I.3.1. Giới thiệu chung
Nguyên tố Cu có cấu hình electron: [Ar]3d104s1
Năng lượng ion hóa: I1 = 7,72 eV, I2 = 20,29 eV, I3 = 36,9 eV
Đồng là kim loại nặng, kết tinh ở dạng tinh thể lập phương tâm diện, màu đỏ, có ánh kim có tính dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
Trong thiên nhiên đồng có 2 đồng vị bền là: 63Cu (70, 13%), 65Cu (29, 87%). Đồng là kim loại kém hoạt động có khả năng thể hiện trạng thái oxi hóa +1, +2, +3. Điều này được giải thích là do sự gần nhau về năng lượng của các obitan 3d và 4s. Trong đó trạng thái +2 là đặc trưng nhất được thể hiện qua sơ đồ oxi hóa khử sau:
Cu3+ Cu2+ Cu+ Cu
Từ giản đồ thấy rằng ở điều kiện chuẩn đồng là một kim loại kém hoạt động. Mức oxi hóa +3 không bền vì có thế khử cao, còn mức oxi hóa +1 không bền vì có thể dị li thành Cu (II) và Cu (0). Về mặt hóa học, đồng là kim loại kém hoạt động.
Cũng có thông tin về sự tồn tại của Cu (IV) (Cs2CuF6) và Cu (0) (Cu2(CO)6) nhưng chỉ là hai hợp chất rất kém bền và chỉ tồn tại ở những điều kiện rất đặc biệt.
Ở điều kiện thường khi có mặt SO2, CO2, hơi nước ... đồng tác dụng với O2
trong không khí tạo thành lớp màng mỏng màu xanh của các muối bazơ
+0,337
Ở nhiệt độ thường và trong không khí, đồng bị bao phủ một màng màu đỏ gồm đồng kim loại và đồng (I) oxit. Oxit này được tạo nên bởi những phản ứng:
2Cu + O2 + 2H2O + CO2→CuCO3.Cu(OH)2
8Cu + 5O2 + 6H2O + 2SO2→2[CuSO4.3Cu(OH)2]
Ở nhiệt độ khoảng 2000C phản ứng của Cu với O2 trở nên rõ rệt, tạo nên hỗn
hợp oxit CuO và Cu2O, còn ở nhiệt độ nóng chảy Cu cháy và cho CuO. Ở nhiệt
độ cao hơn 1300K CuO lại phân hủy cho Cu2O. Với lưu huỳnh nó cho Cu2S dưới dạng hợp chất thành phần không hợp thức.
Ở nhiệt độ thường đồng không tác dụng với flo vì màng CuF2 được tạo nên rất bền sẽ bảo vệ đồng. Nhờ tính chất mà đồng được sử dụng để chế tạo bình điện phân để điều chế flo hay ống dẫn khí flo. Với Cl, Br nó cho các halogenua tương ứng.
Đồng không tác dụng với các dung dịch axit nhưng tác dụng được với dung dịch HI giải phóng khí H2 nhờ tạo thành CuI là chất ít tan và tác dụng với dung dịch HCN giải phóng khí H2 nhờ tạo thành ion phức bền [E(CN)2]-.
2Cu + 4HCN →2H[Cu(CN)2]- + H2
Đồng dễ dàng tan trong HNO3 ở mọi nồng độ, nhưng với H2SO4 thì chỉ tác dụng với H2SO4 đặc nóng:
Cu + 4HNO3 đặc →Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
3Cu + 8HNO3 (30%) →3Cu(NO3)2 + 2NO+ 4H2O Cu + 2H2SO4 đặc →CuSO4 + SO2 + 2H2O
Đồng chỉ tan trong axit không có tính oxi hóa, chẳng hạn HCl , khi có mặt chất oxi hóa. Ví dụ:
2Cu + O2 + 4HCl →2CuCl2 + 2H2O
Đặc biệt đồng có thể tan trong nước khi có mặt phối tử tạo phức. Ví dụ: 2Cu + O2 + 8NH3 + 2H2O →2[Cu(NH3)4](OH)2