तांबे (Cu): रासायनिक अभिक्रिया आणि गुणधर्म

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

तांबे (Cu) हा अणुक्रमांक 29 असलेला एक संक्रमण धातू आहे. तो d-खंड मूलद्रव्यांचे वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म दर्शवतो, ज्यात परिवर्तनीय ऑक्सिडेशन अवस्था (+1 आणि +2, ज्यात जलीय द्रावणात +2 अधिक स्थिर आहे) आणि संकुल निर्मिती (complex formation) यांचा समावेश होतो.

अभिक्रियाशीलता मालिकेतील स्थान

तांबे विद्युतरासायनिक मालिकेत हायड्रोजनच्या खाली स्थित आहे (प्रमाणित इलेक्ट्रोड संभाव्यता Cu²⁺/Cu = +0.34 V). हे हायड्रोजनच्या वर असलेल्या धातूंच्या (उदा. Fe, Zn) तुलनेत त्याची कमी अभिक्रियाशीलता आणि सौम्य गैर-ऑक्सिडायझिंग आम्लातून हायड्रोजनला विस्थापित करण्याची त्याची असमर्थता दर्शवते.

इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी (विद्युतऋणता)

पॉलिंग स्केलवर तांब्याची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी अंदाजे 1.90 आहे, जी मध्यम इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी दर्शवते.

सामान्य अभिक्रियाशीलता

तांबे हा तुलनेने कमी अभिक्रियाशील धातू आहे. कोरड्या हवेत त्याची सहज गंज चढत नाही, परंतु दमट हवेत तो काळपटतो (tarnishes). त्याच्या अभिक्रिया अनेकदा उच्च तापमान किंवा ऑक्सिडायझिंग एजंटची उपस्थिती आवश्यक करतात.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

कोरड्या हवेत

खोलीच्या तापमानावर तांबे कोरड्या हवेत अभिक्रिया करत नाही.

दमट हवेत

दमट हवा आणि कार्बन डायऑक्साइडच्या उपस्थितीत दीर्घकाळ राहिल्यास, तांबे हळूहळू काळपटतो आणि हिरवट रंगाचा थर तयार करतो ज्याला व्हर्डीग्रीस (बेसिक कॉपर कार्बोनेट) म्हणतात.

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

हवा/ऑक्सिजनमध्ये गरम करणे

1. मध्यम तापमानावर (~300-800°C): तांबे ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया करून काळ्या रंगाचे कॉपर(II) ऑक्साईड (क्युप्रिक ऑक्साईड) तयार करतो. 2 Cu(s) + O₂(g) → 2 CuO(s) (काळा)

2. उच्च तापमानावर (~1000°C) मर्यादित ऑक्सिजनसह: तांबे अभिक्रिया करून लाल रंगाचे कॉपर(I) ऑक्साईड (क्युप्रस ऑक्साईड) तयार करू शकतो. 4 Cu(s) + O₂(g) → 2 Cu₂O(s) (लाल)

पाणी आणि वाफेची क्रिया

तांबे, अभिक्रियाशीलता मालिकेत हायड्रोजनच्या खाली असल्यामुळे, थंड पाणी, गरम पाणी किंवा वाफ, अगदी उच्च तापमानावर देखील अभिक्रिया करत नाही.

आम्ल आणि आम्लारीची क्रिया

सौम्य गैर-ऑक्सिडायझिंग आम्लांसोबत (उदा. HCl, सौम्य H₂SO₄)

तांबे सौम्य हायड्रोक्लोरिक आम्ल किंवा सौम्य सल्फ्यूरिक आम्ल सोबत हवेच्या अनुपस्थितीत अभिक्रिया करत नाही, कारण तो हायड्रोजनला विस्थापित करू शकत नाही. Cu(s) + 2 HCl(aq) → No reaction Cu(s) + H₂SO₄(dilute) → No reaction

परंतु, हवेच्या उपस्थितीत, मंद ऑक्सिडेशन होऊ शकते: 2 Cu(s) + 4 HCl(aq) + O₂(g) → 2 CuCl₂(aq) + 2 H₂O(l)

ऑक्सिडायझिंग आम्लांसोबत

1. सौम्य नायट्रिक आम्लासोबत (HNO₃): तांबे अभिक्रिया करून कॉपर(II) नायट्रेट आणि नायट्रिक ऑक्साईड वायू तयार करतो. 3 Cu(s) + 8 HNO₃(dilute) → 3 Cu(NO₃)₂(aq) + 2 NO(g) + 4 H₂O(l)

2. केंद्रित नायट्रिक आम्लासोबत (HNO₃): तांबे तीव्रतेने अभिक्रिया करून कॉपर(II) नायट्रेट, नायट्रोजन डायऑक्साइड वायू (एक तपकिरी वायू) आणि पाणी तयार करतो. Cu(s) + 4 HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 NO₂(g) + 2 H₂O(l)

3. गरम केंद्रित सल्फ्यूरिक आम्लासोबत (H₂SO₄): तांबे अभिक्रिया करून कॉपर(II) सल्फेट, सल्फर डायऑक्साइड वायू आणि पाणी तयार करतो. Cu(s) + 2 H₂SO₄(conc.) → CuSO₄(aq) + SO₂(g) + 2 H₂O(l)

आम्लारी/क्षारकांसोबत

तांबे सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) किंवा पोटॅशियम हायड्रॉक्साईड (KOH) सारख्या मजबूत आम्लारीच्या जलीय द्रावणांशी अभिक्रिया करत नाही, कारण तो उभयधर्मी धातू नाही. Cu(s) + NaOH(aq) → No reaction

मुख्य प्रयोगशाळा चाचण्या/ओळखण्याच्या अभिक्रिया (Cu²⁺ आयनांसाठी)

या चाचण्या गुणात्मक विश्लेषणामध्ये Cu²⁺ आयन ओळखण्यासाठी महत्त्वाच्या आहेत.

1. अमोनियम हायड्रॉक्साईडची (NH₄OH) क्रिया

• कमी प्रमाणात NH₄OH: कॉपर(II) हायड्रॉक्साईडचा फिकट निळा अवक्षेप तयार होतो. Cu²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) → Cu(OH)₂(s) ↓ (फिकट निळा अवक्षेप)

• जास्त प्रमाणात NH₄OH: फिकट निळा अवक्षेप विरघळून गडद निळा, विद्राव्य संकुल, टेट्राअमाइनकॉपर(II) आयन तयार होतो. Cu(OH)₂(s) + 4 NH₃(aq) → [Cu(NH₃)₄]²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) (गडद निळे द्रावण)

2. सोडियम हायड्रॉक्साईडची (NaOH) क्रिया

• कमी प्रमाणात/जास्त प्रमाणात NaOH: कॉपर(II) हायड्रॉक्साईडचा फिकट निळा अवक्षेप तयार होतो, जो जास्त आम्लारीमध्ये अविद्राव्य असतो. Cu²⁺(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH)₂(s) ↓ + 2 Na⁺(aq) (फिकट निळा अवक्षेप)

3. पोटॅशियम आयोडाईडची (KI) क्रिया

जेव्हा Cu²⁺ आयन असलेल्या द्रावणात पोटॅशियम आयोडाईड मिसळले जाते, तेव्हा रेडॉक्स अभिक्रिया घडते. पांढऱ्या रंगाचे क्युप्रस आयोडाईड अवक्षेपित होते आणि आयोडीन (I₂) मुक्त होते, ज्यामुळे द्रावणाला तपकिरी रंग येतो. 2 Cu²⁺(aq) + 4 KI(aq) → 2 CuI(s) ↓ + I₂(aq) (पांढरा अवक्षेप, तपकिरी द्रावण)

4. पोटॅशियम फेरोसायनाइडची (K₄[Fe(CN)₆]) क्रिया

कॉपर(II) फेरोसायनाइडचा चॉकलेट तपकिरी अवक्षेप तयार होतो. Cu²⁺ आयनांसाठी ही एक अत्यंत संवेदनशील चाचणी आहे. 2 Cu²⁺(aq) + K₄[Fe(CN)₆](aq) → Cu₂[Fe(CN)₆](s) ↓ + 4 K⁺(aq) (चॉकलेट तपकिरी अवक्षेप)