CHÌ
a) Khái niệm
là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn
hóa học viết tắt
là Pb (Latin: Plumbum) và có số nguyên tử là 82.Chì
có hóa trị phổ biến là II, có khi là IV. Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình.
Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khi tiếp xúc
với không khí. Chì dùng trong xây dựng, ắc quy chì, đạn, và là một phần của
nhiều hợp kim. Chì có số nguyên tố cao nhất trong các nguyên
tố bền.
1. Lịch sử về nguyên tố chì
- Chì từng được sử dụng phổ
biến hàng ngàn năm trước do sự phân bố rộng rãi của nó, dễ chiết tách và dễ gia
công. Nó dễ dát mỏng và dễ uốn cũng như dễ nung chảy. Các hạt chì kim loại có
tuổi 6400 TCN đã được tìm thấy ở Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay. Vào đầu thời kỳ đồ đồng,
chì được sử dụng cùng với antimon và asen.
2. Tính chất vật lí
- Chì có màu trắng bạc và
sáng, bề mặt cắt còn tươi của nó xỉ nhanh trong không khí tạo ra màu tối. Nó là
kim loại màu trắng xanh, rất mềm, dễ uốn và nặng, và có tính dẫn điện kém so
với các kim loại khác.
- Chì là kim loại nặng, có
khối lượng riêng là 11,34 g/cm3, nóng chảy ở 327,40C và
sôi ở 17450C.
3. Tính chất hóa học
- Chì có tính khử yếu. Thế
điện cực chuẩn của chì E0Pb2+/Pb= - 0,13V.
a. Tác dụng với phi kim
Ví dụ: Pb + F2 → PbF2
Pb + O2 → PbO
- Chì kim loại chỉ bị ôxi hóa ở bề
ngoài trong không khí tạo thành một lớp chì ôxít mỏng, chính lớp ôxít này lại
là lớp bảo vệ chì không bị ôxi hóa tiếp.
b. Tác dụng với axit
- Chì không tác dụng với dung dịch HCl và H2SO4 loãng
do các muối chì không tan bao bọc bên ngoài kim loại.
- Chì tan nhanh trong dung dịch H2SO4 đặc
nóng và tạo thành muối tan là Pb (HSO4)2.
Pb + 3H2SO4 → Pb(HSO4)2 + SO2 + 2H2O.
- Chì dễ dàng tan trong dung dịch
HNO3, tan chậm trong HNO3 đặc.
3Pb + 8HNO3 (loãng, nóng) → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
c. Tác dụng với dung dịch kiềm
- Chì cũng tan chậm trong dung dịch
kiềm nóng.
Pb + 2NaOH (đặc) + 2H2O → Na2[Pb(OH)4] + H2
4. Trạng thái tự nhiên
- Chì kim loại có
tồn tại trong tự nhiên nhưng ít gặp. Chì thường được tìm thấy ở dạng quặng cùng
với kẽm, bạc, và (phổ biến nhất) đồng, và được thu hồi cùng với các kim loại
này. Khoáng chì chủ yếu là galena (PbS), trong đó chì chiếm 86,6% khối lượng.
Các dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO3) và anglesite
(PbSO4).
5. Điều chế
- Các quặng sulfua của chì
được đốt cháy chủ yếu tạo ra chì ôxit và một hỗn hợp sulfat và silicat của chì
và các kim loại khác có trong quặng.
- Chì ôxít tách ra từ quá
trình đốt cháy được khử trong lò cao bằng than cốc
PbO + CO → Pb + CO2
6. Ứng dụng
- Chì là thành phần chính tạo nên ắc
quy, sử dụng cho xe.
- Chì được sử dụng như chất nhuộm
trắng trong sơn.
- Chì sử dụng như thành phần màu
trong tráng men đặc biệt là tạo màu đỏ và vàng.
- Chì dùng làm các tấm ngăn để chống
phóng xạ hạt nhân.
- Chì thường được sử dụng trong nhựa
PVC.
II/ KẼM (Zn)
a) Khái niệm
là một nguyên tố kim loại chuyển
tiếp, ký hiệu
là Zn và
có số nguyên tử là 30. Nó
là nguyên tố đầu tiên trong nhóm 12 của bảng tuần hoàn
các nguyên tố. Kẽm, trên một số phương diện, có tính chất
hóa học giống với magiê, vì ion của chúng có bán kính giống nhau và
có số ôxy hoá duy nhất
ở điều kiện bình thường là +2. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có
5 đồng vị bền.
1. Lịch sử
về nguyên tố Zn
-
Các mẫu vật riêng biệt sử dụng kẽm không nguyên chất trong thời kỳ cổ đại đã
được phát hiện.
-
Các loại quặng kẽm đã được sử dụng để làm hợp kim đồng-kẽm là đồng thau vài thế
kỷ trước khi phát hiện ra kẽm ở dạng nguyên tố riêng biệt. Đồng thau Palestin
có từ thế kỷ 14 TCN đến thế kỷ 10 TCN chứa 23% kẽm.
2. Tính chất
vật lí
-
Kẽm là kim loại có màu lam nhạt, giòn ở nhiệt độ phòng, dẻo ở nhiệt độ 100 –
1500C, giòn trở lại ở nhiệt dộ trên 2000C. Kẽm có khối
lượng riêng bằng 7,13 g/cm3, nóng chảy ở 419,50C và sôi ở
9060C.
3. Tính chất
hóa học
-
Kẽm là kim loại hoạt động có tính khử mạnh, thế điện cực của kẽm E0zn2+/zn =
- 0,76V.
a.
Tác dụng với phi kim
- Zn
tác dụng trực tiếp với nhiều phi kim.
Ví dụ: 2Zn + O2 → 2ZnO
Zn
+ Cl2 → ZnCl2
-
Ở điều kiện thường, Zn bị oxi hóa trong không khí hình thành lớp oxit bền
bảo vệ ngăn không cho phản ứng tiếp tục xảy ra.
b.
Tác dụng với axit
-
Với các dung dịch axit HCl, H2SO4loãng:
Ví dụ: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Pt ion: Zn + 2H+ → Zn2+
+ H2
(Zn khử ion H+ trong
dung dịch axit thành hidro tự do).
-
Với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc:
Với các
axit HNO3 đặc nóng, HNO3 loãng, H2SO4 đặc:
Zn khử được N+5 và S+6 xuống những mức oxi hoá
thấp hơn.
Zn + 4HNO3 đ → Zn(NO3)2
+ 2NO2 + 2H2O
c.
Tác dụng với H2O
-
Do EoZn2+/Zn <
Eo H2O/H2 (Zn khử được nước).
-
Phản ứng này hầu như không xảy ra vì trên bề mặt của kẽm có màng oxit bảo vệ.
d. Tác dụng với bazơ
- Kẽm tác dụng với dung dịch bazơ mạnh: NaOH, KOH,
Ca(OH)2....
Ví dụ: Cho
Zn vào dung dịch NaOH
4. Trạng
thái tự nhiên
-
Nguyên tố này thường tồn tại ở dạng hợp chất đi cùng với các nguyên tố kim loại
thông thường khác như đồng và chì trong quặng. Sphalerit là một dạng kẽm
sulfua, và là loại quặng chứa nhiều kẽm nhất với hàm lượng kẽm lên đến 60–62%.
-
Các loại khác khác có thể thu hồi được kẽm như smithsonit (kẽm cacbonat),
hemimorphit (kẽm silicat), wurtzit (loại kẽm sulfua khác), và đôi khi là
hydrozincit (kẽm cacbonat).
5. Điều chế
-
Kẽm kim loại được sản xuất bằng luyện kim khai khoáng. Sau khi nghiền quặng,
phương pháp tuyển nổi bọt được sử dụng để tách các khoáng dựa vào tính dính ướt
khác nhau của chúng. Ở bước cuối cùng này thì kẽm chiếm 50%, phần còn lại là
lưu huỳnh (32%), sắt (13%), và SiO2 (5%).
-
Công đoạn thiêu kết sẽ chuyển kẽm sulfua thành kẽm ôxít
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
-
Sau đó, người ta có thể dùng 2 phương pháp cơ bản trong luyện kim là nhiệt
luyện (pyrometallurgy) hoặc điện phân (electrowinning). Quá trình
nhiệt luyện khử kẽm ôxít với cacbon hoặc cacbon mônôxít ở 950 °C
(1.740 °F) thành kim loại kẽm ở dạng hơi. Hơi kẽm được thu hồi trong bình
ngưng. Quá trình được biểu diễn theo các phương trình dưới đây:
2 ZnO + C → 2 Zn + CO2
2 ZnO + 2 CO → 2 Zn + 2 CO2
-
Quá trình điện phân, tách kẽm từ quặng tinh bằng axít sulfuric.
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 +
H2O
Sau đó, người ta dùng phương pháp điện phân để sản
xuất kẽm kim loại
2 ZnSO4 + 2 H2O → 2 Zn + 2
H2SO4 + O2
6. Ứng dụng
Kẽm là kim
loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhôm, đồng tính theo lượng sản
xuất hàng năm:
-
Kẽm được sử dụng để mạ kim loại, chẳng hạn như thép để chống ăn rỉ.
-
Kẽm được sử dụng trong các hợp kim như đồng thau, niken trắng, các loại que
hàn, bạc Đức v.v. Đồng thau có ứng dụng rộng rãi nhờ độ cứng và sức kháng rỉ
cao.
-
Kẽm được sử dụng trong đúc khuôn, đặc biệt là trong công nghiệp ô tô.
-
Kẽm dạng cuộn được sử dụng để làm vỏ pin.