Оксид меди(II): свойства и применение¶

Оксид меди(II) — неорганическое бинарное соединение меди с кислородом, химическая формула CuO. Представляет собой твёрдое кристаллическое вещество чёрного или коричневато-чёрного цвета, нерастворимое в воде. Относится к основным оксидам, является важным промышленным продуктом и промежуточным веществом в металлургии меди.

¶Физические свойства

Оксид меди(II) — порошок чёрного цвета с плотностью 6,31–6,45 г/см³. Температура плавления составляет около 1447 °C (при нагревании частично разлагается до Cu₂O и кислорода). Вещество нерастворимо в воде и этаноле, растворимо в кислотах и растворах аммиака. Кристаллическая решётка имеет моноклинную сингонию. Обладает полупроводниковыми свойствами (ширина запрещённой зоны около 1,2–1,9 эВ), что обусловливает его применение в электронике.

¶Химические свойства

Будучи основным оксидом, CuO вступает в реакции с кислотами, образуя соли меди(II):

• CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O
• CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

При сплавлении со щелочами и основными оксидами образует купраты (например, CuO + Na₂O → Na₂CuO₂). Оксид меди(II) проявляет слабые окислительные свойства: при нагревании с водородом, углеродом, аммиаком или угарным газом восстанавливается до металлической меди:

• CuO + H₂ → Cu + H₂O
• 2CuO + C → 2Cu + CO₂

При прокаливании выше 1100 °C разлагается с выделением кислорода и образованием оксида меди(I):

• 4CuO → 2Cu₂O + O₂

¶Получение

В промышленности оксид меди(II) получают термическим разложением основных карбонатов меди (малахита) или нитрата меди:

• Cu₂(OH)₂CO₃ → 2CuO + CO₂ + H₂O
• 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂

В лабораторных условиях вещество синтезируют прокаливанием гидроксида меди(II) или окислением медной стружки на воздухе при нагревании (выше 300 °C). Также CuO образуется при длительном хранении медных изделий на воздухе в виде патины, однако в обычных условиях этот процесс идёт медленно.

¶Применение

Основные области использования оксида меди(II):

• Металлургия — сырьё для получения металлической меди восстановлением (в том числе при переработке вторичного медного сырья).
• Стекольная и керамическая промышленность — пигмент для окрашивания стекла, глазурей и эмалей в зелёный, синий или чёрный цвет.
• Химическая промышленность — катализатор в реакциях окисления (например, при сжигании органических соединений), компонент для производства других солей меди.
• Электроника — материал для изготовления термоэлектрических преобразователей, полупроводниковых элементов и фотоэлектрических ячеек.
• Сельское хозяйство — компонент фунгицидных препаратов (в составе бордоской смеси) для защиты растений от грибковых заболеваний.
• Пиротехника — окислитель в составах зелёного пламени.

¶Биологическая роль и безопасность

Соединения меди(II), включая оксид, в малых дозах необходимы живым организмам как микроэлемент, однако в значительных концентрациях токсичны. При вдыхании пыли CuO возможно раздражение дыхательных путей, при попадании в желудок — отравление. ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 0,5 мг/м³ (по меди). Вещество относится к 3-му классу опасности. При работе с ним необходимо использовать респираторы и перчатки.

¶Источники

• Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. «Химические свойства неорганических веществ».
• Рабинович В. А., Хавин З. Я. «Краткий химический справочник».
• ГОСТ 16539-79 «Концентрат медный. Методы анализа».
• Greenwood N. N., Earnshaw A. «Chemistry of the Elements».