硝酸銅(II)

[硝酸]]銅]：性質、合成、反応、そして[[硝酸生成への応用

[硝酸]]銅]は、[化学式Cu(NO3)2で表される無機化合物です。一般的に硝酸銅といえばこの硝酸銅]を指します。特徴的な鮮やかな青色の[[結晶であり、無水物と水和物の二つの形態が存在します。水和物は、学校教育におけるダニエル電池の実験などにも用いられる身近な化合物です。

構造と性質

無水物と水和物の違いは、結晶水の有無による構造の違いに起因します。

無水物: 鮮やかな青色の揮発性固体で、真空中では昇華する性質を持ちます。気相状態では、銅イオン(Cu)が4つの酸素原子に囲まれた平面四角形構造をとっています。しかし、凝縮するとポリマー化して構造が変化します。

水和物: 代表的な水和物であるCu(NO3)2・2.5H2Oでは、銅イオンが水分子と硝酸イオンに囲まれた正八面体構造を形成しています。この水和物は約170℃に加熱すると、酸化銅(II)、二酸化窒素、酸素に分解します。この分解反応は以下のように表されます。


2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2


この反応は、[硝酸]]銅]を加熱すると、青色の[[結晶が黒色の酸化銅(II)に変化し、赤褐色の二酸化窒素ガスが発生する様子として観察できます。

合成と反応

[硝酸]][[銅]は様々な方法で合成できます。

一つは、金属[銅]]を四酸化二窒素]と反応させる方法です。この反応では、[硝酸[[銅]とともに一酸化窒素(NO)も生成します。


Cu + 2N2O4 → Cu(NO3)2 + 2NO


[水]]和物は、無水物の加水分解によって得られるほか、金属銅を硝酸銀水溶液または希硝酸と反応させることによっても合成可能です。希硝酸を用いる場合は、以下の反応式で表されるように、二酸化窒素]と[[水が副生成物として生じます。


Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2

硝酸生成への応用

[硝酸]]銅]の熱分解で生成する[二酸化窒素は、硝酸の合成にも利用できます。硝酸銅]を加熱して得られた[[二酸化窒素を含む気体を水に通すと、硝酸が生成する反応が起こります。この反応は、工業的に硝酸を製造するオストワルト法の最終段階と類似しています。


2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO


このように、[硝酸]][[銅]は、その合成方法、熱分解による生成物、そしてそれらの物質が関与する反応を通して、化学工業において重要な役割を果たしています。その鮮やかな青色も特徴的ですが、その化学的性質に着目することで、さらに深い理解が得られます。

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