A. Nhôm
I. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử
Nhôm [Al] ở ô số 13, thuộc nhóm IIIA, chu kì 3 của bảng tuần hoàn.
Cấu hình electron nguyên tử: 1s22s22p63s23p1; viết gọn là [Ne]3s23p1.
Nhôm dễ nhường cả 3 electron hóa trị nên có số oxi hóa +3 trong các hợp chất.
II. Tính chất vật lí
Nhôm là kim loại màu trắng bạc, nóng chảy ở 660oC, khá mềm, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng. Có thể dát được những lá nhôm mỏng 0,01 mm dùng làm giấy gói kẹo, gói thuốc lá,...
Nhôm là kim loại nhẹ [D = 2,7 g/cm3], dẫn điện tốt [gấp 3 lần sắt, bằng 2/3 lần đồng] và dẫn nhiệt tốt [gấp 3 lần sắt].
III. Tính chất hóa học
Nhôm là kim loại có tính khử mạnh, chỉ sau kim loại kiềm và kiềm thổ, nên dễ bị oxi hóa thành ion dương.
$Al \to A{l^{3 + }} + 3e$
1. Tác dụng với phi kim
Nhôm khử dễ dàng các nguyên tử phi kim thành ion âm.
- Tác dụng với halogen:
Bột nhôm tự bốc cháy khi tiếp xúc với khí clo.
- Tác dụng với oxi
Khi đốt, bột nhôm cháy trong không khí với ngọn lửa sáng chói, tỏa nhiều nhiệt.
Nhôm bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có màng oxit Al2O3 rất mỏng và bền bảo vệ.
2. Tác dụng với axit
- Nhôm khử dễ dàng ion H+ trong dung dịch HCl và H2SO4 loãng thành khí H2.
- Nhôm tác dụng mạnh với dung dịch HNO3 loãng, HNO3 đặc, nóng và H2SO4 đặc, nóng. Trong các phản ứng này, Al khử $\mathop N\limits^{ + 5} $ hoặc $\mathop S\limits^{ + 6} $ xuống số oxi hóa thấp hơn.
- Nhôm bị thụ động bởi dung dịch axit HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc, nguội nên có thể dùng thùng nhôm để chuyên chở những axit đặc, nguội này.
3. Tác dụng với oxit kim loại
Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều ion kim loại trong oxit.
Thí dụ phản ứng giữa bột nhôm và sắt oxit gọi là phản ứng nhiệt nhôm. Nhiệt lượng do phản ứng tỏa ra lớn làm sắt nóng chảy nên phản ứng này được dùng để điều chế một lượng nhỏ sắt nóng chảy khi hàn đường ray.
4. Tác dụng với nuớc
Nếu phá bỏ lớp oxit trên bề mặt nhôm [hoặc tạo thành hỗn hống Al - Hg], thì nhôm sẽ tác dụng với nước ở nhiệt độ thường.
Nhôm không tác dụng với nước, dù ở nhiệt độ cao là vì trên bề mặt của nhôm được phủ kín một lớp Al2O3 rất mỏng, bền và mịn, không cho nước và khí thấm qua.
5. Tác dụng với dung dịch kiềm
Al2O3 là oxit lưỡng tính nên lớp màng mỏng Al2O3 trên bề mặt nhôm tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra muối tan. Khi không còn màng oxit bảo vệ, nhôm sẽ tác dụng với nước tạo ra Al[OH]3 và giải phóng khí H2; Al[OH]3 là hiđroxit lưỡng tính nên tác dụng tiếp với dung dịch kiềm.
Như vậy, nhôm có thể tan trong dung dịch kiềm và giải phóng khí hiđro.
IV. Ứng dụng và trạng thái tự nhiên
1. Ứng dụng
- Nhôm và hợp kim của nhôm có ưu điểm là nhẹ, bền đối với không khí và nước nên được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ.
- Nhôm và hợp kim của nhôm có màu trắng bạc, đẹp nên được dùng trong xây dựng nhà cửa và trang trí nội thất.
- Nhôm nhẹ, dẫn điện tốt nên được dùng làm dây dẫn điện thay cho đồng. Do dẫn nhiệt tốt, ít bị gỉ và không độc nên nhôm được dùng làm dụng cụ nhà bếp.
- Bột nhôm trộn với bột sắt oxit [gọi là hỗn hợp tecmit] để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm dùng hàn đường ray.
2. Trạng thái tự nhiên
Nhôm là kim loại hoạt động mạnh nên trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Nhôm là nguyên tố đứng hàng thứ ba sau oxi và silic về độ phổ biến trong vỏ Trái Đất. Hợp chất của nhôm có mặt khắp nơi, như có trong đất sét [Al2O3.2SiO2.2H2O], mica [K2O.Al2O3.6SiO2], boxit [Al2O3.2H2O], criolit [3NaRAlF3],...
V. Sản xuất nhôm
Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân nhôm oxit nóng chảy.
1. Nguyên liệu
Nguyên liệu là quặng boxit Al2O3.2H2O. Boxit thường lẫn tạp chất là Fe2O3 và SiO2. Sau khi loại bỏ tạp chất bằng phương pháp hóa học thu được Al2O3 gần nguyên chất.
2. Điện phân nhôm oxit nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 rất cao [2050oC], vì vậy phải hòa tan Al2O3 trong criolit nóng chảy để hạ nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp xuống 900oC.
- Quá trình điện phân:
Cực âm [catot] của thùng điện phân là một tấm than chì nguyên chất được bố trí ở đáy thùng. Ở catot xảy ra quá trình khử ion Al3+ thành Al.
Nhôm nóng chảy được định kì tháo ra từ đáy thùng.
Cực dương [anot] cũng là những khối than chì lớn. Ở anot xảy ra quá trình oxi hoá ion O2- thành khí O2.
Khí O2 ở nhiệt độ cao đốt cháy C thành khí CO và CO2. Vì vậy, sau một thời gian phải thay thế điện cực dương.
B. Một số hợp chất quan trọng của nhôm
I. Nhôm oxit
1. Tính chất
Nhôm oxit [Al2O3] là chất rắn, màu trắng, không tan trong nước và không tác dụng với nước, nóng chảy ở trên 2050oC.
Nhôm oxit là oxit lưỡng tính, vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ.
2. Ứng dụng
Trong tự nhiên, nhôm oxit tồn tại dưới dạng ngậm nước và dạng khan.
- Dạng oxit ngậm nước là thành phần chủ yếu của quặng boxit [Al2O3.2H2O] dùng để sản xuất nhôm.
- Dạng oxit khan, có cấu tạo tinh thể là đá quý ít phổ biến, thường gặp là:
- Corinđon ở dạng tinh thể trong suốt, không màu, rất rắn, được dùng để chế tạo đá mài, giấy nhám,...
- Trong tinh thể Al2O3, nếu một số ion Al3+ được thay bằng ion Cr3+ ta có hồng ngọc dùng làm đồ trang sức, chân kính đồng hồ và dùng trong kĩ thuật laze.
- Tinh thể Al2O3 có lẫn tạp chất Fe2+, Fe3+ và Ti4+ ta có saphia dùng làm đồ trang sức.
- Bột nhôm oxit dùng trong công nghiệp sản xuất chất xúc tác cho tổng hợp hữu cơ.
II. Nhôm hiđroxit
Nhôm hiđroxit [Al[OH]3] là chất rắn, màu trắng, kết tủa ở dạng keo.
Al[OH]3 là hiđroxit lưỡng tính.
Nhôm hiđroxit thể hiện tính bazơ trội hơn tính axit. Do có tính axit nên nhôm hiđroxit còn có tên là axit aluminic. Axit aluminic là axit rất yếu, yếu hơn axit cacbonic.
III. Nhôm sunfat
Muối nhôm sunfat khan tan trong nước tỏa nhiệt làm dung dịch nóng lên do bị hiđrat hóa.
Muối nhôm sunfat có nhiều ứng dụng nhất là muối sunfat kép của nhôm và kali ngậm nước gọi là phèn chua, công thức: K2SO4.Al2[SO4]3. 24H2O, hay viết gọn là: KAl[SO4]2.2H2O. Phèn chua được dùng trong ngành thuộc da, công nghiệp giấy, chất cầm màu trong ngành nhuộm vải, chất làm trong nước,...
Trong công thức hóa học trên, nếu thay ion K+ bằng Li+, Na+ hay NH4+ ta được các muối kép khác có tên chung là phèn nhôm [nhưng không gọi là phèn chua].
IV. Cách nhận biết ion Al3+ trong dung dịch
Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch thí nghiệm, nếu thấy có kết tủa keo xuất hiện rồi tan trong NaOH dư thì chứng tỏ có ion Al3+.
Page 2
SureLRN
Trong các ứng dụng được cho là của nhôm dưới đây, có mấy ứng dụng chưa chính xác?
1. Làm vật liệu chế tạo ô tô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ.
2. Sản xuất thiết bị điện [dây điện], trao đổi nhiệt [dụng cụ đun nấu].
3. Sản xuất, điều chế các kim loại quý hiếm [Au, Pt, Ag].
4. Làm khung cửa, trang trí nội thất và mạ đồ trang sức.
5. Chế tạo hỗn hợp tecmit, được dùng để hàn gắn đường ray.
Nhôm [bắt nguồn từ tiếng Pháp: aluminium, phiên âm tiếng Việt là: a-luy-mi-nhôm] là 1 nguyên tố hóa học có trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al, có số nguyên tử bằng 13.
Nhôm là kim loại có màu trắng bạc, khá mềm, rất nhẹ và có thể dẫn được điện, nhiệt tốt. Nhôm không độc và có chúng khả năng chống mài mòn rất tốt. So với các kim loại khác thì nhôm được sử dụng nhiều trong đời sống và trong các ngành công nghiệp phổ biến, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất ô tô. Kim loại Nhôm có độ phản chiếu cao cũng như có đặc tính dẫn nhiệt và dẫn điện lớn. Nhôm là kim loại không độc hại và có tính chống mài mòn. Nhôm cũng là kim loại có rất nhiều thành phần trong đó.
Trong tự nhiên rất khó để tìm được nguồn khoáng sản nhôm nguyên chất, thông thường kim loại này được tìm thấy khi đã được kết hợp cùng oxygen cùng với những nguyên tố khác. Người ta vẫn thường gọi chúng là hợp kim nhôm.
Giá nhôm hiện nay trên thị trường
- Giá nhôm mới nguyên liệu từ 42.000đ -50.000đ/kg
- Giá nhôm phế liệu từ 35.000đ – 40.000đ/kg
Mức giá mua nhôm phế liệu còn phụ thuộc vào công ty thu mua phế liệu đó lớn hay không và số lượng hàng hóa cũng như giá cả thị trường quốc tế nữa.
Đặc điểm tính chất cơ bản của nhôm
Một trong những tính chất nổi bật nhất của nhôm chính là kim loại nhẹ. So với sắt thép, nhôm chỉ nặng ⅓ trọng lượng. Điều này sẽ giải thích vì sao nhôm luôn được dùng nhiều trong các ngành chế tạo các thiết bị cần quan tâm đến trọng lượng như cửa, máy bay, linh kiện trên không, máy móc.
Nhôm có thể dẫn được điện. Mặc dù tính dẫn điện kém hơn đồng nhưng nhôm được sử dụng phổ biến khi dùng để truyền cùng dòng điện.
Nhôm có tính dẻo. Tính dẻo tạo sự thuận tiện trong sản xuất ra các sản phẩm có dạng tấm, lá, băng hoặc là ép chảy thành các thanh như khung cửa. Khung cửa nhôm các loại hiện nay trên thị trường rất phổ biến.
Một trong những nhược điểm chính không tốt của nhôm đó chính là độ cứng và độ bền khá thấp. Giá trị sử dụng không cao và dễ hư hỏng sau một thời gian dài.
Trong bảng tuần hoàn hóa học, kim loại nhôm ở vị trí số 13, chu kỳ 3 và thuộc nhóm IIIA. Đây là 1 chất thường thấy trong tự nhiên. Vậy ở trạng thái trong môi trường tự nhiên, nhôm thường ở những dạng nào và chúng có tính chất vật lý của nó ra sao?
Trạng thái tự nhiên của nhôm
Nhôm là kim loại được tìm thấy phía bên trong vỏ trái đất [chiếm số lượng rất ít, khoảng 8%]. Trong tự nhiên, kim loại nhôm thường có trong các hợp chất như là đất sét, boxit hay criolit.
Ví dụ:
- Trong đất sét, nhôm thuộc hợp chất của các chất: Al2O3.2Sio2.2H2O.
- Trong mica là hợp chất của: K2O.Al2O3.6Sio2.2H2O.
- Trong Boxit chúng có : Al2O3.nH2O.
- Trong criolit Criolit nhôm có: 3NaF.AlF3 hay [Na3AlF6].
Tính chất vật lý của nhôm
Đặc điểm của nhôm là chính có cấu trúc mạng lập phương tâm diện. . Kim loại Nhôm nóng chảy ở nhiệt độ 660oC. Khối lượng riêng của nhôm là 2,7 g/cm3. Ngoài ra, khi nhắc tới tính chất của nhôm, và cụ thể là cá tính chất vật lý, ta không thể không nhắc tới đặc tính dẫn điện của nhôm hay dẫn nhiệt tốt của hợp chất này. Bằng mắt thường, ta có thể thấy nhôm có màu trắng bạc, bền, cứng và dai. Con người có thể dễ dàng kéo sợi hay dát mỏng nhôm hoặc đúc khối làm chi tiết máy.
Những tính chất hóa học cơ bản của nhôm chính xác dưới đây sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về kim loại nhôm phản ứng được với hợp chất nào và trong nhôm có những hợp chất nào nhé.
Tác dụng với dung dịch muối
Nhôm – Al có thể đẩy được kim loại đứng sau trong dãy hoạt động kim loại được tách ra khỏi dung dịch muối của chúng: 2Al + 3CuSO4 => Al2[SO4]3 + 3Cu
Tác dụng với các phi kim
Trên thực tế thì tất cả các vật liệu được làm từ kim loại nhôm cũng đều có 1 lớp oxit bảo vệ trên toàn bộ bề mặt. Kim loại Nhôm phản ứng được với oxi trên cả bề mặt của chúng. Vì khi xảy ra phản ứng hóa học này, kim loại nhôm sẽ tạo ra 1 lớp màng oxit bao phủ bề mặt. Qua đó chúng sẽ được bảo vệ và ngăn cản nhôm tác dụng với oxi để sau đó tạo ra oxit: 2Al + 3O2 => Al2O3
Al2O3 là 1 oxit lưỡng tính, vì thế tính chất hóa học của nhôm ôxít Al2O3 sẽ thuộc dạng một oxit lưỡng tính. Tức là chúng có thể phản ứng với cả bazơ và axit.
Bên cạnh đó, kim loại nhôm còn phản ứng được với các loại phi kim khác để tạo ra muối.
Ví dụ:
- 2Al kết hợp với 3Cl2 tạo ra 2AlCl3
- 2Al kết hợp với 3S tạo ra Al2S3
Tác dụng với nước
Trên thực tế, nhôm sẽ không phản ứng được với nước [H2O] vì chúng được bảo vệ bởi lớp oxit mỏng. Khi lớp oxit này được phá bỏ, nguyên tố nhôm sẽ phản ứng trực tiếp với nước.
2Al kết hợp 6H2O tạo ra 2Al[OH]3 và 3H2
Tính Tác dụng với oxit của kim loại kém hoạt động hơn [ phản ứng nhiệt nhôm ]
Nhôm có thể khử được oxit của các kim loại đứng sau chúng trong dãy hoạt động hóa học:
2Al kết hợp 3FeO tạo ra Al2O3 + 3Fe
Tác dụng với dung dịch axit
Với những loại axit khác nhau, kim loại nhôm sẽ có phản ứng khác nhau.
Cụ thể:
- Khi trộn các axit HCl và H2SO4 loãng thì nhôm có thể dễ dàng phản ứng và tạo ra muối và cả hidro: 2Al + 6HCl => 2AlCl3 + 3H2
- Khi trộn H2SO4 loãng: 2Al + 3H2SO4 => Al2[SO4]3 + 3H2
- Khi trộn các axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc:
- Khi trộn Al + 4HNO3 => Al[NO3]3 + NO + 2H2O
- Khi trộn Al + 6HNO3 => Al[NO3]3 + 3NO2 + 3H2O
- Khi trộn 2Al + 6H2SO4 => Al2[SO4]3 + 3SO2 + 6H2O
Tác dụng với dung dịch bazơ
Nhôm Al có thể dễ dàng tham gia những phản ứng với các dung dịch kiềm như: Al + NaOH + H2O tạo ra NaAlO2 + 1,5 H2
Trước tiên, Nhôm tham gia phản ứng với nước sau đó sẽ sinh ra Al [ OH ] 3. Và đây là một hidroxit lưỡng tính chúng có thể tan được trong dung dịch kiềm.
Phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm chính là phản ứng hóa học toả nhiệt trong đó kim loại nhôm là chất khử ở nhiệt độ cao. Ví dụ chúng nổi bật nhất là phản ứng nhiệt nhôm giữa nguyên tố oxit sắt III và nhôm:
- Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3
Một số phản ứng hóa học khác như:
- 3Mn3O4 + 8 Al → 4 Al2O3 + 9 Mn
- Cr2O3 + 2 Al→ Al2O3 + 2 Cr
- 3CuO+ 2Al → Al2O3 + 3Cu
- 8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe
Phản ứng này sẽ được sử dụng để khử oxit kim loại mà không sử dụng cacbon. Phản ứng này sẽ toả nhiệt rất cao, nhưng nó có một dạng ăng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử trong chất kim loại rắn phải được phá vỡ trước. Oxit kim loại sẽ được đun nóng với nhôm trong một lò đun. Phản ứng này sẽ chỉ có thể sử dụng để sản xuất số lượng nhỏ vật liệu.
Phản ứng nhiệt nhôm còn được sử dụng dùng để điều chế các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao [ như crôm hay Von farm ]. Do chúng có tính chất thụ động với HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội, người ta sẽ sử dụng thùng nhôm để có thể chuyên chở hai loại axit này.
Người ta thường sử dụng tất cả các phản ứng này để hàn đường sắt tại chỗ, dùng khá tốt cho việc cài đặt phức tạp hoặc sửa chữa tại chỗ và không thể được thực hiện bằng cách sử dụng cách hàn đường sắt liên. Phản ứng nhiệt nhôm cũng thường được sử dụng để sản xuất phần lớn hợp kim sắt, ví dụ như ferrovanadium từ Vanadi oxit và ferroniobium từ niobium pentoxit. Các kim loại khác cũng sẽ được sản xuất bằng phương pháp này.
Ứng dụng của nhôm và điều chế nhôm
Ứng dụng của nhôm
Kim loại Nhôm có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Kim loại này còn được dùng để tạo thành vỏ máy bay do độ bền chắc và tính mỏng nhẹ của nó. Nhôm cũng thường được dùng để sản xuất các thiết bị và dụng cụ sinh hoạt như là nồi, chảo, các loại cửa, các đường dây tải điện,…
Chúng ta sẽ dễ dàng có thể thấy rằng kim loại nhôm được phổ biến và ứng dụng rất nhiều trong đời sống chẳng hạn như là:
Trong ngành xây dựng
Ngành xây dựng sẽ được ứng dụng nhôm làm:
- Vách ngăn;
- Cửa đi chính;
- Mặt dựng;
- Mái hiên;
- Cửa sổ, cửa lùa;
- Khung sườn nhôm; nhôm xingfa
- …
Trong ngành công nghiệp
Ứng dụng của nhôm trong ngành công nghiệp sẽ liên quan đến:
- Sản xuất Khung máy
- Làm nên Thùng xe tải
- Làm các Thanh tản nhiệt
- …
Trong ngành hàng tiêu dùng
Ngoài ra, kim loại nhôm cũng được áp dụng trong một số hàng tiêu dùng như:
- Tủ trưng bày;
- Bàn ghế nhôm;
- Vật liệu xây dựng
- Vật liệu y tế;
- Thanh treo màn;
- Bảng treo tường;
- Thang;
- Giường;
- …
Cách Điều chế nhôm
Hiện nay, cách điều chế chủ yếu nhất là tách kim loại nhôm trong quặng boxit nhôm có lẫn SiO2 và chất Fe2O3.
Bước 1: Làm sạch nguyên liệu bằng cách cho phản ứng với dung dịch kiềm để tách riêng Al2O3. Bưóc 2: Sau đó dùng bình điện phân, điện phân nóng chảy nhôm Al2O3 có mặt criolit Na3AlF6. Để thực hiện việc này, chúng ta cần hạ nhiệt độ nóng chảy tử 2050 oC xuống 900oC để tạo thành nhiều ion ngăn không cho oxi phản ứng lại với kim loại nhôm để tạo ra lớp oxit bảo vệ.
Với Nhu cầu tái chế phế liệu nhôm rất lớn tại nước ta. Bạn có thể tham khảo các công ty thu mua phế liệu nhôm để được tư vấn và báo giá phế liệu mới nhất.
Tại TPHCM, Bạn có thể liên hệ:
- CÔNG TY THU MUA PHẾ LIỆU NHÔM BẢO MINH
- Địa chỉ HCM: 589 Đường số 18, Phường Bình Hưng Hòa, Quận Bình Tân, Tp. HCM
- Địa chỉ Hà Nội: Số 10, Đường Bùi Huy Bích, Quận Hoàng Mai, Thanh Trì, Hà Nội