Оксид меди (I)

Оксид меди (I) (гемиоксид меди, окси́д димеди, устар. Закись меди) — химическое соединение с формулой  Cu₂O. Соединение меди с кислородом, основный оксид. Кристаллическое вещество коричнево-красного цвета. В природе встречается в виде минерала куприта.

Содержание

• 1 Нахождение в природе
• 2 Физические свойства
• 3 Химические свойства
  • 3.1 Реакции в водных растворах
  • 3.2 Реакции при высоких температурах
  • 3.3 Прочие реакции
• 4 Получение
• 5 Применение
• 6 Токсичность

Нахождение в природе

Оксид меди (I) встречается в природе в виде минерала куприта (устаревшие названия: красная медная руда, стекловатая медная руда, рубиновая медь). Цвет минерала красный, коричнево-красный, пурпурно-красный или чёрный. Твёрдость по шкале Мооса 3,5 — 4.

Разновидность куприта с удлиненными нитевидными кристаллами называется халькотрихит (устаревшее название: плюшевая медная руда). Кирпично-красная смесь куприта с лимонитом носит название «черепичная руда».

Физические свойства

Оксид меди (I) при нормальных условиях — твёрдое вещество коричнево-красного цвета нерастворимое в воде и этаноле. Плавится без разложения при 1242 °C.

Оксид меди (I) имеет кубическую сингонию кристаллической решётки, пространственная группа P n3m, a = 0,4270 нм, Z = 2.

Химические свойства

Реакции в водных растворах

Оксид меди (I) не реагирует с водой. В очень малой степени (ПР = 1,2⋅10⁻¹⁵) диссоциирует:

 Cu₂O + H₂O  ⇄  2Cu⁺ + 2OH⁻

Равновесие диспропорционирования:

 2Cu⁺  ⇄  Cu²⁺ + Cu

Оксид меди (I) переводится в раствор:

• концентрированной соляной кислотой

 Cu₂O + 4HCl ⟶ 2H[CuCl₂] + H₂O

• концентрированной щёлочью (частично)

 Cu₂O + 2OH⁻ + H₂O ⇄  2[Cu(OH)2]⁻

• концентрированным гидратом аммиака и концентрированными растворами солей аммония

 Cu₂O + 4(NH₃ ⋅ H₂O) ⟶ 2[Cu(NH₃)₂]OH + 3H₂O

 Cu₂O + 2NH₄⁺ ⟶ 2[Cu(H₂O)(NH₃)]⁺

• путём окисления до солей меди (II) различными окислителями (например, концентрированными азотной и серной кислотами, кислородом в разбавленной соляной кислоте)

 Cu₂O + 6HNO₃  ⟶  2Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 3H₂O

 Cu₂O + 3H₂SO₄ ⟶ 2CuSO₄ + SO₂↑ + 3H₂O

 2Cu₂O + 8HCl + O₂ ⟶ 4CuCl₂ + 4H₂O

Также Оксид меди (I) вступает в водных растворах в следующие реакции:

• медленно окисляется кислородом до гидроксида меди (II)

 2Cu₂O + 4H₂O + O₂ ⟶ 4Cu(OH)₂↓

• реагирует с разбавленными галогенводородными кислотами с образованием соответствующих галогенидов меди (I):

 Cu₂O + 2HHal ⟶ 2CuHal↓ + H₂O (Hal = Cl, Br, I)

• в разбавленной серной кислоте дисмутирует на сульфат меди (II) и металлическую медь

 Cu₂O + H₂SO₄ ⟶ CuSO₄ + Cu↓ + H₂O

• восстанавливается до металлической меди типичными восстановителями, например гидросульфитом натрия в концентрированном растворе

 2Cu₂O + 2NaHSO₃ ⟶ 4Cu↓ + Na₂SO₄ + H₂SO₄

Реакции при высоких температурах

Оксид меди (I) восстанавливается до металлической меди в следующих реакциях:

• при нагревании до 1800 °C (разложение)

 2Cu₂O →^1800∘C  4Cu + O₂

• при нагревании в токе водорода, монооксида углерода, с алюминием

 Cu₂O + H₂ →^>250∘C 2Cu + H₂O

 Cu₂O + CO →^{250−300∘C}   2Cu + CO₂

 3Cu₂O + 2Al →^1000∘C   6Cu + Al₂O₃

• при нагревании с серой

 2Cu₂O + 3S →^>600∘C  2Cu₂S + SO₂

 2Cu₂O + Cu₂S →^{1200−1300∘C} 6Cu + SO₂

Оксид меди (I) может быть окислен до соединений меди (II) в токе кислорода или хлора:

 2Cu₂O + O₂ →^500∘C 4CuO

 Cu₂O + Cl₂ →^250∘C  Cu₂Cl₂O

Также, при высоких температурах Оксид меди (I) реагирует:

• с аммиаком (образуется Нитрид меди (I) )

 3Cu₂O + 2NH₃ →^250∘C  2Cu₃N + 3H₂O

• c оксидами щелочных металлов и бария (образуются двойные оксиды)

 Cu₂O + M₂O →^{600−800∘C} 2MCuO

 Cu₂O + BaO →^{500−600∘C}  BaCu₂O₂

Прочие реакции

Оксид меди (I) реагирует с азидоводородом:

• при охлаждении выпадает осадок азида меди (II)

 Cu₂O + 5HN₃ →^10−15∘C 2Cu(N₃)₂↓ + H₂O + NH₃↑ + N₂↑

• при комнатной температуре в токе азидоводородной кислоты выпадает осадок азида меди (I)

 Cu₂O + 2HN₃ →^20−25∘C 2CuN₃↓ + H₂O

Получение

Оксид меди (I) может быть получен:

• нагреванием металлической меди при недостатке кислорода

 4Cu + O₂  →^>200∘C   2Cu₂O

• нагреванием металлической меди в токе оксида азота (I) или оксида азота (II)

 2Cu + N₂O →^{500−600∘C}   Cu₂O + N₂

 4Cu + 2NO →^{500−600∘C}  2Cu₂O + N₂

• нагреванием металлической меди с оксидом меди (II)

 Cu + CuO →^{1000−1200∘C}   Cu₂O

• термическим разложением оксида меди (II)

 4CuO →^{1026−1100∘C} 2Cu₂O + O₂

• нагреванием сульфида меди (I) в токе кислорода

 2Cu₂S + 3O₂ →^{1200−1300∘C}   2Cu₂O + 2SO₂

В лабораторных условиях Оксид меди (I) может быть получен восстановлением гидроксида меди (II) (например, гидразином):

 4Cu(OH)₂ + N₂H₄ ⋅ H₂O →^100∘C  2Cu₂O ↓ + N₂↑ + 7H₂O

Также, Оксид меди(I) образуется в реакциях ионного обмена солей меди (I) с щелочами, например:

• в реакции йодида меди (I) с горячим концентрированным раствором гидроксида калия

 2CuI + 2KOH ⟶ Cu₂O↓ + 2KI + H₂O

• в реакции дихлорокупрата (I) водорода с разбавленным раствором гидроксида натрия

 2H[CuCl₂] + 4NaOH ⟶ Cu₂O↓ + 4NaCl + 3H₂O

В двух последних реакциях не образуется соединения с составом, соответствующим формуле  CuOH (гидроксид меди (I) ). Образование оксида меди (I) происходит через промежуточную гидратную форму переменного состава  Cu₂O ⋅ xH₂O.

• Окисление альдегидов гидроксидом меди (II). Если к голубому осадку гидроксида меди (II) прилить раствор альдегида и смесь нагреть , то сначала появляется жёлтый осадок гидроксида меди (I):

 R−CHO + 2Cu(OH)₂  →^t R−COOH + 2CuOH↓ + H₂O

при дальнейшем нагревании желтого осадка гидроксида меди (I) превращается в красный Оксид меди (I):

 2CuOH →^tCu₂O + H₂O

Применение

Оксид меди (I) применяется как пигмент для окрашивания стекла, керамики, глазурей; как компонент красок, защищающих подводную часть судна от обрастания; в качестве фунгицида.

Обладает полупроводниковыми свойствами, используется в меднозакисных вентилях.

Токсичность

Оксид меди (I) — умеренно токсичное вещество: LD₅₀ 470 мг/кг (для крыс перорально). Вызывает раздражение глаз, может вызывать раздражение кожи и дыхательных путей.

Очень токсично для водной среды: LC₅₀ для Daphnia magna составляет 0,5 мг/л в течение 48 ч.