CHƯƠNG 3 : KIM LOẠI MÀU
1. Khái niệm :
- là tên gọi của tất cả các kim loại và hợp kim, trừ sắt và hợp kim của sắt. Theo
quy ước, kim loại màu được chia thành các nhóm sau:
Kim loại nhẹ (nhôm, titan, magie), khối lượng riêng 1,7 – 4,5 g/cm3;
Kim loại nặng (đồng, chì, niken, kẽm, thiếc), khối lượng riêng 4,5 – 11,3 g/cm3;
Kim loại quý (vàng, bạc và nhóm platin); kim loại khó nóng chảy;
Kim loại phân tán; kim loại đất hiếm (nguyên tố hiếm), bao gồm một nhóm lớn
các kim loại màu.
2. Đặc điểm và tính chất của kim loại màu
Trong công nghiệp hiện đại, kim loại màu càng được sử dụng rộng rãi và đóng
vai trò quan trọng vì có những tính chất đặc biệt sau:
– Độ nóng chảy không cao lắm, do đó có thể nấu luyện, đúc thành các chi tiết
có hình dạng khác nhau, dễ dàng.
– Tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt.
– Có độ bền cơ học thấp.
– Có giá thành cao.
I / ĐỒNG
1. Khái niệm
Đồng là nguyên tố hóa học trong baảng tuần hoàn có ký hiệu là Cu và số
nguyên tử bằng 29, nguyên tử khối bằng 64. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn
điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi
có maàu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây
dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau.
Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại
có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng. Do đó, nó được con người
sử dụng từ rất sớm khoảng 8000 TCN. Nó là kim loại đầu tiên được nung chảy
từ quặng của nó vào khoảng 5000 TCN, kim loại đầu tiên được đúc thành khối
vào khoảng 4000 TCN và kim loại đầu tiên được tạo thành hoợp kim với các
loại khác, là thiếc để tạo ra đồng đỏ vào khoảng 3500 TCN.
Kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm.
Trong thời kỳ La Mã, Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng
(II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng
như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm. Các
công trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo ra màu xanh lục .
2. Tính chất vật lý
Đồng, bạc và vàng đều nằm trong nhóm 11 của bảng tuần hoàn nên chúng có
nhiều thuộc tính giống nhau: chúng có 1 electron trong phân lớp s1 nằm trước
nhóm d10 và được đặc trưng bởi tính dẻo và dẫn điện cao. Các orbital được lấp
đầy các electron trong các nguyên tố này không đóng góp nhiều vào các tương
tác nội nguyên tử, chủ yếu ảnh hưởng bởi các electron phân lớp s thông qua
các liên kết kim loại. Trái ngược với các kim loại mà phân lớp d không được lấp
đầu bởi các electron, các liên kết kim loại trong đồng thiếu các đặc điểm
của liên kết cộng hóa trị và chúng tương đối yếu. Điều này giải thích tại sao các
tinh thể đồng riêng biệt có độ dẻo cao và độ cứng thấp. Ở quy mô lớn, việc thêm
vào các khuyết tật trong ô mạng tinh thể như ranh giới hạt, sẽ làm cản trở dòng
vật liệu dưới áp lực nén từ đó làm tăng độ cứng của nó. Ví dụ, đồng thường
được đưa ra thị trường ở dạng polycrystalline hạt mịn, dạng này có độ cứng lớn
hơn dạng monocrystalline.
Độ cứng thấp của đồng giúp giải thích một phần tính dẫn điện cao của
nó(59.6×106 S/m) và cũng như tính dẫn nhiệt cao, các tính chất này được xếp
hạng thứ 2 trong số những kim loại nguyên chất có tính chất tương tự ở nhiệt độ
phòng. (trong số các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có độ
dẫn điện cao hơn). Đặc điểm này là do điện trở suất đối với sự vận chuyển
electron trong các kim loại ở nhiệt độ phòng chủ yếu bắt nguồn từ sự tán xạ của
electron đối với dao động nhiệt của mạng tinh thể, mà điện trở xuất này tương
đối yếu đối với cho một kim loại mềm. Mật độ dòng thấm tối đa của đồng trong
không khí ngoài trời vào khoảng 3,1×106 A/m2, vượt trên giá trị này nó bắt đầu
nóng quá mức. Cùng với những kim loại khác, nếu đồng được đặt cạnh kim loại
khác, ăn mòn galvanic sẽ diễn ra.
Cùng với lưu huỳnh và vàng (cả hai đều có màu vàng), đồng là một trong 3
nguyên tố có màu tự nhiên khác với màu xám hoặc bạc.Đồng tinh khiết có màu
đỏ cam và tạp ra màu lam ngọc khi tiếp xúc với không khí. Màu đặc trưng này
của đồng tạo ra từ sự chuyển tiếp electron giữa phân lớp 3d và phân lớp 4s –
năng lượng chênh lệch do sự chuyển đổi trạng thái electrong giữa hai phân lớp
này tương ứng với ánh sáng cam. Cơ chế xảy ra tương tự đối với màu vàng của
vàng và lưu huỳnh.
3. Tính chất hóa học
Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với các trạng thái ôxy hóa +1 và +2, mà
thường được gọi theo thứ tự là cuprous và cupric.Nó không phản ứng với nước,
nhưng phản ứng chậm với ôxy trong không khí tạo thành một lớp ôxit đồng màu
nâu đen. Ngược lại với sự ôxy hóa của sắt trong không khí ẩm, lớp ôxit này sau
đó sẽ ngăn cản sự ăn mòn. Một lớp màu lục của verdigris (đồng cacbonat)
thường có thể bắt gặp trên các công trình cổ có sử dụng đồng như Tượng Nữ
thần tự do, tượng bằng đồng lớn nhất trên thế giới được xây dựng dùng repoussé
and chasing Hydrogen sulfua và sulfua phản ứng với đồng tạo ra các hợp chất
đồng sulfua khác nhau trên bề mặt. Trong trường hợp phản ứng với sulfua, ăn
mòn đồng diễn ra khi đồng tiếp xúc với không khí có chứa các hợp chất
sulfua. Các dung dịch amoni chứa ôxy có thể tạo ra một phức chất hòa tan
trong nước với đồng, khi phản ứng với ôxy và axit clohydric để tạo thành đồng
clorua và hydro peroxit bị axit hóa để tạo thành các muối đồng(II). Đồng(II)
clorua và đồng phản ứng với nhau tạo thành đồng (I) clorua.
- Đồng là kim loại có tính khử yếu.
a) Tác dụng phi kim :
Cu phản ứng với oxi khi đun nóng tạo CuO bảo vệ nên Cu không bị oxi hoá tiếp
tục.
2Cu + O2 → CuO
- Khi tiếp tục đun nóng tới (800-1000oC)
CuO + Cu → Cu2O (đỏ)
- Tác dụng trực tiếp với Cl2, Br2, S...
Cu + Cl2 → CuCl2
Cu + S → CuS
b) Tác dụng axit:
Cu không tác dụng với dung dịch HCl, H2SO4 loãng.
- Khi có mặt oxi, Cu tác dụng với dung dịch HCl, nơi tiếp xúc giữa dung dịch
axit với không khí.
2 Cu + 4HCl + O2 → 2 CuCl2 + 2 H2O
- với HNO3, H2SO4 đặc:
Cu + 2 H2SO4 đ → CuSO4 + SO2 + H2O
Cu + 4HNO3 đặc → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
c) Tác dụng dung dịch muối :
Khử được ion kim loại đứng sau nó trong dung dịch muối.
Ví dụ: Cu + 2 AgNO3 → Cu(NO3)