कॉपर (Cu): रासायनिक अभिक्रियाएँ और गुण

रासायनिक गुणधर्मों का अवलोकन

कॉपर (Cu) परमाणु संख्या 29 वाला एक संक्रमण धातु है। यह d-ब्लॉक तत्वों के विशिष्ट गुणधर्मों को प्रदर्शित करता है, जिसमें परिवर्ती ऑक्सीकरण अवस्थाएँ (+1 और +2, जलीय विलयनों में +2 अधिक स्थिर है) और संकुल निर्माण शामिल हैं।

अभिक्रियाशीलता श्रृंखला में स्थिति

कॉपर विद्युत रासायनिक श्रृंखला में हाइड्रोजन से नीचे स्थित है (मानक इलेक्ट्रोड विभव Cu²⁺/Cu = +0.34 V)। यह हाइड्रोजन से ऊपर के धातुओं (जैसे Fe, Zn) की तुलना में इसकी अपेक्षाकृत कम अभिक्रियाशीलता और तनु गैर-ऑक्सीकारक अम्लों से हाइड्रोजन को विस्थापित करने में इसकी अक्षमता को दर्शाता है।

विद्युत ऋणात्मकता

पॉलिंग स्केल पर कॉपर की विद्युत ऋणात्मकता लगभग 1.90 है, जो मध्यम विद्युत ऋणात्मकता को इंगित करती है।

सामान्य अभिक्रियाशीलता

कॉपर अपेक्षाकृत एक अक्रियाशील धातु है। यह शुष्क हवा में आसानी से संक्षारित नहीं होता है, लेकिन नम हवा में धूमिल हो जाता है। इसकी अभिक्रियाओं के लिए अक्सर उच्च तापमान या ऑक्सीकारक अभिकर्मकों की उपस्थिति की आवश्यकता होती है।

वायु और ऑक्सीजन की क्रिया

शुष्क वायु में

कमरे के तापमान पर कॉपर शुष्क वायु के साथ अभिक्रिया नहीं करता है।

नम वायु में

नम वायु और कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में लंबे समय तक रहने पर, कॉपर धीरे-धीरे धूमिल हो जाता है, जिससे हरापन लिए हुए परत बनती है जिसे वर्डिग्रिस (क्षारीय कॉपर कार्बोनेट) के नाम से जाना जाता है।

2 Cu(s) + O₂(g) + CO₂(g) + H₂O(l) → CuCO₃·Cu(OH)₂(s) (क्षारीय कॉपर कार्बोनेट, वर्डिग्रिस)

वायु/ऑक्सीजन में गर्म करना

1. मध्यम तापमान पर (~300-800°C): कॉपर ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके काला कॉपर(II) ऑक्साइड (क्यूप्रिक ऑक्साइड) बनाता है। 2 Cu(s) + O₂(g) → 2 CuO(s) (काला)

2. सीमित ऑक्सीजन के साथ उच्च तापमान पर (~1000°C): कॉपर अभिक्रिया करके लाल कॉपर(I) ऑक्साइड (क्यूप्रस ऑक्साइड) बना सकता है। 4 Cu(s) + O₂(g) → 2 Cu₂O(s) (लाल)

जल और भाप की क्रिया

अभिक्रियाशीलता श्रृंखला में हाइड्रोजन से नीचे स्थित होने के कारण, कॉपर ठंडे पानी, गर्म पानी या भाप के साथ, उच्च तापमान पर भी, अभिक्रिया नहीं करता है।

अम्लों और क्षारों की क्रिया

तनु गैर-ऑक्सीकारक अम्लों के साथ (उदाहरण के लिए, HCl, तनु H₂SO₄)

हवा की अनुपस्थिति में कॉपर तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल या तनु सल्फ्यूरिक अम्ल के साथ अभिक्रिया नहीं करता है, क्योंकि यह हाइड्रोजन को विस्थापित नहीं कर सकता है। Cu(s) + 2 HCl(aq) → No reaction Cu(s) + H₂SO₄(dilute) → No reaction

हालांकि, हवा की उपस्थिति में, धीमी ऑक्सीकरण हो सकता है: 2 Cu(s) + 4 HCl(aq) + O₂(g) → 2 CuCl₂(aq) + 2 H₂O(l)

ऑक्सीकारक अम्लों के साथ

1. तनु नाइट्रिक अम्ल (HNO₃) के साथ: कॉपर अभिक्रिया करके कॉपर(II) नाइट्रेट और नाइट्रिक ऑक्साइड गैस बनाता है। 3 Cu(s) + 8 HNO₃(dilute) → 3 Cu(NO₃)₂(aq) + 2 NO(g) + 4 H₂O(l)

2. सांद्र नाइट्रिक अम्ल (HNO₃) के साथ: कॉपर तीव्र रूप से अभिक्रिया करके कॉपर(II) नाइट्रेट, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड गैस (एक भूरी गैस) और पानी बनाता है। Cu(s) + 4 HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 NO₂(g) + 2 H₂O(l)

3. गर्म सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल (H₂SO₄) के साथ: कॉपर अभिक्रिया करके कॉपर(II) सल्फेट, सल्फर डाइऑक्साइड गैस और पानी बनाता है। Cu(s) + 2 H₂SO₄(conc.) → CuSO₄(aq) + SO₂(g) + 2 H₂O(l)

क्षारों के साथ

कॉपर सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) या पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) जैसे प्रबल क्षारों के जलीय विलयनों के साथ अभिक्रिया नहीं करता है, क्योंकि यह उभयधर्मी धातु नहीं है। Cu(s) + NaOH(aq) → No reaction

प्रमुख प्रयोगशाला परीक्षण/पहचान अभिक्रियाएँ (Cu²⁺ आयनों के लिए)

ये परीक्षण गुणात्मक विश्लेषण में Cu²⁺ आयनों की पहचान के लिए महत्वपूर्ण हैं।

1. अमोनियम हाइड्रॉक्साइड (NH₄OH) की क्रिया

• NH₄OH की थोड़ी मात्रा: कॉपर(II) हाइड्रॉक्साइड का हल्का नीला अवक्षेप बनता है। Cu²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) → Cu(OH)₂(s) ↓ (हल्का नीला अवक्षेप)

• अतिरिक्त NH₄OH: हल्का नीला अवक्षेप घुल कर एक गहरा नीला, घुलनशील संकुल, टेट्राअमाइनकॉपर(II) आयन बनाता है। Cu(OH)₂(s) + 4 NH₃(aq) → [Cu(NH₃)₄]²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) (गहरा नीला विलयन)

2. सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) की क्रिया

• थोड़ी मात्रा/अतिरिक्त NaOH: कॉपर(II) हाइड्रॉक्साइड का एक हल्का नीला अवक्षेप बनता है, जो अतिरिक्त क्षार में अघुलनशील होता है। Cu²⁺(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH)₂(s) ↓ + 2 Na⁺(aq) (हल्का नीला अवक्षेप)

3. पोटेशियम आयोडाइड (KI) की क्रिया

जब Cu²⁺ आयनों वाले विलयन में पोटेशियम आयोडाइड मिलाया जाता है, तो एक रेडॉक्स अभिक्रिया होती है। सफेद क्यूप्रस आयोडाइड अवक्षेपित होता है, और आयोडीन (I₂) मुक्त होती है, जिससे विलयन को भूरा रंग मिलता है। 2 Cu²⁺(aq) + 4 KI(aq) → 2 CuI(s) ↓ + I₂(aq) (सफेद अवक्षेप, भूरा विलयन)

4. पोटेशियम फेरोसाइनिड (K₄[Fe(CN)₆]) की क्रिया

कॉपर(II) फेरोसाइनिड का एक चॉकलेट भूरा अवक्षेप बनता है। यह Cu²⁺ आयनों के लिए एक अत्यधिक संवेदनशील परीक्षण है। 2 Cu²⁺(aq) + K₄[Fe(CN)₆](aq) → Cu₂[Fe(CN)₆](s) ↓ + 4 K⁺(aq) (चॉकलेट भूरा अवक्षेप)