Content Chemistry experiments - video Physics experiments - video Home Page - Chemistry and Chemists

Chemistry and Chemists № 2 2025

Journal of Chemists-Enthusiasts
Donate to the journal Chemistry and ChemistsDonate to the journal Chemistry and Chemists




Identification of Copper(II) Oxide - pt.1, 2


Chemist


Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter


In my experiments with thermite, I used a mixture of copper(II) oxide and aluminum. The copper oxide came in an unusual form: small spheres. These copper oxide balls were hard and had to be crushed with hammer blows.

Previously, I had worked with copper(II) oxide in the form of powder or small wire fragments. I had never seen copper oxide granules shaped like spheres. One reader of the article did not believe it was copper oxide and suggested that I had mistaken it for "pellets"—agglomerated iron ore formed into balls. Small particles of iron ore, once considered waste, are sintered into larger pieces suitable for further processing. Pellets are used in the smelting of steel and cast iron in blast, induction, and electric arc furnaces. They are widely used in the metallurgical and foundry industries, as well as in chemical production. According to the literature, iron ore pellets range in size from 1 mm to 30 mm, but I have seen pellets shaped like spheres about 10 mm or larger. In the past, such pellets could often be found along railroad tracks, having fallen from wagons during transport.

The typical size of iron ore pellets was significantly larger than the copper(II) oxide spheres I used for thermite. However, to clearly distinguish copper(II) oxide from iron ore, I conducted an experiment.

I placed several spherical granules of copper oxide in a glass and added about 20 ml of 68% nitric acid. Initially, the solution remained colorless, and a slight release of gas bubbles from the solid surface was observed. After a few minutes, the solution gradually began turning greenish-blue from the bottom. The color slowly intensified and spread upward, while a weak and barely noticeable gas release continued.

I left the glass over the weekend. After two days, the solution had turned deep blue, but the copper oxide spheres had not dissolved. This confirmed that the spheres were indeed copper(II) oxide, which reacted slowly with nitric acid to form a blue copper nitrate solution:

CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

Unlike copper(II) nitrate, iron(III) nitrate forms a yellow or brown solution.

I covered the glass with a Petri dish and left it unattended for nearly a month while continuing my thermite experiments.



Идентификация оксида меди (II)
Оксид меди (II) и азотная кислота - часть 1
В экспериментах с термитом я использовал смесь оксида меди (II) и алюминия. Оксид меди попался в необычной форме: в виде небольших сфер. Шарики оксида меди оказались прочными, и их пришлось измельчать ударами молотка.

До этого я имел дело с оксидом меди (II), который представлял собой порошок или небольшие отрезки проволочек. Гранулы оксида меди в виде шариков я видел впервые. Один из читателей статьи не поверил, что это был оксид меди, решив, что я перепутал оксид меди с "окатышами" - агломерированной железной рудой в виде шариков (укр. - "котуни", англ. - "pellets"). Мелкие частицы железной руды, которая раньше считалась отходом, спекают в крупные куски, удобные для дальнейшей переработки. Окатыши используют при выплавке сталей и чугунов в доменных, индукционных и электродуговых печах. Широко применяются в металлургической и литейной промышленности, на химических производствах. Пишут, что окатыши железной руды имеют размер от 1 мм до 30 мм, однако, я встречал окатыши в виде сфер размером примерно в 10 мм и более. Раньше окатыши можно было найти вдоль железных дорог: немного окатышей выпадало из вагонов во время транспортировки.

Типичный размер окатышей железной руды значительно превышал размер сфер оксида меди (II), которые я использовал для приготовления термита. Однако чтобы отличить оксид меди (II) от железной руды, необходимо провести эксперимент.

Несколько сферических гранул оксида меди поместил в стакан, добавил около 20 мл 68% азотной кислоты. Первоначально раствор оставался бесцветным. Наблюдалось слабое выделение пузырьков газа. Через несколько минут раствор снизу постепенно стал окрашиваться в зеленовато-голубой цвет. Окраска раствора медленно усиливалась и распространялась вверх, слабое, едва заметное выделение газа продолжалось.

Оставил стакан на выходные. Через два дня раствор стал интенсивно-синим, однако, сферы не растворились. Было очевидно, что сферы представляли собой оксид меди (II), который медленно реагировал с азотной кислотой, образуя раствор синий раствор нитрата меди.

CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

В отличие от нитрата меди (II), нитрат железа (III) в растворе имеет желтый или коричневый цвет.

Накрыл стакан чашкой Петри и оставил его почти на месяц без присмотра, продолжив эксперименты с термитом.


Copper(II) Oxide and Nitric Acid
Copper(II) Oxide

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid
Iron ore pellets

Copper(II) Oxide and Nitric Acid
Iron ore pellets

Copper(II) Oxide and Nitric Acid
Iron ore pellets

Copper(II) Oxide and Nitric Acid
Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid

Copper(II) Oxide and Nitric Acid
On the next day

Copper(II) Oxide and Nitric Acid




Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter


I was busy with some labor-intensive work, so I left the glass containing copper oxide and nitric acid unattended. Only a month later, I had the opportunity to continue the experiment. By that time, the glass contained an intensely blue solution of copper nitrate; all the copper(II) oxide had dissolved.

A characteristic property of divalent copper ions is the formation of [Cu(NH3)4]2+, a dark blue complex with ammonia.

I drew some of the blue copper nitrate solution into a pipette and added it to a concentrated solution of ammonia. The copper nitrate solution sank to the bottom and turned dark blue, indicating the formation of the [Cu(NH3)4]2+ cation. White smoke of ammonium nitrate formed above the solutions of ammonia and copper nitrate. This is explained by the presence of excess nitric acid in the copper nitrate solution. The nitric acid reacted with ammonia not only in the liquid phase but also in the gas phase, forming solid particles of ammonium nitrate.

Cu2+ + 4NH3 + 2OH- = [Cu(NH3)4](OH)2
HNO3 + NH3 = NH4NO3

When I added further portions of the copper nitrate solution to the glass containing concentrated ammonia, a hissing sound was heard, and thick white smoke formed. The more copper nitrate I added, the darker the solution became. Eventually, it turned almost black. This darkening is due to the increasing concentration of the intensely colored [Cu(NH3)4]2+ cation.

However, after adding another portion of the copper nitrate solution, the ammonia solution did not become darker. Instead, it turned into a light blue suspension. Upon adding yet another portion of the copper nitrate, the suspension transformed back into a transparent blue solution, as the solid phase dissolved.

This behavior can be explained by the fact that the copper nitrate solution also contained nitric acid, which reacted with ammonia and with the [Cu(NH3)4](OH)2 complex:

[Cu(NH3)4](OH)2 + 4H+ = Cu(OH)2(solid) + 4NH4+
Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O

Initially, copper hydroxide (Cu(OH)2) precipitated, but it later dissolved in the excess acid to form copper nitrate (Cu(NO3)2).

So, by adding a solution containing copper nitrate and nitric acid to ammonia, we observed the transformation of copper(II) nitrate into the ammonia complex, then into copper hydroxide, and finally back into copper nitrate.

In conclusion, I would like to note that describing the colors of copper compounds proved difficult. In photos and videos, the colors of copper nitrate and the copper-ammonia complex [Cu(NH3)4]2+ appear similar due to color distortion by the camera. In reality, the color of the copper nitrate solution was more like "sky blue", while the copper-ammonia complex was "navy blue".

It is also interesting that in Ukrainian, the colors of the cations [Cu(H2O)4]2+ (light sky blue) and [Cu(NH3)4]2+ (navy blue) correspond to two distinct colors of the rainbow, whereas in English, both are typically referred to as simply "blue".



Оксид меди(II), азотная кислота и аммиак - часть 2
Некоторое время я занимался трудоемкими работами, поэтому стаканчик с оксидом меди и азотной кислотой остался без присмотра. Возможность продолжить эксперимент появилось только через месяц. К этому времени в стакане был интенсивно-синий раствор нитрата меди, весь оксид меди (II) растворился.

Характерным свойством ионов двухвалентной меди является образование темно-синего комплекса [Cu(NH3)4]2+ с аммиаком.

Набрал пипеткой синий раствор нитрата меди и добавил его в концентрированный раствор аммиака. Раствор нитрата меди опустился на дно и окрасился в темно-синий цвет, характерный для катиона [Cu(NH3)4]2+. Над растворами аммиака и нитрата меди образовался белый дым нитрата аммония, это объясняется тем, что раствор нитрата меди содержал избыток азотной кислоты. Азотная кислота реагировала с аммиаком не только в жидкой, но и в газовой фазе, образуя твердые частицы нитрата аммония.

Cu2+ + 4NH3 + 2OH- = [Cu(NH3)4](OH)2
HNO3 + NH3 = NH4NO3

При добавлении новых порций раствора нитрата меди в стакан с концентрированным раствором аммиака раздавалось шипение, образовывался густой белый дым. Чем больше нитрата меди я добавлял в раствор аммиака, тем темнее становился раствор. Наконец, цвет раствора стал почти черным. Это объясняется увеличением концентрации окрашенного катиона [Cu(NH3)4]2+ при добавлении новых порций катиона Cu2+ в раствор аммиака.

Однако после добавления очередной порции раствора нитрата меди, раствор аммиака не стал более темным, а наоборот: раствор превратился в светло-голубую суспензию. После добавления следующей порции нитрата меди суспензия превратилась в прозрачный голубой раствор (твердая фаза растворилась).

Дело в том, что раствор нитрата меди также содержал азотную кислоту, которая реагировала с аммиаком и комплексом [Cu(NH3)4](OH)2:

[Cu(NH3)4](OH)2 + 4H+ = Cu(OH)2(solid) + 4NH4+
Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O

При этом сначала выпадал осадок гидроксида меди Cu(OH)2, который потом растворялся в избытке кислоты с образованием нитрата меди Cu(NO3)2.

Итак, мы добавляли раствор, содержащий нитрат меди и азотную кислоту в раствор аммиака. В ходе процесса, нитрат меди (II) сначала превратился в аммиачный комплекс меди, затем в гидроксид меди и, наконец, опять в нитрат меди.

В заключение отмечу, что при описании цветов растворов соединений меди возникли очевидные проблемы. На фото и видео цвета растворов нитрата меди и аммиачного комплекса меди [Cu(NH3)4](OH)2 кажутся близкими из-за искажения цветопередачи камерой. На самом деле цвет раствора нитрата меди можно было охарактеризовать как "темно-голубой", а аммиачный комплекс меди был темно-синим.

Интересно также, что окраске катионов [Cu(H2O)4]2+ (голубое небо) и [Cu(NH3)4]2+ (темно-синий) в украинском или русском языке соответствуют два разных цвета радуги, которые в английский языке считаются одним цветом "blue".


Download the Video (76 Mb, .avi )

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia
Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia

Copper(II) Oxide, Nitric Acid and Ammonia



[ Copper, Silver, Gold, Platinum metals - pt.2 ]

Copper and its compounds - Discussion on the forum
[Submit a Comment / Error Message - Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]