Меден окис (Copper oxide)

Медният окис (CuO) е сравнително скъп реактив, затова при нужда от малки количества е добре да знаем как да го синтезираме сами в домашни условия. Необходимите за целта материали са лесно откриваеми в търговската мрежа, а самият процес (както ще се убедите) е повече от елементарен.

В зависимост от наличните на пазара компоненти съществуват няколко варианта за синтез, като тук естествено ще се спрем само на най-лесния и бюджетен метод за изпълнение. В промишлени условия, чистия меден окис се получава при разлагането на меден нитрат, хидроксид или карбонат, което ще послужи за база и на описаната тук процедура, която използва меден хидроксид получен при взаимодействието на меден сулфат с натриева или калиева основа. Реакцията протича по посочените по-долу уравнения.

CuSO4*5H2O + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4 + 5H20
250 + 80 = 98 + 322 + 90

CuSO4*5H2O + 2KOH = Cu(OH)2 + K2SO4 + 5H2O
250 + 112 = 98 + 174 + 90

Cu(OH)2 = CuO + H2O
98 = 80 + 18

Свойства на използваните материали и изходните продукти.

Меден сулфат пентахидрат – CuSO4.5H2O – Моларна маса 249.70 гр/мол. Разтворимост във вода – 316 гр/л (0 °C), 2033 гр/л (100 °C). Разтворим в метанол 10.4 гр/л (18 °C).

Натриева основа – NaOH – Моларна маса 39.9971 гр/мол. Разтворимост във вода – 111 гр /100 мл. (20 °C). Разтворима в метанол 23.8 гр/100 мл.

Калиева основа – KOH – Моларна маса 56.1056гр/мол. Разтворимост във вода – 97 гр/100 мл.(0 °C), 121 гр/100 мл. (25 °C), 178 гр/100 мл. (100 °C). Разтворима в метанол, етанол и глицерин.

Меден хидроксид – Cu(OH)2 – Моларна маса 97.561 гр/мол. Разтворимост във вода – почти нератворим. При темература над 80 градуса се разлага до меден окис.

Натриев сулфат хексахидрат – Na2SO4.10 H2O – Моларна маса 322.20 гр/мол. Разтворимост във вода – 19.5 гр/100 мл. (0 °C), 44 гр/100 мл. (20 °C). Неразтворим в алкохол.

Калиев сулфат – K2SO4 – Моларна маса 174.259 гр/мол. Разтворимост във вода – 111 гр/л (20 °C), 120 гр/л (25 °C), 240 гр/л (100 °C). Неразтворим в алкохол.

Меден окис – CuO – Моларна маса 79.545 гр/мол. Неразтворим във вода и алкохол.

Както може да се види от посочените по-горе уравнения, при неутрализацията на медния сулфат с основа се получава меден хидроксид и съответно калиев или натриев сулфат, а полученият хидроксид още по време на реакцията (частично, ако работим с гореща основа) или при последвалото нагряване се разпада до меден окис.

Разлика в използването на натриева или калиева основа няма, но е добре да се знае, че калиевата е предпочитана от пиротехниците, тъй като получения продукт не е „замърсен“ с натриеви йони, които развалят цветовете на изготвените с него състави. Предвид по-ниската цена и по-лесната откриваемост на пазара, в настоящия синтез ще се използва именно натриева основа.

Необходими материали:

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

1.Меден сулфат или т.нар. „Син камък“. Може да се открие в селскостопанските аптеки и някои цветарски магазини. Купува се чист меден сулфат, а не т.нар. „Бордолезова смес“, която се състои от меден сулфат и калциев хидроксид.

2.Натриева основа. От скоро време отново може да се открие в мрежата под наименованието „Сода за сапун“. Да не се бърка с натриевия карбонат или т.нар. „Сода за бъчви“.

3.Помощни материали. Везна, огнеупорна тавичка, стъклен буркан за разтварянето на основата, 10 л. туба от минерална вода и подходяща дървена/пластмасова бъркалка.

Първо разтваряме натриевата основа за да има време да се охлади преди смесването и с разтвора на медния сулфат. Тази стъпка не е задължителна, но работата с гореща основа е далеч по-опасна и води до образуване на меден окис още при самото смесване. Да се има предвид, че реакцията е силно екзотермична, затова е желателно да се ползват здрави и устойчиви на топлина съдове. В конкретния случай използваме 80 гр. натриева основа, която прибавяме на порции с добро разбъркване към около 150 – 200 мл. вода. За бъркалка с успех може да се използва сламка за пиене, които освен, че не реагира с основата, след употреба просто се изхвърля. Задължително трябва да имаме някакви предпазни средства за очите по време на разтварянето, тъй като изгарянията с основа са далеч по-опасни за роговицата от тези с киселина и в повечето случаи са необратими. При липса на професионални, работа вършат дори обикновени слънчеви очила.

За разтвора от меден сулфат използваме 250 гр. син камък и 800 мл. топла вода. Разбъркваме до пълното му разтваряне директно в реакционния съд. В случая, тавичка от огнеупорно стъкло.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Целта е да се сведат до минимум използваните съдове и преливане на готови разтвори & продукти. Разтвора на натриева основа прибавяме наведнъж и с енергично разбъркване, при което почти незабавно се образува гъста, пихтиеста маса от меден хидроксид в разтвор на натриев сулфат.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Ако разтвора на основата е бил горещ и работим с по-малки обеми, меден окис може да се образува и падне на дъното на съда още по време на неутрализацията. Тъй като не работех с особено концентрирани разтвори и основата ми беше напълно охладена, при мен следите от окис бяха незначителни, което се вижда и от направените фотографии.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

След няколко минутно разбъркване съда се поставя директно във фурната при 200 – 250 градуса до завирането на суспензията. Медния хидроксид се разлага при 80 градуса, затова около 30 минути варене са повече от достатъчни за пълното му разпадане. На финала трябва да получим черна, лесно падаща на дъното утайка от меден окис и концентриран разтвор на натриев сулфат.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Примесите от натриев сулфат премахваме чрез неколкократно промиване на получената утайка с помощта на разрязаната туба от минерална вода и маркуч от медицински системи.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Системата със сифонирането е най-удачна, тъй като при отдекантирането обикновено има (макар и минимални) загуби на продукт. Около 3 литра гореща вода са повече от достатъчни, но е добре да се работи с излишък.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

В случая, медния окис е доста плътен и бързо се утаява на дъното на съда, което дава възможност за пречистването му в рамките на няколко часа. След последното сифониране, гъстата утайка се прецежда през няколко филтъра за кафе, за да се гарантира премахването и на последните остатъци от вода и сулфат.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Връщаме в тавичката от огнеупорно стъкло и сушим на фурна до получаване на напълно суха и лесно трошлива маса, която се разпада до консистенцията на пудра при пресоване с лъжица или стриване в хаван.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Крайният добив се оказа около 86 гр., което е с 6 гр. повече от теоретичните 80. Резултатите отдавам, както на не до там добро изсушаване, така и на евентуалните примеси от Cu2O, на които се дължи и леко кафеникавия цвят на получения меден окис.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Изготвения по описаната процедура меден окис може да се използва за направата както на различни по тип „сухи“ батерии, така и на разнообразни по състав термитни и сигнално – осветителни композиции.

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *