CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI
CH ƠNG Đ I C ƠNG V KIM LO I 1.1 Vị trí kim lo i bảng hệ thống tuần hoàn Trongăbảngăhệăthốngătuầnăhoànănếuăvạchămộtăđ ngăchéoătừ B đếnăAtă(B – Si - At)ăthìănhữngă phână nhómă nằmă bênă tráiă đ ngă chéoă kimă loại.ă Trongă 105ă ngună tốă (bảngă cũ)ă thìă có 84 nguyênătốălàăkim loại,ăbaoăgồm: Tấtăcảăcácănguyênătốăs,ătrừăH,ăHe Tấtăcảăcácănguyênătốăd, f Cácănguyênătốăpăc aănhómăIII,ătrừăB Mộtăsốănguyênătốăpăc aănhómăI↑,ă↑ănằmă ăcácăchuăkỳă6,ă7 nh : Sn,ăPb (cóă4,ă5eălớpăngồiă cùng) 1.2 Đặc m cấu trúc lớp vỏ electron Cácăngunătửăkimăloạiăcóăbánăkínhăngun tửălớnăhơn so vớiăcácăngunătửăphiăkim Cácăphânălớpăngồiăcùngăc aăcácăngun tửăkimăloạiă có electron: 1, 2, 3e Cácăkimăloạiăcóăcấuătrúcălớpăelectron ngồi ns, np thuộcăphânănhómăA,ănếuălàănd,ă nfăthuộcăphân nhóm B Lựcăhútăc aăhạtănhânăvớiăcácăelectron ngồiăcùngăt ơng đối yếu,ădoăđóănĕngăl ợngăionăhốă c aăcácăkim loạiăthấp 1.3 Kim lo i chuy n ti p kim lo i không chuy n ti p Kim loại không chuyển tiếp (kim loại thuộc phân nhóm – nhóm A) làănhững nguyênătốăs, p: ns1 np4 ↑íădụ:ăăLi:ăβs1, Po: 6s26p4 Kim loại chuyển tiếp làănhữngănguyênătố dăvàăfă(chỉă chuăkỳălớn:ă4,ă5,ă6ăvàă7),ăelectronă cuốiăcùng đ ợcăđiềnăvào phânălớpă(n-1)d hay (n-2)f Kimăloạiăchuyểnătiếpăgồmăcóăcácănhóm: * Nhóm d: + Dãy 1: Sc, Ti, V, 3d + Dãy 2: Y, Zr, Nb, 4d + Dãy 3: Hf, Ta, 5d + Dãy 4: Ac, 6d * Nhóm Lantan: Ce (58), Lu (71): 4f * Nhóm Actini: Th (90), Lr (103): 5f Kimăloạiăkhơngăchuyểnătiếpăth ngăchỉăcó mộtăsốăoxi hố, nếuăcóăβăsốăoxiăhốăthìăsaiăkémă βăđơnăvị Kimăloạiăchuyểnătiếpăcóănhiềuăsốăoxi hố,ădễ tạo ph c,ăionăhydratăth ngăcóămàu 1.4 Hợp kim hợp chất hố học 1.4.1 Hợp kim Hợpăkimălàădungădịchărắnăkimăloạiăgồmăkim loạiăhồătan kimăloạiăkhácăhayăcácăphiăkim * Có dạng dung dịch rắn: Dung dịch rắn thay thế: làăhợpăkimătrong đóănguyênătử c a mộtăkimăloạiăthayăthếămộtăsốă nguyênă tửă mạngă tinhăthể c a kimă loạiă khác.ă Cácă kimă loạiă phảiă cóă bánă kính ngună tửă -1- khơng khác q ↑íădụ:ăhợpăkimăCu(1,17A0) Ni(1,15A0) Dung dịch rắn thâm nhập: làăhợpăkim trongăđóăcác nguyên tửănhỏăchiếmăcácălỗătrốngătrongă mạngătinh thểă kimăloại.ăĐây cácăhợpăkimă cóăđộănóngăchảyă cao,ă rấtăc ng, bềnăvềă mặtăhố học Ví dụ:ăhợpăkimăc aăkimăloạiăchuyểnătiếp (nh ăTi,ăZr, Hf, ) vớiăN2, C, B, * Đặc điểm: Thànhăphầnăc aăcácăcấuătửătrongăhợp kimăcóăthểăthay đổi theoănhữngătỉălệăkhácănhau.ă↑íădụ: hợpăkim đồngăthau:ăCu + Zn (10 -15% Zn) Nhiệtăđộănóngăchảyăc aăhợpăkimăth ng thấpăhơn nhiệt độ nóngăchảyăc aăkimăloạiăthànhă phần.ă↑íădụ:ăPb nóngăchảyă 327,40C;ăSnănóngăchảyă ăβγβ0C - Hợpăkimăgồm 50% Pb 50% Sn nóngăchảyă ăβ100C Độăc ngăc aăhợpăkimălớnăhơnăc aăkim loạiăthành phần.ă↑í dụ:ăthêmă1% BeăvàoăCuăđ ợcă hợpăkimăc ngăhơnăCu 7ălần Độădẫnăđiệnăc aăhợpăkimăth ngăkém hơnăcácăkim loại thànhăphần 1.4.2 Hợp chất hố học kim loại Khiăhồătanănóngăchảyăcácăkimăloạiăcóăthể tạoăvớiănhau thành hợpăchấtăkimăloại.ăHợpăchấtăkimă loạiăđ ợc tạoăthànhădoăliên kết hỗnăhợpăgiữaăcácănguyênătử (liênăkếtăkim loại,ăion,ăcộngăhoá trị) Một số dạng hợp chất kim loại: Bectolit: làănhữngăhợpăchấtăkimăloại cóăthànhăphần thay đổi ↑íădụ:ăăPb0,9995S PbS0,9; TiO1,9 TiO2 Dantonit: làăhợpăchấtăkimăloạiăcó thànhăphầnăkhơng đổi ↑íădụ: Mg2Pb; Cu3Al * Đặc điểm: Hợp chấtăkimăloạiăcóăthànhăphầnăxác địnhă ngăvớiămột cơng th căhốăhọcăxácăđịnh ↑íădụ: TiO0,9Cu3Al Thànhăphầnăc aăhợpăchấtăkimăloạiăđ ợc xácăđịnhăb i:ă Nồngăđộăelectronăhốă=ătổngăsốăelectron hố trị/tổng số ngun tử ↑ớiănồngăđộ electron hốătrịăcóăthểăxác địnhăđ ợcăkiểu mạng tinhăthểăc aăhợpăchất ↑íădụ:ăhợpăchấtăkim loạiăCu, Zn: Cu (ns1), Zn (ns2) nồngăđộăelectronăhốătrịă=ă(1+β)/βă=ă 1,5ă(mạngălập ph ơng tâmăkhối) Kiểuămạngătinhăthểăc aăhợpăchấtăkim loạiăkhácăvới kiểu mạngăc aăcác kimăloạiăthànhăphần Nhiệtăđộănóngăchảyăc aăhợpăchấtăkim loạiăcaoăhơn nhiệt độ nóngăchảyăc aăkimăloạiăthànhă phần.ă ↑íădụ:ăMg nóngăchảyă 6500C, Snănóngăchảyă ăβγβ0C,ănh ngăhợpăchấtăMg2Sn nóngăchảyă 7950C Lýătínhăvàăhốătínhăc aăhợpăchấtăkim loạiăkhácăhẳn kim loạiăthànhăphần.ă Ví dụ:ăCácăhợpăchấtăkimăloạiăth ngăc ng, dịnănh ngă nhiệtăđộă 70-96%ănhiệtăđộănóngă chảyăc aăhợp chấtăkimăloạiăthì hợp chấtăkimăloạiăcóătínhădẻo -2- 1.5 Tính chất vật lý kim lo i - Thuy t mi n l ợng 1.5.1 Tính chất vật lý đặc trưng kim loại Kimăloạiăđ ợcăphânăbiệtăvớiăphiăkimăch ăyếuăb iăbốnătínhăchấtăsauăđây Tấtăcảăcácăkimăloạiăđềuălàăchấtărắnă(trừăHg),ăcóăánhăkim,ă ătrạngătháiăphânătánăcóămàuăxámă sẫm Kimăloạiăcóătínhădẫnăđiện,ădẫnănhiệtătốt.ăNhiệtăđộătĕngălênălàmăgiảmăđộădẫnăđiện,ădẫnănhiệtă c aăcácăkimăloại.ăMộtăsốăkimăloạiădẫnăđiện,ădẫnănhiệtătốtănh :ăCu,ăAu,ăAg,ăAl, Kimă loạiă cóă tínhă dẻoă doă đặcă điểmă cấuă tạoă mạngă tinhă thểă kimă loạiă vàă liênă kếtă kimă loại:ă chúngăcóăkhảănĕngăthayăđổiăhìnhădạngăkhiăchịuătácădụngăc aălựcăcơ học,ărồiăkhiăngừngătácădụngă lựcăkimăloạiăvẫnăgiữăđ ợcăngunăhìnhădạngăđưălấyăđ ợc.ă↑íădụ:ăAuăcóăthểădátămỏngăthànhăláă cựcămỏngătrơngăquaăđ ợc,ăcóăthểăkéoăsợiăthànhăsợiămảnhăkhóăthấyăđ ợc Ngồiăra,ăcácăkimăloạiăcóănhữngătínhăchấtăvậtălýăriêngăgiúpănhậnăraăsựăkhácănhauăgiữaăcácă kimăloại:ăkhốiăl ợngăriêngă(d),ănhiệtăđộănóngăchảyă(t0nc),ănhiệtăđộăsơiă(t0s),ăđộăc ng… Kimăloạiăcóăkhốiăl ợngăriêngălớn,ăchiaălàmăβăloại: +ăKimăloạiănhẹăcóădăă5g/cm3 nh :ăZn,ăFe,ăCu, Nhiệtăđộănóngăchảyăc aăcácăkimăloạiăbiếnăđổiătrongămộtăkhoảngărấtărộngătừăă-38,870C (Hg) đếnăγγ700C (W) 1.5.2 Giải tích tính chất vật lý kim loại 1.5.2.1 Thuyết “khí electron” Đ ợcă đ aă raă đầuă thếă kỉă β0,ă thuyếtă khíă electronă choă rằngă trongă mạngă tinhă thểă kimă loạiă cácă ngunătửăđưăbịăionăhóa.ăDoăcácăelectron hóa trị liênăkếtătrongăcácăngunătửăkimăloại cóăkhảă nĕngătáchăkhỏiăcácăngunătửăvàăchuyểnăđộngăt ơngăđốiătựădoătrongătinhăthểăkimăloạiănh ăcácă phânătửăkhí,ătạoăthànhămộtăđámă“khí electron” Sựăt ơngătácăgiữaăcácăelectronătrongăđámă“khí electron” vớiăcácăionăd ơngăkimăloạiătạiăcácănútăc aămạngăl ớiătinhăthểătạoăthànhăliên kết kim loại Theo thuyết “khí electron”: Kimăloạiăcóăánhăkimăvìăkhíăelectronătrongăcấuătrúcătinhăthểăkimăloạiătaoăraăchoăkimăloạiăkhảă nĕngăphảnăchiếuămạnhăcácăb căxạănhìnăthấy.ăMộtăsốăkimăloạiăcóămàuăvìăchỉăhấpăthụămộtăsốăb că xạăvàăphảnăchiếuămộtăsốăb căxạănhìnăthấyăkhác.ăĐồngăcóămàuăđỏăvìănóăhấpăthụăcácăb căxạămàuă xanh Kimăloạiădẫnăđiệnătốtăb iăvìăkhíăelectronăchuyểnăđộngătừ hỗnăloạnăsangăcóăh ớngăkhiălậpă mộtăhiệuăđiệnăthếăgiữaăhaiăđầuădâyădẫn.ăKhiăđunănóng,ăđộădẫnăđiệnăc aăkimăloạiăgiảmăvìătĕngă sựăchuyểnăđộngăhỗnăloạnăc aăkhíăelectronăvàătĕngăsựădaoăđộngăc aăngunătửăhayăionăkimăloạiă làmăcảnătr ăsựăchuyểnăđộngăcóăh ớngăc aăelectron Kimăloạiădẫnănhiệtătốtăvìăkhiătĕngănhiệtăđộă ămộtăchỗăthìă ăđóăngunătửăhayăionăkimăloạiă daoăđộngămạnh,ătruyềnănhiệtăsangăcácăelectronătựădo,ărồiătừăcácăelectronătựădoătruyềnăsangăcácă ngunătửăvàăionăkimăloạiălânăcận…ăC ăthế,ădaoăđộngăc aăcácănguyênătửăvàăcácăionătrongătoànă khốiă kimă loạiă đ ợcă tĕngă c ngă vàă trạngă tháiă nhiệtă c aă khốiă kimă loạiă đạtă thĕngă bằngă nhanhă chóng Kimăloạiăcóătínhădẻoălàănh ăkhíăelectronăliênăkếtăcácătiểuăphână(ngunătửăhayăionăkimăloại)ă trongătinhăthểăkimăloạiăvàăchúngăcóăthểăbịăxêădịchădoăchịuătácădụngăc aămộtălựcăcơăhọc -3- Hạnăchếăc aăthuyếtă“khí electron” khơngăthểăgiảiăthíchătriệtăđểăm căđộăkhácănhauăvềăbốnă tínhăchấtăvậtălýăđặcătr ngăc aăkimăloạiăvàăkhơngăthểăgiảiăthíchăđ ợcăcácătínhăchấtăvậtălýăriêngă c aăriêngăc aăkimăloại 1.5.2.2 Thuyết vùng lượng Thuyếtăvùng nĕngăl ợngădựaătrênăcơăs ăph ơngăphápăobitanăphânătửă(MO),ălàăthuyếtăhiệnăđạiă cóăthểăkhắcăphụcănhữngăthiếuăsótăc aăthuyếtă“khíăelectron”ăvếăcấuătrúcăkimăloại Theoăthuyếtănày,ăkimăloạiărắnăhayălỏngăcóăcấuătrúcătinhăthể,ănútă mạngălàăionăd ơng.ăCácă obitanăngunătửă(AO)ăhóaătrịăc aăcácăkimăloạiăđ ợcătổăhợpăthànhăcácăMOăchungăchoătồnăbộă tinhăthể,ămỗiăMOă ngăvớiămộtătrạngătháiănĕngăl ợngăxácăđịnh.ăTrongăsựăhìnhăthànhăphânătửăhaiă ngunătử,ăsựăxenăph ăgiữaăhaiăAO liênăkếtălàmăxuấtăhiệnăhaiăMO,ăkhiăcóămộtăphânătửăth ăbaă kếtă hợpă vàoă phână tửă nàyă thìă cóă sựă hìnhă thànhă baă MO.ă Do trongă mạngă tinhă thểă kimă loạiă sốă electronăhốătrịărấtălớnă(sốăAOăngunătửărấtălớn),ătổăhợpătạoăthànhăsốăl ợngălớnăcácăMOăcóăsựă saiăbiệtăcácăm c nĕngăl ợngărấtăbéătạoănênăcácăm cănĕngăl ợngăgầnănh ăliênătục,ăgọiălàăvùng lượng Nĕngă l ợngă N Sốănguyênătử Hình 1.1: Sơ đồ hình thành vùng lượng tăng liên tục số nguyên tử tinh thể kim loại Sựă sắpă xếpă electronă vàoă cácă MOă trongă vùngă nĕngă l ơngă theoă th ă tựă tĕngă dầnă vềă nĕngă l ợng,ătnătheoăngunălýăPauliăvàăquyătắcăKlechkowski Tùyăthuộcăvàoăcấuăhìnhăelectronăc aăngunătửăvàătínhăđốiăx ngăc aămạngătinhăthểăvùngă nĕngăl ợngătrênăđ ợcăchiaălàmăbaăvùngănhỏăhơn: Vùng chứa electron hóa trị: (vùngă ch aă cácă m că nĕngă l ợngă thấpă nhất)ă đảmă bảoă choă sựă liênăkếtăđ ợcăgọiălàăvùng hóa trị Vùng trống vùng hóa trị: (vùngă gồmă cácă m că nĕngă l ợngă caoă hơnă khôngă ch aă electron)ăđ ợcăgọiălàăvùng dẫn Nếuăvùngăhóaătrịăvàăvùngădẫnăkhơngăxenăph ănhauăthìăcóămộtăkhoảngătrốngăvềănĕngăl ợngă (kheănĕngăl ợng)ăđ ợcăgọiălàăvùng cấm Trongăkimăloại,ă miềnă hốătrịăvàă miềnădẫn xen ph ălênănhau (Hình 1.2.a) miềnăhoáătrịă ch aă đầyă electron.ă D ớiătácă dụng c aă điện tr ng cácă electronă nhậnă nĕngă l ợngăchuyểnă lên m cănĕngăl ợng kế cậnăcịnătrốngătạoănênătínhădẫnăđiệnăc aăkim loại ↑ớiăcácăchấtăcáchă điệnă(phiăkim),ămiền cấmăcóăkheănĕng l ợngăkháălớnăcó ∆Eă>ăγ,0 eV (Hình 1.2.b) vàămiềnăhốă trịăđầyăelectron D ớiătácădụng c a điệnătr ngăcácăelectronăhốătrịăkhơngăđ ănĕng l ợngăđểă v ợt qua miềnăcấmăđếnămiềnădẫn ↑ớiăchấtăbánădẫn,ămiềnăcấmăcóăkheănĕng l ợngăkhá nhỏăcó ∆Eă≈ă0,1ă†ăγ,0 eV (Hình 1.2.c) miềnăhoáătrịăđầyăelectron.ăD ớiătácădụngăc a điệnătr ng -4- electronăhoáătrịă ăm cănĕngăl ợngăcaoăc a miềnăhốătrịăcó thể nhảyălênămiềnădẫnăvàăthamăgiaă dẫnăđiện.ă Khiăelectronăchuyểnălênămiềnădẫn,ămiềnăhốătrịăsẽăxuấtăhiệnăcácăm cănĕngăl ợngăkhơngăđ ă electron,ăgọiălàăcácănútătrốngăhayăcácălỗ + h [ ] + Trongăđiệnătr ngăcácălỗăt ơngăđ ơngăvớiămộtăhạtăđiệnătíchăd ơng.ăTrongăchấtăbánă dẫn,ă dịngăđiệnălàădoădịngăelectronă(dẫnăn: negative)ăvàăcácălỗă ămiềnăhốătrịă(dẫnăp: positive) Thựcănghiệmăchoăthấyăkhoảngă1ăelectronătrongăsốăcácăelectronăc aăngunătửăkimăloạiăgâyă raătínhădẫnăđiệnăvàădẫnănhiệt,ăsốăelectronăhóaătrịăcịnălạiăthamăgiaătạoăliênăkếtăcộngăhóaătrịăbềnă vữngăgiữaăcácăngunătửăkimăloại.ăDoăđó,ăphầnălớnăkimăloạiăchuyểnătiếpăcóăkhốiăl ợngăriêng,ă nhiệtăđộănóngăchảy,ănhiệtăđộăsơiăvàăkhốiăl ợngăriêngălớnăhơnănhiềuăsoăvớiăcácăkimăloạiăkhơngă chuyểnătiếp ↑ùngăcấmărộng (a) (b) ↑ùngăcấmăhẹp (c) ↑ùngădẫn ↑ùngăhóaătrị Hình 1.2: Phân biệt kim loại, chất cách điện, chất bán dẫn Theoăthuyếtăvùngănĕngăl ợng,ăvìăcácăelectronăhóaătrịăchuyểnăđộngătrênăcácăMOăc aăvùngă hóaătrịătạoăra nhữngăđámămấyăelectronălàmătĕngăkhảănĕngăphảnăchiếuăvàăgiảmăkhảănĕngăhấpăthụă cácăb căxạănhìnăthấyănênăkimăloạiăcóătính ánh kim Cũngăvìăcácăelectronăhóaătrịăchuyểnăđộngă trênăcácăMOăchungălàmăchoătồnăbộătinhăthểălnălnăliênăkếtăvớiăionăd ơngăthànhămộtăkhốiă chịuăđ ợcătácădụngăc aălựcăcơăhọcănênăkimăloạiăcóătính dẻo 1.6 Tính chất hố học kim lo i 1.6.1 Dãy điện hóa kim loại Cơ sở xếp cặp oxi hóa khử kim loại tạo nên dãy điện hóa Thếăđiệnăcựcăchuẩnăc a kimăloạiăđ ợcăđoăbằngăcáchăghépăđiệnăcựcăchuẩnăc aăkimăloạiăđóăvớiă điệnăcựcăchuẩnăhiđroătạoăthànhămộtăpinăGanvani.ă↑ìăthếăc aăđiệnăcựcăchuẩnăhiđroăbằngă0ănênă từăgiáătrịăsuấtăđiệnăđộngăc aăpinăđọcătrênăvơnăkếătaătínhăđ ợcăthếăđiệnăcựcăchuẩnăc aăkimăloại.ă Taăđưăbiết,ăsuấtăđiệnăđộngăc aăpinăE0 vàăbiếnăthiênănĕngăl ợngăGipă∆G0 liênăhệăvớiănhauătheoă biểuăth c, ∆G0 = -nFE0pin (1.1) -1 trongăđó,ăn:ăsốăelectronăkimăloạiănh ngăđểătạoăion,ăFă≈ 96500 C.mol : hằngăsốăFaraday Vì vậy,ăbằngălýăthuyếtătínhăđ ợcă∆G0 thìăcũngătínhăđ ợcăE0 -5- Đểăđơnăgiảnătaăxétăpină(-) M|Mn+║H3O+|H2 (+),ăphảnă ngăxảyăraătrongăpinălà M(s) + nH3O+ Ō Mn+ (aq) + n/2H2(k) + nH2O(l) (1) Đốiăvớiămộtăphảnă ngăhóaăhọcătaălnăcó, ∆G0 =ăăă∆H0 +ăăăăăT∆S0 (1.2) Doăphảnă ngăxảyăraătrongădungădịchănênăbiếnăthiênăentropiă∆S khơngăđángăkể,ădoăđóăcóă thểăbỏăqua Khiăđó,ă(1.β)ăt ơngăđ ơngăvới, ∆G0 = ∆H0 (biếnăthiênănĕngăl ợngăGipăbằngăbiếnă thiên entanpiăc aăphảnă ng.ăĐểătínhănhiệtăc aăphảnă ngă(1), tách phảnă ngănàyălàmăβănửa phảnă ngăkhácănhau, M(r) + n ớc Ō Mn+ (aq) + ne, (a) nH3O+ + ne Ō n/2H2(k) + nH2O(l) (b) ↑íădụ:ăPhảnă ngă(a) đốiăvớiăkimăloạiăkiềmăcóăthểăchiaăthànhăγ giaiăđoạnănh ăsau: Làmăđ t liên kết tinh thể kim loại kiềm,ănghĩaălàăchuyển kim loại trạng thái rắn sang trạng thái tự (trạngătháiăkhí).ăNĕngăl ợng cần cung cấpăchoăgiaiăđoạn xảy gọiălàănĕngăl ợngăthĕngăhoaă(sublimationăenergy)ă– ΔHth.h, M(r) M(k) - ΔHth.h Tách electron khỏi nguyên tử.ăNĕngăl ợng cần cung cấpăchoăgiaiăđoạn gọiălàănĕngă l ợng ion hóa (ionization energy) – I1, M(k) M+(aq) + e I1 Sự hiđratăhóaăcácăionăKLKămới tạo thành giải phóng mộtănĕngăl ợng gọiălàănĕngăl ợng hiđrat hóa (hydration energy) – ΔHh, M+(aq) + nH2O(l) M+(H2O)n(aq) +ăăăăΔHh Nh ăvậy,ăquáătrìnhă(a)ăxảyăraădễădàngăkhiătổngăđạiăsốăc aănĕngăl ợngăthĕngăhoaă(ΔH th.h), nĕngăl ợngăionăhóaă(I1)ăvàănĕngăl ợngăhiđratăhóaăΔHh cóăgiáătrịătuyệtăđốiăcàngănhỏ,ăt călàănĕngă l ợngătiêuătốnăcàngăít.ăĐặt,ăăΔH1 =ăăΔHth.h + I1 +ăăΔHh M(r) + n ớc Ō Mn+ (aq) + ne; ΔH0p Đốiăvớiănửaăphảnă ngă(b)ăcũngăchiaălàmăγăgiaiăđoạnăsau, nH3O+ Ō nH+(l)+ nH2O(l); - ΔH0h (- nhiệtăhiđratăc aăionăH+) = +1049kJ, nH+(l)+ ne Ō nH(g); - I(H+) (- nĕngăl ợngăionăhóaăc aăH)ă=ă- 1312kJ, n/2(H + H)(g)Ōn/2H2(g); -1/2Elk (-1/βănĕngăl ợngăliênăkếtăc aăH2)=-217,5kJ ŌănH3O+ + ne Ō n/2H2(g) + nH2O(l);ăΔH02 = - (ΔH0h + I(H+) + 1/2Elk) = - 480,5kJ 0 Nhiệtătổngăcộngăc aăphảnă ngă(1)ălà:ăăă∆H = ΔH + ΔH02 (1.3) Từăhệăth că(1.1)ătaăcó, pin G nF 0pin (0 ) (0) Thayă ∆G0 = ΔH0 vàoă biểuă th că (1.4)ă tínhăđ ợcă 0( M n (1.4) /M) 0( M n / M ) càngă lớnăthìănửaă phảnă ngă(a)ăcàngăkhóăxảyăraăt călàătínhăkhửăc aăkimăloạiăcàngăyếu Từăhaiăbiểuăth că(1.γ)ăvàă(1.4)ătaăthấy,ăthếăđiệnăcựcăchuẩnăc aăkimăloạiăđ ợcăquyếtăđịnhăb iă ba yếuă tố:ă nĕngă l ợngă thĕngă hoaă (∆Hth.h),ă nĕngă l ợngă ionă hóaă (I) nĕngă l ợngă hiđrată hóaă -6- (∆Hh) Dãy hoạt động hóa học dãy điện hóa kim loại Nh ătaăđưăbiết,ătínhăchấtăhóaăhọcăc aămộtăchấtăthểăhiệnă ăkhảănĕngăthamăgiaăvàoăcácăphảnă ngăhóaăhọcăxácăđịnh.ăNếuăcácăphảnă ngămàămộtăchấtăthamăgiaăxảyăraădễădàng,ănhanhăchóng thìă ng iă taă nóiă đóă làă chấtă “hoạt động hóa học” mạnhă vàă ng ợcă lại.ă Đốiă vớiă cácă kimă loại,ă ng iătaăth ngăsoăsánhăhoạtăđộngăhóaăhọcăc aăchúngăbằngăphảnă ngăđổiăchỗăchoănhau.ăKimă loạiăhoạtăđộngămạnhăđấyăkimăloạiăhoạtăđộngăyếuăraăkhỏiămuốiăc aănó tan n ớc.ăDựaăvàoă đó,ăng iătaăsắpăxếpăcácăkimăloạiătheoă“dãy hoạt động hóa học” (dưyăBêkêtốp).ă K Na Ca Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au Dưyăhoạtăđộngăhóaăhọcăc aăcácăkimăloạiăđầuătiênăđ ợcăthiếtălâpătheoăkinhănghiệm,ănóălàăkếtă quảăc aăviệcăkháiăqtăhóaănhữngădữăkiệnăthựcănghiệmăđưăđ ợcătíchălũyămàăkhơngădựaătrênăcơă s ămộtălýăthuyếtănào.ăDoăđó,ăkháiăniệmă“hoạt động hóa học” mangătínhăchấtăđịnhătínhăvàăbiểuă kiến Hạnăchếăc aădưyăhoạtăđộngăhóaăhọcălàăkhơngătìmăđ ợcăvịătríăthíchăhợpăchoăLi,ăkhơng giảiă thíchăđ ợcăvìăsaoă kimă loạiănàyăđẩyăđ ợcăkimăloạiăkiaă raăkhỏiădungă dịchămuối,ăvìăsaoăkhơngă phảiătấtăcảăcácăkimăloạiăđềuăđẩyăđ ợcăhiđroăraăkhỏiădungădịchăaxit… Dãy điện hóa nguyên tố kim loại Dựaătrênăcơăs ăxácăđịnhă“thế điện cực chuẩn” c aăcác kimăloạiăng iătaăthiếtălậpănênădưyă điệnăhóaăc aăcácănguyênătốăkimăloạiătheoăsựăsắpăxếpăcácăcặpăoxiăhóa/khửănh ăsau: Li K Ba 2 Ca 2 Na Mg 2 Al 3 Mn 2 Zn 2 Cr 3 Fe 2 Ni 2 Sn 2 Pb 2 Fe 3 H Cu 2 Fe 3 Ag Hg 2 Pt 2 Au 3 Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb Fe H Cu Fe 2 Ag Hg Pt Au Ngun tắcăsắpăxếpătrongădưyăđiệnăhóaălà:ăcặpăoxiăhóa/khửăđ ngăsauăcóăthếăđiệnăcựcăchuẩnă lớnăhơnăcặpăđ ngătr ớc.ăDoăvậy,ătính khử kim loại giảm từ trái sang phải dãy điện hóa Taă thấy,ă cácă kimă loạiă mạnhă th ngă cũngă làă nhữngă chấtă hoạtă độngă hóaă họcă mạnh,ă nh ngă tínhă kimă loạiă vàă hoạtă độngă hóaă họcă c aă mộtă kimă loạiă khôngă phảiă làă nhữngă kháiă niệmă đồngă nhất.ăChẳngăhạn,ătrongănhómăkimăloạiăkiềmănĕngăl ợngăionăhóaăgiảmădầnătừălitiăđếnăcesiăt că tínhăkimăloạiătĕngătừălitiăđếnăcesi.ăNh ngătrongădưyăhoạtăđộngăhóaăhọcăcácăkimăloạiă(xếpătheoă th ătựăthếăđiệnăcực tiêuăchuẩn)ăthìălitiălàăkimăloạiăhoạtăđộngănhất…ă ↑iệcăsắpăxếpăcácăcặpăoxiăhóaă– khửătrongădưyăđiệnăhóaădựaăthếăđiệnăcựcăchuẩnă“tức dựa vào sở nhiệt động học” ĐiềuănàyăgiảiăthíchăchoăviệcăsắpăxếpăLiăđ ngătr ớcă cácăkimăloạiă kiềmăkhácătrongădưyăđiệnăhóa,ălàădoăLiăcóăthếăđiệnăcựcăchuẩnăâmănhấtă(t căcóă∆G0 âmănhất) MặcădùăLiăcóăthếăkhửăâmănhấtăt căcóătínhăkhửămạnhănhất,ănh ngălạiăkémăhoạtăđộngăhơnăsoă vớiăcácăkimăloạiăkiềmăkhácăcóătínhăkhửăyếuăhơnă(cóăthếăđiệnăcựcăchuẩnălớnăhơn).ăNh ătaăđưă biết,ăthếăkhửăE0 làăm căđoăđịnhăl ợngătínhăkhửăc aăkimăloạiă ăcácăqătrìnhăxảyăraătrongădungă dịchăn ớc,ăvìăthếănóăchịuăsựăchiăphốiăc aăbaă yếuătố:ănĕngăl ơngăionăhóa,ănhiệtăthĕngăhoaăvàă nhiệtăhiđratăhóa.ăNgồiăra,ănóăkhơngăkểăđếnăcácăyếuătốăkhácănh :ătốcăđộăđộngăhọc,ătínhătanăvàă nhiệtăhịaătanăc aăsảnăphẩm…ăNhữngăyếuătốănàyăcũngăgópăphầnăquanătrọngăđơiăkhiăcịnăcóătácă dụngăquyếtăđịnhătớiăphảnă ngăhóaăhọc.ă ↑iệcăxácăđịnhăđ ợcăthếăkhửăchuẩnăc aăLiălàăâmănhấtăkhơngăchỉăcóăýănghĩaălàătimăđ ợcăvịătríă c aănóătrongădưyăđiệnăhóaămàăcịnăh ớngăchoănhữngănghiênăc uă ngădụngăthựcătếăc aăLi.ăĐóălàă thiếtălậpăpinălitiărắn,ăbằngăcáchăghépăđiệnăcựcăLiăvớiăđiệnăcựcăMnO2 thuăđ ợcăpinăcóăsuấtăđiệnă độngăγ↑ăđ ợcădùngăcho máy tính xách tay -7- 1.6.2 Thế điện cực hidro, điện cực oxi Cácăphảnă ngăc aăkimăloạiăth ngăcóăsự hiệnădiệnăc a H2O trongăđóăcóăhồătanăO2, ion H+, đóăcóăliện hệăđếnăthế điện cực hidro (2H+/H2)ăvàăthếăđiệnăcựcăoxi (O2/ H2O) * Phản ứng điện cực hidro: H (a q) + 2e- H2(k) Áp dụngăph ơngătrìnhăNerstă ăβ50Cătaăđ ợc: E 2H = E0 H / H2 / H2 + 0,059 [ H ]2 lg kPH ↓étă ăđiềuăkiệnăchuẩnă(Pă= 1atm): H / H2 = - 0,059pH O2(k) + H (a q) * Phản ứng điện cực oxi: + 4e- 2H2O (aq) Áp dụngăph ơngătrìnhăNerstă ăβ50Cătaăđ ợc: E O ,4H / H 2O = E0 O , H + / H 2O ↓étă ăđiềuăkiệnăchuẩnă(P = 1atm): E O , H pH E 2H / H 2O = 1,228 - 0,059pH 0 - 0,413 14 -0,826 1,228 0,815 0,302 / H2 E O ,4H 0,059 lg(kP O2 [H+]4) 1.6.3 Các điều kiện phản ứng kim loại: M Mn+ + ne Kimăloạiăphảnă ngăvớiăO2, H2O,ăaxit,ăkiềm, muối,ăoxit với điềuăkiệnăsau: KimăloạiăcóăE0 < 0,815V, phảnă ng vớiăO2 (trong H2O)ătạo oxit KimăloạiăcóăE0 < - 0,413V, khơng có màng oxităbảoăvệ, hiđroxitătanăthìăkimăloạiăđóăđẩyăH2 raăkhỏiăH2O ↑íădụ: = -2,925V E0 / H 2O K / K 2K + H2O 2KOH + H2 KimăloạiăcóăE0 < 0V, khơng có màng oxităbảo vệ,ăsảnăphẩm tan thìăkimăloạiăđóăphảnă ngă vớiăaxităkhơngăoxi hố ↑íădụ:ă 0Fe 2 / Fe = -0,44V ↑íădụ: 0Ag / Ag = 0,8V ↑íădụ: 0Al 3 / Al = -1,66V Fe + 2HCl FeCl2 + H2 KimăloạiăcóăE0 > 0V, khơng có màng oxit bảo vệ,ăsảnăphẩmătanăthìăkimăloạiăđóăphảnă ng vớiăaxit oxi hoá 3Ag + 4HNO3 3AgNO3 + NO + H2O KimăloạiăcóăăE0 < - 0,413V,ăhiđroxităc aăkim loạiălàăl ỡng tính thìăkimăloạiăđóăphảnă ngăvớiă dungădịchăkiềm 2Al + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al(OH)4] + 3H2(k) -8- KimăloạiăcóăE0 bé,ăkhơngăphảnă ngăvới H2O,ăsảnăphẩm tan thìăđẩyăđ ợcăkimăloạiăcóăE0 lớnă hơnăraăkhỏi dungădịchămuối ↑íădụ:ăăă = 0,337V 0Fe 2 / Fe = -0,44V; Cu 2 / Cu Fe + CuSO4 Cu + FeSO4 Kimăloạiăđ ngătr ớcăđẩyăđ ợcăkimăloạiăđ ngăsauăraăkhỏiădungădịchămuối KL + Axit(aq) H2(g) KL + H2O(aq) H2(g) Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Hg Ag Pd Pt Au KL + H2O(g) H2(g) KL + O2 Oxit Oxit KL + H2(g) Khôngăphảnă ng t0 Oxit KL + H2(g) KL t0 Oxit KL Hình 1.3: Dãy điện hóa số phản ứng kim loại 1.7 Đi u ch kim lo i Trongăthiênănhiên,ăkimăloạiăth ngătồnătại d ớiădạngăcác hợp chấtătrongăcácăloạiăquặngănh ă oxit, sunfua, cacbonat t ơngă ngăvớiăsốăoxiăhoáăd ơngăMn+ Chỉămộtăsố kimăloạiăkém hoạt độngămớiătồnătạiă ădạngăđơnăchấtănh ăAu,ăPt, Nguyênătắcăchungăđểăđiềuăchếăkimăloạiălà khửăionăkim loại: Mn+ + ne- M 1.7.1.Các phương pháp điều chế kim loại 1.7.1.1 Phương pháp nhiệt luyện (hoả luyện) Phương pháp nhiệt luyện Ph ơngăphápănhiệtăluyệnăđ ợcă ngădụngărộngărưiătrongăcơngănghiệpăđểăđiềuăchếănhữngăkimă loạiăcóăđộăhoạtăđộngăhóaăhọcătrungăbìnhănh ăZn,ăCr,ăFe,ăSn,ăPb…ă Cơăs ăc aăph ơngăphápănàyălàăkhửănhữngăionăkimăloạiătrongăcácăhợpăchấtă ănhiệtăđộăcaoă bằngăcácăchấtăkhửămạnhănh ăC,ăCO,ăH2 hoặcăAl,ăkimăloạiăkiềmăhoặcăkiềmăthổă t Pb + CO PbO + C t Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 t W + 3H2O WO3 + 3H2 t TiCl4 + 4Na Ti + 4NaCl t 2V + 5CaO V2O5 + 5Ca 0 0 -9- Cácă phảnă ngă dùngă kimă loạiă kiềmă vàă kimă loạiă kiềmă thổă làmă chấtă khửă đềuă phảiăthựcă hiệnă trongămơiătr ngăkhíătrơăhoặcăchânăkhơng Tr ngă hợpă quặngă làă sunfuaă kimă loạiă nh ă Cu2S, ZnS, FeS2…thìă phảiă chuyểnă sunfuaă kimă loạiăthànhăoxităkimăloại.ăSauăđóăkhửăoxităkimăloạiăbằngăchấtăkhửăthíchăhợp.ă↑íădụ,ăvớiăZnS t 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 t Zn + CO ZnO + C 0 Đốiă vớiăkimă loạiă khóă nóngă chảyă nh ă Cr,ă ng iătaă dùngă Ală làmă chấtă khửă (phảnă ngă nhiệtă nhôm).ă Phảnă ngă nhiệtă nhômă tỏaă nhiệtă mạnh,ă l ợngănhiệtă tạoă raă đ ợcăsửă dụngă đểă đunănóngă chảyăCr2O3,ănh ăvậyăgiảmăđ ợcăchiăphíăchoănhiênăliệu: t Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3 Đốiăvớiănhữngăkimăloạiăkémăhoạtăđộngănh ăHg,ăAgăchỉăcầnăđốtăcháyăquặngăcũngăthuăđ ợcă kimăloạiămàăkhôngăcầnădùngăchấtăkhửă t HgS + O2 Hg + SO2 1.7.1.2 Phương pháp điện luyện Định luật Faraday thứ nhất: Khối lượng chất thoát điện cực điện phân tỷ lệ thuận với lượng điện qua chất điện phân Định luật Faraday thứ hai: Khi cho lượng điện qua chất điện phân khác khối lượng chất tỷ lệ với đương lượng chúng Biểuăth cătoánăhọcăc a haiăđịnhăluậtăFaradayătrênălà m Đ.q , F (1.5) trongăđó,ămălàăkhốiăl ợngăchấtăthốtăraă ăđiệnăcựcă(gam);ăĐălàăđ ơngăl ợngăgamăc aăchấtăđó;ăqă làăđiệnăl ợngăđiăquaăchấtăđiệnăphân,ăFă(hằngăsốăFaraday)ă=ă96500C.mol-1 Mặtăkhác,ătaăcó Đ A n q I t (1.6) trongăđó,ăAălàăkhốiăl ợngămolăngunătửă(g/mol);ănălàăsốăelectronătraoăđổiătrongăphảnă ngăđiệnă phân;ăIălàăc ngăđộădịngăđiệnă(A);ătălàăth iăgianăđiệnăphână(s) Từă(1.5)ăvàă(1.6)ăkhốiăl ợngăchấtăthốtăraă ămỗiăđiệnăcựcăđ ợcătính m Đ.I t F hay m A.I t n.F (1.7) Các trình điện phân: Điện phân hợp chất nguyên chất nóng chảy: Dùngă điềuă chế nhữngă kimă loạiă cóă tínhă khửă mạnhănh Al, Mg, kim loạiăkiềm,ăkimăloạiăkiềmăthổ Ng iăta th ngăđiệnăphânănóng chảy hợpăchấtăoxit,ăhiđroxit,ămuối (clorua ) ăc aăchúng ↑íădụ: MgCl2 Mg + Cl2 Mộtăsốăkimăloạiăcóătínhăkhửămạnhătan nhiềuătrongămuối nóng chảyănh ăBa,ăK,ăRb,ăCs, khơngăthểădùng ph ơngăphápăđiện phânănóngăchảyănày Điện phân dung dịch chất điện ly nước: Dùngă điềuă chếă cácă kimă loạiă cóă tínhă khửă trung bình -10- 11.6.1.4 Hợp chất Mn+ Oxit pemarganic (Mn2O7): tinhăthểă màuă lụcă thẫm,ă bềnă ăd ớiă -50C,ă nóngă chảyă ă60C thành chấtălỏngăgiốngădầuăcóămàuăđỏăthẫm.ă ă100Căthìăphânăhuỷănổ: C Mn2O7 10 2MnO2 + O3 Tanătrongăn ớcătạoădungădịchăaxităpemanganicănênăcịnăgọiălàăanhiđrităpemanganic Mn2O7 + H2O 2HMnO4 Mn2O7 làăchấtăoxiăhốărấtămạnh,ătácădụngăvớiănhiềuăchấtăvơăcơăvàăhữuăcơ,ăđặcăbiệtăr ợuăvàă eteăbốcăcháyăngayăkhiătiếpăxúcăvớiănó 2Mn2O7 + 2(C2H5)2O + 9O2 4MnO2 + 8CO2 + 10H2O ↑íădụ: Mn2O7 + 3CCl4 2MnO2 + CCl2O + 3Cl2 Mn2O7 đ ợcăđiềuăchếăbằngătácădụngăc aăaxităH2SO4 đặcăvớiătinhăthểăKMnO4: KMnO4 + H2SO4 HMnO4 + KHSO4 2HMnO4 Mn2O7 + H2O Axit pemanganic (HMnO4): dungădịchăcóămàuătímăđỏ,ăt ơngăđốiăbềnătrongădungădịchălỗng nh ngăphânăhuỷăkhiădungădịchăcóănồngăđộătrênăβ0%: H SO4 2HMnO4 2MnO2 + O3 + H2O Axit HMnO4 làă axită mạnh,ă muốiă c aă nóă làă pemanganat.ă Muốiă pemanganată bềnă hơnă axită nh ngădễăphânăhuỷăkhiăđunănóngăvàăd ớiătácădụngăc aăánhăsáng.ă Axit HMnO4 vàămuốiăMnO4- đềuălàăchấtăoxiăhốămạnh Axit HMnO4 đ ợcătạoănênăkhiăhồătanăMn2O7 trongăn ớcăđưăđ ợcălàmălạnhăhoặcăchoămuốiă MnO4- tácădụngăvớiădungădịchăaxităloưng ↑íădụ:ăăăăă Ba(MnO4)2 + H2SO4 BaSO4ōăă+ăăβHMnO4 Kali pemanaganat (KMnO4): tinhăthểămàuătímăđen,ătrongăn ớcăchoădungădịchămàuătímăđỏ,ăđộă tanăbiếnăđổiăt ơngăđốiănhiềuănhiềuătheoănhiệtăđộ.ăNgồiăra,ănóăcịnăthểătanătrongăamoniacălỏng,ă pyriđin,ăr ợuăvàăaxeton.ă Trên 2000C,ăphânăhuỷătheoăphảnă ng:ă 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2 Trên 500 C,ăphânăhuỷătheoăphảnă ng:ă 2000 C 4KMnO4 2K2MnO3 + 2MnO2 + 3O2 KMnO4 cóătínhăoxiăhốămạnhănênăđ ợcădùngălàmăchấtăoxiăhốătrongătổngăhợpăvơăcơăvàăhữuă cơ,ădùngăđểătẩyătrắng,ăsátătrùngătrongăyăhọcăvàăđ iăsống ăKhảănĕngăoxiăhốăc aăKMnO4 phụă thuộcămạnhăvàoămơiătr ngăc aădungădịch:ă 5000 C MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O MnO4- + 2H2O + 3e- MnO2 + 4OH- E0 = 1,51V E0 = 0,588V E0 = 0,56V MnO4- + e- MnO42Trongădungădịchăaxit,ăMnO4- cóăthểăoxiăhốănhiềuăchấtăvàăchuyểnăvềăion Mn2+ ↑íădụ: 2KMnO4+5Na2SO3 + 3H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 3H2O -107- 2KMnO4 + 5HCOOH + 3H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + CO2 + 8H2O Tuyănhiên,ătuyăkhơngăcóăchấtăkhử,ăMnO4 cóăthểăphânăhuỷătrongădungădịchăaxită 4MnO4- + 4H+ 3O2 + 4MnO2 + 2H2O Trongădungădịchătrungătính,ăaxităyếuăhayăkiềmăyếu,ăionăMnO4- bịăkhửăthànhăMnO2 ↑íădụ:ăăăăăăβKMnO4 + 3Na2SO3 + H2O 2MnO2 + 2KOH + 3Na2SO4 2KMnO4 + 3H2O2 2MnO2 + 2KOH + 3O2 + 2H2O Trongădungădịchăkiềmămạnhăvàăkhiăcóăd ăchấtăkhử,ăionăMnO4- bịăkhửăđến MnO42- ↑íădụ:ăăăăăăβKMnO4 + K2SO3 + 2KOH 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O vàăkhiăkhơngăcóăchấtăkhử,ăMnO4- tựăphânăhuỷ: 4KMnO4 + 4KOH 4K2MnO4 + O2 + 2H2O ĐiềuăchếăKMnO4 trongăcôngănghiệpăbằngăcáchăđiệnăphânădungădịchăK2MnO4 vớiăcácăđiệnă cựcăbằngăthép: đp 2KMnO4 + 2H2O 2KMnO4 + 2KOH + H2 +3 11.6.2 Sơ lược hợp chất Mn HợpăchấtăMn+ th ngăítăphổăbiếnănh ngătrongămơiătr ngăkiềmăthìătrạngătháiăoxiăhóaă+γălàă bềnănhấtăc aămangan Mangan (III) oxit (Mn2O3): chấtăbộtămàuăđen,ăkhơngătanătrongăn ớc Đunănóngă ă950-11000C khơng khí, Mn2O3 chuyểnăthànhăMn3O4 vàăkhiăđunănóngă ă 3000C khí H2 thìăchuyểnăthànhăMnO.ă Tácădụngăvớiăcácădungădịchăloưngăc aăH2SO4, HNO3: Mn2O3 + 2H+ MnO2 + Mn2+ + H2O Tácădụngăvớiăcácădungădịchăđặcăc aăH2SO4, H3PO4: Mn2O3 + 6H+ 2Mn3+ + H2O Điềuăchế:ănungăMnO2 trongăkhơngăkhíă ă550ă- 9000C 4MnO2 2Mn2O3 + O2 Mn(OH)3: khơngăcóăthànhăphầnă ngăđúngăcơngăth căMn(OH)3 màă ădạngăhidratăMn2O3.xH2O ă 1000C, Mn2O3.xH2Oă mấtă bớtă n ớcă tạoă monohidrată Mn2O3.H2O,ă th ngă đ ợcă viếtă bằngă MnOOH Mn2O3.H2O (MnOOH): tinhăthểămàănâuăđen,ăkhơngătanătrongăn ớc,ă ăγ65-4000C,ănóămấtă n ớcătạoăMn2O3;ăTácădụngăđ ợcăvớiădungădịchăaxităloưngătạoăMnO2 vàămuốiăMn2+, tác dụngă vớiămộtăsốăaxităhữuăcơătạoăhợpăchấtăbềnăc aăMn(III).ă Điềuăchế:ăMnCO3 ădạngăhuyềnătácădụngăvớiăchấtăoxiăhóaămạnhănh ăCl2, KMnO4 100 C 3MnCO3 + Cl3 + H2O 2MnOOH + MnCl2 + 3CO2 8MnCO3 + 2KMnO4 + 6H2O 10MnOOH + 2KOH + 8CO2 Muối Mn MuốiăMn3+ khôngăbền,ătrongădungădịchădễăbịăphânăh yă 2Mn3+ + 2H2O MnO2 + Mn2+ + 4H+ Mn3+ chỉăbềnătrongăph căchất.ă +3 -108- CH ƠNG 12: KIM LO I NHÓM VIIIB 12.1 Đặc m chung nhóm VIIIB Nhómă↑IIIBăbaoăgồmă9ănguyênătốăxếpătrongăγăcột:ăsắt (Fe), ruteni (Ru) osmi (Os); coban (Co), rođi (Rh) iriđi (Ir); niken (Ni), padi (Pd) platin (Pt) Dựa vào đặc điểmăgiốngănhauă c aăcácănguyênătốămàăchúngăđ ợcăchiaăraălàmăβăhọ:ăhọăsắtăgồmăFe,ăCo,ăNiăvàăhọăplatinăgồmă Ru, Rh, Pd, Os, Ir Pt Trongăch ơngănày,ăchỉăxétăcácănguyênătốăhọăsắt,ăchúngăcóămộtăsốăđặcăđiểmăsau:ă +ăSốăth ătựă Fe 26 Co 27 Ni 28 +ăCấuăhìnhăe- hốătrịă 3d64s2 3d74s2 3d84s2 +ăBánăkínhăngunătửăR(A0) 1,26 1,25 1,24 2+ 0,80 0,78 0,74 3+ 0,67 7,90 - 0,44 +0,77 0,64 7,86 - 0,28 +1,81 7,5 - 0,23 +2,1 + Bán kính ion R (A ) R (A ) +ăNĕngăl ợngăionăhốăI1 (eV) +ăThếăđiệnăcựcăchuẩnăE0M2+/M(V) E0M3+/M2+(V) Fe,ăCoăvàăNiăcóăvỏăelectronăngồiăcùngăgiốngănhau: 4s2,ăbánăkínhăngunătửăgiảmădầnătheoă chiều tĕngăsốăelectronăđiềnăvàoăcácăorbitalăγd,ădoăcóăcùngăsốălớpăelectronănh ănhau,ăkhiăđiệnă tíchăhạtănhânătĕng,ăcácăelectronăđ ợcăhútămạnhăhơnălàmăgiảmăbánăkínhăngunătử.ă Trạngătháiăoxiăhóaăđặcătr ngăc aăFe,ăCo,ăNiălàă+βăvàă+γ.ă 12.2 Tr ng thái thiên nhiên - Đ ng vị 12.2.1 Trạng thái thiên nhiên Feălàămộtătrongănhữngăngunătốăphổăbiếnănhất,ătrongăkhiăNiăvàăCoăítăphổăbiếnăhơnănhiều.ăTrữă l ợngătrongăvỏăQuảăđấtăc aăFeălàă1,5%,ăc aăCoălàă0,001%ăvàăc aăNiălàă0,0γ%ătổngăsốăngună tử.ă Khốngăvậtăquanătrọngăc a Fe manhetit (Fe2O4)ăch aă7β%ăFe,ăhematită(Fe2O3)ăch aă60%ă Fe, pirit (FeS2)ăvàăxiđerită(FeCO3)ăch aăγ5%Fe.ă Khoángăvậtăc aăCoălàăcobantină(CoAsS)ăch aăγ5,4%ăCo,ăsmantită(CoAs2) Khốngăvậtăc aăNiălàănikelină(NiAs), milerită(NiS),ăpenlađită((Fe,Ni)9S8) Ngồiăra,ăFeăcịnăphânătánătrongăcácăquặngăc aăAl,ăTi,ăMn ăCoăvàăNiăth ngălẫnătrongăcácă quặngăc aăCu,ăFe,ăZn 12.2.2 Đồng vị Feăcóă4ăđồngăvịăbềnălàă54Fe (5,84%), 56Fe (91,68%), 57Fe (2,71%), 58Feă(0,γ1%).ăTrongăsốăcácă đồngăvịăphóngăxạăthìăđồngăvịăbềnănhấtălàă55FeăcóăTă=ăβ,9ănĕm.ă Coăcóă8ăđồngăvịătừă54Coăđếnă61Coănh ngăchỉăcóă59Coălàăđồngăvịăthiênănhiênă(100%),ăsốăđồngă vịăcịnălạiăđềuălàăđồngăvịăphóngăxạătrongăđóăbềnănhấtălàă60CoăcóăTă=ă5,βănĕm -109- Niăcóă11ăđồngăvịătừă 56Niăđếnă 66Ni,ătrongăđóăcóă5ăđồngăvịăthiênănhiênălàă 58Ni (67,76%), 60Ni (26,16%), 61Ni (1,25%), 62Ni (3,66%), 64Ni(1,16%).ăTrongăcácăđồngăvịăphóngă xạăthìăđồngăvịă bềnănhấtălàă59NiăcóăTă=ă7,5.104ănĕm,ăkémăbềnănhấtălàă65NiăcóăTă=ă0,108ăngàyăđêm 12.3 Tính chất lý học Fe,ăCo,ăNiălàănhữngăkimăloạiăcóăánhăkim,ăFeăvàăCoăcóămàuătrắngăxám,ăNiăcóămàuătrắngăbạc.ă FeăvàăNiădễărènăvàădễădátămỏng.ăCo c ngăvàădịnăhơn.ăChúngăcóă1ăsốăhằngăsốăvậtălýăsau: +ăNhiệtăđộănóngăchảyă( C) +ăNhiệtăđộăsôiă(0C) Fe 1536 2880 Co 1495 3100 Ni 1453 3185 +ăNhiệtăthĕngăhoaă(kJ/mol)ă 418 425 424 +ăKhốiăl ợngăriêngă(g/cm3) 7,91 8,90 8,90 +ăĐộăc ngă(thangăMoxơ)ă 5,5 +ăĐộădẫnăđiệnă(Hgă=ă1)ă +ăĐộădẫnănhiệtă(Hgă=ă1)ă 45 10 10 10 14 +ăĐộăâmăđiệnă 1,8 1,7 1,8 Feăcóă4ădạngăthùăhìnhăbềnă ănhữngăkhoảngănhiệtăđộăxácăđịnh:ă C C C C Fe( ) 700 Fe( ) 911 Fe( ) 1390 Fe( ) 1536 Fe long 0 0 Fe,ă Coă vàă Niă đềuă cóă tínhă sắtă - từ:ă bịă namă châmă hútă vàă d ớiă tácă dụngă c aă dòngă điệnă tr ă thành nam châm Fe,ăCoăvàăNiăđềuătạoănhiềuăhợpăkimăquanătrọng.ă +ă Hợpă kimă Feă vàă C:ă tùyă l ợngă Că vàă Feă màă cóă sắtă mềmă (