phân nhóm đồng - bạc - vàng

Lịch sử Đồng đã được ghi chép trong các tư liệu của một số nền văn minh cổ đại, và nó có lịch sử sử dụng ít nhất là 10.000 năm.. Người ta còn tìm thấy các đồ vật bằng đồng và hợp kim củ

LỜI NGỎ

Đồng và các hợp chất của nó rất phổ biến trong tự nhiên và có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất Đối với học sinh cấp hai, thì kim loại đồng cũng rất quen thuộc với các em Vì thế khi giảng đến đồng và các hợp chất của nó thì học sinh

dễ dàng tiếp thu hơn là các kim loại khác Chính vì những ưu điểm trên mà em chọn tiểu luận của mình là “Tìm hiểu tính chất, ứng dụng của đồng và các hợp chất của nó”

Trang 1/18

Lịch sử

Đồng đã được ghi chép trong các tư liệu của một số nền văn minh cổ đại, và

nó có lịch sử sử dụng ít nhất là 10.000 năm

Các vật dụng bằng đồng được sử dụng ngày xưa data.bachkhoatoanthu.gov.vn/data/dic/images/3

Hoa tai bằng đồng đã được tìm thấy ở miền bắc Iraq có niên đại 8.700 năm TCN Khoảng 5.000 năm TCN đã có những dấu hiệu của việc luyện, nấu đồng, việc tinh chế đồng từ các ôxít đơn giản của đồng như malachit hay azurit

Người ta còn tìm thấy các đồ vật bằng đồng và hợp kim của đồng (đồng thanh) ở các thành phố Sumeria có niên đại 3.000 năm TCN, và các đồ vật cổ đại của người Ai Cập bằng đồng và hợp kim của đồng với thiếc cũng có niên đại tương tự Trong một kim tự tháp, một hệ thống hàn đồng đã được tìm thấy có niên đại 5.000 năm

Trong thời của nền văn minh Hy Lạp, kim loại này được biết với tên gọi chalkos Trong thời kỳ La Mã, nó được biết với tên aes Cyprium (aes là thuật ngữ Latinh

chung để chỉ các hợp kim của đồng như đồng thanh và các kim loại khác, và bởi vì nó được khai thác nhiều ở Síp) Từ những yếu tố lịch sử này, tên gọi của nó được đơn

giản hóa thành Cuprum là tên gọi Latinh của đồng.

Trong thần thoại Hy Lạp - La Mã cũng như trong thuật giả kim, đồng có liên quan đến nữ thần Aphrodite (Vệ Nữ) vì vẻ đẹp rực rỡ của nó, việc sử dụng thời cổ đại của

nó trong sản xuất gương, và sự liên hệ của nó với Síp,

là quê hương của nữ thần

Trang 3/18

www.edelsteinwasser-herstellen.de/pics/malach

www.astroesoterika.cz/ /bre

zen2005/68.jpg

Trong thuật giả kim, ký hiệu của đồng cũng là ký hiệu cho hành tinh Kim Tinh.

A ĐỒNG

I Nhận xét chung

Số oxi hóa +1, +2 (bền), +3 rất ít gặp

Cấu hình electron [Ar]3d104s1 Cấu trúc tinh thể Hình lập phương

II Lý tính

Tính chất vật lý

Nhiệt độ nóng chảy 1357,6 K ( 1984,3 oF) Nhiệt độ sôi 2840 K ( 4653 oF) Thể tích phân tử 7,11 x 10-6 m3/mol

• Đồng dễ tạo hợp kim với các kim loại khác:

• Đồng đen (90% Cu, 10% Zn): tăng tính cứng

• Đồng thau (60% Cu, 40% Zn): tăng tính dai và cứng của đồng

www.accommodationinrome.co

m/images/venus_orig

Dao găm và gương đồng ngày xưa www.cinet.gov.vn/ /article/20061127/kc4.jpg

• Đồng – Niken: khó bị oxi hóa, tăng tính bền.

III Hóa tính

Năng lượng ion hóa nhóm I B lớn hơn nhiều nhóm I A do chịu ảnh hưởng của

sợ co d và sự tăng điện tích hạt nhân vì thế những kim loại trong nhóm I B kém hoạt động, hoạt tính hóa học giảm dần trong dãy Cu – Ag – Au Tính chất hóa học của đồng:

• Tham gia phản ứng với halogen (ở nhiệt độ cao) Ví dụ: Cu + Cl2  CuCl2

• Tác dụng với axit có tính oxi hóa như HNO3, H2SO4 (đặc)

Ví dụ: Cu + 4HNO3 (đặc)  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Khi có mặt oxi không khí:

• Đồng phản ứng với dung dịch NH3

Ví dụ: 2Cu + O2 + 8NH3 + H2O  2[Cu(NH3)4](OH)2

Trang 5/18

Hình ảnh đồng thau http://www.cadivi-vn.com/imgs/jpgDongThau.jpg

Cấu tạo phân tử muối CuCl2 www.pyrosafety.com/copper/CuCl2edge.jpg

Hiện tượng khi cho Cu tác dụng với

dung dịch HNO3 đặc

www.seilnacht.com/Lexikon/cusauere.JPG

• Đồng phản ứng với dung dịch CN

-Ví dụ: 4Cu + 8KCN + 2H2O + O2  4K[Cu(CN)2] + 4KOH

• Tác dụng với oxi:

Ví dụ: 2Cu + O2 + H2O  2 Cu(OH)2

Cu(OH)2 + Cu  Cu2O + H2O

Không khí có CO2: Cu bị bao phủ lớp màu lục cacbonat bazơ Cu(OH)2.CuCO3 (malakit)

Màu của Cu(OH)2 wulfenite.fandm.edu/labtech/images/Cu(OH)2.JPG

Màu của phức [Cu(NH3)4](OH)2 www.e-t.ed.jp/ /4kai/kagaku/kinzoku/Cu2.jpg

Công thức cấu tạo của K[Cu(CN)2]

www.chimdocet.it/inorganica/Figure/venti14.jpg

Cấu tạo phân tử của Cu2O people.uis.edu/kdung1/Gemini/Cu2O.jpg

IV Ứng dụng

Đồng là vật liệu dễ dát mỏng và dễ uốn, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm:

• Dây điện

• Đúc tượng: Ví dụ tượng Nữ thần Tự Do, chứa 81,3 tấn (179.200 pao) đồng

• Là một thành phần trong tiền kim loại

• Là thành phần của gốm kim loại và thủy tinh màu

Trang 7/18

www.evolutionsmuseet.uu.se/images/Malakit480.jpg

www.vatkhiphongthuy.com/ /

1148837877.jpg

upload.wikimedia.org/wikipedia/vi/thumb/3/32/ Hình bên là cặp bánh răng

bơm thủy lực trên xe thiết giáp được phục hồi trên giá

Nhìn thấy rõ lớp gốm kim loại bóng ở phần cổ trục tiếp

súc với ổ bi đũa và trên thân răng ở phía vào khớp

• Các loại nhạc khí, đặc biệt là các loại nhạc khí từ đồng thau

V Điều chế:

Đồng có thể tìm thấy như là đồng tự nhiên trong dạng khoáng chất Các khoáng chất chẳng hạn như cacbonat azurit (2CuCO3Cu(OH)2) và malachit (CuCO3Cu(OH)2)

là các nguồn để sản xuất đồng, cũng như là các sulfua như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các ôxít như cuprit (Cu2O)

Cu2S (1) CuFeS2 (2)

www.mineralienatlas.de/thumbWidth.php?width=2 (1) www.strahlen.org/vp/nl/hendrik/TN_emma-stuk-1.jpg (2) Điều chế:

2Cu2S + 3O2  2Cu2O + SO2 2Cu2O + Cu2S  6Cu + SO2 2CuFeS2 + 5O2 + 2SiO2  2Cu + 2FeSiO3 + 4SO2 (95  98%)

B HỢP CHẤT CỦA ĐỒNG

I Hợp chất Cu (+1):

Số oxi hóa (+1) bền đối với Ag, còn đối với đồng nó chỉ được làm ổn định trong những hợp chất có tích số tan rất nhỏ và các phức chất bền vững hoặc ở những điều kiện hoàn toàn khô Hiện tượng này được giải thích là do ion Cu2+ có năng lượng hidrat hóa lớn hơn nhiều so với Cu+ Do đó khi có mặt nước, Cu2+ trở nên bền vững upload.wikimedia.org/ /250px-Glass-Ball.jpg

hơn nhiều Các hợp chất Cu+ thường thể hiện tính khử, dễ bị oxi hóa lên Cu2+, hoặc bị

dị phân: 2Cu+ ↔ Cu + Cu2+

1 Cu 2 O : trạng thái rắn, có màu từ vàng đến đỏ, nhiệt độ nóng chảy là 1230oC

Cu2O có khả năng tan trong dung dịch kiềm đặc:

Ví dụ: Cu2O + 2NaOH + 2H2O  2Na[Cu(OH)2]

Cu2O tan dễ trong dung dịch NH3 dư:

Ví dụ: Cu2O + 4NH3 + H2O  2[Cu(NH3)2]OH

Trong thực tế, người ta điều chế Cu2O bằng các cách sau:

• Đốt đồng trong điều kiện hạn chế không khí:

Ví dụ: 4Cu + O2  2Cu2O

• Nung nóng CuO đến 1150oC hoặc nung CuO với bột đồng:

Ví dụ: 4CuO  2Cu2O + O2

• Dùng các chất khử như andehit hoặc glucozơ để khử các hợp chất Cu(II) trong môi trường kiềm nóng:

Ví dụ: HCHO + 4Cu(OH)2 + 2NaOH  Na2CO3 + 2Cu2O + 6H2O

• Hoặc khi cho CuSO4 tác dụng với Na2SO3 khi có mặt NaCl tạo ra dung dịch không màu có chứa ion phức CuCl32- :

Ví dụ: 2Cu2+ + SO32- + H2O  2Cu+ + SO42- + 2H+

Cu+ + 3Cl-  CuCl3

2-Sau đó thêm từ từ dung dịch borac nóng vào, Cu2O sẽ xuất hiện:

2CuCl32- + 2OH-  Cu2O + H2O + 6Cl

-2 CuOH : rất kém bền, dễ bị phân hủy ngay khi vừa điều chế để tạo thành oxit

Cu2O

Trang 9/18

img.china.alibaba.com/ /41/30084441.summ.jpg

2Cu + Cl2  2CuCl

2Cu + 2HCl (khí)  2CuCl + H2

2CuCl2 + Zn  2CuCl + ZnCl2

Trong phòng thí nghiệm CuCl được điều chế bằng cách nung nóng dung dịch chứa CuCl2 (thường dùng là hỗn hợp gồm CuSO4 + NaCl) với axit HCl đặc với Cu Người ta khuấy dung dịch đó cho đến khi màu dung dịch chuyển từ xanh lam sang màu vàng rơm sáng, giai đoạn này tạo ra phức chất:

CuCl2 + Cu + 4HCl  2H2[CuCl3]

CuCl2 + Cu + 6HCl  2H3[CuCl4]

Sau đó người ta thêm một ít dung dịch Na2SO3 để tạo môi trường không có tính oxi hóa, lúc đó kết tủa trắng CuCl xuất hiện:

CuCl32-  CuCl + 2Cl

-II Hợp chất Cu (2+):

Số oxi hóa (+2) chỉ đặc trưng với đồng

1 CuO : CuO là một polyme có cấu trúc cộng hóa trị, màu đen hơi nâu, nhiệt độ

nóng chảy ở 1026oC (trên nhiệt độ đó sẽ tạo ra Cu2O)

Cấu trúc của CuCl - poly www.3dchem.com/inorganics/CuCl-poly.jpg

• Không tan trong nước, tan dễ trong dung dịch axit, dung dịch NH3:

Ví dụ : CuO + 2 HCl  CuCl2 + H2O

CuO + 4NH3 + H2O  [Cu(NH3)4](OH)2 (xem hình ảnh ở trang 5)

• Khi tác dụng với chất khử (ở nhiệt độ cao), sẽ tạo Cu+:

Ví dụ : 2CuO + SnCl2  2CuCl + SnO2

3CuO + 2FeCl2 (dd)  2CuCl + CuCl2 + Fe2O3

2CuO + CO  Cu2O + CO2

Điều chế: CuCO3.Cu(OH)2  2CuO + CO2 + H2O

2Cu(NO3)2  2 CuO + 4NO2 + O2

CuO được dùng để tạo màu xanh của thủy tinh và của men sứ

2 Cu(OH) 2 : là chất kết tủa keo nhầy, màu xanh khi cho dung dịch muối Cu2+ tác dụng với dung dịch NaOH hay KOH

CuSO4 + 2NaOH  Cu(OH)2 + Na2SO4

• Cu(OH)2 không tan trong nước, dễ tan trong dung dịch axit, tan trong lượng dư kiềm mạnh đặc (40%) (ở nhiệt độ cao)

Ví dụ: Cu(OH)2 + 2NaOH  Na2[Cu(OH)4]

Trang 11/18

www.sulinet.hu/kemia/anyag/elemek/cu/cuo.JPG

Dung dịch CuCl2 và hình ảnh sau khi cô cạn

www.seilnacht.com/Chemie/tncucl2.JPG

www.vnn.vn/dataimages/original/images472649_3.jpg

3 Muối Cu 2+:

Các muối Cu2+ dễ tan (trừ CuS, CuCO3, CuC2O4, Cu3(PO4)2 )

a) CuSO 4 :

Dạng khan của CuSO4 có màu trắng, dạng thường gặp màu xanh lam CuSO4.5H2O Để trong không khí bị rã dần, trên bề mặt có cấu tạo là [Cu(H2O)4]SO4.H2O

CuSO4 CuSO4.5H2O

Khi đun nóng dần sẽ có sự chuyển đổi sau:

100oC 250oC 700oC

CuSO4.5H2O ↔ CuSO4.H2O + 4H2O ↔ CuSO4 + 5H2O ↔ CuO + SO2 + O2 Dung dịch NH3 tác dụng với dung dịch muối Cu2+ tạo kết tủa bazơ màu xanh thẫm, kết tủa này tan trong NH3 dư:

2CuSO4 + 2NH3 + 2H2O  CuSO4.Cu(OH)2 + (NH4)2SO4

CuSO4.Cu(OH)2 + 8NH3  [Cu(NH3)4]SO4 + [Cu(NH3)4](OH)2

idata.over-blog.com/ /cuivre-sulfate.jpg

Màu của phức [Cu(NH3)4](OH)2 www.e-t.ed.jp/ /4kai/kagaku/kinzoku/Cu2.jpg

Trong nước, ion Cu2+ không dễ chuyển thành ion Cu+ nhưng khi có mặt những ion tạo nên hợp chất ít tan với Cu+ thì khả năng oxi hóa của Cu2+ tăng lên nhiều:

Ví dụ: 2CuSO4 + 4KI  2CuI + I2 + 2K2SO4

2CuSO4 + 4NaCN  2CuCN + (CN)2 + 2Na2SO4

Ứng dụng:

CuSO4 khan có màu trắng rất dễ hút nước nên dùng làm chất thử nước

Trong nông nghiệp: diệt nấm, mốc, sâu bọ phá hoại cây nho Hỗn hợp Bordeaux (dung dịch CuSO4 với vôi) phun vào khoai tây diệt nấm Phytophthora

Trong công nghiệp: mạ đồng

Trong y khoa: sát trùng, tẩy uế nhà cửa, dung dịch CuSO4 0,3 đến 1% dùng làm thuốc chữa đau mắt hột, chữa phỏng do Photpho gây ra hoặc để khử Photpho dư trong các dung dịch thí nghiệm:

Ví dụ: 5CuSO4 + 2P + 8H2O  2H3PO4 + 5H2SO4 + 5Cu

Điều chế: Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng)  CuSO4 + SO4 + H2O

Trang 13/18

NấmPhytophthora phytophthora.vbi.vt.edu/ /279_(107)_100x.jpg

Copper sulfate and a tin of Bordeaux mixture www.abbeville.com/ /tools-coppersulfate.jpg

đun nóng đến 993oC bị phân hủy tạo CuCl, dễ chảy rữa trong không khí

Dễ tan trong nước( 72,8g CuCl2.2H2O / 100g H2O ở 20oC), khi tan trong nước màu sắc thay đổi dần Từ dạng hidrat hóa CuCl2.2H2O màu xanh lá cây, khi có dấu vết của nước chuyển thành màu xanh thẫm, khi thêm ít nước chuyển thành hung thẫm, nếu pha loãng thêm chuyển thành màu lục và cuối cùng dung dịch loãng có màu lam

Hiện tượng thay đổi màu sắc như trên có liên quan đến sự hình thành các ion phức:

Màu xanh lam: [Cu(H2O)6]2+

Màu xanh thẫm: CuCl3- và CuCl4

2-Ví dụ: 2CuCl2 + 6H2O  [Cu(H20)6]2+ + CuCl4

2-Điều chế bằng cách cho khí Cl2 tác dụng với Cu nung nóng hoặc nung tinh thể CuCl2.2H2O, rồi cho luồng khí hidro clorua đi qua ở 150oC

Hoặc cho CuCl2.2H2O tác dụng với H2SO4 đậm đặc:

H2SO4 (đặc) CuCl2.2H2O CuCl2 + 2H2O

Về mặt cấu trúc, CuCl2 ở dạng khan là các polyme cộng hóa trị, có cấu tạo mặt phẳng:

Hình ảnh CuCl2 img.china.alibaba.com/ /01/30084801.summ.jpg

Trong mặt phẳng đó, mỗi nguyên tử Cu liên kết với hai nguyên tử clo với liên kết cộng hóa trị bình thường và với hai nguyên tử clo khác bằng liên kết cho – nhận, trong đó clo là chất cho

Ở trạng thái hidrat hóa CuCl2.2H2O là những nhóm phẳng có dạng:

c) Các loại muối khác :

 CuCO 3: chưa điều chế được, nhưng điều chế được dạng phức chất

K2[Cu(CO3)2] màu xanh đen

Trong thiên nhiên, gặp dưới dạng muối bazơ malachit màu xanh lá cây Cu(OH)2.CuCO3 và dạng azurit màu xanh lam Cu(OH)2.2CuCO3 Khi cho dung dịch Na2CO3 hoặc NaHCO3 tác dụng với dung dịch muối Cu2+ thì thu được chất bột màu xanh lá cây:

2Na2CO3 + 2CuSO4 + H2O  2Na2SO4 + Cu(OH)2.CuCO3 + CO2

4NaHCO3 + 2CuSO4  Cu(OH)2.CuCO3 + 2Na2SO4 + 3CO2 + H2O

 Cu(NO 3 ) 2: khan có màu trắng,là chất dễ tan trong nước ( 55,6g Cu(NO3)2 khan

/ 100g H2O ở 20oC), nhiệt độ nóng chảy là 114,5oC, dạng hidrat Cu(NO3)2.3H2O có màu xanh thẫm

Trang 15/18

www.niceus-mineralien.de/Mineralien/Azurit

jpg

www.archlsa.de/sterne/bild er/malachit1.jpg web1.kcn.jp/miyawaki/new

s.files/image004.jpg

Điều chế bằng cách cho kim loại, oxit, hidroxit hoặc cacbonat baozơ tan trong trong dung dịch HNO3

Khi đun nóng dạng Cu(NO3)2.6H2O hoặc Cu(NO3)2.3H2O thì ban đầu mất nước kết tinh sau đó tạo ra CuO, NO2 và O2

 Cu(CH 3 COO) 2 H 2 O: là chất rắn màu lục pha lam thẫm, tan trong nước, nhiệt

độ nóng chảy là 115oC, được dùng làm chất cầm màu trong y khoa và làm thuốc bảo

vệ thực vật

Khi ngâm những lá đồng trong dung dịch giấm ăn có mặt của không khí:

2Cu + 4CH3COOH + O2  2Cu(CH3COO)2 + 2H2O

thường thu được ở dạng Cu(CH3COO)2.Cu(OH)2

 CuS: là chất kết tủa màu đen, không tan trong nước, tích số tan là 6,3.10-36, không tan trong axit (trừ HNO3) Ở trạng thái ẩm, dần dần bị không khí oxi hóa thành CuSO4

CuS được điều chế bằng cách nung bột Cu với bột lưu huỳnh:

forum.vmc.org.pl/files/cuac2_483.jpg

Hoặc cho H2S qua dung dịch muối Cu2+ đã được axit hóa:

Ví dụ: Cu2+ + S2-  CuS

Kết luận:

Nhìn chung tất cả muối Cu(II) đều có màu xanh do ion hidrat hóa của Cu2+ Các muối đó đều có thể bị khử thành Cu bởi các kim loại (trừ Ag, Au và họ platin)

Tạo kết tủa Cu(II) hidroxit với dung dịch kiềm, còn với dung dịch amniac thì ban đầu cho kết tủa hidroxit sau đó tan trong lượng dư amoniac hình thành ion [Cu(NH3)4]2-

Với hidrosunfua tạo ra kết tủa màu đen CuS, còn tác dụng với kali feroxianua K4[Fe(CN)6] tạo ra kết tủa dạng keo màu nâu socola của Cu(II) feroxianua Cu4[Fe(CN)6] trong môi trường axit hoặc trung tính

III Hợp chất Cu (+3):

Người ta đã điều chế được Cu2O3 ở dạng bột màu đỏ khi cho dung dịch natri cuprit tác dụng với Na2O2:

Ví dụ: 2Na2[Cu(OH)4] + Na2O2  Cu2O3 + 6NaOH + H2O

Nung Cu2O3 đến 100oC mất dần oxi, đến 400oC chuyển thành CuO:

Ví dụ: 2Cu2O3  4CuO + O2

Cu2O3 là chất lưỡng tính, tan trong HCl và trong kiềm tạo ra cuprat màu đỏ:

Ví dụ: Cu2O3 + 6HCl  2CuCl2 + Cl2 + 3H2O

Cu2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Cu(OH)4]

Trang 17/18

Hiện tượng đốt hỗn hợp đồng và lưu huỳnh www.fh-niederrhein.de/ /cu_S/cu_s3.jpg