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As reações entre o cobre e o ácido nítrico são exemplos de reações de oxirredução, em que o ganho de elétrons reduz um elemento e a perda oxida o outro. O ácido nítrico não é somente um ácido forte, ele é um agente oxidante. Portanto, pode causar a oxidação do cobre para o Cu +2. Se você pretende experimentar essas reações, é importante lembrar que elas liberam gases tóxicos e nocivos.
Concentração
O cobre pode ser submetido a uma de duas reações, quando combinado com o ácido nítrico, dependendo da concentração da solução. Se o ácido nítrico for diluído, o cobre será oxidado para a formação do nitrato de cobre com o óxido nítrico como um subproduto. Se a solução for concentrada, o cobre será oxidado para a formação do nitrato de cobre com o dióxido de azoto como um subproduto. O óxido nítrico e o dióxido de nitrogênio são nocivos e potencialmente tóxicos em níveis elevados; o dióxido de nitrogênio é o gás marrom e feio que está presente na neblina de fumaça sobre muitas cidades.
Equações de reações
As equações para as duas reações que podem ocorrer são: Cu + 4 HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O, a qual produz dióxido de azoto e 3 Cu + 8 HNO3 -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O, a qual produz óxido nítrico.
Com o ácido concentrado, a solução apresenta primeiramente uma coloração verde, em seguida, uma coloração marrom-esverdeada e, finalmente, uma coloração azul, quando diluída na água. Qualquer reação é altamente exotérmica e libera energia na forma de calor.
Oxirredução
Outra forma de entender essa reação é através da sua divisão em duas semirreações, uma para a oxidação (perda de elétrons) e outra para a redução (ganho de elétrons). As semirreações são: Cu -> Cu +2 + 2 e-, o que significa que o cobre perde dois elétrons, e 2 e- + 4 HNO3 ---> 2 NO3 -1 + 2 H2O, o que mostra que dois elétrons foram transferidos para os produtos. A velocidade dessa reação depende da área de superfície do cobre; os fios de cobre reagirão mais rapidamente do que as barras de cobre, por exemplo.
Considerações
A solução muda de cor por causa da água. Ao contrário do sólido de cobre, os iões de cobre na solução podem formar um tipo de interação chamada de complexo de coordenação com as moléculas de água, e esses complexos dão à solução uma coloração azul. Os ácidos minerais como o ácido clorídrico não oxidam o cobre da mesma maneira como o ácido nítrico, porque não são agentes de oxidação fortes. O ácido sulfúrico, no entanto, é um agente oxidante forte. Sob as condições corretas, ele reagirá com o cobre para liberar o gás de dióxido de enxofre.