Đồng là gì? Nguồn gốc, tính chất của đồng trong vật lý và hóa học

Đồng là một trong những kim loại quan trọng và phổ biến nhất trên thế giới, được con người biết đến và sử dụng từ rất sớm trong lịch sử phát triển văn minh. Với màu sắc đỏ cam đặc trưng cùng nhiều tính chất vật lý và hóa học ưu việt như dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ dẻo cao và khả năng chống ăn mòn, đồng đã trở thành nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống hàng ngày. Cùng Cáp điện VN tìm hiểu chi tiết đồng là gì? Copper là gì? Nguồn gốc của đồng và tính chất của đồng trong vật lý và hóa học nhé.

Đồng là gì? Copper là gì?

Đồng ( tiếng anh là Copper) là một kim loại màu đỏ vàng, có ký hiệu hóa học là Cu và số nguyên tử 29 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Đây là một kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt rất tốt, mềm dẻo và dễ uốn, thường được sử dụng rộng rãi trong ngành điện, điện tử, xây dựng và sản xuất các thiết bị cơ khí. Đồng có khả năng chống ăn mòn cao và có tính kháng khuẩn tự nhiên, nên ngoài ứng dụng công nghiệp, đồng còn được dùng trong y học và các sản phẩm trang sức. Với đặc tính dẫn điện vượt trội, đồng là vật liệu phổ biến hàng đầu cho dây dẫn điện và các linh kiện điện tử.

Nguồn gốc của đồng

Đồng là một trong những kim loại đầu tiên được con người phát hiện và sử dụng từ rất sớm trong lịch sử nhân loại. Theo các tư liệu khảo cổ, đồng xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng kim loại nguyên chất và đã được sử dụng ít nhất từ khoảng 9.000 năm trước Công Nguyên ở khu vực Trung Đông. Những đồ trang sức bằng đồng như hoa tai có niên đại lên tới 8.700 năm TCN đã được tìm thấy tại miền bắc Iraq, chứng tỏ đồng đã đóng vai trò quan trọng trong các nền văn minh cổ đại.

Đồng là kim loại đầu tiên được nung chảy từ quặng vào khoảng 5.000 năm TCN, sau đó được đúc thành các khối kim loại và tạo thành hợp kim đồng-thiếc (đồng điếu) vào khoảng 3.500 năm TCN, mở ra thời kỳ đồ đồng trong lịch sử phát triển công nghệ của loài người. Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở đảo Síp, từ đó tên gọi của đồng trong tiếng Latinh là cuprum bắt nguồn từ cyprium (kim loại của Síp). Qua hàng nghìn năm, đồng không chỉ được dùng làm vật liệu dẫn điện, xây dựng mà còn là thành phần quan trọng trong nhiều hợp kim khác nhau, góp phần phát triển nền văn minh nhân loại.

Phân loại đồng

Đồng được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau dựa trên thành phần hóa học, tính chất cơ học, quá trình sản xuất và ứng dụng. Dưới đây là các loại đồng phổ biến:

Đồng đỏ (đồng nguyên chất):

• Là đồng gần như 100% nguyên chất, có màu đỏ đặc trưng, dẻo, dễ dát mỏng, chống ăn mòn tốt.
• Ứng dụng: Dây điện, ống đồng, vật liệu trang trí, mỹ nghệ.

Đồng vàng (đồng thau):

• Hợp kim đồng và kẽm (khoảng 55% đồng, 45% kẽm), có màu vàng, dẻo nhưng cứng hơn đồng đỏ.
• Ứng dụng: Đồ mỹ nghệ, phụ kiện, chi tiết máy, ống nước.

Đồng đen (ô kim)

• Hợp kim đồng quý hiếm, màu đen bóng, dùng để đúc chuông, tượng, có tính chất đặc biệt như nở ra khi lạnh.
• Ứng dụng: Đúc tượng, chuông, vật liệu nghệ thuật đặc biệt.

Ngoài ra, đồng còn được phân loại theo:

• Phân loại theo tính chất cơ học: đồng mềm (dễ uốn, dát mỏng) và đồng cứng (độ bền cao, chịu lực tốt).
• Phân loại theo quá trình sản xuất: đồng đúc (dùng để đúc các chi tiết), đồng biến dạng (dùng để kéo, uốn).
• Phân loại theo ứng dụng: đồng dây điện, đồng trang trí, đồng công nghiệp, đồng tái chế…

Mỗi loại đồng có đặc tính riêng phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau trong công nghiệp, xây dựng, điện tử, mỹ nghệ và nhiều lĩnh vực khác. Việc phân loại giúp lựa chọn đúng loại đồng phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và kinh tế.

Tính chất của đồng

Đồng là một kim loại chuyển tiếp có nhiều tính chất vật lý và hóa học đặc trưng, giúp nó trở thành vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp.

Tính chất vật lý của đồng

Đây là một kim loại màu đỏ cam đặc trưng, có tính dẻo, mềm, dễ uốn và có khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt.

• Màu sắc: Đồng có màu đỏ cam đặc trưng, khi tiếp xúc với không khí sẽ chuyển sang màu đỏ cam hoặc nâu, thậm chí tạo lớp patina màu xanh lá bảo vệ bề mặt.
• Khối lượng riêng: Khoảng 8,98 g/cm³.
• Độ dẻo: Đồng rất dẻo, dễ kéo sợi và dát mỏng thành lá mỏng mà không bị gãy.
• Khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt: Đồng dẫn điện và dẫn nhiệt rất tốt, chỉ đứng sau bạc trong các kim loại nguyên chất.
• Nhiệt độ nóng chảy của đồng: Khoảng 1083°C.
• Khả năng chống ăn mòn: Đồng có hiệu quả chống ăn mòn cao, đặc biệt trong môi trường không khí ẩm.
• Tính hàn: Đồng có tính hàn tốt, thuận lợi cho gia công và chế tạo.

Tính chất hóa học của đồng

Đồng là một nguyên tố hóa học có ký hiệu là Cu và số hiệu nguyên tử 29 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố.

• Đồng có tính khử yếu, có thể phản ứng với nhiều phi kim như clo (Cl₂), brom (Br₂), lưu huỳnh (S) khi đun nóng.
• Đồng không phản ứng với các axit loãng như HCl hay H₂SO₄, nhưng có thể phản ứng với axit đặc hoặc trong điều kiện có oxy.
• Đồng có khả năng khử các ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa trong dung dịch muối, tạo thành muối đồng (II) và kim loại mới.
• Khi tiếp xúc với không khí ẩm, đồng tạo thành lớp oxit bảo vệ (patina) giúp chống ăn mòn.

Những tính chất này làm cho đồng trở thành vật liệu lý tưởng trong các ứng dụng dẫn điện, sản xuất linh kiện điện tử, vật liệu xây dựng và nhiều ngành công nghiệp khác

Quy trình sản xuất đồng như thế nào?

Quy trình sản xuất đồng trải qua nhiều bước công nghiệp phức tạp, từ khai thác quặng đến tạo ra sản phẩm cuối cùng như tấm đồng, dây đồng hay ống đồng. Dưới đây là các bước chính trong quá trình sản xuất đồng:

• Khai thác và chuẩn bị nguyên liệu: Quặng đồng được khai thác từ mỏ, sau đó vận chuyển về nhà máy. Quặng này được nghiền nát và xử lý hóa học để chiết xuất đồng tinh khiết.
• Tinh chế đồng: Đồng sau khi chiết xuất được tinh chế để loại bỏ tạp chất, đạt độ tinh khiết cao (thường trên 99,9%).
• Nấu chảy và đúc liên tục: Đồng tinh khiết được nung chảy ở nhiệt độ cao (khoảng 1200-1250°C), sau đó đúc liên tục thành cây phôi đồng hoặc các dạng thô khác.
• Gia công cơ khí bao gồm

+/ Phay và cán: Cây phôi đồng được phay để loại bỏ lớp oxi hóa bên ngoài, sau đó cán qua nhiều trục để tạo hình dạng ban đầu như tấm đồng hoặc ống đồng.

+/ Kéo dây: Đồng thô được kéo qua nhiều khuôn để giảm đường kính, tạo thành dây đồng với kích thước và hình dạng yêu cầu.

+/ Kéo ống: Ống đồng được kéo qua các khuôn trong và ngoài để đạt kích thước chính xác, có thể tạo thêm các rãnh xoắn để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.

• Ủ và hoàn thiện: Sản phẩm đồng được ủ trong lò với khí bảo vệ để làm mềm, tăng độ sáng và giảm độ cứng, chuẩn bị cho các công đoạn gia công tiếp theo hoặc đóng gói.
• Kiểm tra chất lượng và đóng gói: Sản phẩm cuối cùng được kiểm tra kỹ càng về kích thước, độ bền và các tiêu chuẩn kỹ thuật khác trước khi đóng gói và bảo quản trong môi trường thích hợp.

Quy trình này có thể thay đổi đôi chút tùy theo loại sản phẩm đồng (tấm, dây, ống, đồ mỹ nghệ) và công nghệ của từng nhà máy. Tuy nhiên, các bước cơ bản trên là nền tảng để tạo ra các sản phẩm đồng chất lượng cao, phục vụ đa dạng ngành công nghiệp và đời sống.

Ứng dụng của đồng trong đời sống và sản xuất

Đồng và các hợp kim của đồng có vai trò rất quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống nhờ những tính chất ưu việt như dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, độ dẻo dai cao, khả năng chống ăn mòn và tính thẩm mỹ. Dưới đây là tổng hợp các ứng dụng tiêu biểu của đồng trong từng lĩnh vực:

Ngành điện

Đồng là vật liệu chính để làm dây dẫn điện nhờ khả năng dẫn điện vượt trội và dễ uốn dẻo. Đồng còn được dùng trong sản xuất bo mạch in, chất bán dẫn, châm điện, tản nhiệt, ống chân không, và các thiết bị điện tử như máy tính, tivi, điện thoại di động. Đồng cũng được ứng dụng trong thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy.

Xây dựng

Đồng và hợp kim đồng được sử dụng để làm đồ dùng trang trí, kiến trúc, như mái vòm, cửa, tay nắm cửa, khóa cửa, bản lề, vòi nước và các vật dụng nội thất khác. Khả năng chống ăn mòn giúp các sản phẩm đồng giữ được tính thẩm mỹ và độ bền lâu dài trong môi trường khắc nghiệt. Đồng còn dùng trong hệ thống ống nước, đường ống dẫn dầu khí và thủy lợi.

Công nghiệp gia dụng và logistic 

Đồng được dùng trong sản xuất các thiết bị gia dụng như nồi, chảo, ấm đun nước, máy hút bụi, máy sấy tóc. Ngoài ra, đồng còn được dùng trong sản xuất các vật dụng đóng gói, vận tải hàng hóa, bật lửa, mắt lưới… nhờ tính dẻo và dễ gia công.

Y tế

Nhờ tính kháng khuẩn tự nhiên, đồng được sử dụng để sản xuất các dụng cụ y tế, đồ dùng nhà bếp và một số hợp chất đồng còn dùng trong y học.

Nội thất và kiến trúc

Đồng được sử dụng trong trang trí nội thất và ngoại thất, mang lại vẻ sang trọng, cổ điển với màu vàng đặc trưng. Đồng còn dùng để mạ trên các đồ vật, thiết bị nhằm tăng độ bền và tính thẩm mỹ cho công trình.

Giao thông vận tải

Đồng và hợp kim đồng xuất hiện trong các linh kiện ô tô, tàu thủy, máy bay như dây chuyền thủy lực, hệ thống kính rã đông, linh kiện điện tử, ghế ngồi, chân vịt tàu… nhờ khả năng chống ăn mòn và độ bền cao.

Nghệ thuật và tiền tệ

Đồng được dùng để đúc tượng, làm tiền xu, đồ trang sức, nhạc cụ như kèn, còi nhờ tính dễ dát mỏng và độ bền cao.

Ngoài ra, đồng còn có ưu điểm lớn là có thể tái chế 100% mà không làm giảm chất lượng, giúp bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên. Như vậy, đồng không chỉ là kim loại quan trọng trong công nghiệp điện tử, xây dựng mà còn gắn bó mật thiết với đời sống hàng ngày, từ các vật dụng gia đình đến các công trình kiến trúc và phương tiện giao thông. Việc tận dụng các tính năng ưu việt của đồng đã và đang góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển kinh tế bền vững.

Vai trò của đồng với cơ thể người

Đồng đóng vai trò sinh học rất quan trọng đối với cơ thể con người dù chỉ cần một lượng rất nhỏ. Đây là một nguyên tố vi lượng thiết yếu tham gia vào nhiều quá trình sinh lý quan trọng. Đồng hỗ trợ sản xuất năng lượng cho tế bào bằng cách là thành phần không thể thiếu của các enzym như cytochrome oxidase, giúp chuyển hóa oxy thành nước và tạo ra ATP – nguồn năng lượng chính của cơ thể.

Ngoài ra, đồng tham gia vào chuyển hóa sắt và lipid, giúp tổng hợp hemoglobin và các tế bào hồng cầu, từ đó nâng cao khả năng vận chuyển oxy trong máu. Đồng còn góp phần duy trì chức năng của hệ thần kinh, hệ miễn dịch và bảo trì màng tế bào hồng cầu, đồng thời hỗ trợ tạo xương và biến cholesterol thành dạng vô hại.

Đồng cũng có tác dụng bảo vệ cơ tim, hỗ trợ phát triển não bộ và kích thích hoạt động của các chất dẫn truyền thần kinh, giúp duy trì tinh thần minh mẫn và trạng thái tâm lý ổn định. Thiếu hụt đồng có thể gây ra các vấn đề sức khỏe như suy giảm miễn dịch, thiếu máu, mệt mỏi, rối loạn thần kinh và các bệnh về xương khớp.

Chính vì vậy, đồng là khoáng chất thiết yếu cần được bổ sung qua chế độ ăn uống với các thực phẩm giàu đồng như gan, thận, đậu nành, hải sản, vừng, gạo xay và các loại quả hồng. Việc duy trì mức đồng ổn định trong cơ thể góp phần bảo vệ sức khỏe tổng thể và phòng ngừa nhiều bệnh lý.

Một số câu hỏi về đồng là gì?

Copper là gì?

Copper chính là tên tiếng Anh của nguyên tố hóa học đồng, có ký hiệu là Cu trong bảng tuần hoàn nguyên tố. Đây là một kim loại màu đỏ cam, dẻo, mềm và có khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt. Đồng (copper) có số hiệu nguyên tử 29 và là một trong những kim loại được con người sử dụng từ rất sớm trong lịch sử do có thể khai thác và sử dụng trực tiếp từ dạng kim loại tự nhiên. Ngoài ra, copper còn được biết đến với tên gọi xuất phát từ tiếng Latinh là cuprum. Các hợp chất của đồng thường tồn tại ở dạng muối đồng(II) với màu xanh lam hoặc xanh lục đặc trưng

Khối lượng riêng của đồng là bao nhiêu?

Khối lượng riêng của đồng là 8,96 g/cm³ (tương đương 8960 kg/m³). Đây là giá trị tiêu chuẩn được xác định bởi các nhà khoa học và được áp dụng phổ biến trong kỹ thuật và công nghiệp. Khối lượng riêng này cho biết khối lượng của đồng trên một đơn vị thể tích, giúp nhận diện và phân loại vật liệu đồng trong thực tế. Giá trị này cũng cho thấy đồng có mật độ lớn hơn nhiều so với kim loại nhôm, khoảng gấp 3 lần, phản ánh đặc tính vật lý của đồng là kim loại nặng, chắc và bền. Ngoài ra, các loại hợp kim đồng như đồng thau, đồng brông hay đồng niken có khối lượng riêng dao động trong khoảng từ 7,4 đến 8,9 g/cm³ tùy thành phần hợp kim.

Đồng có màu gì?

Đồng nguyên chất thường có màu đỏ cam đặc trưng, đôi khi gọi là màu đồng đỏ. Khi mới được mài bóng hoặc trong điều kiện không khí ẩm, màu sắc của đồng có thể sáng hơn và hơi ngả sang đỏ nhạt hoặc tím nhẹ. Tuy nhiên, màu của đồng có thể thay đổi tùy thuộc vào thành phần hợp kim và môi trường tác động.

Ví dụ, các hợp kim đồng thau (đồng pha kẽm) có màu sắc đa dạng từ vàng đỏ, vàng, đến vàng nhạt hoặc thậm chí trắng tùy theo tỷ lệ kẽm trong hợp kim. Đồng đen (đồng thiếc) thường có màu tối hơn, gần như màu đen hoặc xám đen.

Ngoài ra, khi đồng tiếp xúc lâu với không khí và các tác nhân như nước, axit hoặc muối, bề mặt đồng có thể hình thành các lớp oxit hoặc muối đồng với màu sắc như xanh lam, xanh lá hoặc đen, tạo nên các sắc thái màu khác nhau trên bề mặt đồng.

Trên đây là tất cả những thông tin quan trọng về đồng là gì? Nguồn gốc và tính chất của đồng. Đồng là một nguyên tố kim loại quý giá với vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực từ điện tử, xây dựng đến y tế và nghệ thuật. Nhờ những đặc tính nổi bật và tính ứng dụng đa dạng, đồng không chỉ góp phần thúc đẩy sự phát triển công nghiệp mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống của con người trên toàn thế giới.