Aluminum (Al: nhôm) – Lịch sử, công dụng, tính chất

Aluminum (Al) – Nhôm

Nhôm (Al), cũng được đánh vần là nhôm, nguyên tố hóa học, một kim loại nhẹ màu trắng bạc thuộc Nhóm chính 13 (nhóm IIIa, hoặc nhóm boron) của bảng tuần hoàn.

Nhôm là nguyên tố kim loại có nhiều nhất trong lớp vỏ Trái đất và là kim loại màu được sử dụng rộng rãi nhất. Do hoạt động hóa học của nó, nhôm không bao giờ xuất hiện ở dạng kim loại trong tự nhiên. Nhưng các hợp chất của nó hiện diện ở mức độ ít nhiều trong hầu hết các loại đá, thực vật và động vật.

Nhôm tập trung ở 16km (10 dặm) bên ngoài của lớp vỏ Trái đất. Trong đó nó chiếm khoảng 8% trọng lượng. Nó chỉ vượt quá số lượng của oxy và silicon. Tên nhôm có nguồn gốc từ tiếng Latin alum, được sử dụng để mô tả:

• Phèn kali
• Hoặc nhôm kali sunfat, KAl(SO4)2∙12H2O.

Thuộc tính phần tử
Số nguyên tử	13
Trọng lượng nguyên tử	26.9815384
Điểm nóng chảy	660 °C (1,220 °F)
Điểm sôi	2,467 °C (4,473 °F)
Trọng lượng riêng	2.70 (at 20 °C [68 °F])
Hóa trị	3
Cấu hình electron	1s22s22p63s23p1

Sự xuất hiện và lịch sử

Sự xuất hiện của Nhôm (Al)

Nhôm xuất hiện trong đá lửa chủ yếu ở dạng aluminosilicat trong fenspat, fenspat và mica. Trong đất có nguồn gốc từ chúng là đất sét; và sau quá trình phong hóa tiếp theo là bauxit và đá ong giàu sắt. Bauxite, hỗn hợp các oxit nhôm ngậm nước, là quặng nhôm chính.

Oxit nhôm kết tinh (đá nhám, corundum), xuất hiện trong một số loại đá lửa, được khai thác dưới dạng chất mài mòn tự nhiên hoặc ở dạng mịn hơn như hồng ngọc và ngọc bích. Nhôm có mặt trong các loại đá quý khác, chẳng hạn như:

• Topaz
• Garnet
• Chrysoberyl.

Trong số nhiều khoáng chất nhôm khác, alunite và cryolit có tầm quan trọng thương mại nhất định.

Trước 5000 năm trước Công nguyên, người dân Lưỡng Hà đã làm đồ gốm tinh xảo từ đất sét có thành phần chủ yếu là hợp chất nhôm. Và gần 4.000 năm trước, người Ai Cập và người Babylon đã sử dụng hợp chất nhôm trong nhiều loại hóa chất và thuốc men. Pliny đề cập đến phèn, ngày nay được gọi là phèn, một hợp chất của nhôm được sử dụng rộng rãi trong thế giới cổ đại và trung cổ để cố định thuốc nhuộm trong hàng dệt. Vào nửa sau thế kỷ 18, các nhà hóa học như Antoine Lavoisier đã công nhận alumina là nguồn kim loại tiềm năng.

Lịch sử của Nhôm (Al)

Nhôm thô được nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Ørsted cô lập (1825) bằng cách khử nhôm clorua bằng hỗn hống kali. Nhà hóa học người Anh Sir Humphry Davy đã điều chế (1809) một hợp kim sắt-nhôm bằng cách điện phân alumina nung chảy (nhôm oxit) và đã đặt tên cho nguyên tố này là nhôm. Từ này sau đó được đổi thành nhôm ở Anh và một số nước châu Âu khác. Nhà hóa học người Đức Friedrich Wöhler, sử dụng kim loại kali làm chất khử, đã tạo ra bột nhôm (1827) và các hạt kim loại nhỏ (1845). Từ đó ông có thể xác định một số tính chất của nó.

Kim loại mới được giới thiệu tới công chúng (1855) tại Triển lãm Paris vào khoảng thời gian nó được bán ra thị trường (với số lượng nhỏ với chi phí lớn). Bằng cách khử natri của nhôm clorua nóng chảy thông qua quy trình Deville. Khi năng lượng điện trở nên tương đối dồi dào và rẻ, gần như đồng thời Charles Martin Hall ở Hoa Kỳ và Paul-Louis-Toussaint Héroult ở Pháp đã phát hiện ra (1886) phương pháp sản xuất nhôm thương mại hiện đại: “điện phân alumina tinh khiết (Al2O3) hòa tan trong cryolite nóng chảy (Na3AlF6)”.

Trong những năm 1960, nhôm đã đứng đầu, trước đồng, trong sản xuất kim loại màu trên thế giới. Để biết thêm thông tin cụ thể về khai thác, tinh chế và sản xuất nhôm, hãy xem chế biến nhôm.

Công dụng và tính chất

Công dụng của Nhôm (Al)

Nhôm được thêm một lượng nhỏ vào một số kim loại nhất định. Để cải thiện tính chất của chúng cho những mục đích sử dụng cụ thể, như:

• Trong đồng nhôm và hầu hết các hợp kim gốc magie
• Hoặc, đối với hợp kim gốc nhôm, một lượng vừa phải các kim loại khác và silicon được thêm vào nhôm.

Kim loại và hợp kim của nó được sử dụng rộng rãi trong:

• Chế tạo máy bay
• Vật liệu xây dựng
• Đồ dùng tiêu dùng (tủ lạnh, điều hòa không khí, dụng cụ nấu ăn)
• Dây dẫn điện
• Hóa chất
• Thiết bị chế biến thực phẩm.

Tính chất của Nhôm (Al)

Nhôm nguyên chất (99,996%) khá mềm và yếu. Nhôm thương mại (99 đến 99,6%nguyên chất) với một lượng nhỏ silicon và sắt rất cứng và chắc.

Dễ uốn và rất dễ uốn. Nhôm có thể được kéo thành dây hoặc cuộn thành lá mỏng. Kim loại này chỉ dày đặc khoảng một phần ba so với sắt hoặc đồng. Mặc dù có hoạt tính hóa học nhưng nhôm vẫn có khả năng chống ăn mòn cao. Vì trong không khí có một lớp màng oxit cứng và dai hình thành trên bề mặt của nó.

Nhôm là chất dẫn nhiệt và điện tuyệt vời. Độ dẫn nhiệt của nó bằng khoảng một nửa độ dẫn nhiệt của đồng; độ dẫn điện của nó, khoảng hai phần ba. Nó kết tinh theo cấu trúc lập phương tâm mặt. Tất cả nhôm tự nhiên là nhôm đồng vị ổn định-27. Nhôm kim loại và oxit và hydroxit của nó không độc hại.

Nhôm bị hầu hết các axit loãng tấn công chậm và tan nhanh trong axit clohydric đậm đặc. Tuy nhiên, axit nitric đậm đặc có thể được vận chuyển bằng ô tô chở bằng nhôm vì nó làm cho kim loại bị động. Ngay cả nhôm rất tinh khiết cũng bị các chất kiềm như natri và kali hydroxit tấn công mạnh mẽ để tạo ra hydro và ion aluminat. Do có ái lực lớn với oxy, nhôm được chia mịn. Nếu đốt cháy sẽ tạo ra carbon monoxide hoặc carbon dioxide tạo thành nhôm oxit và cacbua. Nhưng ở nhiệt độ lên đến nhiệt đỏ, nhôm trơ với lưu huỳnh.

Nhôm có thể được phát hiện ở nồng độ thấp tới một phần triệu bằng phương pháp quang phổ phát xạ. Nhôm có thể được phân tích định lượng dưới dạng:

• Oxit (công thức Al2O3)
• Hoặc dưới dạng dẫn xuất của hợp chất nitơ hữu cơ 8-hydroxyquinoline.

Đạo hàm có công thức phân tử Al(C9H6ON)3.

Các hợp chất

Thông thường, nhôm có hóa trị ba. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, một số hợp chất khí hóa trị một và hóa trị hai đã được điều chế (AlCl, Al2O, AlO). Trong nhôm, cấu hình của ba electron bên ngoài sao cho trong một số hợp chất (ví dụ, nhôm florua tinh thể [AlF3] và nhôm clorua [AlCl3]), ion trần, Al3, được hình thành do mất các electron này, được biết là xảy ra.

Tuy nhiên, năng lượng cần thiết để tạo thành ion Al3 là rất cao, và trong phần lớn các trường hợp, nguyên tử nhôm sẽ thuận lợi hơn về mặt năng lượng để tạo thành các hợp chất cộng hóa trị bằng cách lai hóa sp2, giống như boron. Ion Al3 có thể được ổn định bằng quá trình hydrat hóa và ion bát diện [Al(H2O)6]3 xuất hiện cả trong dung dịch nước và trong một số muối.

Một số hợp chất nhôm có ứng dụng công nghiệp quan trọng. Alumina, xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng corundum, cũng được điều chế thương mại với số lượng lớn để sử dụng trong:

• Sản xuất kim loại nhôm
• Sản xuất chất cách điện, bugi đánh lửa
• Và nhiều sản phẩm khác.

Khi đun nóng, alumina phát triển một cấu trúc xốp, cho phép nó hấp thụ hơi nước. Dạng oxit nhôm này, còn được gọi là alumina hoạt tính, được sử dụng để làm khô khí và một số chất lỏng. Nó cũng đóng vai trò là chất mang cho chất xúc tác của các phản ứng hóa học khác nhau.

Ôxít nhôm anốt (AAO), thường được sản xuất thông qua quá trình oxy hóa điện hóa của nhôm. Là vật liệu dựa trên nhôm có cấu trúc nano với cấu trúc rất độc đáo. AAO chứa các lỗ hình trụ cung cấp nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Nó là một hợp chất ổn định về nhiệt và cơ học. Đồng thời có tính trong suốt về mặt quang học và là chất cách điện. Kích thước lỗ và độ dày của AAO có thể dễ dàng được điều chỉnh để phù hợp với một số ứng dụng nhất định. Bao gồm hoạt động như một khuôn mẫu để tổng hợp vật liệu thành ống nano và thanh nano.

Một hợp chất chính khác là nhôm sunfat. Một loại muối không màu thu được do tác dụng của axit sulfuric với oxit nhôm ngậm nước. Dạng thương mại là chất rắn kết tinh ngậm nước có công thức hóa học Al2(SO4)3.

Nó được sử dụng rộng rãi trong:

• Sản xuất giấy làm chất kết dính cho thuốc nhuộm
• Làm chất độn bề mặt.

Nhôm sunfat kết hợp với sunfat của kim loại hóa trị một để tạo thành sunfat kép ngậm nước gọi là phèn. Các phèn, muối kép có công thức MAl(SO4)2 ·12H2O (trong đó M là cation tích điện đơn như K ), cũng chứa ion Al3. M có thể là cation của natri, kali, rubidium, Caesium, amoni hoặc thallium và nhôm có thể được thay thế bằng nhiều loại ion M3 khác. Ví dụ:

• Gali
• Indi
• Titan
• Vanadi
• Crom
• Mangan
• Sắt
• Coban…

Điều quan trọng nhất trong số các muối đó là nhôm kali sunfat, còn được gọi là phèn kali hoặc phèn kali. Những phèn chua này có nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong sản xuất thuốc, dệt may và sơn.

Phản ứng của khí clo với kim loại nhôm nóng chảy tạo ra nhôm clorua. Chất thứ hai là chất xúc tác được sử dụng phổ biến nhất trong các phản ứng Friedel-Crafts. Tức là các phản ứng hữu cơ tổng hợp liên quan đến việc điều chế nhiều loại hợp chất. Bao gồm:

• Xeton thơm
• Anthroquinone
• Và các dẫn xuất của nó.

Nhôm clorua ngậm nước, thường được gọi là nhôm chlorohydrat, AlCl3∙H2O, được sử dụng làm chất chống mồ hôi tại chỗ hoặc chất khử mùi cơ thể, hoạt động bằng cách làm se khít lỗ chân lông. Nó là một trong một số muối nhôm được ngành công nghiệp mỹ phẩm sử dụng.

Nhôm hydroxit, Al(OH)3, được sử dụng để chống thấm vải và sản xuất một số hợp chất nhôm khác. Bao gồm muối gọi là aluminat có chứa nhóm AlO−2.

Với hydro, nhôm tạo thành nhôm hydrua, AlH3, một chất rắn polyme từ đó tạo ra tetrohydroaluminat (chất khử quan trọng). Lithium nhôm hydrua (LiAlH4), được hình thành bởi phản ứng của nhôm clorua với lithium hydrua, được sử dụng rộng rãi trong hóa học hữu cơ. Ví dụ: để khử aldehyd và xeton thành rượu bậc một và bậc hai.

 

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI KỸ THUẬT VŨ TẤN

Địa chỉ: 118/48/33 Đ.Liên khu 5-6, P.Bình Hưng Hòa B, Q.Bình Tân, Tp.HCM

Mail: info@vutanco.com | Website: www.vutanco.com | Fanpage: facebook.com/congtyvutan

Điện thoại: 0909930075 – 0938343118