Au là chất gì? Vàng: tính chất, ứng dụng, điều chế

Trả lời nhanh

Au là kí hiệu hóa học của vàng, một kim loại quý nằm ở ô số 79, chu kì 6, nhóm IB trong bảng tuần hoàn. Vàng mềm, dẻo, màu vàng ánh kim, khối lượng riêng 19,3 g/cm³. Vàng có tính khử rất yếu nên không bị oxi hóa trong không khí và chỉ tan trong nước cường toan, dung dịch xianua hoặc thủy ngân.

Au là chất gì? Thông tin cơ bản về vàng

“Au” xuất phát từ tên Latinh aurum của vàng. Đây là một đơn chất kim loại, không phải hợp chất. Trong đời sống, ta gặp vàng ở dạng trang sức, vàng miếng, dây điện tử và cả lớp mạ mỏng trên bảng mạch.

Đặc điểm	Thông tin
Kí hiệu hóa học	Au
Số hiệu nguyên tử	79 (79 proton, 79 electron)
Nguyên tử khối	khoảng 197
Cấu hình electron	[Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s¹
Vị trí	Ô 79, chu kì 6, nhóm IB (kim loại chuyển tiếp)
Số oxi hóa thường gặp	+1 và +3 (bền hơn là +3 trong dung dịch)

Lưu ý: cấu hình của vàng là ngoại lệ, giống Cu và Ag. Electron “nhảy” từ 6s sang 5d để đạt phân lớp d bão hòa 5d¹⁰ bền hơn, nên lớp ngoài cùng chỉ còn 6s¹.

Tính chất vật lí của vàng

Kim loại màu vàng, ánh kim, rất mềm và dẻo. Có thể dát thành lá mỏng chỉ vài chục nanomet hoặc kéo thành sợi rất mảnh.
Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, chỉ kém bạc và đồng.
Khối lượng riêng lớn: khoảng 19,3 g/cm³, nặng gấp gần 2 lần chì kém chút, nặng hơn sắt (7,87 g/cm³) hơn 2 lần.
Nhiệt độ nóng chảy khoảng 1064 °C.

Mẹo nhớ: “Dẻo nhất – nặng nhất trong những kim loại hay gặp ở trang sức”. Vì quá mềm nên vàng nguyên chất phải pha thêm Ag, Cu để làm cứng.

Tính chất hóa học của vàng

Vàng là kim loại có tính khử rất yếu (thế điện cực chuẩn của cặp Au³⁺/Au khoảng +1,50 V, rất dương). Vì vậy:

Không bị oxi hóa bởi O₂ ở bất kì nhiệt độ nào. Đó là lí do vàng chôn dưới đất hàng nghìn năm vẫn sáng.
Không tan trong HCl, H₂SO₄ loãng, kể cả HNO₃ đặc hay H₂SO₄ đặc nóng.

1. Tác dụng với phi kim mạnh

Khi đun nóng, vàng phản ứng với Cl₂:

2Au + 3Cl₂ → 2AuCl₃ (đun nóng, tạo chất rắn màu đỏ nâu)

Xem thêm: Vàng(III) clorua AuCl3.

2. Tan trong nước cường toan

Nước cường toan là hỗn hợp 1 thể tích HNO₃ đặc và 3 thể tích HCl đặc. HNO₃ oxi hóa vàng, còn Cl^– tạo phức bền với Au³⁺ nên kéo cân bằng về phía vàng tan:

Au + HNO₃ + 4HCl → H[AuCl₄] + NO↑ + 2H₂O

Hiện tượng: vàng tan dần, tạo dung dịch màu vàng, có khí NO không màu hóa nâu đỏ ngoài không khí. Đây cũng là cách nhận biết vàng trong bài tập.

3. Tan trong dung dịch xianua kiềm khi có oxi

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

Phản ứng này dùng trong công nghiệp khai thác vàng. Xianua cực độc, nên được kiểm soát rất nghiêm ngặt.

4. Tạo hỗn hống với thủy ngân

Vàng hòa tan trong thủy ngân tạo hỗn hống Au–Hg. Đun nóng, thủy ngân bay hơi, còn lại vàng. Cách này từng dùng để tách vàng nhưng gây ô nhiễm thủy ngân nghiêm trọng.

Trạng thái tự nhiên và cách điều chế vàng

Vàng tồn tại chủ yếu ở dạng đơn chất (vàng tự sinh), lẫn trong quặng thạch anh hoặc khoáng sunfua, và trong cát sông (vàng sa khoáng). Vì vậy “điều chế” vàng thực chất là tách vàng ra khỏi quặng:

Nghiền quặng, tuyển nổi hoặc đãi để làm giàu.
Hòa tan vàng bằng dung dịch NaCN có sục không khí (phản ứng ở mục 3).
Khử phức bằng kẽm để thu vàng: 2Na[Au(CN)₂] + Zn → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au↓
Tinh chế bằng phương pháp điện phân để được vàng có độ tinh khiết cao.

Ứng dụng của vàng

Lĩnh vực	Ứng dụng
Trang sức, mỹ nghệ	Nhẫn, dây chuyền, dát vàng đồ thờ vì đẹp và không gỉ
Tài chính	Vàng miếng, tiền vàng, dự trữ giá trị
Điện tử	Mạ chân tiếp xúc, bảng mạch vì dẫn điện tốt, không bị oxi hóa
Y học, nha khoa	Trám răng, mão răng, một số thiết bị cấy ghép

Độ tinh khiết thường tính theo “tuổi vàng” (K): vàng 24K gần như nguyên chất, vàng 18K chứa 18/24 = 75% vàng về khối lượng, phần còn lại là Ag, Cu… để tăng độ cứng.

Các hợp chất quan trọng

Vàng(III) clorua AuCl3
Vàng(III) oxit Au2O3

So sánh với hai kim loại cùng nhóm IB: đồng (Cu) và bạc (Ag); hoặc kim loại quý platin (Pt).

Lỗi sai thường gặp

Viết “vàng tan trong HNO₃ đặc”. Sai, phải có đủ HCl đặc (nước cường toan).
Nhầm tỉ lệ nước cường toan thành 3 HNO₃ : 1 HCl. Đúng là 1 HNO₃ : 3 HCl theo thể tích.
Quên rằng Au cần cả chất oxi hóa lẫn chất tạo phức mới tan được.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Cho phương trình Au + HNO₃ + HCl → H[AuCl₄] + NO + H₂O. Tổng hệ số cân bằng (số nguyên tối giản) là bao nhiêu?

Đáp án: Au + HNO₃ + 4HCl → H[AuCl₄] + NO + 2H₂O, tổng hệ số 1 + 1 + 4 + 1 + 1 + 2 = 10.

Bài 2. Hòa tan hết 3,94 g vàng trong nước cường toan, thu được V lít NO (đktc, 22,4 L/mol). Tính V.

Đáp án: n_Au = 3,94 : 197 = 0,02 mol. Theo phương trình n_NO = n_Au = 0,02 mol, vậy V = 0,02 × 22,4 = 0,448 lít. (Kiểm tra bằng electron: Au → Au³⁺ + 3e, N⁺⁵ + 3e → N⁺², nên tỉ lệ 1 : 1.)

Bài 3. Một chiếc nhẫn vàng 18K nặng 10 g. Tính khối lượng vàng nguyên chất trong nhẫn.

Đáp án: 10 × 18/24 = 7,5 g.

Câu hỏi thường gặp

Au là chất gì, là đơn chất hay hợp chất?

Au là kí hiệu hóa học của vàng. Vàng là một đơn chất kim loại, gồm các nguyên tử cùng loại có số hiệu nguyên tử 79, không phải hợp chất.

Vì sao vàng không tan trong HNO3 đặc nhưng tan trong nước cường toan?

HNO3 đặc không đủ mạnh để oxi hóa Au thành ion bền trong dung dịch. Trong nước cường toan, HNO3 oxi hóa Au thành Au3+, còn ion Cl- tạo phức [AuCl4]- rất bền, làm giảm nồng độ Au3+ nên vàng tan.

Vàng 24K và 18K khác nhau thế nào?

Vàng 24K gần như nguyên chất, còn vàng 18K chứa 18/24 = 75% vàng theo khối lượng, phần còn lại là bạc, đồng hoặc kim loại khác để tăng độ cứng.

Vàng nằm ở vị trí nào trong bảng tuần hoàn?

Vàng ở ô số 79, chu kì 6, nhóm IB, thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp, với cấu hình electron [Xe]4f14 5d10 6s1.