phân nhóm đồng - bạc - vàng

Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu 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 Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu www.chemicalstore.com/images/medium/CHCS.gif 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 . Trang 2/18 Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu 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. Malachit 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 Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu Trong thuật giả kim, ký hiệu của đồng cũng là ký hiệu cho hành tinh Kim Tinh. A. ĐỒNG I. Nhận xét chung Nhóm, chu kỳ I B, 4 Số oxi hóa +1, +2 (bền), +3 rất ít gặp Khối lượng nguyên tử 63,546 đvC Bán kính nguyên tử 135 (145) pm Bán kính cộng hóa trị 138 pm Bán kính Van De Waals 140 pm Cấu hình electron [Ar]3d 10 4s 1 Cấu trúc tinh thể Hình lập phương II. Lý tính Tính chất vật lý Trạng thái Rắn Màu sắc Đỏ Nhiệt độ nóng chảy 1357,6 K ( 1984,3 o F) Nhiệt độ sôi 2840 K ( 4653 o F) Thể tích phân tử 7,11 x 10 -6 m 3 /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. Trang 4/18 www.accommodationinrome.co m/images/venus_orig . Dao găm và gương đồng ngày xưa www.cinet.gov.vn/ ./article/20061127/kc4.jpg Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu • 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 + Cl 2  CuCl 2 • Tác dụng với axit có tính oxi hóa như HNO 3 , H 2 SO 4 (đặc) Ví dụ: Cu + 4HNO 3 (đặc)  Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O Khi có mặt oxi không khí: • Đồng phản ứng với dung dịch NH 3 Ví dụ: 2Cu + O 2 + 8NH 3 + H 2 O  2[Cu(NH 3 ) 4 ](OH) 2 Trang 5/18 Hình ảnh đồng thau http://www.cadivi-vn.com/imgs/jpgDongThau.jpg Cấu tạo phân tử muối CuCl 2 www.pyrosafety.com/copper/CuCl2edge.jpg Hiện tượng khi cho Cu tác dụng với dung dịch HNO 3 đặc. www.seilnacht.com/Lexikon/cusauere.JPG Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu • Đồng phản ứng với dung dịch CN - Ví dụ: 4Cu + 8KCN + 2H 2 O + O 2  4K[Cu(CN) 2 ] + 4KOH • Tác dụng với oxi: Ví dụ: 2Cu + O 2 + H 2 O  2 Cu(OH) 2 Cu(OH) 2 + Cu  Cu 2 O + H 2 O Không khí có CO 2 : Cu bị bao phủ lớp màu lục cacbonat bazơ Cu(OH) 2 .CuCO 3 (malakit). Trang 6/18 Màu của Cu(OH) 2 wulfenite.fandm.edu/labtech/images/Cu(OH)2.JPG Màu của phức [Cu(NH 3 ) 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 Cu 2 O people.uis.edu/kdung1/Gemini/Cu2O.jpg Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu 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. Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu • 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 (2CuCO 3 Cu(OH) 2 ) và malachit (CuCO 3 Cu(OH) 2 ) là các nguồn để sản xuất đồng, cũng như là các sulfua như chalcopyrit (CuFeS 2 ), bornit (Cu 5 FeS 4 ), covellit (CuS), chalcocit (Cu 2 S) và các ôxít như cuprit (Cu 2 O). Cu 2 S (1) CuFeS 2 (2) www.mineralienatlas.de/thumbWidth.php?width=2 . (1) www.strahlen.org/vp/nl/hendrik/TN_emma-stuk-1.jpg (2) Điều chế: 2Cu 2 S + 3O 2  2Cu 2 O + SO 2 2Cu 2 O + Cu 2 S  6Cu + SO 2 2CuFeS 2 + 5O 2 + 2SiO 2  2Cu + 2FeSiO 3 + 4SO 2 (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 Cu 2+ có năng lượng hidrat hóa lớn hơn nhiều so với Cu + . Do đó khi có mặt nước, Cu 2+ trở nên bền vững Trang 8/18 upload.wikimedia.org/ ./250px-Glass-Ball.jpg Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu hơn nhiều. Các hợp chất Cu + thường thể hiện tính khử, dễ bị oxi hóa lên Cu 2+ , hoặc bị dị phân: 2Cu + ↔ Cu + Cu 2+ . 1. Cu 2 O: trạng thái rắn, có màu từ vàng đến đỏ, nhiệt độ nóng chảy là 1230 o C. Cu 2 O có khả năng tan trong dung dịch kiềm đặc: Ví dụ: Cu 2 O + 2NaOH + 2H 2 O  2Na[Cu(OH) 2 ] Cu 2 O tan dễ trong dung dịch NH 3 dư: Ví dụ: Cu 2 O + 4NH 3 + H 2 O  2[Cu(NH 3 ) 2 ]OH Trong thực tế, người ta điều chế Cu 2 O bằng các cách sau: • Đốt đồng trong điều kiện hạn chế không khí: Ví dụ: 4Cu + O 2  2Cu 2 O • Nung nóng CuO đến 1150 o C hoặc nung CuO với bột đồng: Ví dụ: 4CuO  2Cu 2 O + O 2 • 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  Na 2 CO 3 + 2Cu 2 O + 6H 2 O • Hoặc khi cho CuSO 4 tác dụng với Na 2 SO 3 khi có mặt NaCl tạo ra dung dịch không màu có chứa ion phức CuCl 3 2- : Ví dụ: 2Cu 2+ + SO 3 2- + H 2 O  2Cu + + SO 4 2- + 2H + Cu + + 3Cl -  CuCl 3 2- Sau đó thêm từ từ dung dịch borac nóng vào, Cu 2 O sẽ xuất hiện: 2CuCl 3 2- + 2OH -  Cu 2 O + H 2 O + 6Cl - 2. CuOH: rất kém bền, dễ bị phân hủy ngay khi vừa điều chế để tạo thành oxit Cu 2 O. Trang 9/18 img.china.alibaba.com/ ./41/30084441.summ.jpg Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu 3. CuCl: kém bền, bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc ánh sáng, được tạo ra khi nung Cu trong khí clo có hạn chế hoặc cho khí HCl khô qua Cu đun nóng đỏ: 2Cu + Cl 2  2CuCl 2Cu + 2HCl (khí)  2CuCl + H 2 2CuCl 2 + Zn  2CuCl + ZnCl 2 Trong phòng thí nghiệm CuCl được điều chế bằng cách nung nóng dung dịch chứa CuCl 2 (thường dùng là hỗn hợp gồm CuSO 4 + 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: CuCl 2 + Cu + 4HCl  2H 2 [CuCl 3 ] CuCl 2 + Cu + 6HCl  2H 3 [CuCl 4 ] Sau đó người ta thêm một ít dung dịch Na 2 SO 3 để tạo môi trường không có tính oxi hóa, lúc đó kết tủa trắng CuCl xuất hiện: CuCl 3 2-  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 1026 o C. (trên nhiệt độ đó sẽ tạo ra Cu 2 O). Trang 10/18 Cấu trúc của CuCl - poly www.3dchem.com/inorganics/CuCl-poly.jpg [...]... CuSO4 CuS được điều chế bằng cách nung bột Cu với bột lưu huỳnh: Trang 16/18 Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu Hiện tượng đốt hỗn hợp đồng và lưu huỳnh www.fh-niederrhein.de/ /cu_S/cu_s3.jpg Hoặc cho H2S qua dung dịch muối Cu2+ đã được axit hóa: Ví dụ: Cu2+ + S 2-  CuS Kết luận: Nhìn chung tất cả muối Cu(II) đều có màu xanh do ion hidrat hóa của Cu 2+ Các muối... 2H3PO4 + 5H2SO4 + 5Cu Điều chế: Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng)  CuSO4 + SO4 + H2O Trang 13/18 Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu CuO + H2SO4 (loãng)  CuSO4 + H2O b) CuCl 2: khan là chất rắn có màu vàng nâu, nhiệt độ nóng chảy là 498oC, khi 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... đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu • Tan trong dung dịch NH3 đặc: Ví dụ: Cu(OH)2 + 4NH3  [Cu(NH3)4](OH)2 3 Muối Cu2+: Các muối Cu2+ dễ tan (trừ CuS, CuCO3, CuC2O4, Cu3(PO4)2 ) a) CuSO4: 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 idata.over-blog.com/ /cuivre-sulfate.jpg... 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 Màu của phức [Cu(NH3)4](OH)2 www.e-t.ed.jp/ /4kai/kagaku/kinzoku/Cu2.jpg Trang 12/18 Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu Trong nước, ion Cu2+ không dễ chuyển thành ion Cu+ nhưng khi có mặt những ion tạo nên hợp chất ít tan với Cu+... Cl Cl Cu Cl Trang 14/18 Cl Cu Cl Cl Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu 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: H Cl O Cu H H O Cl H c) Các loại muối... trong y khoa và làm thuốc bảo vệ thực vật forum.vmc.org.pl/files/cuac2_483.jpg 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 -3 6, không tan trong axit (trừ HNO3) Ở trạng thái ẩm, dần dần bị không khí oxi hóa thành CuSO4... hợp Bordeaux (dung dịch CuSO4 với vôi) phun vào khoai tây diệt nấm Phytophthora Copper sulfate and a tin of Bordeaux mixture www.abbeville.com/ /tools-coppersulfate.jpg Nấm Phytophthora phytophthora.vbi.vt.edu/ /279_(107)_100x.jpg Trong công nghiệp: mạ đồng Trong y khoa: sát trùng, tẩy uế nhà cửa, dung dịch CuSO 4 0,3 đến 1% dùng làm thuốc chữa đau mắt hột, chữa phỏng do Photpho gây ra hoặc để khử Photpho... Cu(NO3)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 Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu images.chemindex.com/ /product_en/845039_1.jpg Điều chế bằng cách cho kim loại, oxit, hidroxit hoặc cacbonat baozơ tan trong trong dung dịch HNO3... 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: CuCl 3- và CuCl42Ví dụ: 2CuCl2 + 6H2O  [Cu(H20)6]2+ + CuCl42Điều 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 Hình ảnh CuCl2...Tìm hiểu tính chất của đồng và một số hợp chất của nó SVTH: Bùi Thị Minh Châu www.sulinet.hu/kemia/anyag/elemek/cu/cuo.JPG • Không tan trong nước, tan dễ trong dung dịch axit, dung dịch NH3: Ví dụ : CuO + 2 HCl  CuCl2 + H2O . o F) Thể tích phân tử 7,11 x 10 -6 m 3 /mol • Đồng dễ tạo hợp kim với các kim loại khác: • Đồng đen (90% Cu, 10% Zn): tăng tính cứng. • Đồng thau (60%. không màu có chứa ion phức CuCl 3 2- : Ví dụ: 2Cu 2+ + SO 3 2- + H 2 O  2Cu + + SO 4 2- + 2H + Cu + + 3Cl -  CuCl 3 2- Sau đó thêm từ từ dung dịch borac