- Proprietes physiques et chimiques
- Configuration électronique
- Structure chimique
- Applications
- Des risques
- Références
Le nitrate de cuivre (II) ou nitrate cuivrique, de formule chimique Cu (NO 3) 2, est un sel inorganique bleu-vert aux couleurs vives et attrayantes. Il est synthétisé à l'échelle industrielle à partir de la décomposition des minéraux de cuivre, y compris les minéraux gerhardite et rouaite.
D'autres méthodes plus réalisables, en termes de matière première et de quantités souhaitées de sel, consistent en des réactions directes avec le cuivre métallique et ses composés dérivés. Lorsque le cuivre est en contact avec une solution concentrée d'acide nitrique (HNO 3), une réaction redox se produit.
Dans cette réaction, le cuivre est oxydé et l'azote est réduit selon l'équation chimique suivante:
Cu (s) + 4HNO 3 (conc) => Cu (NO 3) 2 (aq) + 2H 2 O (l) + 2NO 2 (g)
Le dioxyde d'azote (NO 2) est un gaz brun nocif; la solution aqueuse résultante est bleuâtre. Le cuivre peut former l'ion cuivreux (Cu +), l'ion cuivrique (Cu 2+) ou l'ion moins commun Cu 3+; cependant, l'ion cuivreux n'est pas favorisé dans les milieux aqueux par de nombreux facteurs électroniques, énergétiques et géométriques.
Le potentiel de réduction standard pour Cu + (0,52 V) est supérieur à celui pour Cu 2+ (0,34 V), ce qui signifie que Cu + est plus instable et a tendance à gagner un électron pour devenir Cu (s). Cette mesure électrochimique explique pourquoi CuNO 3 n'existe pas en tant que produit de réaction, ou du moins dans l'eau.
Proprietes physiques et chimiques
Le nitrate de cuivre est anhydre (sec) ou hydraté avec différentes proportions d'eau. L'anhydride est un liquide bleu, mais après s'être coordonné avec des molécules d'eau - capables de former des liaisons hydrogène - il cristallise sous forme de Cu (NO 3) 2 · 3H 2 O ou Cu (NO 3) 2 · 6H 2 O. Ce sont les trois formes de sel les plus disponibles sur le marché.
Le poids moléculaire du sel sec est de 187,6 g / mol, ajoutant à cette valeur 18 g / mol pour chaque molécule d'eau incorporée dans le sel. Sa densité est égale à 3,05 g / mL, et elle diminue pour chaque molécule d'eau incorporée: 2,32 g / mL pour le sel trihydraté, et 2,07 g / mL pour le sel hexa-hydraté. Il n'a pas de point d'ébullition, mais se sublime plutôt.
Les trois formes de nitrate de cuivre sont hautement solubles dans l'eau, l'ammoniac, le dioxane et l'éthanol. Leurs points de fusion chutent lorsqu'une autre molécule est ajoutée à la sphère de coordination externe du cuivre; la fusion est suivie d'une décomposition thermique du nitrate de cuivre, produisant les gaz nocifs de NO 2:
2 Cu (NO 3) 2 (s) => 2 CuO (s) + 4 NO 2 (g) + O 2 (g)
L'équation chimique ci-dessus est pour le sel anhydre; pour les sels hydratés, de la vapeur d'eau sera également produite sur le côté droit de l'équation.
Configuration électronique
La configuration électronique pour l'ion Cu 2+ est 3d 9, affichant le paramagnétisme (l'électron dans l'orbitale 3d 9 n'est pas apparié).
Puisque le cuivre est un métal de transition de la quatrième période du tableau périodique, et ayant perdu deux de ses électrons de valence en raison de l'action de HNO 3, il a toujours les orbitales 4s et 4p disponibles pour former des liaisons covalentes. De plus, Cu 2+ peut utiliser deux de ses orbitales 4d les plus externes pour se coordonner avec jusqu'à six molécules.
NO 3 - les anions sont plats, et pour que Cu 2+ puisse se coordonner avec eux, il doit avoir une hybridation sp 3 d 2 qui lui permet d'adopter une géométrie octaédrique; ce qui empêche le NO 3 - anions de « frapper » les uns des autres.
Ceci est réalisé par Cu 2+, en les plaçant dans un plan carré les uns autour des autres. La configuration résultante pour l'atome de Cu dans le sel est: 3d 9 4s 2 4p 6.
Structure chimique
Dans l'image du haut, une molécule isolée de Cu (NO 3) 2 est représentée en phase gazeuse. Les atomes d'oxygène de l'anion nitrate se coordonnent directement avec le centre du cuivre (sphère de coordination interne), formant quatre liaisons Cu-O.
Il a une géométrie moléculaire de plan carré. Le plan est dessiné par les sphères rouges aux sommets et la sphère de cuivre au centre. Les interactions en phase gazeuse sont très faibles en raison des répulsions électrostatiques entre les groupes NO 3 -.
Cependant, dans la phase solide, les centres de cuivre forment des liaisons métalliques –Cu - Cu–, créant des chaînes de cuivre polymériques.
Les molécules d'eau peuvent former des liaisons hydrogène avec des groupes NO 3 -, et celles-ci offriront des liaisons hydrogène pour d'autres molécules d'eau, et ainsi de suite jusqu'à créer une sphère d'eau autour de Cu (NO 3) 2.
Dans cette sphère, vous pouvez avoir de 1 à 6 voisins externes; par conséquent, le sel est facilement hydraté pour générer les sels de tri et hexa hydratés.
Le sel est formé d'un ion Cu 2+ et de deux ions NO 3 -, ce qui lui confère une cristallinité caractéristique des composés ioniques (orthorhombique pour le sel anhydre, rhomboédrique pour les sels hydratés). Cependant, les liaisons sont de nature plus covalente.
Applications
En raison des couleurs fascinantes du nitrate de cuivre, ce sel est utilisé comme additif dans les céramiques, sur les surfaces métalliques, dans certains feux d'artifice et aussi dans l'industrie textile comme mordant.
C'est une bonne source de cuivre ionique pour de nombreuses réactions, en particulier celles dans lesquelles il catalyse des réactions organiques. Il trouve également des utilisations similaires à d'autres nitrates, soit comme fongicide, herbicide ou comme agent de préservation du bois.
Une autre de ses utilisations principales et les plus récentes est la synthèse de catalyseurs CuO, ou de matériaux aux qualités photosensibles.
Il est également utilisé comme réactif classique dans les laboratoires d'enseignement pour montrer les réactions au sein des cellules voltaïques.
Des risques
- C'est un agent fortement oxydant, nocif pour l'écosystème marin, irritant, toxique et corrosif. Il est important d'éviter tout contact physique directement avec le réactif.
- Il n'est pas inflammable.
- Il se décompose à haute température en libérant des gaz irritants, dont le NO 2.
- Dans le corps humain, il peut causer des dommages chroniques aux systèmes cardiovasculaire et nerveux central.
- Peut provoquer une irritation du tractus gastro-intestinal.
- Étant un nitrate, dans le corps, il devient nitrite. Le nitrite fait des ravages sur les niveaux d'oxygène dans le sang et le système cardiovasculaire.
Références
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- MEL Science. (2015-2017). MEL Science. Extrait le 23 mars 2018 de MEL Science: melscience.com
- ResearchGate GmbH. (2008-2018). ResearchGate. Extrait le 23 mars 2018 de ResearchGate: researchgate.net
- Laboratoire scientifique. Laboratoire scientifique. Récupéré le 23 mars 2018 du Science Lab: sciencelab.com
- Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (huitième éd.). p-321. Apprentissage CENGAGE.
- Wikipédia. Wikipédia. Récupéré le 22 mars 2018 sur Wikipedia: en.wikipedia.org
- Aguirre, Jhon Mauricio, Gutiérrez, Adamo et Giraldo, Oscar. (2011). Voie simple pour la synthèse des sels d'hydroxy de cuivre. Journal de la société brésilienne de chimie, 22 (3), 546-551