_________________________________________
PVU
TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ


BÀI TIỂU LUẬN
Đề tài: Nguyên tố hóa học đồng

Nhóm 9: Nguyễn Hạnh Vinh GVHD: TS.Nguyễn Thị Phương Nhung
Châu Anh Khoa



TP Bà Rịa, ngày 17 tháng 11 năm 2013

Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
2
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu

Lời nói đầu

Từ hàng ngàn năm trước đây ông cha ta đã biết sử dụng đồng để chế tạo vũ khí, đồ
dùng hằng ngày và sử dụng để trang trí. Và ngày nay,trong nền khoa học công nghệ ngày
càng không ngừng phát triển thì đồng vẫn giữ một vai trò đặc biệt quan trọng. Tuy nhiên,
không phải ai cũng có những hiểu biết về đồng và các kiến thức liên quan đến nó. Đây
cũng là lý do nhóm chúng tôi tìm hiểu và làm bài tiểu luận này với mục đích giúp mọi
người có được cái nhìn tổng quan hơn về đồng, cũng như giải thích được một vài hiện
tượng thực tế của đồng. Nội dung bài tiểu luận đã đề cập đến những kiến thức cơ bản về
cấu tạo, trạng thái tự nhiên, tính chất vật lý, hóa học, đặc biệt là đề cập đến phương pháp

điều chế cũng như những ứng dụng quan trọng của đồng trong ngành công nghiệp điện,
trong kiến trúc xây dựng, trong máy móc công nghiệp và các ngành khác.
Vì thời gian có hạn, bài tiểu luận không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi
rất mong sẽ nhận được sự đóng góp từ phía giảng viên và các bạn sinh viên để bài tiểu
luận được hoàn thiện hơn.

Nhóm thực hiện








Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
3
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu

Mục lục
I. Giới thiệu chung về đồng. 4
A. Giới thiệu chung. 4
1. Tính chất vật lý 4
2. Tính chất hóa học 5
B. Trạng thái tự nhiên và đồng vị 6
1. Trạng thái tự nhiên 6
2. Đồng vị 7
3. Trữ lượng 7
II. Quy trình điều chế 7
A. Phương pháp thủy luyện. 7

B. Phương pháp điện phân. 9
C. Phương pháp nhiệt phân. 10
III. Ứng dụng của kim loại đồng. 10
A. Công nghiệp điện. 11
B. Trong kiến trúc xây dựng. 11
C. Trong máy móc công nghiệp. 12
D. Các ngành khác. 13


Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
4
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
I. Giới thiệu chung về đồng.
A. Giới thiệu chung.
- Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký
hiệu Cu và số nguyên tử bằng 29 (Hình 1, 2).

- Kim loại và các hợp kim Cu đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm.
Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên gọi ban đầu
của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi tắt là сuprum. 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 verdigris (hoặc patina).
[1]

Các ion đồng(II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt
khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ. Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất
độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp hơn, nó là một vi chất dinh
dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao hơn. Nơi tập trung đồng

chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương.
[1]

1. Tính chất vật lý
- Đồng có 1 electron trong phân lớp s
1
nằm trước nhóm d
10
và được đặc
trưng bởi tính dẻo và dẫn điện cao ( đứng thứ hai sau Ag) , dễ kéo sợi và dát
mỏng.



Hình 2. Cấu tạo electron của đồng
Hình 1. Nguyên tử đồng
Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
5
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
Khối lượng
riêng (g/cm
3
)
Nhiệt độ nóng
chảy (
0
C)
Nhiệt độ sôi
(
0

C)
Độ cứng (so với độ
cứng kim cương = 10)
8.93
1083
2600
3

Độ dẫn điện
(so với Hg=1)
Độ dẫn nhiệt (so
với Hg = 1)
Độ âm điện
Bán kính nguyên tử
(A
0
)
57
46
1.9
1.28

- Đồng tinh khiết có màu đỏ cam và tạo 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
electron giữa hai phân lớp này tương ứng với ánh sáng cam.
2. Tính chất hóa học
 Trong dãy điện hóa, đồng có thế điện cực chuẩn E0 = 0.34 V, đứng sau cặp
oxi hóa - khử 2H+/H2 vì vậy đồng là kim loại kém hoạt động, có tính khử yếu.
[2]


a) Tác dụng với phi kim.
- 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 khi nung trong điều kiện thiếu không khí tạo ra Cu
2
O có màu đỏ gạch; phản
ứng chậm với ôxy trong không khí tạo thành một lớp ôxit đồng CuO màu nâu đen.
[2]

4Cu + O
2
(t
0
) = 2Cu
2
O
2Cu + O
2
(t
0
) = 2CuO
- Lớp ôxit đồng này sau đó sẽ ngăn cản sự ăn mòn. Một lớp màu lục
của verdigris (đồng cacbonat Cu
2
(OH)
2
CO
3
) thường có thể bắt gặp trên các công

trình cổ có sử dụng đồng như Tượng Nữ thần tự do.
- Đồng có thể tác dụng với Cl
2
, Br
2
, S, … ở nhiệt độ thường hoặc đun nóng:
Cu + Cl
2
= CuCl
2
b) Tác dụng với axit.
- Đồng không tác đụng với dung dịch HCl, H
2
SO
4
loãng. Tuy vậy, với sự có
mặt của oxi trong không khí, Cu bị oxi hóa thành muối Cu(II).
2Cu + 4HCl + O
2
= 2CuCl
2
+ H
2
O
- Đồng bị oxi hóa đễ dàng trong H
2
SO
4
đặc nóng và HNO
3

:
Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
6
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
Cu + 2H
2
SO
4(đặc)
= CuSO
4
+ SO
2
+ 2H
2
O
Cu + 4HNO
3(đặc)
= Cu(NO
3
)
2
+2NO
2
+ 2H
2
O
3Cu + 8HNO
3(loãng)
= 3Cu(NO
3

)
2
+ 2NO + 4H
2
O
c) Tác dụng với dung dịch muối.
- Đồng khử được ion của những kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa ở
trong dung địch muối:
Cu + AgNO
3
= Cu(NO3)
2
+ 2Ag
B. Trạng thái tự nhiên và đồng vị
1. Trạng thái tự nhiên
- Trong tự nhiên đồng chiếm khoảng 0,03% trữ lượng trong vỏ trái đất. Cu
được phân bố rộng rãi ở cả dạng tự do và dạng hợp chất. Phổ biến nhất vẫn là các
khoáng vật chứa đồng như: cancosin Cu
2
S (79.8% Cu), Cuprit Cu
2
O (88.8% Cu),
covelin CuS (66.5% Cu), cancopirit CuFeS
2
(34.57% Cu) và malachit
CuCO
3
.Cu(OH)
2
.




- Hiện nay đồng là kim loại quan trọng nhất đối với công nghiệp và kỹ thuật.
từ đồng người ta có thể chế tạo rất nhiều vật dụng khác nhau. Hơn 50% lượng
đồng khai thác hằng năm dùng làm dây dẫn điện. Hơn 30% dùng để chế tạo hợp
Hình 3. Một mẫu đồng trong quặng tự nhiên
Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
7
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
kim…Nhưng cũng vì việc sử dụng với số lượng lớn như trên mà tình trạng ô
nhiễm đồng đang là vấn đề đáng quan tâm.

2. Đồng vị
- Đồng có 29 đồng vị.
63
Cu và
65
Cu là đồng vị bền, với
63
Cu chiếm khoảng
69% đồng có mặt trong tự nhiên; cả hai đều có spin 3/2. Các đồng vị còn lại có
tính phóng xạ, trong đó đồng vị phóng xạ bền nhất là
67
Cu với chu kỳ bán rã
61,83 giờ. Bảy đồng vị kích thích đặc trưng nhất là
68m
Cu tồn tại lâu nhất với chu
kỳ bán rã 3,8 phút. Các đồng vị với số khối lớn hơn 64 phân rã β
-

, ngược lại các
đồng vị có số khối dưới 64 thì phân rã β
+
.
64
Cu, có chu kỳ bán rã 12,7 giờ, phân rã
theo cả hai cơ chế trên.
-
62
Cu và
64
Cu có những ứng dụng đáng chú ý:
64
Cu chất được sử dụng trong
chụp hình tia-X, và dạng tạo phức với chelate có thể được dùng trong điều trị ung
thư.
62
Cu được dùng trong
62
Cu-PTSM là một phương pháp vết phóng xạ trong
chụp cắt lớp bằng positron.
3. Trữ lượng
- Đồng đã được sử dụng ít nhất là cách nay 10.000 năm, nhưng có hơn 95%
tất cả đồng đã từng được khai thác và nấu chảy đã được tách chỉ bắt đầu từ thập
niên 1900.
- Với nhiều nguồn tài nguyên tự nhiên, tổng lượng đồng trên Trái Đất là rất
lớn (khoảng 10
14
tấn nằm trong vòng vài km của vỏ Trái Đất, hoặc tương đương 5
triệu năm khai thác với tốc độ khai thác hiện tại). Tuy nhiên, chỉ có một tỷ lệ nhỏ

trữ lượng này là có giá trị kinh tế trong điều kiện chi phí và công nghệ hiện tại. Tái
chế là một nguồn chính của đồng trong thế giới hiện đại.
II. Quy trình điều chế
A. Phương pháp thủy luyện.
 Từ xa xưa người ta dùng quặng giàu để luyện đồng, mãi đến thế kỷ thứ
XIX còn được dùng những quặng chứa 15% Cu hay nhiều hơn nữa. Ngày nay
đồng được luyện từ quặng nghèo chỉ chứa 1% - 2%. Bởi vậy công nghệ luyện
đồng khá phức tạp và bao gồm nhiều giai đoạn:
- - Tuyển quặng: trước tiên quặng đồng (Cancopirit) (Hình 4) được nghiền
nhỏ và làm giàu bẳng phương pháp tuyển trong lực rùi bằng phương pháp tuyển
nối.
[3]

Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
8
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu


 Tinh quặng thu được sau khi đã làm giàu thường chứa đến 12% Cu.
- - Đốt tinh quặng ở 800
o
C - 850
o
C trong lò nhiều tầng giống như lò đốt pirit
của dây chuyền sản xuất axit sunfuric. Sau khi đốt, lượng S trong quặng giảm bớt
nhờ những phản ứng:
2CuFeS
2
+ O
2

= Cu
2
S + 2FeS + SO
2
2FeS
2
+ 5O
2
= 2FeO + 4SO
2
2FeS + 3O
2
= 2Fe + 2SO
2
 Hai phản ứng đầu xảy ra hoàn toàn, phản ứng thứ ba xảy ra một phần. Sản
phẩm thu được ở lò đốt này có thành phần ứng với hỗn hợp Cu
2
S, FeS, FeO.
[3]

- - Nấu chảy ở 1200
o
C sản phẩm trên trong lò phản xạ, có thêm cát để tạo xỉ
với FeO:
FeO + SiO
2
= FeSiO
3
(Hình 5)


 Xỉ sắt silicat tương đối nhẹ hơn nên nổi lên trên và liên tục chảy ra khỏi lò
còn sản phẩm nóng chảy có thành phần ứng với hỗn hợp Cu
2
S và FeS, nặng hơn
Hình 4. Quặng Cancopirit
Hình 5. Xỉ FeSiO
3

Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
9
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
nằm dưới lớp xỉ được tháo ra khỏi lò theo chu kỳ. Sản phẩm đó được gọi là stein.

[3]

- - Chuyển stein nóng chảy vào lò thổi kiểu lò Besme, cho thêm cát và thổi
khí oxi vào lò; nhiệt độ của lò được giữ ở 1300
o
C. Ở đây xảy ra những phản ứng:
2FeS + 3O
2
= 2Fe + 2SO
2
FeO + SiO
2
= FeSiO
3
(xỉ)
2Cu
2

S + 3O
2
= 2Cu
2
O + 2SO
2
 Hai phản ứng đầu xảy ra hoàn toàn, phản ứng thứ ba xảy ra một phần.
- - Giai đoạn tiếp theo cũng được thực hiện ở trong lò thổi nhưng không được
thổi khí oxi vào lò. Kết quả là đồng (I) trong Cu
2
O và Cu
2
S bị lưu huỳnh ở dạng
sunfua khử thành đồng kim loại:
2Cu
2
O + Cu
2
S = 6Cu + SO
2
 Đồng thô thu được chứa 90% - 95% Cu và các tạp chất.
- - Tinh thể đồng thô trước tiên bằng phương pháp đốt: chuyển đồng thô lỏng
trở lại lò phản xạ và thổi không khí để oxi hóa tạp chất:
4Sb + 3O
2
= 2Sb
2
O
3
2Pb + O

2
= 2PbO
2Zn + O
2
= 2ZnO
 Một phần đồng cũng bị oxi hóa
4Cu + O
2
= 2Cu
2
O
 Cho thêm cát vào lò để chuyển tạp chất thành xỉ. Để chuyển Cu
2
O trở lại
thành Cu, người ta trộn đồng thô với than gỗ:
Cu
2
O + C = 2Cu + CO
 Đồng đỏ thu được chứa 95% - 98% Cu. Để có đồng tinh khiết cần phải tinh
chế thep phướng pháp điện phân. Người ta điện phân điện phân dung dịch CuSO
4

(có thêm H
2
SO
4
) với cực âm là những lá đồng tinh khiết chứa đến 99.99% Cu.
Loại đồng điện phân đó được dùng làm dây dẫn.
[3]


B. Phương pháp điện phân.
- Chế hóa quặng đồng trong các chất lỏng khác nhau ( thường là H
2
SO
4
loãng, dung dịch ammoniac …). Từ dung dịch thu được, ta tách Cu bằng sắt hoặc
bằng phương pháp điện phân:
[4]

Fe + CuSO
4
= FeSO
4
+ Cu
Fe + CuCl
2
= FeCl
2
+ Cu
CuSO
4
+ 2H
2
O = Cu + H
2
SO
4
+ O
2
(đpdd)

Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
10
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
C. Phương pháp nhiệt phân.
- Nếu luyện Cu từ quặng Oxit hay quặng cacbonat ta dùng phương pháp khử
bằng than:
[4]

C + 1/2 O2 = CO
CuCO
3
(t
o
) = CuO + CO
2

CuO + CO = Cu + CO
2

III. Ứng dụng của kim loại đồng.

- Đồng là một trong số những kim loại quang trọng bậc nhất trong công
nghiệp. Đồng có nhiều tính năng ưu việt như: độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, ít bị
oxi hóa, có độ bền cao và độ chống ăn mòn tốt.
[5]

Công nghiệp
điện
58%
Kiến trúc, xây

dựng
19%
Máy móc
công nghiệp
17%
Các ngành khác
6%
Các ngành kinh tế sử dụng đồng trên thế giới:
Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
11
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
A. Công nghiệp điện.
- Đồng được dùng nhiều nhất trong kỹ thuật điện. Trong lĩnh vực này người
ta dùng đồng ở dạng sạch (trên 99.95% Cu) để đảm bảo độ dẫn điện cao dùng làm
dây (Hình 6) và thanh dẫn điện (Hình 7), dùng làm các chi tiết trong máy điện, vô
tuyến điện, điện tín, điện thoại,…
[5]


B. Trong kiến trúc xây dựng.
- Ứng dụng lớn thứ hai của đồng và hợp kim của nó (chẳng hạn như đồng
thau và đồng thiếc) thuộc về ngành công nghiệp xây dựng. Nó được sử dụng cho
mái lợp và hệ thống ống nước (Hình 7), đặc biệt là đường ống nước, vòi nước, van
và phụ kiện do đặc tính chống ăn mòn và dễ uốn của kim loại này.
[5]







Hình 6. Dây dẫn điện
Hình 7. Thanh dẫn điện
Hình 7. Các van ống nước
Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
12
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu

a. Đồng thau:
- Hợp kim Cu – Zn (45%Zn), hợp kim của Cu – Sn đã được dùng từ thời xa
xưa để đúc trống, chuông, sung đại bác, tượng, chế tạo máy móc, thiết bị,…
(Hình 8)
b. Đồng thanh:
- Hợp kim của Cu – Sn, dùng để chế tạo máy móc, thiết bị,…


C. Trong máy móc công nghiệp.
- Nhờ độ bền, tính dễ chế biến, và khả năng đúc với độ chính xác và dung sai
cao, hợp kim đồng rất lý tưởng để chế tạo các sản phẩm như bánh răng, vòng bi và
cánh tuabin
 Hợp kim Cu – Al được dùng để chế tạo những chi tiết của động cơ máy bay
(Hình 9)
[7]

Hình 8. Đồng thau được sử dụng làm nhạc
cụ
Hình 9. Vỏ máy bay chế tạo từ hợp kim Cu-Al
Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
13
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu

 Hợp kim của Cu – Ni (25% Ni), bền đẹp và không bị ăn mòn trong nước
biển, được dung trong công nghiệp tàu thủy, chế tạo máy chính xác, dụng cụ y
khoa, đúc tiền…
[7]


 Hợp kim Cu – Pb được dùng để chế ổ trục của đầu máy hơi nước, động cơ
máy bay, động cơ tàu thủy và tuabin thủy lực.
[7]

 Hợp kim Cu – Be bền đặc biệt và có tính chất đàn hồi cao được dùng để chế lò xo
cao cấp.
[7]

D. Các ngành khác.
- Hợp kim Cu –Au trong đó có 2/3 Cu, 1/3 Au (là vàng 9 cara) dùng để đúc
tiền vàng, vật trang trí, (Hình 11)
[7]

- Đồng cũng là vật liệu tốt dùng để chế tạo các thiết bị hóa học: thiết bị chân không,
thiết bị trao đổi nhiệt, nồi chưng cất,…
- Đồng còn được dùng làm chất cho thêm vào thép kết cấu để tăng tính
chống ăn mòn và tăng giới hạn chảy của thép
- Muối đồng dùng để chế tạo sơn, thuộc da.

Hình 10. Đồng xu chế tạo từ hợp kim Cu-Ni
Hình 11. Vỏ laptop được chế tạo từ hợp kim Cu-Au
Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
14
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu


Kết luận:


Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và số
nguyên tử bằng 29. Về tính chất vật lý: đồng tinh khiết có màu đỏ cam và tạo ra màu
lam ngọc khi tiếp xúc với không khí. Về tính chất hóa học: đồng là một kim loại kém
hoạt động và có tính khử yếu nên không thể hiện đầy đủ tính chất hóa học điển hình
của một kim loại, không tác dụng với các axit loãng.
Do có nhiều tính chất ưu việt đặc trưng như tính dẻo, dễ kéo sợi, dát mỏng và có
tính dẫn nhiệt dẫn điện cao nên đồng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhất là trong
ngành công nghiệp điện, trong lĩnh vực xây dựng và chế tạo máy móc. Vì vậy đồng
luôn giữ vai trò quan trọng và không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta.


Tiểu luận nguyên tố hóa học đồng
15
Nhóm 18 – Lọc hóa dầu
Tài liệu tham khảo
[1]
[2] Hóa học 12
[3]
[4] Hóa học vô cơ tập 2 (Các kim loại điển hình) Nguyễn Đức Vận xuất bản 2009
[6]
[7] />%E1%BB%93ng