銅の溶解について

質問

銅の溶解について教えて下さい。

硝酸には、実験して実際に溶かしてみました。
しかし、pH2～pH8の範囲では全く溶解しなくなってしまいました。
すいません。
"全く"と言ったのは嘘で、2日間くらい浸漬させると溶解しました。
ということなので、溶解スピードが遅くなったということになると思います。
溶解スピードを早める方法を御存知の方教えて下さい。

pH中性で銅を溶解させたいので、何でも御意見下さい。
宜しくお願い致します。

回答No.6

okoshisama

>中性領域では、酸性領域並みのスピードで銅を溶解することは難しいんでしょうか。。。

中性領域とはどの辺りか判断しかねますが、中性＝ｐH７と、仮定しますと、銅のメタルを溶解できたとしても数百ppb程度かと思います。しかも溶解反応は気が長くなるほど非常に遅いでしょう。

１．銅の溶解に関してですが、金属が溶解する過程と、金属イオンが溶解している状態を
理解した上で、改めて考えてみてください。いかに無謀か判ります。
銅のメタルに関して、非常に間単に溶解式を書きますと
　　Cu→Cu2+（aq） + 2e-　　Eq（１）　になります。
　 式は書きませんが、一般的にCu→Cu（I）→Cu（II）の順番で酸化され、銅は溶液に溶けます。

つまりメタルの溶解には、電子のやり取り（酸化）が必要なことが明らかであり、
メタル、１価、２価の順に酸化させなくてはなりません。

電子移動自体は溶液の電位で決定し、この溶液の電位は溶存酸素、酸濃度、共存イオンとその濃度の関係が重要です。酸化剤の濃度が薄くなれば、当然電位は下がるので電位差がなくなり反応は起こりにくくなるのは当然のことですね。

Umecyuさんの本来の目的が判りませんが、原料の銅メタル（？？？）の表面を酸化させたくないのであれば、不可能ではないかと思いますよ；；；

２．ｐH7で銅が溶存酸素で酸化したとしても、Cu（I）でとまってしまい、Cu（II）まで到達しないでしょう。
仮にCu（II）まで酸化したとしても、溶解度の関係上、閉鎖系の環境ではこれ以上銅は溶けてくれません。おそらくCuOで停滞するか、溶解後に加水分解し水酸化銅になるかです。

溶液中のCu(II）ですが、水酸化基と陰イオンが、銅イオンの周りに合計4つくっついた状態で平衡しています。（化学分析または、溶液化学参照して下さい）
（溶液中全[Cu（II）]＝[Cu（II）A（陰イオン：硫酸、硝酸、アンモニアイオンなど）]＋[Cu（II）]）

それぞれ溶解度積、計算すれば判りますが、ｐH７付近では銅イオンはほとんど、OH-と錯体化しており、数百ppbしか解けません。
ただし、アンモニアで中和しｐH7.5付近からはアンミン錯体を作りますし、
ｐH13以上ではヒドロキシ錯体の形で溶解度上がりますが。

実験で、硝酸をアンモニアで中和したとありましたが、このときのｐHは確認してますか？
おそらく、弱酸性か、弱アルカリ性だったのではないでしょうか？

３．溶解を速める方法について
濃硝酸にくらべて希硝酸の酸化力は劣りますので、Umecyuさんが実験で体験されたとおり、
アンモニアを加えｐHが中性に近づくにつれ反応は遅くなりますし、銅の溶解によって次第に液中の銅濃度は増えることで反応表面と液中の銅濃度の差が小さくなります。
逆に酸は消費され酸濃度が低下しますので、溶液の電位は低下しますます溶解は困難になります。

Eq(1)の反応を早めるためには、一般的な化学反応と同じ（一部回答ありましたが）
（１）反応表面積を大きくする（。２）反応温度を上げる、加圧する。（３）反応物質量を増やす（酸、溶存酸素、過酸化水素などの酸化剤）。（４）十分撹拌する（５）目的物質の溶解度が大きくする（または、飽和濃度以下の液濃度を保つ）。（６）酸素受容物質（鉄（II）イオンなど）　
どうしても、酸化を促進することが必要です。

メタルでなくてよいのであれば、原料にCuOを使うって手もありますが、相談内容からそれはないでしょうね。

ながなが失礼いたしました。

回答No.5

htms42

＞銅を中和した硝酸溶液に浸漬し長時間放置すると、銅が溶解するのはどういうことなんでしょうか。
硝酸単独の場合よりはかなり遅いのですが。。。
この時、アンモニアで中和しておりますので、硝酸とアンモニアの相乗効果なんでしょうか。

「長時間」というのがどの程度かがよくわかりません。
「アンモニアで中和」というのはｐＨ＝７付近に持っていったということですね。硝酸アンモニウムはかなりの酸性ですからアンモニアを余分に入れないとｐＨ＝７にはなりません。溶液の中にはＮＨ３がかなりあります。

酸素存在下で銅はアンモニア水に溶けます。酸化剤は酸素です。
銅イオンがアンモニアと錯イオンを作るという性質が反映しています。
空気中の酸素による場合はかき混ぜるということで反応が早くなります。「２日ほどおいたら溶けた」というのはこの反応だろうと思います。
どういう性状の銅を用いられたか、溶けたというのがどの程度のことなのか、がわかりませんので判断は難しいです。

何をやりたいのかがわかりませんのでこれ以上は回答の書きようがありません。

ネルンストの式をご存知であるのであれば、私が書いたようなことはすべてご存知であると思うのですが。

お礼

御回答ありがとうございます。

>長時間
24時間位のことです。

>酸化剤は酸素
硝酸をアンモニアで中和するには、だいたい硝酸:アンモニア=100:1位の量だったと思いますので、空気中の酸素によって酸化されたというよりはく、硝酸によって酸化され、硝酸イオンとアンモニウムイオンによって錯形成されたのではないでしょうか。
(一部は空気中の酸素の影響もあると思います。)
ただ、pHの影響で銅の状態が変化したり、反応の平衡がズレタリということで反応が遅延しているのでないかと考えております。

中性領域では、酸性領域並みのスピードで銅を溶解することは難しいんでしょうか。。。

回答No.4

htms42

＞pH1.1の硝酸量とpH中性の硝酸量は同じなのにです。

何か勘違いされているように思います。
ｐＨ中性の状態とは硝酸が中和されている状態です。
酸の働きも酸化剤としての働きもなくなっています。
硝酸量が同じであるという判断は成り立ちません。
これが成り立つのであればｐＨ＝１の塩酸と食塩水は塩酸量が同じであるという言い方も成り立つということになります。

Ｃｕ＋４ＨＮＯ３→Ｃｕ(ＮＯ３)2＋２ＮＯ２＋２Ｈ２Ｏ　（濃硝酸）
３Ｃｕ＋８ＨＮＯ３→３Ｃｕ(ＮＯ３)2＋２ＮＯ＋４Ｈ２Ｏ　（希硝酸）

ＮＯ２は褐色、ＮＯは無色ですのでどちらの反応が起こっているかは目で見て判断できます。
市販の濃硝酸の濃度は１６ｍｏｌ／Ｌです。
５ｍｏｌ／Ｌ程度まで薄めると褐色の気体の発生は見られなくなります。
それ以上薄めていくと徐々に反応がおとなしくなっていきます。
半反応式で書くと
ＨＮＯ３＋３Ｈ^+　＋３ｅ^－→ＮＯ＋２Ｈ２Ｏ
ですから酸化剤として働くためには酸性である必要があるということがわかります。
銅を溶かすのが目的であれば通常は１ｍｏｌ／Ｌ以上のものを用います。
ｐＨ＝１の硝酸でしたら０．１ｍｏｌ／Ｌですからかなり薄いですね。

両立させたいもう一方の特性とは何でしょうか。

お礼

やはり、中和されると別物になるという考え方なんですね。
ネルンストの式からは、pH中性領域ではまだ銅への酸化作用があるような値は出るんですが、これも中性領域では意味を成さないということなんでしょうか。

銅を中和した硝酸溶液に浸漬し長時間放置すると、銅が溶解するのはどういうことなんでしょうか。
硝酸単独の場合よりはかなり遅いのですが。。。
この時、アンモニアで中和しておりますので、硝酸とアンモニアの相乗効果なんでしょうか。

ネットで見ると、
半反応式
ＨＮＯ３＋３Ｈ^+　＋３ｅ^－→ＮＯ＋２Ｈ２Ｏ
は、中性領域でも成り立つようです。
進行が鈍くなるという解釈でいいんでしょうか。

両立させたいもう一方の特性は、詳細は申し上げることはできません。
申し訳ありません。
中性領域で向上する特性で、銅のケミカル溶解とは全く関係ない特性です。

また、お願い致します。

回答No.3

noname#160321

ごく一般的に言えば、
１.温度を上げる→反応速度を上げる。
２.かき混ぜる→銅表面の硝酸濃度を一定に保つ
これらは全ての化学反応に通用します。

回答No.2

htms42

＞pH中性で銅を溶解させたいので

酸、塩基を使わずに溶かしたいということになります。
無理でしょう。
目的は何でしょうか。

濃い硝酸を使えば速く溶けます。
ｐＨが２というのは薄すぎます。
通常使う濃度にくらべて１００倍以上薄いです。

お礼

皆さん、回答ありがとうございます。

酸性物質、塩基性物質は使って構わないのです。
ただし、pH中性で銅を溶解させたいと思っております。
目的は、もう一方の特性との両立を図るためです。

硝酸を用いて実際に銅を溶解させたことはあります。
その時のpHは1.1でした。
そこから、アンモニアで中性に持ってくると溶解スピードは鈍くなりました。
pH1.1の硝酸量とpH中性の硝酸量は同じなのにです。
銅の状態がpHによって変化していることも考えられますが、ネルンストの式から酸化還元電位も弱まっているためであると予想しました。
pHを中性にすることで弱まった酸化還元電位を復活させるには、、、、
硝酸イオン量の調節、亜硝酸イオンの調節位しかないようにも思いますが、硝酸の酸化力には到底及ばないような気がしております。

何かいい方法はないでしょうか。
できることなら熱や力はくわえなければ最高です。

宜しくお願い致します。

回答No.1

ORUKA1951

目的は何ですか？
溶液がいるのですか？それとも残った銅がいるのですか？