Revision Guide • Class 10-12 / JEE / NEET
కాపర్ (Cu): ధర్మాలు, చర్యలు & అనువర్తనాలు (JEE/NEET/CBSE పునశ్చరణ)
By Periodic Table India
CBSE / JEE Prep Notes
- Copper - d-block elements - Transition Metals - JEE Chemistry - NEET Chemistry - CBSE Class 12 - Inorganic Chemistry
కాపర్ (Cu) పరిచయం
కాపర్ (Cu), ఒక పరివర్తన లోహం, మానవ చరిత్రలో పురాతన పనిముట్లు మరియు నాణేల నుండి ఆధునిక విద్యుత్ వైరింగ్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్ వరకు కీలక పాత్ర పోషించింది. అధిక విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత, సాగే గుణం (malleability), తీగలుగా సాగే గుణం (ductility), మరియు తుప్పు నిరోధకత వంటి దాని ప్రత్యేక లక్షణాల సమ్మేళనం దీనిని అనేక అనువర్తనాలలో అనివార్యంగా చేస్తుంది.
CBSE/JEE త్వరిత పునశ్చరణ గమనికలు
- చిహ్నం: Cu
- పరమాణు సంఖ్య: 29
- పరమాణు ద్రవ్యరాశి: 63.55 g/mol
- ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం:
[Ar] 3d^10 4s^1(పూర్తిగా నిండిన d-ఉపకక్ష్య స్థిరత్వం కారణంగా ఆఫ్బౌ నియమానికి ఇది ఒక మినహాయింపు) - గ్రూప్: 11 (లేదా IB)
- పీరియడ్: 4
- బ్లాక్: d-బ్లాక్ (పరివర్తన లోహం)
- సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితులు: +1 (క్యూప్రస్) మరియు +2 (క్యూప్రిక్). +2 స్థితి సాధారణంగా సజల ద్రావణాలలో మరింత స్థిరంగా ఉంటుంది.
- స్వభావం: ఎరుపు-గోధుమ రంగు లోహం, అత్యంత సాగే మరియు తీగలుగా సాగే గుణం కలది. ఉష్ణానికి మరియు విద్యుత్తుకు అద్భుతమైన వాహకం.
3d^9విన్యాసంలో ఒక జతకాని ఎలక్ట్రాన్ ఉండటం వలనCu^2+స్థితిలో పారామాగ్నెటిక్ స్వభావం కలిగి ఉంటుంది.
ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం & బంధ స్వభావం
కాపర్ ఊహించిన [Ar] 3d^9 4s^2 బదులుగా [Ar] 3d^10 4s^1 అనే అసాధారణ ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది. ఇది పూర్తిగా నిండిన (d^10) మరియు సగం నిండిన (d^5) d-ఆర్బిటాల్ల మెరుగైన స్థిరత్వానికి కారణం.
Cu^+అయాన్ (క్యూప్రస్):4s^1ఎలక్ట్రాన్ను కోల్పోవడం ద్వారా ఏర్పడుతుంది, దీని ఫలితంగా[Ar] 3d^10వస్తుంది. ఇది డయామాగ్నెటిక్ మరియు సాధారణంగా సజల ద్రావణంలో తక్కువ స్థిరంగా ఉంటుంది,Cu^2+మరియుCuగా అసమాన విఘటనం (disproportionate) చెందే ధోరణిని కలిగి ఉంటుంది.2Cu^+(aq) → Cu^2+(aq) + Cu(s)Cu^2+అయాన్ (క్యూప్రిక్):4s^1ఎలక్ట్రాన్ మరియు ఒక3dఎలక్ట్రాన్ను కోల్పోవడం ద్వారా ఏర్పడుతుంది, దీని ఫలితంగా[Ar] 3d^9వస్తుంది. ఒక జతకాని ఎలక్ట్రాన్ ఉండటం వలన ఇది పారామాగ్నెటిక్ మరియు సాధారణంగా నీలి రంగు ద్రావణాలను మరియు సమ్మేళనాలను ఇస్తుంది. సజల వాతావరణాలలో ఇది మరింత స్థిరమైన ఆక్సీకరణ స్థితి.
లిగాండ్ పరస్పర చర్యల కోసం d-ఆర్బిటాల్లు అందుబాటులో ఉండటం వలన కాపర్ అయానిక్ లవణాలు (ఉదాహరణకు, CuCl2), సమయోజనీయ సమ్మేళనాలు మరియు అనేక సమన్వయ సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది.
కీలక రసాయన చర్యలు
1. గాలి/ఆక్సిజన్తో చర్య
- గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద: తేమతో కూడిన గాలిలో ప్రాథమిక కాపర్ కార్బోనేట్ (వెర్డిగ్రిస్) ఏర్పడటం వలన కాపర్ నెమ్మదిగా రంగు మారుతుంది.
2Cu(s) + H2O(l) + CO2(g) + O2(g) → CuCO3·Cu(OH)2(s) - గాలిలో (బలంగా) వేడి చేసినప్పుడు: నల్ల కాపర్(II) ఆక్సైడ్ను ఏర్పరుస్తుంది.
2Cu(s) + O2(g) → 2CuO(s) - అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (పరిమిత ఆక్సిజన్/అధిక Cu తో): ఎరుపు కాపర్(I) ఆక్సైడ్ను ఏర్పరుస్తుంది.
4Cu(s) + O2(g) → 2Cu2O(s)
2. ఆమ్లాలతో చర్య
కాపర్ హైడ్రోజన్ కంటే తక్కువ చురుకైనది మరియు సజల HCl లేదా H2SO4 వంటి ఆక్సీకరణం చెందని ఆమ్లాలతో చర్య జరపదు. అయితే, ఇది ఆక్సీకరణం చెందే ఆమ్లాలతో చర్య జరుపుతుంది.
- సజల నైట్రిక్ ఆమ్లంతో: నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ వాయువును ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
3Cu(s) + 8HNO3(dilute) → 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) - గాఢ నైట్రిక్ ఆమ్లంతో: నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ వాయువును ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
Cu(s) + 4HNO3(conc) → Cu(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l) - వేడి, గాఢ సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో: సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ వాయువును ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
Cu(s) + 2H2SO4(conc, hot) → CuSO4(aq) + SO2(g) + 2H2O(l)
3. హాలోజెన్లతో చర్య
- కాపర్ హాలోజెన్లతో చర్య జరిపి కాపర్(II) హాలైడ్లను ఏర్పరుస్తుంది.
Cu(s) + Cl2(g) → CuCl2(s)Cu(s) + Br2(l) → CuBr2(s)
4. స్థానభ్రంశం చర్యలు
కాపర్ తక్కువ చురుకైన లోహాలను వాటి లవణ ద్రావణాల నుండి స్థానభ్రంశం చేయగలదు.
- సిల్వర్ స్థానభ్రంశం:
Cu(s) + 2AgNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + 2Ag(s)
5. సంక్లిష్ట సమ్మేళనాల ఏర్పాటు (Complex Formation)
టెట్రాఅమ్మైన్కాపర్(II) అయాన్ ఏర్పడటం వలన కాపర్(II) అయాన్లు అమ్మోనియాతో ప్రత్యేకమైన ముదురు నీలి ద్రావణాలను ఏర్పరుస్తాయి.
CuSO4(aq) + 4NH3(aq) → [Cu(NH3)4]SO4(aq)
పారిశ్రామిక మరియు జీవ ప్రాముఖ్యత
పారిశ్రామిక ప్రాముఖ్యత
- విద్యుత్ పరిశ్రమ: కాపర్ యొక్క అధిక విద్యుత్ వాహకత దీనిని విద్యుత్ వైరింగ్, కేబుల్స్ మరియు భాగాలకు ప్రాథమిక పదార్థంగా చేస్తుంది.
- మిశ్రమాలు (Alloys): అనేక మిశ్రమాలలో అవసరమైన భాగం:
- ఇత్తడి (Brass): (కాపర్ + జింక్) - ప్లంబింగ్, సంగీత వాయిద్యాలు, అలంకరణ వస్తువులలో ఉపయోగిస్తారు.
- కంచు (Bronze): (కాపర్ + టిన్) - శిల్పాలు, బేరింగ్లు, సముద్ర ఫిట్టింగ్లలో ఉపయోగిస్తారు.
- జర్మన్ సిల్వర్: (కాపర్ + జింక్ + నికెల్) - కత్తులు, ఆభరణాలలో ఉపయోగిస్తారు.
- నిర్మాణం: దాని మన్నిక మరియు తుప్పు నిరోధకత కారణంగా పైకప్పులు, ప్లంబింగ్ మరియు నిర్మాణ అనువర్తనాలలో ఉపయోగిస్తారు.
- నాణేలు: చారిత్రాత్మకంగా మరియు ప్రస్తుతం నాణేలలో ఉపయోగిస్తున్నారు.
- ఉత్ప్రేరకం (Catalysis): కాపర్ మరియు దాని సమ్మేళనాలు వివిధ కర్బన చర్యలలో ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తాయి, ఉదాహరణకు ఫ్తలోసయనిన్ డైల సంశ్లేషణలో.
జీవ ప్రాముఖ్యత
- అవసరమైన సూక్ష్మ మూలకం: అన్ని జీవులకు కాపర్ చాలా ముఖ్యమైనది, తక్కువ మొత్తంలో అవసరం.
- ఎంజైమ్ కోఫ్యాక్టర్: ఇది అనేక ఎంజైమ్లలో కీలక భాగం, వాటిలో:
- సైటోక్రోమ్ సి ఆక్సిడేస్: సెల్యులార్ శ్వాసక్రియలో పాలుపంచుకుంటుంది.
- సూపర్ఆక్సైడ్ డిస్ముటేస్ (SOD): కణాలను నష్టం నుండి రక్షించే ఒక యాంటీఆక్సిడెంట్ ఎంజైమ్.
- టైరోసినేస్: మెలనిన్ ఉత్పత్తిలో పాలుపంచుకుంటుంది.
- లైసిల్ ఆక్సిడేస్: కొల్లాజెన్ మరియు ఎలాస్టిన్ క్రాస్-లింకింగ్ (సంయోజక కణజాలం ఏర్పడటం) కోసం అవసరం.
- ఆక్సిజన్ రవాణా: కొన్ని మొలస్క్లు మరియు ఆర్థ్రోపాడ్లలో, కాపర్ కలిగిన ప్రోటీన్ హెమోసైనిన్ ఆక్సిజన్ వాహకంగా పనిచేస్తుంది, వెన్నెముక గల జీవులలో హిమోగ్లోబిన్కు సమానంగా ఉంటుంది.
- ఐరన్ మెటబాలిజం: ఐరన్ శోషణ, రవాణా మరియు వినియోగంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది.
- ఆరోగ్యపరమైన చిక్కులు: కాపర్ లోపం మరియు అధికం రెండూ తీవ్రమైన ఆరోగ్య సమస్యలకు దారితీస్తాయి.
- విల్సన్ వ్యాధి (Wilson’s disease): కాలేయం, మెదడు మరియు ఇతర అవయవాలలో అధిక కాపర్ చేరడానికి దారితీసే జన్యుపరమైన రుగ్మత.
- మెంకెస్ వ్యాధి (Menkes disease): కాపర్ లోపానికి దారితీసే జన్యుపరమైన రుగ్మత.