ડિગ્રિસ (મૂળભૂત કોપર કાર્બોનેટ) કહેવાય છે.

2 Cu(s) + O₂(g) + CO₂(g) + H₂O(l) → CuCO₃·Cu(OH)₂(s) (મૂળભૂત કોપર કાર્બોનેટ, વર્ડિગ્રિસ)

હવા/ઑક્સિજનમાં ગરમ ​​કરવું

1. મધ્યમ તાપમાને (~300-800°C): કોપર ઑક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને કાળો કોપર(II) ઑક્સાઈડ (ક્યુપ્રિક ઑક્સાઈડ) બનાવે છે. 2 Cu(s) + O₂(g) → 2 CuO(s) (કાળો)

2. ઊંચા તાપમાને (~1000°C) મર્યાદિત ઑક્સિજન સાથે: કોપર પ્રતિક્રિયા કરીને લાલ કોપર(I) ઑક્સાઈડ (ક્યુપ્રસ ઑક્સાઈડ) બનાવી શકે છે. 4 Cu(s) + O₂(g) → 2 Cu₂O(s) (લાલ)

પાણી અને વરાળની પ્રક્રિયા

કોપર સક્રિયતા શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજનની નીચે હોવાને કારણે ઠંડા પાણી, ગરમ પાણી અથવા વરાળ સાથે, ઊંચા તાપમાને પણ પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.

ઍસિડ અને બેઝની પ્રક્રિયા

મંદ બિન-ઑક્સિડાઇઝિંગ ઍસિડ સાથે (દા.ત., HCl, મંદ H₂SO₄)

હવાની ગેરહાજરીમાં કોપર મંદ હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ અથવા મંદ સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી, કારણ કે તે હાઇડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરી શકતું નથી. Cu(s) + 2 HCl(aq) → No reaction Cu(s) + H₂SO₄(dilute) → No reaction

જોકે, હવાની હાજરીમાં, ધીમું ઑક્સિડેશન થઈ શકે છે: 2 Cu(s) + 4 HCl(aq) + O₂(g) → 2 CuCl₂(aq) + 2 H₂O(l)

ઑક્સિડાઇઝિંગ ઍસિડ સાથે

1. મંદ નાઇટ્રિક ઍસિડ (HNO₃) સાથે: કોપર પ્રતિક્રિયા કરીને કોપર(II) નાઇટ્રેટ અને નાઇટ્રિક ઑક્સાઈડ વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે. 3 Cu(s) + 8 HNO₃(dilute) → 3 Cu(NO₃)₂(aq) + 2 NO(g) + 4 H₂O(l)

2. સાંદ્ર નાઇટ્રિક ઍસિડ (HNO₃) સાથે: કોપર પ્રબળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને કોપર(II) નાઇટ્રેટ, નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઈડ વાયુ (એક ભૂરો વાયુ) અને પાણી ઉત્પન્ન કરે છે. Cu(s) + 4 HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 NO₂(g) + 2 H₂O(l)

3. ગરમ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ (H₂SO₄) સાથે: કોપર પ્રતિક્રિયા કરીને કોપર(II) સલ્ફેટ, સલ્ફર ડાયોક્સાઈડ વાયુ અને પાણી ઉત્પન્ન કરે છે. Cu(s) + 2 H₂SO₄(conc.) → CuSO₄(aq) + SO₂(g) + 2 H₂O(l)

આલ્કલી/બેઝ સાથે

કોપર સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઈડ (NaOH) અથવા પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઈડ (KOH) જેવા પ્રબળ આલ્કલીના જલીય દ્રાવણો સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી, કારણ કે તે ઉભયધર્મી ધાતુ નથી. Cu(s) + NaOH(aq) → No reaction

મુખ્ય પ્રયોગશાળા પરીક્ષણ/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ (Cu²⁺ આયનો માટે)

આ પરીક્ષણો Cu²⁺ આયનોને ગુણાત્મક પૃથ્થકરણમાં ઓળખવા માટે મહત્ત્વપૂર્ણ છે.

1. એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઈડ (NH₄OH) ની પ્રક્રિયા

• થોડી માત્રામાં NH₄OH: કોપર(II) હાઇડ્રોક્સાઈડનો આછો વાદળી અવક્ષેપ બને છે. Cu²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) → Cu(OH)₂(s) ↓ (આછો વાદળી અવક્ષેપ)

• વધારાનો NH₄OH: આછો વાદળી અવક્ષેપ ઓગળીને ઘેરો વાદળી, દ્રાવ્ય સંકીર્ણ, ટેટ્રાએમાઇનકોપર(II) આયન બનાવે છે. Cu(OH)₂(s) + 4 NH₃(aq) → [Cu(NH₃)₄]²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) (ઘેરો વાદળી દ્રાવણ)

2. સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઈડ (NaOH) ની પ્રક્રિયા

• થોડી માત્રા/વધારાનો NaOH: કોપર(II) હાઇડ્રોક્સાઈડનો આછો વાદળી અવક્ષેપ બને છે, જે વધારાના આલ્કલીમાં અદ્રાવ્ય છે. Cu²⁺(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH)₂(s) ↓ + 2 Na⁺(aq) (આછો વાદળી અવક્ષેપ)

3. પોટેશિયમ આયોડાઇડ (KI) ની પ્રક્રિયા

જ્યારે Cu²⁺ આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં પોટેશિયમ આયોડાઇડ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે રેડૉક્સ પ્રક્રિયા થાય છે. સફેદ ક્યુપ્રસ આયોડાઇડ અવક્ષેપિત થાય છે, અને આયોડિન (I₂) મુક્ત થાય છે, જે દ્રાવણને ભૂરો રંગ આપે છે. 2 Cu²⁺(aq) + 4 KI(aq) → 2 CuI(s) ↓ + I₂(aq) (સફેદ અવક્ષેપ, ભૂરો દ્રાવણ)

4. પોટેશિયમ ફેરોસાયનાઇડ (K₄[Fe(CN)₆]) ની પ્રક્રિયા

કોપર(II) ફેરોસાયનાઇડનો ચોકલેટી ભૂરો અવક્ષેપ બને છે. આ Cu²⁺ આયનો માટે અત્યંત સંવેદનશીલ કસોટી છે. 2 Cu²⁺(aq) + K₄[Fe(CN)₆](aq) → Cu₂[Fe(CN)₆](s) ↓ + 4 K⁺(aq) (ચોકલેટી ભૂરો અવક્ષેપ)