Ebook Hóa học vô cơ (Tập 2 - Các kim loại điển hình): Phần 2

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.22 MB, 20 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

C H Ư Ơ NG 6

ðẠI CƯƠNG VỂ NGUYÊN T ố CHƯYEN

t i ế p

6.1. Vị trí các kim loại chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn

Trong bảng tuầri hồn m ỗi chu kỳ đều ñược bắt ñầu từ việc ñiển electron vào obitan ns

( n là số thứ tự chu kỳ) và sau đó các electron k ế tiếp sẽ điền vào các obitan tiếp theo.

(1)« Ở chu kỳ thứ tư, sau hai nguyên tố kali ( 4 i ‘ ) và canxí (4i’2 ), các electron bắt ñầu ñược
xếp vào các obitan 3d. Vì năm obitan 3í! c ó tối ña là 10 electron nên có 10 nguyêri tố họ d xuất
hiện trong chu kỳ thứ tư, đó là các nguyên tố :

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

•N hững nguyên tố này ñược gọi là các nguyên t ố (hay kim lo ạ i) chuyển tiế p d ã y thử nhất.

(2)* Cũng tương tự vậy, trong chu kỳ thứ năm, sau hai nguyên tố rubiñi (55*) và stronti (5s2),

các electron tiếp tục xếp vào các obitan 4 d, hình thành 10 nguyên tố họ d là các nguyên tố :
Y Zr N b M o Tc Ru Rh Pd A g Cd

• Những nguyên tố này ñược gọi ỉà các nguyên tô'(h ay kim lo ạ i) chuyên tiế p d ã y thứ hai.

(3)* Trong chu kỳ thứ sáu, sau khi electron xếp vào obitan 6s ở xezi (6s1 ) và bari (6s2 ) và
một electron xếp vào obitan 5(Ị ị lantan , thì các electron lần lượt xếp vào 7 obitan 4 / nên xuất
hiện 14 nguyên tố từ ô 58 (Ce) đến ơ 71 ( Lu).

• Vì khơng ứng với nguyên tố nào trong các chu kỳ trên, nên 14 nguyên tố này ñược xếp
chung cùng m ột ô với nguyên tố lantan, nên gọi là các n quyên t ố họ lantan hay ỉan tan oit

( thường gọi là nguyên tố đất hiếm ). ð ó là các nguyên tố :

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Y b Lu

• Sau 14 nguyên tố họ ỉantanoit, các electron lại tiếp tục xếp vào các obitan 5d hình thành

10 nguyên tố họ í/ là các nguyên tố :

La H f Ta w Re Os Ir Pt Au Hg
ñược gọi là các n qun tơ' ( kim ì o ạ i ) chuyển tiế p ciãy thứ ba.

(4) • Ở chu kỳ thứ bảy, bắt ñầu hai nguyên tố franxi và ri c ó cấu hình l s l và l s 2, sau đó là
ngun tố actini với cấu hình 7 s26 d l , các electron tiếp theo xếp vào các obitan 5f< ( hoặc 6d)

hình thành 14 nguyên tố xếp vào cùng m ột ô với actini nên ñược gọi là c á c nguyên t ố họ
actino it, đó là các ngun tố:

Th Pa u N p Pu Am Cm Bk C f Es Fm M d N o Lr

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

50

ðại cương vê' nguyên tố chuyển tiếp

• Sau các actinoit , người ta chỉ mới biết ñược hai nguyên tố họ d ở chu kỳ thứ bảy là
guyên tố có s ố thứ tự 104 là rơzefi R f ( cịn có tên là kursatovi Ku) và nguyên tố có số thứ
; 105 là harii H a (cịn c ó tên là ninxbori Ns).

Như vậy các ngu yên tố chuyển tiếp ở các chu kỳ d ài và được chia thành ba nhóm lớn:
a) Nhóm n gu yên tố chuyển tiếp chính ( họ c ì)

b) N hóm lantanoit ( h ọ / )

c) N hóm actin oit ( h ọ / ) .

Các nguyên tố ch uy ển tiếp ( họ cỉ) ñược nêu tóm tắt ở bảng 29.

B ả n g 2 9 . Các nguyên tố chuyển tiếp họ d trong bảng tuần hoàn

3B 4B 5B 6B 7B

/ 8B 1B 2B

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

57 72 73 74 75 76 77 78 79 80

La Hf Ta w Re Os lr Pt Au Hg

89
Ac

104
Rf

105
Ha

[106] [107] [108] [109]

(5) • Cung cần phải nói thêm rằng, nếu xuất phát từ ñịnh nghĩa " nguyên t ố chuyển tiếp là
những nguyên t ố có lớ p vỏ d ị hoặc f ) ñược ñiền m ột phần â trạng thá i c ơ hán và c ả những
nguyên t ố có lớp vỏ d h o ặ c f dược ñiền m ột phần trong các hợp chất" thì điều đó có nghĩa là các
kim loại Cu, A g , A u vẫn là các kim loại chuyển tiếp, mặc dù c ó lớp vỏ (n -1 )cỉ đã hồn chỉnh
với 10 electron, nhưng, ion Cu(II) có cấu hình 3d 9 , ion Ag(II) c ó cấu hình 4<r/ 9 và ion Au(III)
có cấu hình 5 d8 ; c ò n cá c kim loại Zn, Cd, H g không phải là các kim loại chuyển tiếp, vì các
ngun tố này đều c ó cấu hình ( n - ì) ñ i0 n s 2 giống như các nguyên tố tiếp theo, hơn nữa chúng
lại không tạo nên những hợp chất có lớp vỏ ( n -l)c/ bị ion hóa, v í dụ, ở trạng thái cơ bản kẽm có
cấu hình 2>di04 s 2 và io n Zn2+ duy nhất có cấu hình 3d 10 giống như ion Ga3+ đứng sau kẽm.

Như vậy, có tất cả 57 nguyên tố chuyển tiếp ( kể cả nguyên tố 104 và 105).

6.2. ðặc ñiểm cấu tạo nguyên tử các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất

(1)« Như trên ñã nêu các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất gồm các nguyên tố từ ô 21 (Sc)
đến ơ 3 0 ( Z n) , ngu yên tử của các ngun tố này có một số đặc điểm hhư đã nêu ở bảng 30.

• V ề cấ u hình e lectro n , trừ một vài ngoại lệ, các nguyên tố còn lại đều có cấu hình
electron ngồi cùng c ủ a nguyên tử ñều là 4i'2, do đó các ngun tố này đều ỉà kim loại,và chính
vì vậy biến thiên tín h chất của các nguyên tố họ d theo chiều tăng của s ố z không rõ rệt như
trong các nguyên tố s v ằ p .

(2) • V ề kích th ư ớ c nguyên tử của các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất (và cả các dãy
khác) thì sự biến đ ổ i của bán kính nguyên tử và ion khơng đơn giản như các nguyên tố không
chuyển tiếp, nghĩa là khơng biến đổi m ột chiều mà cịn biến đổi ít hơn so với các nguyên tố

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Bảng 3 0 . Một số ñặc ñiểm nguyên tử của các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất

Nguyên

tố

Cấu hình
electron

Nguyên tử khối Bán kính ngun
tử<2» ( Ẳ )

Thế ion hóa
thứ nhất (eV)

ðộ âm
ñ iệ n (1)

Thế tiêu
chuẩn(3)
(V)

Sc 3 cf14 s 2 44,956 1,61 6,56 1,3 -2,08

Ti 3 ơ 24 s 2 47,900 1,45 6,83 1.5 -1 ,6 3

V 3 d 34 s 2 50,942 1,36 6,74 1,6 -1,18

Cr 3 ơ 44 s 2 51,996 1,28 6,764 1,6 - 0,74

Mn 3 d 54 s 2 54,938 1,31 7,432 1,5 -1 ,1 8

Fe 3 d e4 s 2 55,847 1,27 7,90 1.8 -0,4 4

Co 3 d 74 s 2 58,933 1,25 7,86 1,8 - 0,277

Ni 3 d 84 s 2 58,700 1,24 7,633 1,8 -0 ,2 5

Cu 3d">4s' 63,546 1,28 7,724 1,9 - 0,337
Zn 3 d ' ° 4 s 2 65,380 1,33 9,391 1,6 - 0,763

01 ðộ âm ñiện theo Pauling

(2) Các trị số bán kính ngun tử đã trinh bày ỏ trên ứng với mạng lưới có số phối trí 12 thơng thường nhất đối với
kim loại ( bán kính kim loại). Khi chuyển sang các số phối trí 8; 6; và 4 các bán kính nguyên tử giảm xuống bằng cách
nhân các trị số đó với 0,97; 0,96; 0,88.

(3) Thế tiêu chuẩn trình bày trong bảng ứng vói q trình M?' + 2e ^ > . M° ; riêng trường hợp Sc và Cr ứng
với quá trình M 3^ + 3e --- =»■ M ° .

không chuyển tiếp. N guyên nhân là trong các nguyên tố chuyển tiếp, electron ñược thêm dần
vào các obitan d , những obitan này chắn mạnh ñiện tích hạt nhân bởi các electron I1S làm cho

kích thước của ngun tử khơng biến đổi bao nhiêu.

(3) v ể năng lượng ion hóa cũng biến đổi ít hơn so với các nguyên tố không chuyển tiếp,
nguyên nhân cũng như trong trường hợp trên, là khi số lóp electron của nguyên tử không ñổi,
ảnh hưởng của sự tăng ñiện tích ñược bù lại bởi mức ñộ chắn của các electron được điền vào các
lóp trong.

(4) • M ức oxi h ó a của các nguyên tố này được trình bày ở hình 47, trong đó mức oxi hóa
thường gặp nhất và quan trọng nhất được ghi bằng vịng trịn lớn.

Nhìn chung , ta thấy mức o xi hóa của các nguyên tố này thay ñổi trong khoảng từ +1 ở
Cu và +7 ở M n, trong đó phổ biến nhất ñối với tất cả các nguyên tố là mức +2 và + 3 , ngoại lệ
khơng có mức +2 ở Sc và +3 ở Zn. M ỗi mức oxi hóa ứng với m ột cấu hình electron nhất định
chẳng hạn với crom c ó cấu hình :

- 3(1 54 s ' ứng

với

mức oxi hóa 0

- 3d ậ - + 2

- 3 cữ - + 3

-

3 d 2

-

+4

- 3 d 1 -

+ 5

- 3d ° - + 6

• Từ cấu hình electron , chúng ta thấy rằng những nguyên tố chuyển tiếp mà các obitan
chưa hoặc đã xếp đíí m ột nửa s ố electron sẽ có số oxi hóa lớn nhất trùng với số thứ tự của nhóm
tương ứng ; cịn với những ngun tơ' mà các obitan cì gần được hồn chỉnh ( nghĩa là đã xếp quá

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

152

ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp

H ìn h 4 7 . Mức oxi hóa của các nguyên tố chuyển tiếp nhóm thứ nhất
( vịng trịn lớn là trạng thái oxi hóa thường gặp).

5 electron ) thì hầu như khơng có khuynh hướng tạo nên hợp chất ứng với mức oxi hóa cao.
Chính vì vậy , ta hiểu ñược tại sao sắt , coban, niken không có mức oxi hóa + 8 , cịn Zn chỉ có
mức oxi hóa duy nhất là +2.

• M ức oxi h ó a + 2 thường gặp trong các hợp chất nhị tố và thường là hợp chất ion, chẳng
hạn các oxit M O đều c ó tính bázơ. Các ion hiđrat hóa [M (H20 ) 6]2+ ñều ñược biết trong dung
dịch cũng như ở trạng thái tinh thể ( trừ ion Ti2+ ). Các ion v 2+ , C r + , Fe2+ dễ bị oxi hóa bởi
khơng khí trong d u n g dịch axit. Màu sắc của các ion hiđrat đó được đưa ra ở bảng 31.

Có thể thu được các ion hiđrat hóa này khi hòa tan kim loại, oxit, muối cacbonat.v.v..của
các kim loại tương ứng trong axit cũng như khi ñiện phân các muối M 3+.

Những m u ố i hiđrat hóa mà anion khơng có khả năng tạo phức thl thường chứa các ion
[M (H20 ) 6]2+ chẳng hạn như

Cr(C 104)2.6H 20 FeF2 . 8H20
M nCCỈO^-óHọO F e S 0 4 . 7H 20

Khi thêm k iề m vào dung dịch muối M2+ sẽ tạo thành hiđroxit , có trường hợp có thể tạo
ra dạng tinh thể n h ư F e(O H )i, N i(Ọ H)2 có cấu true tinh thể dạng M g(O H )2.

Khi thêm H C 0 3“ sẽ tạo ra kết tủa cacbonat của mangan , s ắ t , coban, niken và đổng.
• V ới mức o x ì h ó a + 5 cũng là mức ñặc trựng cho các nguyên tố ñang xét. R iêng với Cu
chỉ mới biết ñược m ộ t ít hợp chất của Cu(III) và thường là không bền với tác dụng của nước.

Các florua M F3 , các oxit M ?03 thường là hợp chất ion , còn các hợp chất khác như các
clorua, bromua, su n fu a ... c ó đặc tính cộng hố trị ñáng kể.

Các nguyên tố từ Ti ñến Co tạo thành ion hiđrat hóa tám mặt [M (H ,0 )6]3+ , màu sắc

của

các ion này d ẫ n ra

ở

bảng 31 .

Trong d u n g dịch nước các ion đó dễ bị thủy phân , thí dụ:

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Các loại phèn như C s.T i(S 04)2.12H20 , K .V (S 04)2 .1 2 H ,0 cũng ehứa các ion hexa hiñrat
của các kim loại đó.

Bảng 31. Thế tiêu chuẩn (V) và màu sắc của ion hiđrat hó.a [M(H20 ) 6]2+ và [M(H20 ) 6]3+

Nguyên tố £ °(V )

M3+ +1e := = ă = M 2+

E °(V)

M3+ +3e M°

Màu của
[M(H2o ) 6]2*

Màu của
[M(H2o )6F

Se - - 2,08 -

-Ti -0 ,3 7 - - tím

V - 0,255 - tím xanh

Cr -0,41 -0 ,7 4 xanh da trời tím

Mn + 1,51 - hồng nhạt nâu

Fe + 0,77 - 0,036 lục nhạt ñỏ nhạt

Co + 1,84 + 0,33 hồng xanh da trời

Ni - - lục

-Cu'1' - - xanh lục nhạt

-Zn - -

-<’> Cu24 + 1e Cụ* , E° = +0.15V ; Cu+ + 1e Cu° , £° = +0.52V .

6.3. Tính chất lý - hóa học của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất

Tính chất lý - hóa học cụ thể của các kim loại và các hợp chất của chúng được trình bày
cụ thể trong các chương sau, ị đây chỉ nêu một số nhận xét chung.

(1)* Tất cả ñều là những kim loại , óng ánh, một số có màu, như coban có màu lam nhạt,
đồng có màu đỏ nhạt.

• ð ều là những chất rắn có độ cứng cao (trừ Cu); khối lượng riêng lớn; dẫn điện dẫn
nhiệt tốt; khó nóng chảy và khó bay hơi.

M ột số tính chất nêu trên được trình bày ở các bảng 2; 3; 4; 5; 6 ở chương 1.
(2)« Trừ Sc và Zn , các nguyên tố cịn lại đều đa hố trị, tạo ra các hợp chất đều c ó màu.

• Trừ mangan và sắt rất dễ tham gia phản ứng, các kim loại còn lại ở nhiệt độ phịng ít có
khả năng phản ứng , ñều bền với sự ăn mịn. Khi đốt nóng đều phản ứng với oxi, halogen, lưu
huỳnh và các phi kim khác.

• ðều phản ứng mạnh với các dung dịch axit như HF, HC1, H N O j, H2S 04 ở các nồng ñộ
và nhiệt ñộ khác nhau. Các phản ứng với các ñơn chất và hợp chất được trình bày cụ thể trong
các chương sau.

(3) M ột trong những tính chất quan trọng của các nguyên tố chuyển tiếp là tính thuận từ.

Như đã biết, dựa vào tác dụng của từ trường, các chất ñược chia ra làm hai nhóm là các chấ t 
thuận từ và các ch ất nghịch từ (hay phản từ). Những ion, nguyên tử, hay phân tử bất kỳ có một
số electron chưa ghép đơi ( c ó số lẻ electron) ñều gây nên tính thuận từ, vì ít ra có m ột electron
trong số đó c ó từ trường chưa khép kín , bất kỳ vật liệu nào c ó chứa các tiểu phân đó đếu bị từ
trường hút. Ngược lại, các chất khơng có electron ñộc thân ( tức c ó số chẵn electron ) - trừ một
số ngoại lệ - ñều là chất nghịch từ.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

154

ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp

• V iệ c n ghiên cứu từ tính của các chất là phương pháp hiệu nghiệm ñể phát hiện số
electron không g h é p đơi trong các nguyên tố hóa học và trong các hợp chất của chúng. ðơn vị
dùng ñể nghiên cứu từ tính của nguyên tử, ion và phân tử là manheton Bohr ( |LI B ) và giả sử
môm en từ hoàn toàn gây ra bởi n electron khơng ghép đơi của nguyên tử hay ion sẽ được tính
theo phương trình:

ịí = 2 j s ĩ s + 1) (1)

( trong đó

s

là spin tổng cộng của tất cả các electron khơng ghép đơi).

M ơm en từ của nguyên, tử và ion có từ m ột ñến năm electron không ghép đơi tính theo

phương

trình

(1)

được

nêu ở

bảng 32 .

ð ể minh h o ạ chúng ta lấy dẫn chứng C u S 04.5H20 và M n S 04.4H 20 ñể làm dẫn chứng.

Từ thực nghiệm , m ôm en từ ño ñược của C u S 04.5H20 là 1,95 |i.B gần với trị số lý thuyết
(1 ,73ja B); và của M n S 04.4H 20 là 5,86 |0. B cũng gần tương ứng với trị số lý thuyết (5,92 |0. B ) •

Từ những kết quả đó , có thể kết luận rằng trong phân tử C u S 04.5 H i0 có chứa ion Cu2+
ứng với cấu hình [A r].3 c/ 9 với một electron khơng ghép đơi.

Bảng 32. Mơm en từ của nguyên tử và ion tính theo phương trình(1)

Số electron khơng ghép đơi 1 2 3 4 5

s 1/2 1 3/2 2 5/2

Mômen từ (n , n B ) 1,73 2,83 3,87 4,90 5,92

Cũng tương tự , trong phân tử M n S 04.4H'>0 có mặt của ion M n2+ ứng với cấu hình
[A r].3 d5 với 5 electro n độc thân.

• Trên hình 4 8 so sánh giá trị mômen từ tính theo lý thuyết (đường nét liền) và giá trị
thực ngh iệm (các chấm ñen) ñối với các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất. Sự chênh

lệch giữa trị số thực nghiệm và trị số lý thuyết như ñã nêu trong hình 48, ñã ñược giải thích
bằng cách cho rằng có lẽ là do ảnh hưởng của các m ôm en từ gây ra bởi sự chuyển động obitan
của electron.

Hình 48. Mơmen từ của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất..

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

• N ói tóm lại, nguyên tử và ion các nguyên tố họ cì đều có tính thuận từ và ñặc biệt ba
nguyên tố Fe Co, N i và hợp chất của chúng - ở ngay nhiệt độ thưịng - lại có tính thuận từ đặc
biệt mạnh nên ñược gọi là các chất sắ t từ. Tính chất này gây ra do các nguyên tử hay ion thuận
từ ở rất gần nhau, xuất hiện tác dụng hofp lực với nhau làm cho tính thuận từ trở nên rất mạnh.

Không những bị nam châm h ú t, mà các chất sắt từ dưới tác dụng của dịng điện - lại trở
thành nam châm.

Những chất có tính sắt từ khơng nhiều lắm mà lại cịn phụ thuộc vào nhiệt ñộ , chẳng hạn
Gd có tính sắt từ dưới

16°c

; còn Fe (760°C) , Co(1075°C), Ni(362°C) , trên nhiệt ñộ đó - tính
sắt từ sẽ mất.

6.4. Nhận xét chung các nguyên tố dãy chuyển tiếp thứ hai và thứ ba

Dãy chuyển tiếp thứ hai và thứ ba gồm những nguyên tố thuộc chu kỳ 5 và 6 tương ứng.
Các nguyên tố này c ó m ột số ñặc ñiểm khác với các nguyên tô' dãy chuyển tiếp thứ nhất
( bảng 33).

Bảng 33. Một số ñặc ñiểm nguyên tử của các nguyên tố chuyển tiếp dãy 2 và 3

Nguyên tố Cấu hình

electron

Nguyên tử khối

Bán kính nguyên tử*1) ( A )

Năng lượng ion
hóa 1 (eV)

ðộ âm điện(2)

Y 4 d 15 s 2 88,905 1,81 6,38 1,2

Zr 4 d 25 s 2 91,220 1,60 6,835 1,4

Nb 4 ñ 45 s 1 92,906 1,47 6,88 1,6

Mo 4 d 55 s 1 95,94 1,40 7,131 1,8

Tc 4 d s5 s 2 (99) (1.36) 7,23 1,9

Ru 4 d 75 s ’ 101,07 1,32 7,36 2,2

Rh 4d 8 5s 1 102.905 1,34 7,46 2,2

Pd

4ư,05s°

106,4 1,37 8,33 2,2

Ag 4tí ,05 s 1

107,870

1,44 7,574 1,9

Cd 4ơ 105 s 2

112,4

1,49

8,998

1.7

La 5 d ’6 s 2

138,91

1,86 5,614 1,1

Hf

5d26s 2

178,49 1,59 5,5 1,3

Ta 5 d 36 s 2 180,948 1,46 7,7 1,5

w 5 d 46 s 2 183,85 1,41 7,98 1,7

Re 5 d * 6 s 2 186,2 1,37 7,87 1,9

Os 5 d 66 s 2 190,2 1,34 8,7 2,2

Ir 5 ñ r6 s 2 192,2 1,35 9,2 2,2

Pt 5 d96 s 2 195,09

1,38

8,96

2,2

Au

5d'°6s1

196,967

1,44

9,223

2,4

Hg

5cí06 s 2

200,59

1,55

10,434 1.9

<’> ứng vối mạng lưới có số phối trí 12.
(2) ðộ âm điện theo Pauling.

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

156

ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp

(1) Bán kính của các kim loại ñều lớn hơn so với bán kính nguyên tử của các kim loại dãy
chuyển tiếp thứ nhất. Tuy nhiên, bán kính của các nguyên tố ñãy thứ ba khác nhau khơng nhiều
so với bán kính của cá c nguyên tố dãy thứ hai cùng nhóm, mặc dù số lớp electron tăng lên , điều
đó đã được giải thích là do hiện tượng co lantanit.

(2)» Khác với c á c nguyên tố dãy một không tạo ra mức oxi hóa +8; còn các nguyên tố
chuyển tiếp dãy 2 v à dãy 3 có s ố o x i h óa thay đổi từ +1 đến +8 như đã nêu trong bình 49.

3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B

+8

+6

+4

+2
0

La Hf

• . .. Ã ... m...

í ...

è

• *

<

1 Á _Á ... ...

i

... ~

1 <

9 w

W

>

• •;

Ta w Re Os Pt Au Hg

Hình 4 9 . Mức oxí hóa của các ngun tố chuyền liếp thứ hai và thứ ba
( vòng tròn lớn hơn là mức oxi hóa thường gặp).

• Các hợp c h ấ t ứng với bậc oxi hóa cao lại bền hơn nhiều so với dãy chuyển tiếp thứ nhất.
Chẳng hạn, w , R e , R u , Pt có khả năng tạo ra các hợp chất như WC16 , ReF7 , R u 04 , PtF6 ; trong
khi đó những hợ p ch ấ t tương tự không hình thành ở các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất.

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

(3) ðều là những chất rắn c ó nhiệt độ nóng chảy cao, nhất là

w

(T = 3 4 1 0 °c ) và Re
(TI1C = 3

170°c

). M ột số tính chất khác như độ cứng, khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt
độ .sơi, độ dẫn điện dẫn nhiệt ñã ñược trình bày ở chương l ( các bảng 3' 4‘ 5' 6).

(4)« So sánh thế ion hóa và ñộ âm ñiện cho ta thấy tính khử của các kim loại thuộc hai dãy
này thay đổi khơng nhiều so với các nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ nhất trong cùng nhóm.

(5)» ð ặc biệt các nguyên tố thuộc dãy hai và dãy ba tạo ra c laste nhiều hơn so với các
nguyên tố dãy thứ n h ấ t.

C la ste là hợp ch ất m à trong ñ ó có tồn tạ i liên kết hóa học giữa các nguyên tử của các
nguyên tô' chuyển tiếp họ d. V í dụ hợp chất cacbonyl hai nhân dạng claste của mangan
[M n(CO)5]2:

CO

o c Ị

oc — Mn

/ I

OC

I

c o

1

Mn ;■--- CO

/ co

I

CO

CO

ñộ dài liên kết = o qo Ẵ

Mn-Mn A

Trong cacbonyl hai nhân trên c ó liên kết ơ tạo ra trực tiếp giữa 2 nguyên tử Mn do hai
electron chưa ghép đơi của hai nguyên tử mangan:

obitan 3 d 4 s 4p

nguyên tử Mn

Ỹ ị

t ị t ị

t

\--- ---/\

/

Hình thành liên kẽt 7tp
với obitan phân tử của

co

" ' "■

■

V — ----

---Hình thành liên kết a với các cặp
electron của co .

ơ Mn - Mn

• N gưịi ta đã biết được khá nhiều claste và chia ra làm hai nhóm :
a) Các halogenua thấp và một số oxit.

b) Các cacbonyl ña nhân

(6) • Nhóm thứ nhất chủ yếu tạó ra bởi các kim loại Tc và Re , M o và w , N b và Ta.

Những claste hai nhân ñã ñược nghiên cứu kỹ là Mo,C193” , W2C193- cũng như R e2Clg2~. D ự kiện
thực nghiệm cũng ñã thiết lập ñược rằng trong ion R e,C lg2~ (hình 50) c ó độ dài liên kết R e—R e
là 2,24 Ẳ bé hơn 0,5 Ẳ so với liên kết R e - R e trong tinh thể kim loại mạng lục phương ( bán

kính kim loại của Re bằng 1,37 A ). Khoảng cách ngắn hơn đó đã được giải thích là do sự tạo

thành liên kết bốn R e = Re trong đó có m ột liên kết ơ, 2 liên kết n và một liên kết ơ .
• Claste ba nhân như polim e ReCI4' gổm các mảnh R e3C l|23~ nhừ đã nêu trong
hình 51.Trong hợp chất này c ó khoảng cách d ( Re Re ) = 2,43 -ỉ- 2,50 A bé hơn khoảng cách
giữa hai nguyên tử R e trong cấu trúc tinh thể mạng lục phương của reni là 0,3 ^ 0,25 A .

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

58

ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp

• Re

o ct

Hình 5 0 . cấu trúc của Re2CI82 Hình 51. Cấu trúc của Re3CI123'

trong K2Re2CI8 ■ 2HzO. trong Cs3Re3CI,2

• M ột v í dụ v ề claste tám mặt là MoCỈT màu vàng. Những dữ kiện phân tích Rơnghen cho
thấy M o ơ2 ứng vơi c ô n g thức [M o6Clg]Cl4 . Trong ion phức M o6Og4+ các nguyên tử clo nằm ở

góc của hình lập phương , còn các nguyên tử m olipñen chiếm tâm ở mặt của hình ỉập phương
( hình 5 2 ) .

Hình 52. Cấu trúc claste ơạng M6X8 Hình 53. cấu trúc claste dạng M6X12

( ion Mo6Oa4+) ( ion Mo6CI122+)

Trong trường hợp này, các mảnh claste M6X8 ñều khá bền khơng bị biến đổi khi
chuyển thành hợp chất khác, chẳng hạn khi cho M oCIị tác dụng với kiềm tạo ra muối
bazơ [M o6Clg](OH) 4 , hợp chất này khi tác dụng với axit lại tạo ra ion [M o6C18]4+.

• C laste đa nhân khác c ó dạng M6XI2 trong phân tử [N b6X12]Cl2.7H 20 và [Pt6X12]PtCl2

như đã m inh họa ỏr hình 53.

(7 ) • N h óm c ỉa ste thứ hai chủ yếu tạo ra bởi các kim loại M n, Tc, R e, Co, R h... N ói chung,
các nguyên tố họ d có số lẻ electron hóa trị đểu c ó khả năng tạo ra các hợp chất cacbonyl hai
nhân dạng claste nh ư [Tc(CO)5]2 , [Re(CO) 5]2 , [Co(CO)4]2 , [Rh(CO)4]2...

Trong phân tử những cacbonyl này ñều tổn tại liên kết ơ tạo ra giữa hai nguyên tử M -M
do electron chưa g h é p đơi của hai nguyên tử kim loại như ñã nêu ở trường hợp [M n(CO)5],.

Những c la ste này ñều là chất kết tinh , dễ tan trong dung m ôi hữu c ơ và cực kỳ ñộc .

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Những cacbonyl đó được dùng ñể ñiều ch ế kim loại tinh khiết bằng phương pháp nhiệt
phân; ngồi ra cịn dùng làm chất xúc tác trong các quá trình tổng hợp hữu cơ...

• N gồi những cacb onyl hai nhân nêu trên, một số kim loại chuyển tiếp họ d còn tạo ra
những cacbonyl dị nhân và ña nhân khác , chẳng hạn như M nR e(CO) |0 :

co

° \ 1

J

o c - j M n --- Re

c o

ó ế

I

T XCO

CO CO

Các cacbonyl ña nhân khác như Fe3(CO) 9 là tinh thể màu vàng, điểm nóng chảy là
100°C; Fe3(CO)p là tinh thể màu xanh đen, nóng chảy ở 140 - 150°c ; Rh4(C O )p là chất rắn
màu đỏ nâu nóng chảy ở 150 °c.

• Phương pháp chung ñể ñiều c h ế cacbonyl là khử hợp chất kim loại với sự có mặt của
CO, thông thường cần áp suất cao ( 200-300atm );trong nhiều trường hợp c o cũng đóng vai trị
là chất khử ; ví dạ :

R e207 + 17CO = R e2(CO),0 + 7 C 02

nhưng thường có m ột chất khử nào đó như hiđro hoặc kim loại như n atri, nhôm, magie:

250 - 300atm

2C0CO3 + 2H2 + 8CO = = = = = ' — Co2(CO)8 + 2H20 + 2CO ,

120 -150°c

(8)» M ột trong những tính chất đặc trưng của kim loại họ d là khả năng tạo phức với các
phối tử trung hoà như cacbon oxit ( ñã nêu trên ) , photphin, asin, stibin, nitơ oxit, và cả nitơ

phân tử (N ,).

• Chất ñầu tiên của phức chất nitơ phân tử là [Ru(NH3)5N2]C1,. Sự tạo thành phức chất
chứa nitơ phân tử đóng vai trị quan trọng trong quá trình c ố định nitơ khí quyển trong các cây
họ ñậu , cũng như trong quá trình xúc tác tổng hợp amoniac.

(9) Các kim loại họ d tạo phức với nhiều phối tử là hợp chất hữu c ơ , trong ñó c ó cả các phân
tử hữu cơ mạch vịng , thí dụ hợp chất dibenzocrom Cr(C6H6) 2 ( Tnc = 2 8 4 ° c ) và hợp chất
feroxen Fe(C5H5)i ( T nc = 1 73 °c ). Cả hai ñều là chất tinh thể bền, đều c ó tính ngh ịch từ;
dibenzocrom c ó màu nâu tối, cịn feroxen có màu da cam.

Phương pháp Rơn ghen ñã cho thấy rằng trong các phân tử đó ngun tử kim loại nằm kẹp
giữa hai mặt phẳng song song của hai phân tử hữu cơ mạch vòng ( hình 54). Những phân tử có
cấu trúc như vậy gọi là cấu trúc bánh kẹp hay là hợp chất kiểu xan uých.

• Liên kết hóa học trong phân tử dibenzocrom tạo ra theo c ơ ch ế cho - nhận d o 18
electron ( 6 electron của nguyên tử Cr và 12 electron 71 của hai phân tử C6H6 ) với các obitan tự
do của nguyên tử crom và hai phân tử benzen ; 18 electron này ở trong trường của mười ba tâm
( một nguyên tử Cr và 12 nguyên tử c của hai vòng benzen).

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

160

ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp

Hình 54 . Cấu trúc dibenzocrom Cr(C6H6)2 (a) và của feroxen Fe(C5H5)2 (b).

Phân tử feroxen cũng có 18 electron ( 8 electron của nguyên tử Fe và 10 electron n từ hai
phân tử C5H5

)

chu y ển ñộng trong trường 11 tâm

(

m ột nguyên tử Fe và 10 nguyên

tử c ở

hai
vòng C5H5 ).

obitan n của C6H6

"ti"

pỉk

-ti-nlk

obitan 3 <L 3 dy 4 s

■■ (rf*y , d„ , ơyz )

dy : dz2, dx2_y2

Ap

tị tị u

(1)

(1) ðặt v à o c á c obitan n t ự d o c ủ a C6H6 .
(2) Kết h ợ p với các electron 71 của cặp C6H 6 .

" V
(2)

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

CH ƯƠ NG 7

CÁC NGUYÊN TÓ NHÓM IB

(ðỔ NG - BẠC - VÀNG)

7.1.

Nhận xét chung về các ngun tố nhóm IB

(1) • C u (Cuprum), A g (Argentum ) và Au(Aurum ) là các nguyên tố gần cuối cùng thuộc họ

d trong các chu kỳ 4; 5; 6 thuộc bảng tuần hồn.

• Cả ba kim loại ñều là những nguyên tố ñã biết từ thời kỳ c ổ ñại , trong ñó vàng là m ột
nguyên tố hiếm , theo quan niệm của các nhà giả kim thuật thì vàng là " vua kim Ịoại " do v ẻ bề
ngồi gây ấn tượng ln luồn sáng chói, bền với đa số các chất phản ứng.

• N gu yên tử k h ố i, số thứ tự và sự phân b ố electron như sau :

Nguyên tố Kí hiệu SỐTT Nguyên tử khối Phân bố electron Hóa trị

ðồng Cu 29 63,546 2 8 18 1 I , II . Ill

Bạc Ag 47 107,868 2 8 18 18 1 I , II , III

Vàng Au 79 196,966 2 8 18 32 18 1 I , III

(2) V ề cấu trúc electron ở trạng thái cơ bản , thì ñáng lẽ cấu trúc ở hai lớp ngồi cùng của ba
ngun tơ' này phải là (n - 1)d9ns2 (n là số thứ tự chu kỳ tương ứng ), nhưng ở lớp (n - 1)d đã
gần hồn thành , nên việc chuyển m ột electron ở phân lớp ns2 sang phân lớp {n - 1)d sẽ thuận
lợi hơn về mặt năng lượng, do đó cấu trúc các lớp electron ngoài cùng của ba nguyên tố Cu, A g ,
Au sẽ là (n - ì ) d '° n s '.

(3) Như vậy, cả ba nguyên tố này ñều có một electron ở lóp ngồi cùng từơng tự như các kim
loại kiềm; nhưng ở lớp thứ hai từ ngoài vào (lớp n - 1) lại cỏ Ỉ8 electron , còn các kim loại kiềm

chỉ có 8 electron (trừ Li). Chính ñiều ñó ñã gây ra sự khác nhau về kích thước nguyên tử , dẫn
ñến sự khác nhau về tính chất của các nguyên tố của hai phân nhóm. Bảng 34 so sánh sự khác
nhau vể bán kính nguyên tử, thế ion hóa và ái lực electron của chúng.

(4) Từ bảng 34 , ta thấy thế ion hóa giảm từ Cu đến A g sau đó lại tăng lên ñến Au ; còn áỉ
lực electron lại tăng từ Cu đến A g sau đó lại giảm ñến Au.

So với các kim loại kiềm , bán kính nguyên tử của Cu, A g, Au bé hơn các kim loại kiềm

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

82

Các nguyên tố nhóm IB

Bảng 34 . Bán kính nguyên tử , thế ion hóa và ái lực electron của Cu, Ag, Au
Nguyên

tố

Bán kính
nguyên tử

o
( A )

T h ế ion hóa
/, (eV)

Ái lực
electron

(eV)

Nguyên
tố

Bán kính
ngun tử

o
( A )

Thế ion
hóa /,

(e V )

Ái lực
electron

(eV)

Cu 1,28 7,724 2,4 K 2,36 4,339 0,82

Ag 1,44 7,574 2,5 Rb 2,53 4,176

-Au 1,44 9,224 2,1 Cs 2,74 3,893

-cùng chu kỳ, nên thế ion hóa của Cu, A g, Au cao hơn, ñồng thời ái lực electron cũng cao hơn
nhiểu so với kim loại kiềm và lớn hơn cả oxi (1,465 eV ), lưu huỳnh (2,07 e V ), nitơ (0 ,05eV ),
photpho( 0,77 eV). V ì vậy, Cu, Ag, Au khó bị oxi hóa so với các kim loại kiềm , và ion của
chúng dễ bị khử hơn c á c ion kim loại kiềm.

(5) D o có m ột electron n s [ ở lớp ngồi cùng nên có khả năng hình thành phân tử hai nguyên
tử như các kim loại kiềm ( Cu2, Ago, Alii). Năng lượng phân ly eủa Cu2, Ag->, Aut là 174,3 ;

157,5; 210 kJ/mol; (c ủ a Kị, Rb2, Csi, vào khoảng 40 kJ/mol). N ăng lượng phân ly tựơng ñối lớn
so với phân tử M2 c ủ a các kim loại kiềm cùng chu kỳ, do đó phân tử Cu7, A g ,, A u , bền hơn kim
loại kiềm , là d o có tạo ra hai liên kết 7t bổ sung được hình thành do c ơ c h ế " cho " gây nên ( các
cặp electron d tự d o và các

obitan

d còn tr ố n g ).

(6) Với Cu và A u thì mặc dù phân lớp d ñã ñược ñiền ñẩy ñủ , nhưng cấu trúc chưa phải đã
hồn tồn bền vững, d o đó ngun tử có thể bị kích thích chuyển thành trạng thái (n -\)c F 4 syp \

kết quả tạo ra ba electron khơng cặp đơi và như vậy có một hoặc hai electron d tham gia vào quá
trình hình thành liê n k ế t :

t ị t i , u T ị t ị T

( / í‐1 )íi'° n s 1 np°

t i t ị t ị u t T t

( n - 1 y p ns' np'

Do đ ó các ngun tố phân nhóm đồng ứng với các mức oxi hóa +1, + 2, +3. Với Au thì
trạng thái o x i hóa + 3 là ñặc trưng, ở ñây cả hai electron ñều tham gia vào quá trình hình thành
liên kết. V ới Cu th ì trạng thái ñặc trưng là +2 , còn với A g là +1. Tính bền vững của trạng
thái +1 ở A'g là do cấu hình 4cỉw có tính bển vững tương đối, vì rằng cấu hình đ ó đã được hình
thành từ ngun t ố ñứng trước bạc là palañi (Pd) : 4 í l05i°.

Cũng từ c ấ u trúc đó chúng ta hiểu ñược tại sao năng lượng ion hóa củ a A g lại bé hơn
của Cu.

(7) Từ sơ ñồ v ề thế ñiện cực dưới ñây chúng ta c ó thể so sánh mức độ oxi hóa - khử của các
hợp chất ứng với c á c trạng thái oxi hóa của chúng trong m ơi trường axit:

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Hóa học Vơ cơ

163

+2

Cu" 0 ,1 5 9

Cu'

0,520

Cu

0,340

+3

A S

2

O

3

ỉ , 3 6 0

1,569

+2

1,670

A „ 2 + _

A g o

1,980

1,722

1,398

+

Ag20

0,799

t ,173

A g

+3

A u3+

1,36

+ 1

Au" ỉ , 83

Ạu

1,52

(8) V ề cấu tạo tinh thể , cả ba kim loại ñều kết tinh theo mạng lập phương tâm ñiện.

Cu : 3 = 3,6147 A
Ag : a = 4,0861

Ẳ

Au : a - 4,0786 Ẵ

Hình 55. Cấu trúc mạng tình thể của Cu, Ag, Au.

7.2. Trạng thái thiên nhiên và thành phần các ñồng vị

(1) Sự phân bố các kim loại nhóm IB trong vỏ quả ñất ( ứng với thành phần thạch quyển) như
sau :

% sô' nguyên tử % khối lượng

Cu 3,6 . 10 ~3 1.10 - 2

Ag 1 ,6 . 1(T6 1. 10 5

Au 5,0 . 1CT8 5. 10 " 7

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

164

Các nguyên tố nhóm IB

• Trong vỏ quả ñất người ta gặp ñồng chủ yếu ở dạng hợp chất sunfua lẫn vói các kim
loại khác. Quan trọng là quặng cancopirit CuFef>2, cancozin Cu2S , quặng cuprit Cu20 , m alachit
Cu2(0 H )2C 03 , tenorit CuO.

• Với bạc , thường gặp ở dạng khoáng chất acgentit AgọS hỗn hợp với quặng sunfua chì.

Ngồi ra cịn có trong cá c loại quặng như naumanit A g2Se; prustit A g3A sS3.

• Với vàng, thường gặp ở dạng khoáng chất calaverit A uTe2 ; sinvanit A gA uT e4 hoặc
petxit A g3AuTe2 .

(2) Tuy nhiên, dạng thông thường hơn gặp trong thiên nhiên là vàng tự do, nằm rải rác trong
các nham thạch , trong cát. Cũng giống như vàng, trong thiên nhiên , người ta cũng gặp ñồng và
bạc ở trạng thái tự do.

(3) Trong nước củ a đại dương (tính trong m ột lít nước biển) có 3.10 - 3 m g đồng ở dạng
Cu2+ ; 3 .1 0‐4 m g bạc ở dạng A gC l, 1 - , A gC l32" ; 4 .1 0' 6 m g vàng ở dạng AuCL/

-(4) Tròng chất số n g gồm ñộng vật và thực vật (tính theo phần % khối lượng) thì có 2 .1 0“ 4%

đồng . ð ồng là m ột trong những nguyên tố rất ñặc biệt v ề mặt sinh vật học . N hiều loại cây nếu
được bón thêm m ột lượng thích nghi các hợp chất của đồng thì năng suất thu hoạch thường tăng
lên; trong s ố các ñ ộ n g vật thì m ột s ố ỉọài nhuyễn thể như hàu , bạch tuộc c ó chứa nhiều ñổng
nhất. Cơ thể người v à c ác ñộng vật khác , ñồng chủ yếu tập trung ở gan. M ỗi ngày c ơ thể người
cần khoảng 5 m g ñ ồ n g , nếu sinh vật bị thiếu đồng, thì q trình tái tạo hem oglobin sẽ giảm , gây
ra bệnh thiếu máu. T rong các loại thức ăn thì sữa c ó chứa nhiều ñồng.

(5) V iệc xác ñịnh hàm lượng các nguyên tố hiếm trong các mẫu ñá M ặt Trăng ( do các tàu
A pollo -11, -12 v à Luna - 6 ñưa về Quả ð ấ t ) trong ba vùng khác nhau, người ta ñã thấy ở Mặt
Trăng các nguyên t ố ñ ồn g , bạc , vàng có hàm lượng như sau:

Nguyên tố Hàm lượng trung bình( số gam /1 g mẫu đá )

Apollo -1 1 Apollo - 12 Luna - 6

Cu 1,1.10'* _ 3,7 .1 (T 6

Ag 8. 10-® 5. 1 0 '9 2,8 .10"7

Au 4 .1 0 '11 2. 10-® 2 .1 0 '9

(6) • Cu có 11 ñ ổ n g vị từ 58Cu đến 68Cu, trong đó c ó hai đổng vị thiên nhiên là 63Cu ( chiếm
69,1% ) và 65Cu (c h iế m 30,9% ) cồn lại là đồng vị phóng xạ. Trong số các đồng vị phóng xạ, có
hai đồng vị bển h ơ n c ả là 67Cu ( chu kỳ bán hủy là 2,21 ngày - ñêm ) và MCu (chu kỳ bán hủy là
0,541 ngày - ñêm ) , c ị n đồng vị kém bền nhất là 58Cu ( chu kỳ bán hủy là 3 giây).

• A g c ó 19 ñ ồ n g vị , trong đó c ó hai đồng vị thiên nhiên là 107A g ( chiếm 51,35% ) và
109A g ( chiếm 4 8 ,6 5 % ), còn lại là các đổng vị phóng xạ từ 102A g ñến 115A g, trong đó đổng vị
phóng xạ bền nhất 110A g ( chu kỳ bán hủy là 2 70 ngày - đêm ).

• Au có rất nh iều ñồng vị từ 183Au ñến 204Au nhưng trong đó chỉ c ó m ột ñồng vị thiên
nhiên là 197Au ( c h iế m 10 0% ).

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

7.3. ðiều chế Cu, Ag, Au

( 1) • ð ổng ñược sản xuất chủ yếu từ quặng cancopirit CuFeS, bằng phương pháp nhiệt
luyện. Trước hết người ta nung quặng trong khơng khí để tách bớt lưu huỳnh ra khỏi
quặng. Ở giai ñoạn này m ột phần sắt ñã chuyển thành FeO và một phần lớn lưu huỳnh ñã
chuyển thành s o , .

• Quặng sau khi ñã nung , ñược trộn với S i02 và than cốc rồi tiếp tục ñược nấu nóng
chảy . Phần tạp chất và m ột phần sắt ñã chuyển thành F e S i03 ở dạng x ỉ ; còn lại là hỗn hợp các
sunfua trong đó có chứa Cu với hàm lượng lón ở dạng Cu,S.FeS và các nguyên tố khác như Au,
A g, N i, Se, Te... ở trạng thái nóng chảy . Thổi khơng khí qua trạng thái nóng chảy này tiếp tục
chuyển lưu huỳnh thành S 02 , sắt chuyển vào xỉ, còn lại là Cu:

2(Gu2.F e S ) + 3 0 , + 2 S i02 = 4Cu + 2 F e S i03 + 2 S 0 2 1
Sản phẩm thu ñược chứa khoảng 95 - 98 % Cu.

• Từ loại ñồng thu ñược ở trên , tiếp tục tinh ch ế bằng phương pháp nhiệt hoặc phương
pháp điện phân có thể thu ñược loại ñồng có hàm lượng 99,7% Cu. Sản phẩm phụ thu ñược là
SOọ.

• Nếu luyện Cu từ quặng oxit hay quặng cacbonat người ta dùng phương pháp khử bằng
than .

• N gồi phương pháp luyện Cu ở nhiệt ñộ cao , người ta còn dùng phương pháp thủy
luyện bằng cách c h ế hóa quặng đồng trong các chất lỏng khác nhau ( thường là H7SO4 loãng,
dung dịch amoniac ...)- từ dung dịch thu ñược , người ta tách Cu bằng sắt hoặc bằng phương
pháp ñiện phân .

(2) Phần lớn lượng A g khai thác ñược ( khoảng 80% ) ñều ñược luyện từ quặng ña kim như
quặng acgentit là quặng A g 2S và PbS . Sau khi khử quặng , kim loại thu được ở dạng nóng chảy
chứa A g, Pb và Zn, từ ñây bằng phương pháp chưng cất thu ñược Ag.

(3)* ð ể tách vàng tự sinh có trong bột quặng người ta ñã dùng các phương pháp ñãi (rửa
quặng bằng nước ) , hòa tan vàng trong thủy ngân lỏng ( phương p h á p thủy ngân ) tạo ra hỗn
hống Au - Hg , sau đó cho hỗn hống thăng hoa , thủy ngân bay hơi, cịn lại Au.

• Phương pháp tốt nhất ñể tách vàng ra khỏi quặng là phương p h á p xianua. Bản chất của
phương pháp này là hòa tan vàng c ó trong bột quặng bằng dung dịch N aCN lỗng (0,03 - 0,2% ),
đồng thời cho khơng khí lội qua, Au chuyển vào phức c h ấ t:

4 Au + O, + 8N aC N + 2 H ,0 = 4 Na[ A u(C N)2] + 4NaO H
sau ñó cho dung dịch phức chất tác dụng với Zn, Au ñược tách ra :

2 N a[ A u(C N )2] + Zn = N a2 [ Zn(CN)4] + 2 Au

7.4

.

Tính chất lý học của Cu, A g , Au và ứng dụng

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

66

Các nguyên tố nhóm IB

nh sáng xuyên qua ( các lá vàng mỏng) có màu xanh lục.
Bảng 35 là m ột s ố hằng số lý học quan trọng của chúng.

B ả n g 3 5 . Hằng số lý học quan trọng của Cu, Ag, Au

Tính chất Cu Ag Au

Khối lượng riêng ( g/ cm3 ) 8,93 10,49 19,30

Nhiệt ñộ nóng chảy ( Tnc , 0

c

) 1083 961 1063

Nhiệt độ sơi ( Ts , ° C) 2600 2210 2970

ðộ cứng ( so với ñộ cứng của kim cương =10) 3 2,7 2,5

ðộ dẫn ñiện ( so với Hg = 1 ) 57 59 40

ðộ dẫn nhiệt ( so với Hg = 1 ) 46 49 35

ðộ âm ñiện 1.9 1.9 2,4

(2) Cả b a kim lo ạ i đều có khối lượng riêng khá lớn ; đều có nhiệt độ nón g chảy T nc và nhiệt
độ sơi Ts cao.

(3) ð ộ cứng tư ơn g ñối thấp, vì vậy dễ dát m ỏng và dẻ kéo dài thành sợi; l g A u có thể kéo
thành sợi dài 3 km , và có thể dát m ỏng thành lả vàng có chiều đày 1 .10~4 m m.

(4 ) Cả ba kim lo ạ i ñều dẫn ñiện và dẫn nhiệt tốt, ñặc biệt là A g, Au c ó khả năng dẫn ñiện
lớn nhất . ð ồn g tin h khiết có độ dẫn điện cao, nhưng ñộ dẫn ñiện của ñồng giảm xuống rất
mạnh khi c ó các tạp chất ; tuỳ thuộc vào bản chất và lượng của tạp chất mà ñộ dẫn ñiện của
ñồng thay ñ ổi. V í d ụ có khoảng 0,03% m ỗi tạp chất sau ñây thì độ dẫn điện tương đối so với Cu
nguyên chất là:

Tạp chất AI Fe Sn Zn Pb

ð ộ dẫn ñiện : 88% 96,4% 98% 99,2% 99,7%
N gày nay , người ta ñã ñiều c h ế ñược những vật liệu có độ dẫn điện cao chứa Cu như
YBa2Cu30 7 ( siêu d ẫ n ); YBa2Cu30 6 ( bán dẫn ).

(5 ) Cu , A g, A u dễ tạo hợp kim với nhau và với nhiều kim loại khác. Dưới ñây là thành phần
gần ñúng của m ột s ố hợp kim thường gặp m à Cu là kim loại chính (% ):

Têri hợp kim Cu Sn Zn Mn Ni AI ,Fe

Bronzơ 80-90 5-10 2-10

ðồng thau 70-80 30-20

ðồng ñen 90 10

Mayso 80 20

Thanh -đơ n g

(hợp kim speculum) 67 33 *

Hợp kim Devarda 50 5 40

Constantan 59 1 40

Hợp kim Denta 55 41 4

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

(6) • Trong thực tế, Cu ñược dùng trong hai ngành chủ yếu là kỹ thuật ñiện và luyện kim.
Trong kỹ thuật ñiện , ñồng dùng ñể c h ế tạo dây dẫn ( ở dạng tinh khiết). Trong luyện kim dùng
ñể c h ế tạo các hợp kim với ứng dụng khác nhau. V í dụ ñồng thau dùng trong ngành ch ế tạo
động cơ, vì c ó độ dẻo cao lại bền hơn đồng.

• Hợp kim thanh - ñồng bền hơn Cu nguyên chất và ñồng thau lại dễ ăn khn nên dùng
để đúc trong cơng nghệ c h ế tạo máy.

• Hợp kim Devarda dùng làm chất khử có thể giải phóng hiđro ra khỏi nước ngay khi
nguội.

• Hợp kim constantan có điện trở cao, được dùng để ch ế tạo các dụng cụ đốt nóng.

(7) Bạc dùng chủ yếu ñể tráng gương soi, ñ ồ dùng trong gia ñình. Dùng ñể ñúc tiền ( tiền bạc
là hợp kim có khoảng 50% bạc , 40% Cu, 5 % N i, 5%Zn); dùng làm ñồ trang sức (hợp kim với
7,5% Cu); một số hợp chất của bạc dùng trong công nghiệp ảnh và trong y khoa , chẳng hạn
A g N 03 dùng chữa bệnh c o th ắ t , viêm họng ... làm thuốc tra m ắ t ... Ion A g + có tính tiệt trùng rất
mạnh . Nước để trong các bình bằng bạc có thể để hàng tháng mà không thối, do có m ột lượng
rất nhỏ ion A g + chuyển từ thành bình vào dung dịch đủ để tiệt trùng.

(8) V àng ñược dùng làm ñồ trang sức , dùng mạ lên các kim loại khác . Là kim loại chủ yếu
ñể đảm bảo chị việc lưu thơng tiền giấy. Tiền vàng là hợp kim chứa 90% Au và 10% Cu.

Hệ tiền tệ Việt Nam trong các thế kỷ trước là tiền ñồng, chủ yếu là hợp kim của Cu và
Zn; có loại pha thêm vàng; có loại pha thêm sắt như tiền ở thời Vương triều Mạc.

(9) Tất cả các hợp chất tan của Cu, A g, Au đều độc !

7.5.

Tính chất hóa học của Cu, Ag, Au

Hoạt tính hóa học của nguyên tố này tương ñối nhỏ và giảm nhanh theo chiều từ Cu
ñến Au.

(1)* Cả ba kim loại ñều không phản ứng với H2 ngay ở cả nhiệt ñộ cao, tuy nhiên khí H2 có
khả năng hòa tan trong Cu, A g nóng chảy ở áp suất cao; riêng hiñro phân tử khơng tan trong
vàng.

• Hiđro nguyên tử tác dụng với A g tạo ra A gH (bền ) và với Au tạo ra AuH kém bền hơn.
(2)* Với oxi , chỉ có Cu là phản ứng trực tiếp . Khi nung trong điều kiện thiếu khơng khí tạo
ra CiiiO màu ñỏ gạch ; nếu dư khơng khí tạo ra CuO màu ñen.

4 Cu + o , = 2C

u

20

2 Cu + 02 = 2CuO

• A g và Au không phản ứng trực tiếp với oxi, nhưng ở nhiệt ñộ cao, ñặc biệt ở trạng thái
nóng chảy , các kim loại đó hấp thụ oxi với lượng khá lớn , v í dụ ờ 9l50°c bạc nóng chảy hấp
thụ đến 2 0 thể tích Oi.

• Trong khơng khí A g và Au không bị biến đổi; trong khơng khí khơ Cu cũng khơng bị
biến đổi, nhưng trong khơng khí ẩm có chứa khí COị thì Cu bị bao phủ một lớp m ỏng màu xanh
của m uối cacbonat bazơ Cu2( 0 H )2C 0 3.

</div>
(20)<div class='page_container' data-page=20>

68

Các ngun tố nhóm !B

(3)« Cu và A g ñều phản ứng trực tiếp với lưu huỳnh . Khi nung hỗn hợp bột m ịn Cu và s (cả
:hi nén ở áp suất cao ) tạo ra Cu2S, ñồng thời cũng tạo ra CuS:

2 Cu + s C u2S

Cu + s

CuS.

Phản ứng cũ n g tương tự như trên tạo ra A g2S:

2A g + s = A g ,s
• Au không phản ứng trực tiếp với s.

(4) Cu, A g , Au cũ n g hóa hợp trực tiếp với Se, Te khi nung các đom chất trong ampun hàn kín.
Thành phần của cá c hợp chất tạo thành khá phức tạp , trong đó c ó Cu2Se; CuSe, A g2Se ; Cu2Te;
A giT e và A uSe3; AuTe-> là ñơn giản hon cả.

(5) Với các ha log en , phản ứng với Cu, A g, Au dễ dàng hơn các nguyên tố khác.

• Cu hóa hợp với flo tạo ra CuF> ngay cả ở nhiệt ñộ thường , tuy nhiên tác dụng đó bị hạn
ch ế do tạo ra lớp hợp chất florua che phủ , làm cho kim loại không tiếp tục bị tác dụng nữa. Do
đó , trong thực tế Cu rất bền ñối với fỉo ( khi không c ộ mặt của H20 ). A g cũng phản ứng trực
tiếp với flo nhưng ch ậ m hơn , còri Au chỉ tác dụng với flo ở nhiệt ñộ cap. Sản phẩm phản ứng là
CuF2 , A gF , AuF3.

• Khi cho k h í c ỉo qua Cu, A g , Au , nung nóng tạo ra m uối clorua tương ứng: CuCl2 ,
A g C l, AuC13 . T ro ng dung Hịch nước clo , Au tan dễ dàng hơn, nhưng với A g phản ứng lại chậm
hơn vì có lớp AgCI c h e phủ :

Cu +

cụ

= cucụ

2 A g + Cỉ2 = 2AgC l

200° c _

2 Au + 3 Cl

2

dư I—— 2AuC1

3

4 0 0 ° c _

2 Au + 3F2 - 2A uF3

(6) N itơ k h ô n g phản ứng trực tiếp với Cu , A g , Au; nhưng photpho thì có phản ứng trực tiếp
với Cu, A g , Au ở nh iệt ñộ ca o tạo ra các hợp chất c ó thành phần Cu3P, A gP 2, A u2P3 :

3Cu + p = Cu3P

(7) Cả ba k im loại ñều không phản ứng trực tiếp vởi cacbon . A g và Au không phản ứng
trực tiếp với s il ic , nhưng khi nung Cu với Si ở nhiệt ñộ cao thì c ó phản ứng tạo ra nhiều sản
phẩm như.Cu6S i, C u5S i , Cu4S i , Cu3S i ... ,Cu15Si4 ...

(8) Trong d ã y th ế ñiện cực, cả ba nguyên tố ñều sắp xếp bên phải hiñro, nên đều c ó tính khử
yếu. Cả ba kim lo ạ i đều khơng bị H70 và hơi H7O ăn m òn. R iêng Cu chỉ phản ứng với hơi nước

ở nhiệt ñộ nung n ó n g trắng .

(9) Cu và A g kh ô ng phản ứng với kiềm ngay cả kiềm nóng chảy, vì vậy, trong phịng thí

nghiệm người t a dù ng chén oạc để nấu nóng chảy các chất kiềm ở nhiệt độ cao; cịn Au bị kiềm

nóng chảy ăn m ị n .

</div>

Ebook Hóa học vô cơ (Tập 2 - Các kim loại điển hình): Phần 2

<b>C H Ư Ơ NG 6</b>

<b>ðẠI CƯƠNG VỂ NGUYÊN T ố CHƯYEN </b>

<b>t i ế p</b>

<i><b>6.1. Vị trí các kim loại chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn</b></i>

<b>50</b>

<b>ðại cương vê' nguyên tố chuyển tiếp</b>

<i><b>6.2. ðặc ñiểm cấu tạo nguyên tử các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất</b></i>

với

-

3

<i>d 2</i>

-

+4

+ 5

<b>152</b>

<b>ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp</b>

của

ở

<i><b>6.3. Tính chất lý - hóa học của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất</b></i>

<b>154</b>

<b>ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp</b>

<i><b>s</b></i>

<b>phương </b>

<b>(1) </b>

<b>nêu ở </b>

16°c

<i><b>6.4. Nhận xét chung các nguyên tố dãy chuyển tiếp thứ hai và thứ ba</b></i>

<b>4ư,05s°</b>

<b>107,870</b>

<b>112,4</b>

<b>8,998</b>

<b>138,91</b>

<i>5d26s 2</i>

<b>1,38</b>

<b>8,96</b>

<b>2,2</b>

<b>Au</b>

<i>5d'°6s1</i>

<b>196,967</b>

<b>1,44</b>

<b>9,223</b>

<b>2,4</b>

<b>Hg</b>

<i>5cí06 s 2</i>

<b>200,59</b>

<b>1,55</b>

<b>156</b>

<b>ðại cương về nguyên tố chuyển tiếp</b>

•

. .. Ã ... m...

í ...

è

•

*

<

1__ Á ___Á ... ...

i

... ~

1

<

9

w

W

>

•

•;

w

170°c

CO

oc — Mn

OC

I

<i>1</i>

Mn ;■--- CO

/ co

I

CO

<b>Ỹ ị </b>

<b>t ị t ị </b>

1 Á _Á ... ...