Nguyên tắc điều chế kim loại cơ bản và 1 số phương pháp điều chế

Nguyên tắc điều chế kim loại cơ bản là gì? Đây là vấn đề được nhiều người mới làm nghề thắc mắc. Ngoài ra, các phương pháp để điều chế kim loại cũng rất quan trọng để vận dụng vào lĩnh vực sản xuất. Các nguyên tắc trong bài viết dưới đây sẽ cho biết chi tiết.

Nguyên tắc điều chế kim loại cần nhớ

Khi thực hiện điều chế kim loại, có một số nguyên tắc quan trọng mà người làm cần phải nhớ. Trong thế giới tự nhiên, đa phần những kim loại đều tồn tại ở dạng hợp chất. Trừ ra một số ít kim loại như: platin, vàng… chúng tồn tại dưới dạng tự do.

Trong hợp chất đó thì kim loại sẽ tồn tại dưới dạng ion dương. Cho nên, nguyên tắc điều chế kim loại là phải khử được các ion kim loại thành dạng nguyên tử. Nói đơn giản thì cần phải tách những hợp chất chứa kim loại cần điều chế. Chúng được tách ra để tạo thành nguyên tử chứa kim loại độc lập.

Trong điều chế kim loại, phương trình phản ứng tổng quát cụ thể là:

Mⁿ⁺ + ne -> M

Những phương pháp điều chế kim loại cơ bản

Khi đã hiểu về nguyên tắc điều chế kim loại, tiếp theo chính là các phương pháp để điều chế kim loại cơ bản. Đây là vấn đề được nhiều người quan tâm trong lĩnh vực này. Các phương pháp điều chế kim loại có thể kể đến như:

Phương pháp thủy luyện

Phương pháp thủy luyện chính là cách sử dụng kim loại tự do có tính khử mạnh để đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của nó. Phương pháp này chủ yếu sử dụng trong phòng thí nghiệm. Mục đích là để điều chế các kim loại có tính khử yếu như: Ag, Pb, Cu…

Nhưng khi áp dụng phương pháp thủy luyện cũng có điều mà mọi người cần phải lưu ý. Chính là các điều kiện để kim loại A có thể đẩy được kim loại B ra khỏi dung dịch muối của nó. Cụ thể như sau:

Điểu kiện thứ nhất: sự hoạt động của kim loại A phải mạnh hơn kim loại B (tức là trong dãy điện hóa thì A sẽ đứng trước B).

Điều kiện thứ 2: cả kim loại A và kim loại B đều phải là loại không tan trong nước ở điều kiện thường.

Điều kiện 3: muối B (nguyên tố tham gia phản ứng) và muối của A (nguyên tố tạo thành) đều phải là muối tan.

Phương pháp nhiệt luyện

Tiếp theo trong nguyên tắc điều chế kim loại chính là phương pháp nhiệt luyện. Phương pháp này sử dụng chất khử thích hợp như CO, C, Al, H2. Chúng có tác dụng khử ion kim loại trong oxit của chúng ở mức nhiệt độ cao.

Nhiệt luyện là phương pháp thường ứng dụng trong công nghiệp với kim loại có tính khử trung bình đến yếu (tức là các kim loại sau Al). Nhưng khi áp dụng phương pháp này thì cần lưu ý đến một số điều như sau:

Để có thể thu được kim loại tinh khiết thì nên sử dụng CO hoặc H2 dư (bởi khí dư sẽ thoát ra và không ảnh hưởng đến độ tinh khiết của kim loại cần điều chế).

Còn nếu như sử dụng CO thiếu để khử oxit sắt ở nhiệt độ cao (do sắt có nhiều hóa trị) thì quá trình phản ứng sẽ xảy ra theo từng giai đoạn.

Phương pháp nhiệt luyện có thể sử dụng nhiệt để phân hủy một số loại hợp chất của các kim loại yếu. Qua đó điều chế nên các kim loại tự do.

Nếu trong trường hợp quặng là sunfua kim loại, ví dụ như Cu2S, ZnS, FeS2…thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại. Tiếp theo đó sẽ tiến hành khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp.

Phương pháp điện phân

Trong nguyên tắc điều chế kim loại, phương pháp điện phân cũng được nhiều người áp dụng. Phương pháp này sử dụng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại thành kim loại tự do. Điện phân có thể dùng để điều chế được hầu hết các kim loại.

Nhưng khá với phản ứng oxi hóa khử thông thường, phản ứng này là do tác dụng của điện năng cùng các chất trong môi trường điện phân. Chúng cũng không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn.

Một số phương pháp điện phân có thể áp dụng như:

Điện phân chất điện li nóng chảy

Phương pháp điện li nóng chảy có thể điều chế được đa phần các kim loại. Nhưng cũng chỉ điều chế các kim loại như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al bởi nó tốn kém hơn phương pháp điện phân dung dịch.

Điện phân dung dịch chất điện li trong nước

Phương pháp này được áp dụng để điều chế các loại kim loại trung bình, yếu sau Al. Nếu tiến hành điện phân dung dịch mà có các ion K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+ thì nước sẽ tham gia điện phân. Còn nếu trong dung dịch mà có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước.

Định luật Faraday

Nguyên tắc điều chế kim loại trong định luật Faraday là khối lượng chất giải phóng trong mỗi điện cực sẽ tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất.

Trên đây là nguyên tắc điều chế kim loại cùng một số phương pháp để điều chế kim loại. Hy vọng sẽ là kiến thức hữu ích cho bạn trong công việc của mình.