銅は、水と接触すると、ナトリウムやカリウムなどの他の反応性金属とは異なります。酸素、二酸化炭素、その他の汚染物質の存在下で水とゆっくりと反応し、腐食と呼ばれるプロセスによって審美的に心地よい緑青を形成します。このような腐食した銅製の容器に入った水は、独特の金属の味がします。
貴金属と呼ばれる銅は誤称です。確かに、汚染物質のない試験管や大気中では、銅は水と反応しません。
しかし、汚染物質で満たされた大気中では、銅は水とゆっくりと反応し、銅腐食と呼ばれるプロセスを通じて複雑な銅塩の層を形成します。
このような腐食した銅管に貯められた水は、金属の味がします。未使用の銅管から最初に水を流すと、古い金属の味がしますが、それはなぜですか?
金属の反応性
反応系列上の金属の位置は、化学反応における金属の挙動を決定します。水素の上に配置された金属は反応性があると見なされますが、一連の水素の下にある金属は比較的非反応性です。
金属の反応系列
銅は広く反応する金属ではないため、誤って貴金属として分類されることがあります。金属と酸素および水との反応性は、シリーズが下に行くにつれて低下します。水素の下に配置された銅は、標準条件下で水から水素を置換できません。銅は置換反応によって水と反応しませんが、水、酸素、汚染物質と酸化還元/電気化学反応を起こし、銅錯体を形成します。
銅の腐食
銅の自由の女神のゆっくりとした酸化 (a) 1886 年のバーガンディの銅金属の輝きと、(b) 緑色の炭酸銅でコーティングされた 2002 年の像 (写真提供:OpenStax/Creative Commons)
フランス人が 1886 年に贈呈したときの光沢のある赤い金属の像から、現在はその表面を覆っている緑色の外皮へと変化したため、自由の女神像は、それほど象徴的ではないにしても、認識できなくなっていたでしょう。この劇的な変化は、酸化のプロセスによるものです。
銅の腐食は、汚染されていない空気では無視できますが、酸素と二酸化炭素、酸化性酸、酸化性重金属塩、硫黄、アンモニアなどと混合した湿気にさらされると、攻撃を受けやすくなります。
腐食について理解する
腐食は レドックスの両方 そして電気化学 反応。これらの反応では、2 つのイオンまたは元素間で電子が移動します。
腐食、電気化学反応。 (写真提供:smartman/Shutterstock)
たとえば、鉄からの電子は、水の存在下でより電気陰性度の高い酸素に移動し、負に帯電したヒドロキシル イオンを形成します。正電荷を帯びた鉄は、最初に負電荷を帯びた水酸化物イオンと反応して水酸化第二鉄を形成し、続いて酸素と反応してさびと呼ばれる茶色の薄片状水和酸化鉄を形成します。
ここで、錆びるプロセスには、最初に水との反応が含まれ、次に酸素との反応が続きます。
腐食の影響
すべての形態の腐食は酸化還元反応によるものですが、反応生成物は興味深いことに変化しやすく、鉄の錆では水和酸化鉄、銀の変色では硫化銀、銅の緑青では炭酸銅が含まれます。共通点は、金属から電気陰性原子への電子の移動です。
1 つの反応、複数の結果 (写真提供者 :valzan &KrimKateJurateBuiviene/Shutterstock)
銅の腐食は、可溶性の緑色の炭酸銅を形成します
銅のパティナは一般的にアンティークのような風合いが魅力的とされていますが、この美しい建築的、彫刻的な側面は、銅の表面に形成されたパティナに基づいています。ただし、容器内の炭酸銅の緑青は金属の味を与えます.
(写真提供:Micahmn/Creative Commons)
ステップ 1: 電子は金属の内部から外部の水分に移動します。金属が電子を失う領域は陽極領域です;
Cu(s) →Cu2+ + 2e–
ステップ 2: 電子は酸素および水分と反応して水酸化物を形成します。
O2 (g) + 2H2O+ 4e– →4OH–;
ステップ 3: 水酸化物アニオンは内部に移動して Cu2+ と反応し、水酸化銅を形成します。
Cu2+ + 2OH– →Cu(OH)2
ステップ 4: CO2 は水酸化銅と反応して、緑青の成分の 1 つである炭酸銅を形成します。
Cu(OH)2 + CO2 → CuCO3 + H2O
ステップ 5:酸化銅はまた、三酸化硫黄汚染物質と反応して硫酸銅を形成します。
CuO + SO3 +H2O→ CuSO4 + H2O
緑青は、水酸化銅、炭酸銅、塩化銅、および硫酸銅の形成です。水酸化銅や炭酸銅は水に溶けませんが、硫酸銅や塩化銅は適度に水に溶け込むため、腐食した銅製の容器やパイプに水を溜めておくと、不快な金属味が残ります。
結論
銅の腐食により、金属の表面に可溶性および不溶性の銅塩の複雑な層が残ります。これは、下にある金属のさらなる腐食を防ぐ保護層として機能します。しかし、可溶性の銅塩は、容器に貯蔵された水に微妙に溶けて、多くの人が不快に感じる金属の味がすることがあります!
