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산화 구리(II)

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목차

1. 개요

산화 구리(II)는 화학식 CuO를 갖는 구리의 산화물로, 구리 광석에서 구리를 추출하는 과정에서 대규모로 생산된다. 산업적으로는 건식 제련, 구리를 공기 중에서 가열하는 방법 등으로 얻을 수 있으며, 실험실에서는 질산 구리(II) 또는 염기성 탄산 구리(II)의 열분해, 수산화 구리(II)의 탈수 반응 등을 통해 제조한다. 산화 구리(II)는 무기산과 반응하여 구리(II) 염을 생성하며, 수소, 일산화 탄소, 탄소에 의해 구리 금속으로 환원될 수 있다. 다른 구리 염 생산의 출발점, 목재 방부제, 세라믹 안료, 배터리 전극 등 다양한 용도로 사용된다.

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산화 구리(II) - [화학 물질]에 관한 문서
개요
산화 구리(II)
IUPAC 이름산화 구리(II)
다른 이름산화 제이구리
산화 제2구리
식별 정보
화학 물질 식별 번호 (ChemSpider ID)144499
화학 물질 및 생물학적 개체 데이터베이스 (ChEBI)75955
화학 물질 정보 데이터베이스 (ChEMBL)1909057
Unified Medical Language System (UMLS) 고유 식별자 (UNII)V1XJQ704R4
국제 화학 식별자 (InChI)1/Cu.O/q+2;-2
InChIKeyQPLDLSVMHZLSFG-PHEGLCPBAN
표준 국제 화학 식별자 (StdInChI)1S/Cu.O/q+2;-2
표준 국제 화학 식별자 키 (StdInChIKey)KKCXRELNMOYFLS-UHFFFAOYSA-N
CAS 등록 번호1317-38-0
유럽 공동체 (EC) 번호215-269-1
PubChem CID14829
RTECS 번호GL7900000
화학적 특성
화학식CuO
몰 질량79.545 g/mol
외관검은색에서 갈색 분말
밀도6.315 g/cm3
녹는점1326 °C
끓는점2000 °C
용해도불용성
다른 용매에 대한 용해도염화 암모늄, 사이안화 칼륨에 용해
에탄올, 수산화 암모늄, 탄산 암모늄에 불용
밴드 갭1.2 eV
굴절률2.63
자기 감수율+238.9·10−6 cm3/mol
결정 구조
결정계단사정계, mS8
공간군C2/c, #15
격자 상수 a4.6837
격자 상수 b3.4226
격자 상수 c5.1288
격자 상수 β99.54
열화학
표준 생성 엔탈피−156 kJ·mol−1
엔트로피43 J·mol−1·K−1
위험성
GHS 신호어경고
NFPA 704건강: 2
화재: 0
반응성: 1
인화점불연성
허용 노출 기준 (PEL)TWA 1 mg/m3 (구리로서)
권장 노출 기준 (REL)TWA 1 mg/m3 (구리로서)
즉시 생명 및 건강에 위험한 농도 (IDLH)TWA 100 mg/m3 (구리로서)
물질안전보건자료 (SDS)Fisher Scientific
관련 화합물
다른 음이온황화 구리(II)
다른 양이온산화 니켈(II)
산화 아연
관련 화합물산화 구리(I)

2. 제법

산화 구리(II)는 대규모 생산 시 건식 제련을 통해 구리 광석에서 구리를 추출하는 과정에서 얻어진다. 광석은 탄산 암모늄, 암모니아, 산소 수용액 혼합물로 처리되어 구리(II) 아민 착물 탄산염을 생성한다. 이후 잔류물에서 추출하고 철, 납 등의 불순물을 분리한 후, 탄산염을 증기로 분해하여 산화 구리(II)를 생성한다.[3]

약 300–800 °C에서 구리를 공기 중에서 가열하여 얻을 수도 있다.

: 2 Cu + O2 → 2 CuO

실험실에서는 질산 구리(II), 염기성 탄산 구리(II) 열분해나 수산화 구리의 탈수 반응으로 산화 구리(II)를 쉽게 제조할 수 있다.[4]

염기성 탄산 구리를 가열하거나,[12] 수산화 구리(II), 질산 구리(II), 또는 단체 구리를 가열하여 얻을 수도 있다.

2. 1. 산업적 제법

대규모 생산 시에는 구리 광석에서 구리를 추출하는 과정 중 하나인 건식 제련을 거친다. 광석을 탄산 암모늄, 암모니아, 산소의 수용액 혼합물로 처리하여 구리(II) 아민 착물 탄산염 (예: Tetraamminecopper(II) carbonate|테트라아민구리(II) 탄산염영어)을 생성한다. 잔류물에서 추출하고 철, 납 등의 불순물을 분리한 후, 탄산염을 증기로 분해하여 산화 구리(II)를 얻는다.[3]

약 300–800 °C에서 구리를 공기 중에서 가열하여 만들 수도 있다.

: 2 Cu + O2 → 2 CuO

실험실에서는 질산 구리(II) 또는 염기성 탄산 구리(II)의 열분해로 산화 구리(II)를 쉽게 제조할 수 있다.[4]

: 2 Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2 (180°C)

: Cu2(OH)2CO3 → 2 CuO + CO2 + H2O

수산화 구리의 탈수 반응으로도 생성된다.

: Cu(OH)2 → CuO + H2O

2. 2. 실험실 제법

실험실에서 산화 구리(II)는 질산 구리(II) 또는 염기성 탄산 구리(II)의 열분해로 쉽게 제조할 수 있다.[4]

: 2 Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2 (180°C)

: Cu2(OH)2CO3 → 2 CuO + CO2 + H2O

수산화 구리의 탈수 반응으로도 얻을 수 있다.

: Cu(OH)2 → CuO + H2O

산화 구리(II)는 염기성 탄산 구리를 가열하여 얻을 수 있다.[12]

: CuCO3•Cu(OH)2 → 2CuO + CO2 + H2O

수산화 구리(II), 질산 구리(II), 또는 단체 구리를 가열하여 얻을 수도 있다.

: 2Cu + O2 → 2CuO

3. 화학적 성질

산화 구리(II)는 염산, 황산, 질산과 같은 무기산과 반응하여 해당하는 구리(II) 염을 생성하고,[4] 농축된 알칼리와 반응하여 구리산염을 형성한다. 또한 수소, 일산화 탄소, 탄소를 사용하여 구리 금속으로 환원될 수 있다. 산화 구리(II)를 테르밋에서 산화철 대신 사용하면 생성된 혼합물은 약한 폭발물이다.

산화 구리(II)가 염산, 황산, 염화 암모늄 용액, 암모니아수에 녹을 때는 다음과 같은 반응을 일으킨다.

:CuO\ + 2HCl -> CuCl2\ + H2O

:CuO\ + H2SO4 -> CuSO4\ + H2O

:2CuO\ + 4NH4Cl -> CuCl2\ +\ [Cu(NH3)4]Cl2\ + 2H2O

:CuO\ + 4NH3\ + H2O ->\ [Cu(NH3)4](OH)2

또한, 산화 구리(II)를 금속 구리로 환원시킬 때는 수소나 일산화 탄소, 흑연과 다음과 같이 반응시킨다.

:CuO\ + H2 -> Cu\ + H2O

:CuO\ + CO -> Cu\ + CO2

:2CuO\ + C -> 2Cu\ + CO2

3. 1. 산과의 반응

산화 구리(II)는 염산, 황산, 질산과 같은 무기산과 반응하여 해당하는 수화된 구리(II) 염을 생성한다.[4]

: CuO + 2 HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O

: CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O

: CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

3. 2. 염기와의 반응

산화 구리(II)는 물이 존재할 때 농축된 알칼리와 반응하여 해당하는 구리산염을 형성한다.[4]

: 2 NaOH + CuO + H2O → Na2[Cu(OH)4]

3. 3. 환원 반응

산화 구리(II)는 수소, 일산화 탄소, 탄소를 사용하여 구리 금속으로 환원될 수 있다.[4]

: CuO + H2 → Cu + H2O

: CuO + CO → Cu + CO2

: 2 CuO + C → 2Cu + CO2

산화 구리(II)를 테르밋에서 산화철 대신 사용하면 생성된 혼합물은 발화제가 아닌 약한 폭발물이다.

4. 물리적 성질 및 구조

단사정계에 속한다. 구리 원자는 대략적인 사각형 평면 배위에서 4개의 산소 원자에 의해 배위된다.[1]

벌크 CuO의 일함수는 5.3 eV이다.[5]

5. 용도

구리 채굴의 중요한 산물인 산화 구리(II)는 다른 많은 구리 염을 생산하기 위한 출발점이다. 예를 들어, 많은 목재 방부제가 산화 구리에서 생산된다.[3]

산화 구리는 세라믹에서 청색, 적색 및 녹색, 때로는 회색, 분홍색 또는 검은색 유약을 생성하는 안료로 사용된다.[3]

동물 사료의 식이 보충제로 잘못 사용되기도 한다.[6] 낮은 생체 활성으로 인해 구리는 거의 흡수되지 않는다.[7]

구리 합금으로 용접할 때 사용된다.[8]

산화 구리 전극은 에디슨-랄랑드 전지로 알려진 초기 배터리 유형의 일부를 형성했다. 산화 구리는 또한 리튬 전지 유형(IEC 60086 코드 "G")에도 사용되었다. 염소산염 및 과염소산염과 같은 추가적인 염소 공여체 및 산화제와 함께 사용되어 중간 정도의 푸른색 화염 조성을 띤다. 산소를 제공하여 마그네슘, 알루미늄 또는 마그날륨 분말과 같은 금속 연료와 함께 플래시 파우더 산화제로 사용될 수 있다. 때로는 깜빡이는 별 효과를 내기 위해 스트로브 효과 및 테르밋 조성물에 사용된다.

6. 기타 화합물

자생 구리(I,II) 산화물의 예로는 광물 파라멜라코나이트가 있다.

참조

[1] 논문 The effect of hydrostatic pressure on the ambient temperature structure of CuO
[2] 간행물
[3] 간행물 Copper Compounds
[4] 서적 Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Academic Press
[5] 학술지 A photoelectrochemical determination of the position of the conduction and valence band edges of p-type CuO
[6] 웹사이트 Uses of Copper Compounds: Other Copper Compounds http://www.copper.or[...] Copper Development Association 2007-01-27
[7] 학술지 Cupric Oxide Should Not be Used as a Copper Supplement for Either Animals or Humans 1999
[8] 웹사이트 Cupric Oxide Data Sheet http://www.axxousa.c[...] Hummel Croton Inc. 2006-04-21
[9] 웹사이트 Paramelaconite https://www.mindat.o[...]
[10] 웹사이트 List of Minerals https://www.ima-mine[...] 2011-03-21
[11] 논문 The effect of hydrostatic pressure on the ambient temperature structure of CuO
[12] 서적 新実験化学講座８．無機化合物の合成[Ⅰ] 丸善
[13] 논문 The effect of hydrostatic pressure on the ambient temperature structure of CuO
[14] 간행물


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