I- VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO
1. Vị trí của đồng trong bảng tuần hoàn
Đồng là nguyên tố kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm $IB$, chu kỳ $4$, có số hiệu nguyên tử là $29$.
2. Cấu tạo của đồng
a) Cấu hình electron
Nguyên tử $Cu$ có $29$ electron, được phân thành 4 lớp: $2e, 8e, 18e$ và $1e$. Đồng là nguyên tố $d$, có cấu hình electron nguyên tử là $1s^22s^22p^63s^23p^63d^{10}4s^1$, hoặc viết gọn là: $[Ar]3d^{10}4s^1$.
Trong các hợp chất, đồng có số oxi hóa phổ biến là $+1$ và $+2$. Cấu hình electron của các ion đồng là: $Cu^+, [Ar]3d^{10}; Cu^{2+}, [Ar]3d^9$.
b) Cấu tạo của đơn chất
So với kim loại nhóm $IA$, dồng có bán kính nguyên tử nhỏ hơn, ion đồng có điện tích lớn hơn. Kim loại dồng có cấu tọa kiểu mạng tinh thể lập phương tâm diện là tinh thể đặc chắc, do vậy liên kết trong đơn chất đồng bền vững hơn.
3. Một số tính chất khác của đồng
Bán kính nguyên tử $Cu: 0,128 (nm)$
Bán kính các ion $Cu^+$ và $Cu^{2+}: 0,095$ và $0,076 (nm)$
Độ âm điện: $1,9$
Năng lượng ion hóa $I_1, I_2: 744; 1956 (kJ/mol)$
Thế điện cực chuẩn $E^0_{Cu^{2+}/Cu}: +0,34 (V)$
II- TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Đồng là kim loại màu đỏ, dẻo, dễ kéo sợi và dát mỏng (có thể dát mỏng đến $0,0025 mm$, mỏng hơn giấy viết $5 - 6$ lần). Đồng có độ dẫn điện và dẫn nhiệt rất cao (chỉ kém bạc). Độ dẫn điện của đồng giảm nhanh nếu có lẫn tạp chất. Do vậy dây dẫn điện là đồng có độ tinh khiết tới $99,99\%$. Khối lượng riêng của đồng là $8,98 g/cm^3$; Nhiệt độ nóng chảy $1083^0C$.
III- TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Trong dãy điện hóa, đồng có thế điện cực chuẩn $E^0_{Cu^{2+}/Cu}=+0,34 V$, đứng sau cặp oxi hóa - khử $2H^+/H_2$. Đồng là kim loại kém hoạt động, có tính khử yếu. Tính chất này được chứng minh qua những phản ứng hóa học sau.
1. Tác dụng với phi kim
Khi đốt nóng, $Cu$ không cháy trong khí oxi mà tạo thành màng $CuO$ màu đen bảo vệ $Cu$ không bị oxi hóa tiếp tục:
\[2Cu + {O_2}\xrightarrow{{{t^0}}}2CuO\]
Nếu tiếp tục đốt nóng $Cu$ ở nhiệt độ cao hơn $(800 - 1000^0C)$, một phần $CuO$ ở lớp bên trong oxi hóa $Cu$ ở lớp bên trong oxi hóa $Cu$ thành $Cu_2O$ màu đỏ:
\[CuO + Cu\xrightarrow{{{t^0}}}C{u_2}O\]
Trong không khí khô , $Cu$ không bị oxi hóa vì có màng bảo vệ. Nhưng trong không khí ẩm, với sự có mặt của $CO_2$, đồng bị bao phủ bởi màng cacbonat bazơ màu xanh $CuCO_3.Cu(OH)_2$.
Đồng có thể tác dụng với $Cl_2, Br_2, S,...$ ở nhiệt độ thường hoặc đun nóng:
\[Cu + C{l_2}\xrightarrow{{ }}CuC{l_2}\]
\[Cu + S\xrightarrow{{{t^0}}}CuS\]
2. Tác dụng với axit
Đồng không tác dụng với dung dịch $HCl, H_2SO_4$ loãng. Tuy vậy, với sự có mặt của oxi trong không khí, $Cu$ bị oxi hóa thành muối $Cu(II)$.
\[2Cu + 4HCl + {O_2}\xrightarrow{{ }}2CuC{l_2} + 2{H_2}O\]
Đồng bị oxi hóa dễ dàng trong $H_2SO_4$ đặc nóng và $HNO_3$:
\[Cu + 2{H_2}S{O_4}(đặc) \xrightarrow{{{t^0}}}C{\text{uS}}{O_4} + S{O_2} \uparrow + 2{H_2}O\]
\[Cu + 4HN{O_3} (đặc) \xrightarrow{{ }}Cu{(N{O_3})_2} + 2N{O_2} \uparrow + 2{H_2}O\]
\[3Cu + 8HN{O_3} (loãng) \xrightarrow{{ }}3Cu{(N{O_3})_2} + 2NO \uparrow + 4{H_2}O\]
3. Tác dụng với dung dịch muối
Đồng khử được ion của những kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa ở trong dung dịch muối:
\[Cu + 2AgN{O_3}\xrightarrow{{ }}Cu{(N{O_3})_2} + 2Ag \downarrow \]
IV- ỨNG DỤNG CỦA ĐỒNG
Những ứng dụng của đồng chủ yếu dựa vào tính dẻo, tính dẫn điện, tính bền và khả năng tạo ra nhiều hợp kim. Hợp kim đồng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống là:
- Đồng thau là hợp kim $Cu - Zn (45\% Zn)$ có tính cứng và bền hơn đồng, dùng chế tạo các chi tiết máy, chế tạo các thiết bị dùng trong công nghiệp đóng tàu biển.
- Đồng bạc là hợp kim $Cu - Ni (25\% Ni)$, có tính bền, đẹp, không bị ăn mòn trong nước biển. Đồng bạch được dùng trong công nghiệp tàu thủy, đúc tiền,...
- Đồng thanh là hợp kim $Cu - Sn$, dùng để chế tạo máy móc, thiết bị.
- Hợp kim $Cu - Au$, trong đó $2/3$ là $Cu, 1/3$ là $Au$ (hợp kim này được gọi là vàng $9$ cara), dùng để đúc các đồng tiền vàng, vật trang trí,...
Các ngành kinh tế sử dụng đồng trên thế giới:
- Công nghiệp điện: $58\%$
- Kiến trúc, xây dựng: $19\%$
- Máy móc công nghiệp: $17\%$
- Các ngành khác: $6\%$