Оксид меди(I)

Оксид меди​(I)​
Общие
Традиционные названия	Закись меди, гемиоксид меди, оксид димеди
Хим. формула	Cu2O
Рац. формула	Cu2O
Внешний вид	Коричнево-красные кристаллы
Физические свойства
Молярная масса	143,09 г/моль
Плотность	6,1 г/см³
Твёрдость	3,5 — 4
Термические свойства
Энтальпия
• плавления	+64,22 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	2,4⋅10−7 г/100 мл
Оптические свойства
Показатель преломления	2,85
Структура
Кристаллическая структура	кубическая
Классификация
Рег. номер CAS	1317-39-1
PubChem	10313194
Рег. номер EINECS	215-270-7
SMILES	[Cu]O[Cu]
InChI	InChI=1S/2Cu.O/q2*+1;-2 KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N
RTECS	GL8050000
ChEBI	81908
ChemSpider	8488659
Безопасность
ЛД50	470 мг/кг
Токсичность	средняя
Фразы риска (R)	R22; R50/53
Фразы безопасности (S)	S22; S60; S61
Краткие характер. опасности (H)	H302, H410
Меры предостор. (P)	P273, P501
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 2 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Оксид меди(I) в виале

Окси́д ме́ди(I) (гемиокси́д ме́ди, окси́д диме́ди, устар. за́кись ме́ди, купри́т) — бинарное химическое соединение одновалентной меди с кислородом, амфотерный оксид (проявляет слабые кислотные свойства)

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 удлинёнными 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:

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ H_{2}O\ \rightleftarrows \ 2Cu^{+}+\ 2OH^{-}}}$

Равновесие диспропорционирования:

${\mathsf {2Cu^{+}\ \rightleftarrows \ Cu^{2+}\ +\ Cu\ +\mathbb {Q} }}$

Оксид меди(I) переводится в раствор:

• концентрированной соляной кислотой

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 4HCl\ \longrightarrow \ 2H[CuCl_{2}]\ +\ H_{2}O}}$

• концентрированной щёлочью (частично)

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 2OH^{-}\ +\ H_{2}O\ \rightleftarrows \ 2[Cu(OH)_{2}]^{-}}}$

• концентрированным гидратом аммиака и концентрированными растворами солей аммония

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 4(NH_{3}\cdot H_{2}O)\ \longrightarrow \ 2[Cu(NH_{3})_{2}]OH\ +\ 3H_{2}O}}$

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 2NH_{4}^{+}\ \longrightarrow \ 2[Cu(H_{2}O)(NH_{3})]^{+}}}$

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

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 6HNO_{3}\ \longrightarrow \ 2Cu(NO_{3})_{2}\ +\ 2NO_{2}\uparrow +\ 3H_{2}O}}$

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 3H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ 2CuSO_{4}\ +\ SO_{2}\uparrow +\ 3H_{2}O}}$

${\mathsf {2Cu_{2}O\ +\ 8HCl\ +\ O_{2}\ \longrightarrow \ 4CuCl_{2}\ +\ 4H_{2}O}}$

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

• медленно окисляется кислородом до гидроксида меди(II)

${\mathsf {2Cu_{2}O\ +\ 4H_{2}O\ +\ O_{2}\ \longrightarrow \ 4Cu(OH)_{2}\downarrow }}$

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

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 2HHal\ \longrightarrow \ 2CuHal\downarrow +\ H_{2}O\ \ (Hal\ =\ Cl,\ Br,\ I)}}$

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

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ CuSO_{4}\ +\ Cu\downarrow +\ H_{2}O}}$

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

${\mathsf {2Cu_{2}O\ +\ 2NaHSO_{3}\ \longrightarrow \ 4Cu\downarrow +\ Na_{2}SO_{4}\ +\ H_{2}SO_{4}}}$

Реакции при высоких температурах

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

• при нагревании до 1800 °C (разложение)

${\mathsf {2Cu_{2}O\ {\xrightarrow {1800\ ^{\circ }C}}\ 4Cu\ +\ O_{2}}}$

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

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ H_{2}\ {\xrightarrow {>250\ ^{\circ }C}}\ 2Cu\ +\ H_{2}O}}$

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ CO\ {\xrightarrow {250-300\ ^{\circ }C}}\ 2Cu\ +\ CO_{2}}}$

${\mathsf {3Cu_{2}O\ +\ 2Al\ {\xrightarrow {1000\ ^{\circ }C}}\ 6Cu\ +\ Al_{2}O_{3}}}$

• при нагревании с серой

${\mathsf {2Cu_{2}O\ +\ 3S\ {\xrightarrow {>600\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{2}S\ +\ SO_{2}}}$

${\mathsf {2Cu_{2}O\ +\ Cu_{2}S\ {\xrightarrow {1200-1300\ ^{\circ }C}}\ 6Cu\ +\ SO_{2}}}$

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

${\mathsf {2Cu_{2}O\ +\ O_{2}\ {\xrightarrow {500\ ^{\circ }C}}\ 4CuO}}$

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ Cl_{2}\ {\xrightarrow {250\ ^{\circ }C}}\ Cu_{2}Cl_{2}O}}$

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

• с аммиаком (образуется нитрид меди(I))

${\mathsf {3Cu_{2}O\ +\ 2NH_{3}\ {\xrightarrow {250\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{3}N\ +\ 3H_{2}O}}$

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

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ M_{2}O\ {\xrightarrow {600-800\ ^{\circ }C}}\ 2MCuO}}$

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ BaO\ {\xrightarrow {500-600\ ^{\circ }C}}\ BaCu_{2}O_{2}}}$

Прочие реакции

Оксид меди(I) реагирует с азидоводородом:

• при охлаждении выпадает осадок азида меди(II)

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 5HN_{3}\ {\xrightarrow {10-15\ ^{\circ }C}}\ 2Cu(N_{3})_{2}\downarrow +\ H_{2}O\ +\ NH_{3}\uparrow +\ N_{2}\uparrow }}$

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

${\mathsf {Cu_{2}O\ +\ 2HN_{3}\ {\xrightarrow {20-25\ ^{\circ }C}}\ 2CuN_{3}\downarrow +\ H_{2}O}}$

Получение

Оксид меди(I) может быть получен:

• нагреванием металлической меди при недостатке кислорода

${\mathsf {4Cu\ +\ O_{2}\ {\xrightarrow {>200\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{2}O}}$

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

${\mathsf {2Cu\ +\ N_{2}O\ {\xrightarrow {500-600\ ^{\circ }C}}\ Cu_{2}O\ +\ N_{2}}}$

${\mathsf {4Cu\ +\ 2NO\ {\xrightarrow {500-600\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{2}O\ +\ N_{2}}}$

• нагреванием металлической меди с оксидом меди(II)

${\mathsf {Cu\ +\ CuO\ {\xrightarrow {1000-1200\ ^{\circ }C}}\ Cu_{2}O}}$

• термическим разложением оксида меди(II)

${\mathsf {4CuO\ {\xrightarrow {1026-1100\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{2}O\ +\ O_{2}}}$

• нагреванием сульфида меди(I) в токе кислорода

${\mathsf {2Cu_{2}S\ +\ 3O_{2}\ {\xrightarrow {1200-1300\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{2}O\ +\ 2SO_{2}}}$

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

${\mathsf {4Cu(OH)_{2}\ +\ N_{2}H_{4}\cdot H_{2}O\ {\xrightarrow {100\ ^{\circ }C}}\ 2Cu_{2}O\downarrow +\ N_{2}\uparrow +\ 7H_{2}O}}$

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

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

${\mathsf {2CuI\ +\ 2KOH\ \longrightarrow \ Cu_{2}O\downarrow +\ 2KI\ +\ H_{2}O}}$

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

${\mathsf {2H[CuCl_{2}]\ +\ 4NaOH\ \longrightarrow \ Cu_{2}O\downarrow +\ 4NaCl\ +\ 3H_{2}O}}$

В двух последних реакциях не образуется соединения с составом, соответствующим формуле ${\mathsf {CuOH}}$ (гидроксид меди(I)). Образование оксида меди(I) происходит через промежуточную гидратную форму переменного состава ${\mathsf {Cu_{2}O\cdot xH_{2}O}}$.

• 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):

${\mathsf {R-CHO+2Cu(OH)_{2}\ {\xrightarrow[{}]{t}}\ R-COOH+2CuOH\downarrow +H_{2}O}}$

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

${\mathsf {2CuOH\ {\xrightarrow[{}]{t}}\ Cu_{2}O+H_{2}O}}$

• Также, для получения Cu₂O в небольших количествах можно использовать методику:

1) Готовим 2 раствора. Раствор CuSO₄ с его массовой долей 10% и раствор NaOH с его массовой долей 20%. Также необходимо взять твёрдую глюкозу (C₆H₁₂O₆).

2) Ставим стакан с раствором CuSO₄ на плитку и добавляем глюкозу.

3) Приливаем раствор NaOH в полученную смесь и перемешиваем стеклянной палочкой или на магнитной мешалке.

4) Дать раствору отстояться, чтобы частицы осадка Cu₂O полностью осадились.

Выпадение осадка Cu₂O происходит по реакции :

${\mathsf {2CuSO_{4}\ +\ 4NaOH\ +C_{6}H_{12}O_{6}\xrightarrow {80-90\ ^{\circ }C} \ Cu_{2}O\downarrow +\ 2Na_{2}SO_{4}\ +C_{6}H_{12}O_{7}+\ 2H_{2}O}}$

После реакции следует профильтровать раствор через воронку с фильтровальной бумагой или через колбу Бунзена с воронкой Бюхнера, высушить и собрать полученный осадок Cu₂O.

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.

Ссылки

• Use of Copper-Based Antifouling Paint: A U.S. Regulatory Update Архивная копия от 30 августа 2021 на Wayback Machine
• Antifouling Архивная копия от 30 августа 2021 на Wayback Machine