¿Por qué el carbonato de cobre (II) se descompone en óxido de cobre (II) en lugar de óxido de cobre (I) cuando se calienta?

Question

Recientemente realicé un experimento en la escuela sobre la descomposición del carbonato de cobre(II) en óxido de cobre(II), y posteriormente en cobre puro, cuando se agrega suficiente calor. Lo que no entiendo es por qué el carbonato de cobre(II) no puede descomponerse en óxido de cobre(I), en lugar de óxido de cobre(II).

Por ejemplo, la descomposición del carbonato de cobre(II) en óxido de cobre(II) sería:

$$\ce{CuCO3 ->CuO + CO2}$$

Mientras que la descomposición del carbonato de cobre(II) en óxido de cobre(I) sería:

$$\ce{4CuCO3 -> 2Cu2O + 4CO2 + O2}$$

Si alguien pudiera ayudarme a entender por qué el carbonato de cobre(II) se descompone en óxido de cobre(II) en lugar de óxido de cobre(I), lo apreciaría mucho.

Editar: He estado investigando un poco en Wikipedia y descubrí que el óxido de cobre(I) reacciona con la humedad atmosférica para convertirse en óxido de cobre(II). Esto explicaría por qué el óxido de cobre(I) no está presente; se ha degradado en óxido de cobre(II). Todavía estoy interesado en cómo reaccionan el óxido de cobre(I) y el agua con respecto a los reactivos y productos, así que si alguien sabe cuál es la ecuación entre los productos y reactivos, me gustaría saberlo.

Answer 1

En cuanto a la estabilidad de los productos, en este caso la interacción de los iones metálicos con los ligandos (en este caso, oxígeno). En soluciones acuosas, $\ce{Cu^2+}$ suele ser más estable que $\ce{Cu^1+}$, pero la historia es bastante diferente en disolventes no acuosos como el acetonitrilo. En estado sólido, $\ce{CuCl2}$ es más estable que $\ce{CuCl}$, pero el yoduro $\ce{CuI}$ es más estable que $\ce{CuI2}.

La explicación más simple sería la teoría ácido-base duro-blando: $\ce{Cu^2+}$ es un ácido duro y $\ce{Cu+}$ es un ácido blando. El oxígeno en el óxido de cobre o el $\ce{Cl-}$ en el cloruro son bases duras y el $\ce{I-}$ es una base blanda. Lo duro va con lo duro y lo blando con lo blando: los ácidos blandos se van con bases blandas, y los ácidos duros prefieren las bases duras.

Answer 2

Dado que @Kris_R ya respondió que Cu(II) es mucho más estable que Cu(I) según la teoría HSAB y por lo tanto forma $\ce{CuO}$ en lugar de $\ce{Cu2O}$ en la descomposición, pero cabe destacar que el óxido de cobre(II) puede ser descompuesto aún más a óxido de cobre(I) con la aplicación adicional de calor.

$$\ce{4CuO ->[1026-1100°C] 2Cu2O + O2}$$

(fuente de la reacción)

Por lo tanto, la reacción completa sería:

$$\ce{CuCO3 ⟶[\Delta 1] CuO + CO2}$$ $$\ce{4CuO ->[\Delta 2 ] 2Cu2O + O2}$$

Tenga en cuenta que no se pueden escribir ambas reacciones en una sola ecuación (como se menciona en la pregunta) ya que las dos reacciones proceden a diferentes temperaturas.