Hóa vô cơ ( phần 5) Dãy thế điện hoá của kim loại 1. Cặp oxi hoá - khử của kim loại. Trong những điều kiện nhất định, cân bằng. có thể xảy ra theo 1 chiều xác định. Trong đó : Me là dạng khử, Me n+ là dạng oxi hoá. Dạng oxi hoá và dạng khử của cùng một nguyên tố tạo thành cặp oxi hoá - khử (oxh/kh). Ví dụ: Các cặp oxi hoá - khử : Fe 2+ /Fe, Cu 2+ /Cu, Al 3+ /Al. 2. Điện thế oxi hoá - khử. Để đặc trưng cho khả năng oxi hoá - khử của một cặp oxi hoá - khử, người ta dùng đại lượng gọi là điện thế oxi hoá - khử và ký hiệu E oxh/kh . Khi nồng độ dạng oxi hoá và nồng độ dạng khử bằng 1mol/l ([oxh] = [kh] = 1mol/l), ta có thể oxi hoá - khử chuẩn oxh/kh. 3. Ý nghĩa của dãy thế điện hoá của kim loại a) Dự đoán chiều phản ứng giữa 2 cặp oxh - kh: Khi cho 2 cặp oxh - kh gặp nhau, dạng oxh của cặp nằm ở bên phải (có thế oxh - kh lớn hơn) oxh được dạng khử của cặp nằm ở bên trái. Ví dụ: Có 2 cặp oxh - kh : Zn 2+ /Zn và Fe 2+ /Fe phản ứng: Có 2 cặp oxh - kh: Zn 2+ /Zn và Cu 2+ /Cu phản ứng: b) Những kim loại đứng trước H (phía trái) đẩy được hiđro ra khỏi dung dịch axit. Ví dụ: Hợp kim 1. Định nghĩa Hợp kim là chất rắn thu được sau khi nung chảy một hỗn hợp nhiều kim loại khác nhau hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim. 2. Cấu tạo của hợp kim Hợp kim thường được cấu tạo bằng các loại tinh thể: a) Tinh thể hỗn hợp: Gồm những tinh thể của các đơn chất trong hỗn hợp ban đầu, khi nóng chảy chúng không tan vào nhau. b) Tinh thể dung dịch rắn: Là những tinh thể được tạo thành sau khi nung nóng chảy các đơn chất trong hỗn hợp tan vào nhau c) Tinh thể hợp chất hoá học: Là tinh thể của những hợp chất hoá học được tạo ra sau khi nung nóng chảy các đơn chất trong hỗn hợp. 3. Liên kết hoá học trong hợp kim: Liên kết trong hợp kim chủ yếu là liên kết kim loại. Trong loại hợp kim có tinh thể là hợp chất hoá học, kiểu liên kết là liên kết cộng hoá trị. 4. Tính chất của hợp kim: Hợp kim có những tính chất hoá học tương tự tính chất của các chất trong hỗn hợp ban đầu, nhưng tính chất vật lý và tính chất cơ học lại khác nhiều. 5. Ứng dụng: Hợp kim được dùng nhiều trong: - Công nghiệp chế tạo máy: chế tạo ôtô, máy bay, các loại máy móc… - Công nghiệp xây dựng… Ăn mòn kim loại và chống ăn mòn 1. Sự ăn mòn kim loại. Sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hoá học của môi trường xung quanh gọi là sự ăn mòn kim loại. Ăn mòn kim loại được chia thành 2 loại chính: ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá. a) Ăn mòn hoá học: Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ kim loại do kim loại phản ứng hoá học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao. Đặc điểm của ăn mòn hoá học: - Không phát sinh dòng điện. - Nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh. Sự ăn mòn hoá học thường xảy ra ở: - Những thiết bị của lò đốt. - Những chi tiết của động cơ đốt trong. - Những thiết bị tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Ví dụ: Bản chất của ăn mòn hoá học là quá trình oxi hoá - khử, trong đó các electron của kim loại chuyển trực tiếp sang môi trường tác dụng: b) Ăn mòn điện hoá: Ăn mòn điện hoá là sự phá huỷ kim loại do kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. Cơ chế ăn mòn điện hoá: Những kim loại dùng trong đời sống và kỹ thuật thường ít nhiều có lẫn tạp chất (kim loại khác hoặc phi kim), khi tiếp xúc với môi trường điện li (như hơi nước có hoà lẫn các khí CO 2 , NO 2 , SO 2 ,…hoặc nước biển, …) sẽ xảy ra quá trình ăn mòn điện hoá. Xét cơ chế ăn mòn sắt có lẫn đồng trong không khí ẩm có hoà tan H + , O 2 , CO 2 , NO 2 ,…tạo thành môi trường điện li. Sắt có lẫn đồng tiếp xúc với môi trường điện li tạo thành 1 pin, trong đó Fe là kim loại hoạt động hơn là cực âm, Cu là cực dương. - Ở cực âm: Fe bị oxi hoá và bị ăn mòn. Ion Fe 2+ tan vào môi trường điện li, trên sắt dư e. Các e dư này chạy sang Cu (để giảm bớt sự chênh lệch điện tích âm giữa thanh sắt và đồng). - Ở cực dương: Xảy ra quá trình khử ion H + và O 2 . Ion H + và O 2 trong môi trường điện li đến miếng Cu thu e: Sau đó xảy ra quá trình tạo thành gỉ sắt: Các hiđroxit sắt này có thể bị mất H 2 O tạo thành gỉ sắt, có thành phần xác định: 2. Cách chống ăn mòn kim loại: a) Cách li kim loại với môi trường: Dùng những chất bền với môi trường phủ lên bề mặt kim loại. Đó là: - Các loại sơn chống gỉ, vecni, dầu mỡ, tráng men, phủ hợp chất polime. - Mạ một số kim loại bền như crom, niken, đồng, kẽm, thiếc lên bề mặt kim loại cần bảo vệ. b) Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inox): Chế tạo những hợp kim không gỉ trong môi trường không khí, môi trường hoá chất. Những hợp kim không gỉ thường đắt tiền, vì vậy sử dụng chúng còn hạn chế. c) Dùng chất chống ăn mòn (chất kìm hãm) Chất chống ăn mòn làm bề mặt kim loại trở nên thụ động (trơ) đối với môi trường ăn mòn. Ngày nay người ta đã chế tạo được hàng trăm chất chống ăn mòn khác nhau, chúng được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hoá chất. d) Dùng phương pháp điện hóa: Nối kim loại cần bảo vệ với 1 tấm kim loại khác có tính khử mạnh hơn. Ví dụ, để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn vào vỏ tàu (phần chìm trong nước biển) 1 tấm kẽm. Khi tàu hoạt động, tấm kẽm bị ăn mòn dần, vỏ tàu được bảo vệ. Sau một thời gian người ta thay tấm kẽm khác. Điều chế kim loại 1. Nguyên tắc: Khử ion kim loại thành kim loại. 2. Các phương pháp điều chế. a) Phương pháp thủy luyện: Dùng kim loại tự do có tính khử mạnh hơn để khử ion kim loại trong dung dịch muối. Ví dụ: - Điều chế đồng kim loại: - Điều chế bạc kim loại: b) Phương pháp nhiệt luyện: Dùng các chất khử như CO, H 2 , C hoặc kim loại để khử ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao. Phương pháp này được sử dụng để sản xuất kim loại trong công nghiệp: c) Phương pháp điện phân: Dùng dòng điện 1 chiều trên catôt (cực âm) để khử ion kim loại trong hợp chất. Bằng phương pháp này, người ta có thể điều chế được hầu hết các kim loại. - Điều chế kim loại có tính khử mạnh (từ Na đến Al). Điện phân hợp chất nóng chảy (muối, kiềm, oxit). Ví dụ: Điều chế Na bằng cách điện phân NaCl nóng chảy. - Điều chế kim loại có tính khử trung bình và yếu: Điện phân dung dịch muối của chúng trong nước. Ví dụ: Điều chế Cu bằng cách điện phân dung dịch CuSO 4. Bằng phương pháp điện phân có thể điều chế được kim loại có độ tinh khiết cao. . Hóa vô cơ ( phần 5) Dãy thế điện hoá của kim loại 1. Cặp oxi hoá - khử của kim loại. Trong những. dòng điện. Cơ chế ăn mòn điện hoá: Những kim loại dùng trong đời sống và kỹ thuật thường ít nhiều có lẫn tạp chất (kim loại khác hoặc phi kim), khi tiếp xúc với môi trường điện li (như hơi nước. d) Dùng phương pháp điện hóa: Nối kim loại cần bảo vệ với 1 tấm kim loại khác có tính khử mạnh hơn. Ví dụ, để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn vào vỏ tàu (phần chìm trong nước biển)