đồng và các phương pháp phân tích

1. Đồng (Cu) là nguyên tố kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm IB trong bảng toàn hoàn

hóa học Mendeleev, số thứ tự 29, khói lượng nguyên tử 64, cấu hình electron
3d104s1. Đặc điểm về cấu tạo nguyên tử nguyên tố quyết định những tính chất hóa
học khác biệt của chúng, trước hết là tính trơ về mặt hóa học của kim loại.
2. Tính chất vật lí
Đồng kết tinh ở dạng lập phương tâm diện. Đồng là kim loại nặng, mềm, có ánh
kim màu đỏ. Trong tự nhiên đồng có hai đồng vị bền là 63Cu (70,13%) và 65Cu
(29,87%)
Bảng 1. Hằng số vật lí của đồng
Nhiệt độ
nóng chảy
0
C
1083

Nhiệt độ
sôi 0C
2543

Nhiệt
thăng hoa,
kJ/ mol
339,6

Tỉ khối
8,94

Độ cứng
(thang
Moxơ)

3,0

Độ dẫn
điện
(Hg=1)
57

Độ dẫn
nhiệt
(Hg=1)
36

So với kim loại kiềm, các kim loại nhóm IB nói chung và đồng nói riêng có nhiệt
độ sôi,nhiệt độ nóng chảy và nhiệt thăng hoa cao hơn là vì tham gia liên kết kim
loại không chỉ có những electron s mà còn có cả những electron d nữa.
Đồng dễ tạo nên hợp kim với các kim loại: Sn, Ag, Au, Pb, Zn…., dễ tạo hỗn
thống với thủy ngân.
Những hợp kim quan trọng của đồng là:
Bronzơ hay còn gọi là đồng thiếc chứa 10% Sn có lẽ đã được điều chế ra một cách
ngẫu nhiên trong khi luyện đồng đã được biết từ thời cổ xưa. Brozơ cứng, dễ nóng
chảy hơn đồng nên đã thay thế đồng, chấm dứt thời đại đồ đồng và đặt nền móng
cho thời đại đồ đồng thiếc kéo dài hơn hai ngàn năm trong lịch sử tiến hóa của
nhân loại. Từ xa xưa bronzơ được sử dụng rộng rãi để đúc trống đồng, chuông,
sung đại bác, tượng…Ngày nay bronzơ thiếc được thay thế dần bằng các bonzơ
khác. Ví dụ bronzơ nhôm chứ 10% nhôm rất bền dung chế tạo các chi tiết động cơ
máy bay, bronzơ chì được dùng để chế ổ trục của đầu máy hơi nước, động cơ máy
bay, động cơ tàu thủy, tuốc bin thủy lực, bronzơ beriti chứa 2% Be bền đặc biệt và
có tính đàn hồi cao, được dùng chế tạo lò xo cao cấp.
Đồng than chưa 18-40% Zn, rẻ tiền hơn bronzơ dễ chế hóa cơ học và bền hơn với
hóa chất, được dùng làm ống tản nhiệt, chi tiết máy, nồi hấp, vòi nước, tay nắm

cửa ra vào, bàn là…Đồng thau chứa thêm Al có dạng bề ngoài giống vàng được
dùng làm huy hiệu và biểu tượng.
Menchio chứa 29-33% Ni, bền với nước biển, với hơi quá nhiệt với tác nhân ăn
mòn khác, được dùng trong ngành chế tạo tàu thủy, dùng làm những dụng cụ cơ
khí chính xác và đồ dùng gia đình, thìa, đĩa,…
Nayzinbe chứa 13,5-16,5% Ni và 18-22% Zn có màu trắng bạc đẹp và bền với các
dung dịch muối, axit hữu cơ, được dùng để làm những dụng cụ y tế, đồ mĩ nghệ.
Constanta, manganin, nilekin đều là các hợp kim của đồng. Hợp kim dùng để
dducs tiền là hợp kim của đồng với Al hoặc Ni hoặc Ag.


Đồng có một lượng bé trong thực vật, động vật. Trong cơ thể con người, đồng có
thành phần trong một số protein, enzim và tập trung chủ yếu ở gan. Hợp chất của
đồng là cần thiết đối với quá trình tổng hợp hemoglobin và photpholipit. Sự thiếu
đồng gây nên bệnh thiếu máu. Trong máu của động vật bậc thấp (ốc, sò và động
vật thân mềm) có chất màu là hemoxianin, chứa đồng và có chức năng như
hemoglobin ở trong máu của động vật có xương sống. Hợp chất của đồng không
độc bằng hợp chất của kim loại nặng như chì và thủy ngân. Muối đồng rất độc đối
với nấm mốc và rêu tảo. Người ta dùng CuSO4 để chống mốc cho gỗ và dùng nước
Boocđô là hỗn hợp của dung dịch CuSO4 và sữa vôi để trừ bọ cho một số cây.
3. Tính chất hóa học
Về mặt hóa học, đồng là kim loại rất kém hoạt động.
Ở nhiệt độ thường và trong hông khí, đồng bị bao phủ một màng màu đỏ gồm
đồng kim loại vầ đồng (I) oxit. Oxit này đã được tạo bởi những phản ứng:
2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2
Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O
Nếu trong không khí có mặt của CO2, đồng bị bao phủ dần một lớp màu lục gồm
cacbonat bazơ Cu(OH)2CO3 (rỉ đồng này thường gọi là tanh đồng). Khi đun nóng
trong không khí ở nhiệt độ 130oC, đồng tạo nên ở trên bề mặt một màng Cu2O, ở
200oC tạo nên lớp gồm hỗn hợp oxit Cu2O và CuO và ở nhiệt độ nóng đỏ đồng

cháy tạo nên CuO và cho ngọn lửa màu.
Ở nhiệt độ thường, đồng không tác dụng với flo bởi vì màng CuF2 được tạo nên rất
bền sẽ bảo vệ đồng. Với clo, khi đun nóng tạo nên muối CuCl2:
Cu + Cl2 CuCl2
Đồng tác dụng với dung dịch HI giải phóng ra H2 tạo thành CuI là chất ít tan
2Cu + 4HCN 2H + H2
Khi có mặt của oxi không khí, đồng có thể tan trong dung dịch HCl và dung dịch
NH3 đặc
2Cu + 4HCl + O2 2CuCl2 + 2H2O
2Cu + 8NH3 + O2 + 2H2O 2
Đồng có thể tan trong dung dịch xianua kim loại kiềm:
4Cu + 8KCN + 2H2O + O2 4K + 4KOH
Trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế:
Hợp chất của Cu(I) với oxi
Cu2O là chất bột màu đỏ. Tinh thể Cu2O có cấu trúc lập phương, trong đó những
nguyên tử O được gói ghém kiểu lập phương tâm khối, mỗi một nguyên tử được
phối trí tứ diện bới bốn nguyên tử kim loại. Hình (b) trình bày kiến trúc tinh thể
của Cu2O, trong đó mỗi nguyên tử O lien kết với 4 nguyên tử Cu (hai liên kết cộng
hóa trị bình thường và hai liên kết cho nhận) và mỗi nguyên tử Cu liên kết với hai
nguyên tử O (một liên kết cộng hóa trị bình thường và một liên kết cộng hóa trị
bình thường và một lien kết cho-nhận: -Cu ) Như vậy mỗi nguyên tử O có vỏ
ngoài gồm 8 electron còn mỗi nguyên tử Cu có 4 vỏ ngoài electron.
Đồng (I) oxit rất bền với nhiệt, nóng chảy ở 1240oC.


Đồng (I) oxit ít tan trong nước nhưng tan trong dung dịch kiềm đặc tạo thành
cuprit.
Cu2O + 2NaOH + H2O 2Na (natri hidroxocuprit)
Trong dung dịch NH3 đậm đặc, Cu2O tan tạo thành phức chất amoniacat
Cu2O + 4NH3 + H2O 2

Trong dung dịch HCl đặc, Cu2O tạo thành phức H
Cu2O + 4HCl(đặc) 2H + H2O
Đồng (I) oxit tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật cuprit. Nó được điều chế
bằng tác dụng của dung dịch muối đồng (II) trong môi trường kiềm với chất khử
(thường là: glucozơ, hidroxilamin)
2CuSO4 + 4NaOH + C6H12O6 Cu2O + C6H12O7 + 2H2O + 2Na2SO4
(axit gluconic)
Muối Cu(I)
Tuy có cấu hình d10 nhưng ở trong nước muối Cu(I) không bền.
2Cu+ Cu + Cu+ Eo = +0,38V
Tuy nhiên ở trong nước, ion Cu+ được làm bền khi tạo thành hoặc kết tủa ít tan CuI,
CuCN hoặc ion phức tương đối bền như + hoặc - (X là các halogen ). Một nguyên nhân
quan trọng của sự làm bền là khả năng nhận của những anion I- và CN-. Khi có mặt
những anion này ở trong dung dịch, những cân bằng trên sẽ dịch chuyển sang bên trái.
Đồng (I) clorua, bromua và iodua đều là chất ở dạng tinh thể màu trắng có kiểu kiến trúc
kiểu sphalerit. Chúng rất bền về nhiệt và ít tan trong nước. Dưới đây là nhiệt độ nóng
chảy, nhiệt độ sôi và tích số tan của chúng
CuCl
430

CuBr
504

CuI
605

Nhiệt độ nóng chảy
o
C
Nhiệt độ sôi oC

1359
1345
1336
-7
-9
Tích số tan
10
10
10-12
Đồng (I) clorua ít tan trong nước lạnh nhưng phaan hủy trong nước nóng
Nó tan dễ trong dung dịch đậm đặc HCl, NH4Cl, NH3 và clorua kim loại kiềm tạo thành
phức chất
CuCl + 2NH3
CuCl + HCl H
Dung dịch của những phức chất này dễ biến đổi màu vị bị oxi không khí oxi hóa
+

+ O2 + 2H2O + 8NH3 42+ + 4OH-


Dung dịch CuCl trong NH3 hoặc HCl hấp thụ khí CO tạo nên dung dịch không màu của
phức chất dạng đime 2, khi đun nóng phức chất phân hủy giải phóng CO nên dung dịch
CuCl dùng để tinh chế khí
Dung dịch CuCl trong HCl có thể hấp thụ khí PH3 tạo nên phức chất . Dung dịch CuCl
trong NH3 có khả năng hấp thụ axetylen hay những hợp chất hữu cơ R-C- R tạo nên dung
dịch Cu2C2 hay R-C- Cu là những kết tủa màu đỏ dễ phân hủy nổ khi đun nóng.
Đồng (I) clorua được điều chế bằng tác dụng của Cu2O axit HCl hoặc tác dụng của dung
dịch CuCl2 với khí SO2:
Cu2O + 2HCl 2CuCl + H2O
2CuCl2 + SO2 + 2H2O 2CuCl + H2SO4 + 2HCl

Hoặc tác dụng của đồng kim loại với CuCl2 trong dung dịch HCl
Cu + CuCl2 + 2HCl 2H thêm nước vào dung dịch thu kết tủa CuCl
Hợp chất của Cu(II)
Trạng thái oxi hóa +2 là rất đặc trưng đối với đồng. Có nhiều hợp chất của Cu(II)
Đồng (II) oxit
Đồng (II) oxit là chất bột màu đen có kiến trúc tinh thể chưa biết được chính xác. Đồng
(II) oxit không tan trong nước nhưng dễ tan trong dung dịch axit tạo thành muối Cu(II) và
trong dung dịch NH3 tạo thành phức chất amoniacat
CuO + HCl CuCl2 +H2O
CuO + NH3 + H2O (OH)2
Khi đun nóng với dung dịch SnCl2, FeCl2, đồng (II) oxit bị khử thành muối đồng (I)
2CuO + SnCl2 2CuCl + SnO2
3CuO + 2FeCl2 2CuCl + CuCl2 + Fe2O3
Khi đun nóng CuO dễ bị các khí H2, CO, NH3 khử thành kim loại
CuO + CO Cu +CO2
Đồng (II) hydroxit không tan trong nước nhưng tan dễ trong dung dịch axit, dung dịch
NH3 đặc vaafchir tan trong dung dịch kiềm 40% khi được đun nóng
Cu(OH)2 + 2NaOH Na2
Cu(OH)2 + 4NH3 (OH)2


4. Phương pháp định tính đồng

Thuốc thử đặc trưng của đồng là K4[Fe(CN)6] tác dụng của thuốc thử là [Fe(CN)6]4-tạo
kết tủa đỏ gạch vớiCu2+:
2Cu2+ + [Fe(CN)6]4- Cu[Fe(CN)6 ] đỏ gạch
Khi lượng Cu2+ quá nhỏ thì thu được dung dịch màu hồng. Nếu cho dung dịch NH3 đặc
tác dụng với Feroxianua đồng thì nó sẽ tan nhưng khi lắc đều thu được kết tủa tinh thể
mầu vàng([Cu(NH3)4]2[Fe(CN)6]. Bằng cách này có thể nhận ra Cu2+ ở độ pha loãng 1:
100000.

Ngoài ra người ta có thể dùng một số phương trình phản ứng đặc trưng nhằm xác định sự
có mặt của Cu2+ trong dung dịch cũng như trong mẫu phân tích như phản ứng với H2S,
Na2S2O3 , KCN.
Phân tích định lượng 3.2.1.
1.

Phương pháp phân tích trọng lượng

Phương pháp này thường dùng để xác định hàm lượng Cu2+ trong mẫu khi hàm lượng lớn
hơn 0,05%. Đối tượng thường là các quặng chứa đồng và các hợp kim của nó. Trong
phương pháp này người ta tiến hành khử Cu2+ trong môi trường axit thành Cu+ bằng
K2SnCl4 theo phương trình:
CuCl2 + K2SnCl4 2CuCl + 2KCl + SnCl4
Cu(I) tạo thành cho kết tủa dạng muối Teinit (Tetra thioxianat diamin cromat) không tan
trong axit loãng. CuCl2 + 2NH4 [Cr(NH3)2(SCN)4] 2Cu[Cr(NH2)2(SCN)4] + 2NH4Cl
Xác định Cu2+ theo phương pháp này khi có mặt Hg2+, Ag+ thì chúng sẽ tạo kết tủa với
muối Teinit và cản trở việc xác định Cu2+ .
3.2.2. Phương pháp chuẩn độ phức chất
Xác định Cu2+ với chất chỉ chỉ thị murexit ở pH = 8 Dùng xác định Cu2+ với nồng độ khá
lớn, lớn hơn 10-4 M. Trong phương pháp này người ta xác định đồng bằng cách cho
complexon phản ứng với ion Cu2+ tạo muối nội phức bền trong môi trường có pH = 8
Cu2+ + H2Y2- CuY2- + 2H+
Tại điểm tương đương: CuH4Ind+ (vàng nhạt) +H2Y2- CuY2- + H4Ind+ (màu tím)
Lấy chính xác 10 ml dung dịch Cu2+ vào nón 250 ml thêm 1 ít chỉ thị murexit, dùng dung
dịch NH3 1N chỉnh pH=8 (thêm vài giọt dung dịch NH3 đến khi dung dịch có màu vàng
nhạt thoáng đục ). Chuẩn độ dung dịch bằng EDTA đến khi dung dịch chuyển sang màu
tím. Căn cứ vào lượng EDTA tiêu tốn mà người ta xác định được lượng Cu2+.


Xác định Cu2+ với chất chỉ chỉ thị PAN

Ion Cu(II) phản ứng với EDTA ở pH = 5 chậm, tuy nhiên phản ứng xảy ra hoàn toàn
trong điều kiện nóng
Cu2+ + H2Y2- CuY2- + 2H+
Phương pháp iod- thiosunfat
Cu2+ phản ứng với I- giải phóng ra I2 một cách định lượng chuẩn độ lượng I2 giải phóng ra
bằng dung dịch Na2S2O3 với chất chỉ thị hồ tinh bột
2Cu2+ + 4I- 2CuI + I2
I2 + Na2S2O3 Na2S4O6 + 2NaI
CuI hấp phụ lên I2 nên người ta thường thêm vào CNS- để tạo CuCNS ngăn hiện tượng
hấp phụ này đồng thời tăng thế oxi hóa khử của cặp Cu2+/Cu+ do CuCNS có tích số tan
nhỏ.
CuI + CNS- CuCNS + IDùng pipet lấy chính xác V(ml) dung dịch Cu2+ cần xác định vào bình nón 250 ml. Thên
5ml H2SO4 3M và 10 ml hỗn hợp dung dịch (KI + KCNS) 5% lắc nhẹ đều rồi đậy kín
miệng bình bằng nắp kính đồng hồ và để yên trong bóng tối 10 phút. Sau đó chuẩn độ I2
bằng Na2S2O3 đã biết trước nồng độ cho tới khi dung dịch có màu vàng rơm rồi thêm 1 ml
dung dịch hồ tinh bột 1% (dung dịch chuyển sang màu tím xanh). Chuẩn độ tiếp cho đến
khi dung dịch mất màu xanh. Căn cứ vào lượng Na2S2O3 ta xác định hàm lượng Cu2+.
Phương pháp cực phổ cổ điển
Nguyên tắc của phương pháp là đặt các thế khác nhau vào điện cực để khử các ion khác
nhau vì mỗi lon có thế khử tương ứng và xác định. Do đó qua thế khử của lon có thể định
tính được lon đó. Trong các điểu kiện nhất định cường độ dòng tăng tỉ lệ thuận với nồng
độ mà định lượng được lon đó. Do sự có mặt của dòng tụ điện nên giới hạn nồng độ xác
định theo phương pháp này chỉ mới đạt đến 105M/1. Để khắc phục nhược điểm đó người
ta sử dụng nhiều phương pháp để làm tăng độ nhạy như phương pháp chọn thời gian ghi,
phương pháp cực phổ xung vi phân, cực phổ dòng xoay chiều, cực phổ sóng vuông. 3
Phương pháp điện thế sử dụng điện cực chọn lọc lon
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên cơ sở đo điện thế của điện cực chọn lọc lon
rồi định lượng bằng phương pháp đường chuẩn hoặc phương pháp thêm. Theo phương
pháp này với các loại cực tốt, thành phần của dung dịch thích hợp thì khoáng xác định
của đồng thu được từ lo 6 -7- 10"2M/1. Nhược điểm của phương pháp này là độ nhạy

chưa cao, độ bền cực thấp thời gian sống ngắn và bị ảnh hưởng của lực lon.
Phương pháp von - ampe hoa tan


Quá trình phân tích theo phương pháp von - ampe hoa tan gồm 2 bước:
Bước 1: Điện phân để làm giầu chất phân tích lên bề mặt điện cực trong khoảng thời
gian nhất định, tại 5 thế điện cực xác định.
Bước 2: Hoa tan kết tủa làm giàu bằng cách phân cực, ngưỡng cực làm việc, ghi đường
cong hoa tan chiều cao của đường phân cực ghi được trong những điều kiện thích hợp, tỉ
lệ thuận với nồng độ của chất trong dung dịch.
Điều kiện đó cho phép ta định lượng nó bằng phương pháp đường chuẩn hoặc phương
pháp thêm. Để xác định Cu2 + bằng phương pháp này người ta cho vào dung dịch đệm
cacbonat (pH = 10 4- 10,5) vào dung dịch phân tích với sự có mặt của Natrixitrat ngăn
ngừa kết tủa CaC03 .
Phương pháp trắc quang
Nguyên tắc của phương pháp trắc quang (phương pháp phổ phân tử ƯV - VIS) dựa trên
việc đo độ hấp phụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với
thuốc thử trong môi trường thích hợp khi được chiếu chùm sáng.
Phương pháp này định lượng theo phương trình: A = K. c
Trong đó: A: Độ hấp thụ quang của phức màu
K: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ chất phân tích.
Đối với nguyên tố đồng: Phân tích trắc quang dựa vào khả năng tạo phức của Cu 2+ với
một lượng thuốc thử thích hợp nào đó.
Xác định đồng theo phương pháp đo quang vi sai
Hàm lượng đồng trong hợp kim được xác định bằng phương pháp đo quang phổ vi sai ở
dạng phức Cu(NH3)42+. Phức Cu(NH3)42+ có cực đại hấp thụ ở bước sóng cực đại 620 nm.
Độ hấp thụ quang của dung dịch phân tích được so sánh với dung dịch Cu(NH3)42+ có
nồng độ C0 đã biết. Xác định nồng độ của chất phân tích theo phương pháp vi sai là
phương pháp đồ thị chuẩn và phương pháp tính:

Xác Cu2+ bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử Pb(DDC)
lon Cu2+ tạo phức vòng với DDC, phức này có màu đỏ nâu ánh vàng tan trong dung môi
hữu cơ như clorofom, không tan trong nước. Để xác định Cu2+ bằng phương pháp trắc
quang có thể dùng NaDDC làm thuốc thử hoặc chuyển NaDDC thành phức Pb(DDC)2
bằng phản ứng trao đổi và dùng Pb(DDC)2 làm thuốc thử.Phức của Cu2+ được tạo thành
do Cu2 + đã thay thế Pb2+ trong Pb(DDC)2. Phức đồng bền hơn phức chì, nên đồng đẩy
được chì ra khỏi phức của nó. Cu(DDC)2 tan rất tốt trong clorofom và Cu2+ được chiết


hoàn toàn từ tướng nước
sang tướng hữu cơ.
Phức của Cu2+ + được tạo thành do Cu2+ đã thay thế Pb2+ trong Pb(DDC)2.Phức đồng
bền hơn phức chì, nên đồng đẩy được chì ra khỏi phức của nó.Cu(DDC)2 tan rất tốt trong
clorofom và Cu2+ được chiết hoàn toàn từ pha nước sang pha hữu cơ.
Gần đây, 6- (2-naphthyl) -2, 3-dihydro-as-triazine-3-thione (NDTT) đã được tổng hợp
trong phòng thí nghiệm và được sử dụng thành công trong việc xác định phép đo phổ của
hàm lượng Cu 2+ trong dung dịch nước. Thuốc thử này tạo thành một phức màu đỏ đặc
biệt với các ion Cu 2+ sau khi chiết bằng cloroform ở pH kiềm. Sự hấp thụ của phức chất
trong vùng UV (313nm) mạnh gấp khoảng 8 lần so với ở vùng nhìn thấy (510nm). .

Phổ hấp thụ của phức Cu(DDC)2 chúng ta thấy rằng bước sóng tối ưu tại đó phức hấp thụ
cực đại là Ảm a x = 436nm.