Đồng lá nguyên chất (Cu)

* Khái niệm:

- Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu là Cu và số nguyên tử bằng 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 màu 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 hợp 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, 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).

- 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. Cơ thể người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến 2,1 mg đồng trên mỗi kg cân nặng.
* 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

* 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

* Tái chế:

Đồng, giống như nhôm, có thể tái chế 100% mà không bị giảm chất lượng cho dù ở dạng thô hoặc nằm trong các sản phẩm khác. Về khối lượng, đồng là kim loại được tái chế phổ biến xếp hàng thứ 3 sau sắt và nhôm. Ước tính có khoảng 80% đồng đã từng được khai thác hiện tại vẫn còn sử dụng. Theo Metal Stocks in Society report của International Resource Panel, phân bổ bình quân đầu người về đồng hiện đang sử dụng trong xã hội là 35–55 kg. Phần nhiều trong số này là ở các nước phát triển nhiều (140–300 kg/người) hơn là các nước ít phát triển (30–40 kg/người).

Quá trình tái chế đồng tuân theo những bước gần như tương tự với chiết tách đồng nhưng đòi hỏi ít công đoạn hơn. Đồng phế liệu có độ tinh khiết cao được nung trong lò cao và sau đó được khử và đúc thành billet và ingot; các phế liệu có độ tinh khiết thấp hơn được tinh chế bằng mạ điện trong một bể axit sulfuric

* Ứng dụng

Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm:

- Dây điện.
- Que hàn đồng.
- Tay nắm và các đồ vật khác trong xây dựng nhà cửa.
- Đúc tượng: Ví dụ tượng Nữ thần Tự Do, chứa 81,3 tấn (179.200 pound) đồng hợp kim.
- Cuộn từ của nam châm điện.
- Động cơ, đặc biệt là các động cơ điện.
- Động cơ hơi nước của Watt.
- Rơ le điện, dây dẫn điện giữa các bảng mạch và các chuyển mạch điện.
- Ống chân không, ống tia âm cực và magnetron trong các lò vi ba.
- Bộ dẫn sóng cho các bức xạ vi ba.
- Việc sử dụng đồng trong các mạch IC đã trở nên phổ biến hơn để thay thế cho nhôm vì độ dẫn điện cao của nó.
- Là một thành phần trong tiền kim loại.
- Trong đồ nhà bếp, chẳng hạn như chảo rán.
- Phần lớn các đồ dùng bằng niken trắng dùng ở bàn ăn (dao, nĩa, thìa) có chứa một lượng đồng nhất định.
- Trong chế tạo đồ đựng thức ăn bằng bạc (hàm lượng bạc từ 92,5% trở lên), có chứa một số phần trăm đồng.
- Là thành phần của gốm kim loại và thủy tinh màu.
- Các loại nhạc khí, đặc biệt là các loại nhạc khí từ đồng thau.
- Làm bề mặt tĩnh sinh học trong các bệnh viện hay các bộ phận của tàu thủy để chống hà.
- Các hợp chất, chẳng hạn như dung dịch Fehling, có ứng dụng trong phân tích hóa học.
Đồng (II) Sulfat được sử dụng như là thuốc bảo vệ thực vật và chất làm sạch nước.
- Đồ đồng là những sản phẩm làm từ nguyên liệu bằng đồng ví dụ như tượng đồng, tranh đồng, trống đồng... Từ lâu đồ đồng đã được dùng như là những dụng cụ, đồ vật trang trí trong nhà không thể thiếu của người Việt Nam chúng ta. Nhất là trong tín ngưỡng, văn hóa dân gian. Từ lâu người Việt đã dùng đồng để làm đồ thờ cúng trong ban thờ gia tiên như: hoành phi câu đối bằng đồng, bộ đồ thờ cúng bằng đồng, đỉnh đồng, lư đồng, hạc đồng...

- Đồ đồng mỹ nghệ là những sản phẩm mỹ nghệ làm từ đồng ví dụ như: tượng đồng, tranh đồng, trống đồng... Những sản phẩm mỹ nghệ làm từ đồng luôn được ưa chuộng và rất hay được sử dụng trong nhà nhất là tranh đồng, tượng đồng

- Đồ đồng phong thủy là những vật phẩm, linh vật, tượng... làm từ đồng. Đồ đồng phong thủy dùng để trấn trạch, hoặc dùng để thỉnh cầu một nguyện vọng nào đó: hóa cát thành hung, giải thoát tai ương, mong muốn những điều tốt đẹp nhất đến với mình và gia đình mình