Tiểu luận: Nhôm lịch sử hình thành và ứng dụng của nhôm

Chia sẻ: Vo Van Huong | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

756
lượt xem 108
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hoá vô cơ là một nghành khoa học nghiên cứu các thuộc tính và các phản ứng hóa học của các nguyên tố và hợp chất. Môn học hóa vô cơ thuộc khối kiến thức cơ sở nền tảng cho các chuyên nghành thuộc nghành công nghệ hóa học,công nghệ dầu khí,môi trường thực phẩm,vật liệu,xây dựng. tiểu luận môn hóa vô cơ là điều kiện bắt buộc đối với tất cả sinh viên khoa háo trường đại học công nghiệp tp Hồ Chí Minh...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận: Nhôm lịch sử hình thành và ứng dụng của nhôm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC HÓA VÔ CƠ TÊN ĐỀ TÀI: NHÔM LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ ỨNG DỤNG CỦA NHÔM Người thực hiện: Võ Văn Hường MSSV:09161341 Lớp: 21046003 GVHD : TS Đặng Kim Triết TP.Hồ Chí Minh ngày 30 tháng 1 năm 2010 Mục lục Lời nói đầu……………………………………………………..…...2 A . Phần mở đầu……………………………………………............4 B . Phần nội dung…………………………………………………...4 Chương 0………………………………………………………..…...4 Chương 1………………………………………………………..…...6 Chương 2………………………………………………………….…7 Trọng lượng nhẹ……………………………………..7  Bền…………………………………………………...8  Tỉ lệ giữa trọng lượng và độ bền cao………………..8 
Chống mài mòn…………………………………….. 8  Tính dẫn nhiệt cao…………………………………...8  Không có tính từ……………………………………..9  Độ đàn hồi…………………………………………...9  Độ phản chiếu………………………………………..9  Độ chống cháy……………………………………… 9  Thích hợp nơi có khí hậu lạnh……………………....9  Tái sinh…………………………………………….. 9  Bề ngoài đẹp……………………………………….. 10  Dể định hình………………………………………...10  Tính kinh tế…………………………………………10  Giá nhôm……………………………………………10  Nhôm tái sinh……………………………………….11  Chương 3: Tinh chất………………………………………………..11 I.Đơn chất……………………………………………………......11 1.Tinh chất vật lí……………………………………………..11 2.Tính chất hóa học………………………………………….13 II.Hợp chất……………………………………………………...14 1.Nhôm hidrua……………………………………………….14 2.Nhôm oxit (Al2O3)…………………………………...…….15 3.Nhôm hidroxit………………………………………..……16 4.Nhôm halogenua…………………………………..………18 a) Nhôm florua…………………………………...……….18 b) Nhôm clorua………………………………….………...18 c) Clorua hidrat……………………………….…………...19 5. Nhôm sunfat và phèn nhôm ……………………………..20 a) Nhôm sunfat………………………...………………… 20 b) Phèn nhôm kali…………………...…………………....20 Chương 4: Đồng vị của nhôm …………...……………………….21 Chương 5: Ứng dụng…………………..………………………….22 Chương 6: Những lưu ý khi sử dụng nhôm ……………………...23 Chương 7: Trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế…...…..26 Chương 8: 5 câu bài tập trắc nghiệm về nhôm …………...……..30 C . Phần kết luận…………………………………………………..31 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………....32
LỜI NÓI ĐẦU ''Hoá vô cơ là một nghành khoa học nghiên cứu các thuộc tính và các phản ứng hóa học của các nguyên tố và hợp chất. Môn học hóa vô cơ thuộc khối kiến thức cơ sở nền tảng cho các chuyên nghành thuộc nghành công nghệ hóa học,công nghệ dầu khí,môi trường thực phẩm,vật liệu,xây dựng''… Tiểu luận môn hóa vô cơ là điều kiện bắt buộc đối với tất cả sinh viên khoa hóa trường đại học công nghiệp thành phố hồ chí minh khi tham gia học phần hóa vô cơ theo chương trình chuẩn của trường. Kết cấu của tiểu luận gồm 3 phần: phần mở đầu,phần nội dung,phần kết luận và điểm khác biệt mới của tiểu luận là phần cuối có 5 câu hỏi trắc nghiệm do mỗi sinh viên tự nghĩ ra viết về nguyên tố hóa học hoặc đề tài mình chọn. Mỗi tiểu luận thể hiện sự năng động,sáng tạo của mỗi sinh viên vì thể tiểu luận là cả một quá trình tìm tòi nguyên cứu của sinh viên nên tiểu luận của tôi cũng vậy vì thế đây cũng có thể là tài liệu tham khảo cho các bạn đọc khác.Nhưng trong thời gian ngắn biên soạn nên chắc chắn không tránh phần sai sót mong bạn đọc đặc biệt giáo viên hướng dẫn tôi thực hiện tiểu luận này là thầy Đặng Kim Triết đóng góp ý kiến giúp đở tôi để tiểu luận sau hoàn thành tốt hơn. Mọi ý kiến đóng góp gữi về huongvanvo@yahoo.com. Xin chân thành cảm ơn! TP.Hồ Chí Minh ngày 30 tháng 1 năm 2010 A. PHẦN MỞ ĐẦU Tất cả các nước trên thế giới đều vận động đưa đất nước mình phát triển lên một tầm cao mới,trong sự vận động đó không thể tách rời sự phát triển của hóa học nói chung và môn hóa vô cơ nói riêng. Để ngày càng nâng cao chất lượng cuộc sống,con người ta không ngừng việc nghiên cứu khoa học kĩ thuật nhằm tạo ra các sản phẩm khoa học mới phục vụ có ích cho xã hội như: làm thế nào để sử dụng nguồn năng lượng sạch,chế tạo chất bán dẩn,vật liệu siêu dẩn,khắc phục ô nhiểm môi trường,sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng có sẳn trong thiên nhiên một cách hiệu quả nhất…vậy đó chính là nhiệm vụ của các nhà hóa học chúng ta.
Vì sao các nhà hóa học chúng ta lại có nhiệm vụ quan trọng như vậy!vâng các bạn hãy thử nhìn xem vật chất xung quanh chúng ta cấu tạo từ đâu,đó là từ các hợp chất hóa học.Ứng dụng thực tế các hợp chất đó như:bàn học, gas, muối ăn, bóng đèn, máy bay, dây dẩn điện, nồi nấu thức ăn, nữ trang, phấn viết,giấy…mỗi kim loại hay phi kim có một ứng dụng thực tế khác nhau,trong đó có một phần không nhỏ của nguyên tố thuộc ô 13 trong bảng hệ thống tuàn hoàn Mendeleev,nó là nguyên tố gì vậy?. Nó có rất nhiều ứng dụng trong thực tiển như:phần lớn vỏ của máy bay cấu tạo từ hợp chất của nó, đặc biệt hơn nó dùng làm dây dẩn điện phổ biến hiện nay, làm cửa sổ, tráng gương kính thiên văn…Đó chính là nhôm (Al).Đó chính là lí do chọn đề tài nhôm lịch sử hình thành và ứng dụng của nhôm. B.PHẦN NỘI DUNG Nhôm lịch sử hình thành và ứng dụng của nhôm là một đề tài hay thể hiện rõ sự khôn ngoan của con người đã biết tìm ra kim loại có nhiều ứng dụng đặc biệt phục vụ lợi ích của con người.Phần nội dung của tiểu luận gồm 9 chương Chương 1: Khái quát về tính chất nhóm IIIA Chương 2: Lịch sử tìm ra nguyên tố Chương 3: Sơ lược về thuộc tính nguyên tố Chương 4: Tính chất của nhôm Chương 5: Đồng vị của nhôm Chương 6: Ứng dụng Chương 7: Những lưu ý khi sử dụng nhôm Chương 8: Trạng thái tự nhiên và phương pháp điều chế Chương 9: Bài tập trắc nghiêm về nhôm Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ TÍNH CHẤT NHÓM IIIA Nhôm thuộc nhóm IIIA trong bảng hệ thống tuần hoàn hóa học Mendeleev. Phân nhóm IIIA gồm các nguyên tố:Bo (B), nhôm (Al), gali (Ga), indi (In) và Tali (Tl). Các nguyên tố nhóm IIIA trong bảng tuần hoàn hóa học mndeleev nằm sát bên phải các kim loại chuyển tiếp.Nhóm IIIA có nhiều đặc điểm hóa học khác với nhóm IIA và IA.Các nguyên tố này có nhiều đặc điểm khác nhau:B thể hiện tính phi kim ở điều kiện thường,câc nguyên tố còn lại thể hiện tính kim loại ngoài ra Al còn thể hiện tính lưỡng tính khi ở điều kiện thích hợp. Đặc điểm của các nguyên tố nhóm IIIA
Số thứ Thế điện cực E0,V Nguyên Năng tử tự C ấu lượng nguyên hình ion hóa tử electron I1 I2 I3 I4 [He]2s22p1 B 5 8,30 25,15 37,92 259,30 Không xđ được 2 1 Al 13 5,95 18,82 28,44 119,96 -1,66 [Ne]3s 3p Ga 31 6,00 20,43 30,6 63,8 -0,53 [Ar]3d104s24p1 In 49 5,80 18,79 27,9 57,8 -0,342 [Kr]4d105s25p1 Tl 81 6,10 20,32 29,7 50,5 +0,72 [Xe]4f145d106s26p1 Phân nhóm này có cấu hình chung là ns2np1 trong đó B và Al đứng sau kim loại kiềm thổ còn Ga, In và Tl đứng sau các nguyên tố chuyển tiếp nên các nguyên tố trong nhóm IIIA không gống nhau nhiều về tính chất hóa học như các nguyên tố kiềm và kiềm thổ. Nhóm IIIA chủ yếu là kim loại trừ B (Bo là nguyên tố phi kim),tính kim loại tăng dần theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân. Nhôm là một trong những nguyên tố điển hình và khá phổ biến trong đời sống so với các nguyên tố còn lại trong một nhóm. CHƯƠNG 2 : LỊCH SỬ TÌM RA NGUYÊN TỐ '' Có một ngày một người thợ vàng ở Roma được phép cho hoàng đế Tiberius xem một chiếc đĩa ăn làm từ một kim loại mới.Chiếc đĩa rất nhẹ và có màu sang như bạc.Người thợ vàng nói với hoàng đế rằng ông đã sản xuất kim loại từ đất sét thô.Ông cũng cam đoan với hoàng rằng chỉ có ông ta và chúa trời biết cách sản xuất kim loại này từ đất sét.Hoàng đế rất thích thú và như một chuyên gia về tài chính ông đã quan tâm tới nó.Tuy nhiên ông nhận thấy rằng mọi tài sản vàng,bạc của ông sẻ mất giá trị nếu người dân sản xuất kim loại màu sáng này từ đất sét.Vì thế, thay vì cảm ơn người thợ vàng,ông ra lệnh chặt đầu ông ta.''
Những người Hi Lạp và La Mã Cổ đại đã sử dụng các loại muối của kim loại này như thuốc cẩn màu (nhuộm) và như chất là se vết thương,và phèn chua vẫn dùng như chất làm se. Năm 1761 Guyton de Morveau đề xuất gọi gốc của phèn chua là alumina. Năm 1808, Humphry Davy xác định được gốc kim loại phèn chua (alum),vì vậy mà dựa theo đó ông đặt tên cho nhôm là aluminium. Tên tuổi của Friedrich Wohler nói chung được gắn liền với việc phân lập nhôm vào năm 1827. Tuy nhiên, kim loại này đã được sản xuất lần đầu tiên trong dạng không nguyên chất hai năm trước bởi nhà vật lý và hóa học Đan Mạch Hans Christian Orsted . Nhôm được chọn làm chóp cho đài kỷ niệm Washington vào thời gian khi một aoxơ (28,35g) có giá trị bằng hai lần ngày lương của người lao động. Charles Martin Hall nhận được bằng sáng chế (số 400655) năm 1886, về quy trình điện phân để sản xuất nhôm. Henri Saint-Claire Deville (Pháp) đã hoàn thiện phương pháp của Wohler (năm 1846) và thể hiện nó trong cuốn sách năm 1859 với hai cải tiến trong quy trình là thay thế kali thành natri và hai thay vì một (chlorure)?. Phát minh của quy trình Hall-Heroult năm 1886 đã làm cho việc sản xuất nhôm từ khoáng chất trở thành không đắt tiền và ngày nay nó được Sử dụng rộng rải trên thế giới. Nước Đức trở thành nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới sau khi Adolf Hitler lên nắm quyền. Tuy nhiên, năm 1942, những nhà máy thủy điện mới như Grand Coulee Dam đã cho phép Mỹ những thứ mà nước Đức quốc xã không thể hy vọng cạnh tranh: khả năng sản xuất đủ nhôm để có thể sản xuất 60.000 máy bay chiến đấu trong bốn năm. CHƯƠNG 3 : SƠ LƯỢC VỀ THUỘC TÍNH NGUYÊN TỐ Nhôm là một kim loại mềm,nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ vì có một lớp mõng oxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để ngoài không khí.Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoãng một phần ba sắt hay đồng, nó rất mềm (chỉ sau vàng),dể uốn (đứng thứ sáu) và dể dàng gia công trên máy móc hay đúc, nó có khả năng chống mòn và bền vững do có lớp oxit bảo vệ.Nó cũng không nhiểm từ và không cháy khi để ngoài không khí ở điều kiện thông thường.Nó có độ phản chiếu cao dùng làm tráng kính thiên văn,có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao, không độc,chống mài mòn.Nhôm chiếm 1/12 trong vỏ trái đất.Tuy nhiên không tìm thấy nhôm tinh khiết trong tự nhiên,chỉ có thể tìm thấy dưới dạng hợp chất. Trong số các kim loại, nhôm vượt trội về thuộc tính cũng như hình thức và nhờ vào kỹ thuật sản xuất làm cho nhôm có giá cả cạnh tranh. Nhôm được sử dụng ngày càng nhiều trong nhiều ngành, những thị trường lớn như ngành công nghiệp ô tô bắt đầu nhận ra đặc tính không thể so sánh được của nhôm.  Trọng lượng nhẹ
Nhôm nhẹ nhất trong các kim loại, có trọng lượng 2.7 và chỉ nặng 0.1 pound trên inch vuông. Nó chỉ nặng bằng 1/3 trọng lượng sắt, thép, đồng và đồng thau. Nhôm dễ vận chuyển và có chi phí vận chuyển thấp, là nguyên liệu hấp dẫn cho ngành hàng không, nhà cao tầng và công nghiệp ôtô. Khi được dùng trong lĩnh vực vận tải nó giúp giảm chi phí nhiên liệu.  Bền Người ta có thể làm cho nhôm bền theo ý muốn. Khi nhiệt độ giảm, nhôm bền hơn vì vậy nó được dùng chủ yếu ở nơi có khí hậu lạnh.  Tỉ lệ giữa trọng lượng và độ bền cao: Nhôm là sự kết hợp đặc biệt giữa trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Độ bền có thể tăng nếu thêm một hay nhiều chất sau: manganese, silicon, đồng, magnesium, kẽm. Và độ bền còn tăng cao nếu được xử lý nhiệt đặc biệt. Ngày nay ngành công nhiệp hàng không và ôtô dùng nhôm làm thành phần chính.  Chống mài mòn Tính chống mài mòn của nhôm tuỳ vào lớp màng nhôm oxide mỏng, cứng bên ngoài. Lớp màng này có thể dày đến 0.2mili, có thể sơn hay xi để tăng độ bền. Nhôm không co lại như thép.  Tính dẫn nhiệt cao Nhôm có tính dẫn nhiệt cao thích hợp cho những nơi cần trao đổi nhiệt như bộ phận làm mát của tủ lạnh và các thành phần của động cơ. Nhôm được định hình theo hình dạng mong muốn thích hợp cho những bộ phận cần dẫn nhiệt.  Tính dẫn điện cao Nhôm là kim loại rẻ có tính dẫn điện cao được dùng dẫn điện. Vì nhôm có độ dày thấp, nó sẽ dẫn điện cao gấp hai lần đồng. Những hợp kim nhôm khác nhau có tính dẫn điện khác nhau và được dùng cho các thiết bị điện đặc biệt như dây dẫn điện .  Không có từ tính Nhôm không có từ tính nên được dùng cho các thiết bị có điện áp cao như tấm chắn thiết bị điện.  Độ đàn hồi Nhôm dễ định hình và tạo thành hình dạng khác. Nhôm có độ bền và độ dẻo có thể được uốn lại nếu như bị móp méo. Có nhiều cách tạo hình nhôm, chủ yếu là định hình, uốn, ép, kéo .  Độ phản chiếu Nhôm đánh bóng có độ phản chiếu cao. Do độ phản chiếu cao (trên 80%) nên nhôm được dùng làm chụp đèn. Nó còn được dùng làm tấm che nắng, chắn sóng radio, tia tử ngoại .  Chống cháy Nhôm không cháy thậm chí ở nhiệt độ cao cũng không sinh ra khí độc .  Thích hợp nơi có khí hậu lạnh
Nhôm được dùng cho mục đích đông lạnh. Độ bền của nhôm tăng khi ở nhiệt độ lạnh vì vậy được dùng bên ngoài không gian cũng như cho máy bay, xây dựng ở nơi có vĩ độ cao.  Tái sinh Nhôm được tái sinh với chi phí phù hợp. Nó có thể được tái sinh nhiều lần mà không làm mất đặc tính vì vậy phù hợp với sản phẩm bảo vệ môi trường .  Bề ngoài đẹp Nhôm nổi trội hơn các kim loại khác nhờ có bề ngoài đẹp và tính chống mài mòn cao. Có nhiều cách xử lý thành phẩm, thông thường là sơn nước, sơn bột, xi hay sơn tĩnh điện.  Dễ định hình Những hình dạng phức tạp có thể được định hình chỉ bằng một thanh nhôm mà không cần dùng nhiều phương pháp gia công. Nhôm định hình này bền hơn các sản phẩm cùng loại và ít tốn thời gian hơn. Nhôm được dùng làm gậy bóng chày, ống dẫn tủ lạnh, bộ phận truyền nhiệt. Các phụ tùng nhôm có thể nối với nhau bằng cách hàn, hoặc dùng keo, kẹp, bù lông, đinh tán và các loại móc. Nối ghép phía trong dùng cho những thiết kế đặc biệt chẳng hạn dùng keo để nối các phụ tùng máy bay bằng nhôm.  Tính kinh tế Các phụ tùng được định hình bằng cách ép có chi phí rẻ và nhanh. Các phụ tùng này có thể thay đổi nhanh, có chi phí hợp lý, phù hợp cho sản xuất nhỏ.  Giá nhôm Nhôm được mua bán qua Lodon Metal Exchange (LME), được thành lập năm 1877. Có vài thị trường mua bán các sản phẩm đặc biệt như Shanghai Metal Exchange. Nhôm được xem như một hàng hoá và được định giá tuỳ theo thị trường. Giá của nhôm thay đổi theo quy luật cung cầu và theo các nhà đầu tư . Các sản phẩm của nhôm như nhôm định hình được định giá bằng LME+phí bảo hiểm. Phí bảo hiểm phản ánh chi phí sản xuất và chi phí để định hình . Nhân tố lớn nhất ảnh hưởng đến giá của thành phẩm nhôm tùy thuộc vào giá nhôm ở Lodon Metal Exchange (LME). LME báo giá nhôm tinh khiết hàng ngày (chính xác 99.7%); giá được công bố định kỳ trên các tạp chí (như Wall Street Jounal) bằng dollar/tấn. Để đổi giá của LME sang pound ta chia cho 2,204.6. Giá được công bố hàng ngày trên American Metal Exchange và hàng tuần trên Platt’s Metals Week. Giá cả đã từng biến động rất mạnh ở LME, và nay họ có biện pháp để hạn chế thấp nhất biến động này . Ở châu Á có thể cộng thêm phí môi giới và phí vận chuyển vào giá nhôm thỏi.  Nhôm tái sinh Nhôm là một trong những nguyên liệu được tái sinh thành công nhất. Nhôm vụn có giá trị cao, được chấp nhận rộng rãi và rất có ý nghĩa trong ngành công nghiệp.
Nhôm có thể được tái sinh và sử dụng nhiều lần mà không làm mất đi các đặc tính cũng như chất lượng được đảm bảo. Việc tái sinh nhôm cần ít năng lượng và chi phí thấp. Trong quá trình sản xuất sẽ sản sinh ra các vụn nhôm. Chúng được đưa trở lại lò nấu thành nguyên liệu thô. Cứ bốn cân quặng cho ra một cân nhôm, mỗi cân nhôm tái sinh tiết kiệm được bốn cân quặng. CHƯƠNG 4 : TÍNH CHẤT I . ĐƠN CHẤT: 1. Tính chất vật lí: Trạng thái vật chất: rắn Nóng chảy: 933,47 K(1.220,58 0F) Điểm sôi: 2.792 K (4.566 °F) Trạng thái trật tự từ:thuận từ Thể tích phân tử: 10 x10 m³/mol Nhiệt bay hơi: 293,4 kJ/mol -6 Nhiệt nóng chảy: 10,79 kJ/mol Áp suất hơi: 100.000 Pa tại 2.792 K Vận tốc âm thanh: 5.100 m/s tại 933 K Độ âm điện: 1,61 (thang Pauling) Nhiệt dung riêng: 897 J/(kg·K) Độ dẫn điện: 3,774x107 /Ω·m Năng lượng ion hóa: 1. 577,5 kJ/mol Cấu trúc tinh thể:hình lập phương 2 .1.816,7 kJ/mol 3. 2.744,8 kJ/mol Nhôm kim loại kết tinh trong hệ lập phương tâm diện .Nó là kim loại màu trắng bạc,khi để lâu trong không khí trở nên xám vì có lớp oxit bao phủ .Nhôm nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp khoãng 4500C và sôi ở nhiệt độ cao 24670C. Nhôm lỏng rất nhớt ,độ nhớt đó giảm xuống khi có lượng nhỏ Mg hay Cu,cho nên trong hợp kim đúc của nhôm luôn có Cu.Ở nhiệt độ thường nhôm tinh khiết khá mềm ,dể dát mỏng và dẻ kéo sợi.Lá nhôm mỏng được dùng làm tụ điện ,lá nhôm rất mỏng(dày 0,005mm) dùng để gói bánh ,kẹo và dược phẩm .Ở trong khoảng nhiệt độ 100-1500C ,nhôm tương đối dỏ và dễ chế hóa cơ học nhưng đến khoảng 6000C,trở nên giòn và nghiền nhỏ được. Nhôm là kim loại dẩn điện và đẩn nhiệt tốt .Độ dẩn điện của nhôm bằng 0,6 độ dẩn điện của đồng nhưng nhôm rất nhẹ (tỉ khối là 2,7),nhẹ hơn đồng ba lần nên càng ngày dùng càng nhiều thay thế cho đồng làm giây dẫn.Nhờ dẫn điện tốt nhôm còn được dùng làm thiết bị trao đổi nhiệt trong công nghiệp và làm dụng cụ nhà bếp. Bề mặt của nhôm rất trơn bong,có khả năng phản chiếu tốt ánh sang và nhiệt,bởi vậy người ta thường dùng nhôm chứ không dùng bạc để mạ lên gương dùng trong kính viển vọng phản chiếu.Nhôm được dùng làm trong ống dẩn dầu thô,bể chứa và thùng xitec như là một vật liệu ách nhiệt đảm bảo cho dầu hay chất lỏng khác đựng trong bể và thùng không bị đốt nóng bởi bức xạ mặt trời. Nhôm có khả năng tạo nên hợp kim với nhiều nguyên tố khác.Những hợp kim quan trọng nhất của nhôm là đuyara,silumin và macnhali.Những hợp kim đó ngoài ưu điểm là nhẹ còn có tính chất cơ lí tốt hơn nhôm.đuyara chứa 94%Al, 4%Cu, 2%Mg, Mn, Fe và Si,cứng và bền như thép mềm,được dùng
chủ yếu trong công nghiệp oto và máy bay.Silumin chứa 85%Al,10-14%Si và 0,1% Na,rất bền và rất dể đúc,được dùng để sản xuất động cơ máy bay,động cơ tàu thủy.Gần đây người ta thiết kế oto điện bằng nhôm thay cho thép vừa tiêu tốn ít điện vừa chở nhiều hành khách. 2. Tính chất hóa học: Khác với Bo nhôm là kim loại hoạt động vì có bán kính nguyên tử lớn hơn hẳn Bo.Tuy nhiên ở điều kiện thường , bề mặt của nhôm bao bọc bởi màng oxit rất mỏng và bền làm cho nhôm kém hoạt động, ví dụ như ở thực tế không bị gỉ ở không khí, bền đối với nước… Dây nhôm hay lá nhôm dày không cháy khi đốt mạnh mà nóng chảy trong màng oxit tạo thành những túi,bên trong là nhôm lỏng bên ngoài là oxit.Lá nhôm rất mỏng hoặc bột nhôm khi được đốt cháy phát ra ánh sang chói và tỏi ra nhiều nhiệt: ∆H0= -1676kJ/mol 4Al + 3O2 = 2Al2O3 Bởi vậy việc sản xuất nhôm thường gặp nguy hiểm:dể bốc cháy và gay nổ. Tấm nhôm,đã được nhúng vào dung dịch muối thủy ngân, khi để trong không khí ở nhiệt độ thường sẽ bị oxi hóa hoàn toàn vì trong trường hợp này không còn được màng oxit bảo vệ nửa. Do ái lực với oxi, nhôm là chất khử mạnh. Ở nhiệt độ cao, nhôm khử dể dàng nhiều oxit kim loại đến kim loại tự do: ∆H0 = -1676kJ 2Al + 1,5O2 = Al2O3 ∆H0= -1141kJ 2Cr + 1,5O2 = Cr2O3 ∆H0 = -820kJ 2Fe + 1,5O2 = Fe2O3 Al2O3 + 2Cr ∆H0 = -535kJ Cho nên: 2Al + Cr2O3 = ∆H0 = -856kJ 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe Trên thực tế người ta dùng bột nhôm để điều chế kim loại khó bị khử và khó nóng chảy như Cr, Fe, Mn, Ni, Ti, Zc, V. Phương pháp dùng cho nhôm khử oxit kim loại gọi là phương pháp nhiệt nhôm.Bằng phương pháp nhiệt nhôm,người ta thường dùng hổn hợp gồm 25%Fe3O4 và 75% bột Al để hàn nhanh và ngay tại chổ chi tiết sắt.Khi nóng chảy,hổn hợp đó cho nhiệt độ lên đến khoảng 25000C. Nhôm tương tác với Clo,Brom ở nhiệt độ thường,với iot khi đun nóng,với nito,lưu huỳnh và các bon ở nhiệt độ khá cao và không tương tác với hidro . Nhôm tuy có tổng năng lượng ion hóa thứ nhất,hai và ba khá lớn nhưng nhờ ion Al3+ có nhiệt hidrat hóa rất âm cho nên nhôm kim loại dể dàng chuyển sang ion Al3+(dd): Al3+(dd) E0=-1,66 V + 3e = Al(r) Có thế điện cực tương đối thấp như vậy,về nguyên tắc nhôm dể dang đẩy hidro ra khỏi nước . Nhưng thực tế vì bị màng oxit bền bảo vệ,nhôm không tác dụng với nước.Nhôm chỉ dể dàng tan trong axit clohidrit và axit sunfurit,nhất là khi đun nóng,phản ứng chung của nhôm trong dung dịch axit là: 2Al + 6H3O+ + 6H2O = 2 Al[(H2O)6 ] 3+ + 3H2
Trong axit nitrit đặc nguội,nhôm không những không tan mà còn bị thụ động hóa,nghĩa là sau khi tiếp xúc với axit nitrit đặc,nhôm sẻ không tan trong dung dịch axit clohidrit và dung dịch sun furit nữa.Trên thực tế người ra dùng nhôm dựng axit nitrit đặc nguội.Nhôn tan trong dung dịch kiềm giải phóng hidro. 2Al + 2OH- + 6H2O = 2 [ Al(OH)4 ]- + 3H2 II. HỢP CHẤT: Nhôm hidrua: 1) Nhôm hidrua là hợp chất polime (AlH3)n.Nó là chất rắn vô định hình,màu trắng không bay hơi và phân hủy ở nhiệt độ trên 1050C thành các nguyên tố. Nhôm hidrua là hợp chất rất nhạy với nước và oxi ,chẳng hạn bốc cháy trong không khí .Khi tan trong dung dịch ete ,nó dể dàng kết hợp với hidrua của kim loại kiềm tạo thành hidrualuminat. V í dụ : nLiH + (AlH3)n = nLi(AlH4) Nhôm hidrua lần đầu tiên được điều chế vào năm 1942 khi phóng điện êm qua hổn hợp trimetul và hidro .Chế hóa hổn hợp sản phẩm được tạo nên là Al2(CH3)3H3 và (AlH3)n với trimetylamin [N(CH3)3],thu được (AlH3)nN(CH3)3.chưng cất hổn hợp này ở 100-1350C,người ta tách được (AlH3)n Gần đây nhôm hidrua được điều chế bằng tương tác của AlCl3 với dung dịch Li(AlH4) trong ete : AlCl3 + 3Li(AlH4) = 4AlH3 + 3LiCl nAlH3 = (AlH3)n 2) Nhôm oxit (Al2O3): Nhôm oxit tồn tại dưới một số dạng đa hình, bền hơn hết là dạng α và γ. Al2O3 - α là những tinh thể bao gồm những ion O2- gói ghém sít sao kiểu lục phương ,trong đó hai phần ba lổ trống bát diện được ion Al3+ chiếm.Nó không có màu và không tan trong nước .Nó được nung nóng ở 10000C nhôm hidroxit hoặc muối nhôm hay được tạo nên trong phản ứng nhiệt nhôm.No cũng tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật corunđum chứa trên 90% oxit.Vì thường chứa tạp chất nên corunđun có màu trắng đục hoặc bẩn.corunđun nóng chảy ở 20720C,sôi ở 35000C và rất cứng,chỉ thua kim cương,bonitru corunđun . Nhờ có độ cứng cao corunđum dùng làm đá mài và bột mài kim loại. Độ bền cơ học và độ bền hoạt động của nhôm oxit tất nhiên có lien quan đến mạng lưới của mạng lưới lớp oxit. Đá quý xaphia màu lam là corunđum tinh khiết chứa những vết Fe2+,Fe3+ và Ti4+,đá quý rubi màu đỏ là corunđun tinh khiết chứa các vết Cr3+.Rất gần ở đây ở nước ta đả phát hiện ,ỏ rubi ở Tân Hưng (Yên Bái) và Quỳ Hợp (Nghệ An). Ngày nay những đá quý này có thể điều chế nhân tạo bằng cách nấu chảy Al2O3 với một lượng nhỏ oxit của kim loại tạo màu ở trong ngọn lửa hidro – oxi hoặc hồ quang rồi cho kết tinh thành những đơn tinh thể lớn .Những đá quý này trong suốt,lâp lánh và có màu rất đẹp được dùng làm trang sức.Ngoài
ra rubi còn được dùng làm trục quay của một số dụng cụ chính xác và làm chân kính đồng hồ. Một lãnh vực hiện đại nhất sử dụng rubi là điện tử học lượng tử.Thiết bị phát quang điện tử đầu tiên được chế năm 1960 là laze rubi .Tia laze có thể đốt nóng mạnh và hêt sức tập trung cho nen có thể đôt thủng cả kim loại và kim cương.Mặt khác tia laze có thể truyền sóng thông tin xa gấp hàng nghìn lần so với sóng vô tuyến. Ở nhiệt độ thường cauriđum rất trơ về mặt hóa học,nó không tan trong nước,dung dịch axit và dung dịch kiềm.Nhưng ở nhiệt độ khoảng 10000C,nó tương tác mạnh với hidroxit , cacbonat, hidrosunfat kim loại kiềm ở trạng thái nóng chảy: Al2O3 + 3K2S2O7 = Al2(SO4)3 + 3K2SO4 Spinen là khoáng vật chứa Mg và Al,trước kia coi là nhôm aluminat (MgAl2O4).Ngày nay phương pháp nghiên cứu kiến trúc bằng tia Rơghen chỉ cho thấy trong tinh thể spinen không có những nhóm AlO4 hay AlO3 mà gồm những O2- gói ghém xít sao kiểu lập phương giống như Al2O3-γ, trong đó ion Al3+ chiếm những lổ trống bát diện và ion Mg2+ chiếm những lổ trống tứ diện.Như vậy spinen là một oxit hỗn hợp MgO.Al2O3.Nó đại diện cho một nhóm khoáng vật tạo nên những tinh thể lập phương đồng hình ,trong đó Mg thay bằng kim loại hóa trị hai khác như Fe, Zn, Mn còn Al thay thế bằng kim loại hóa trị ba khác như Fe, Cr. Phần chủ yếu của nhôm oxit dùng để điều chế nhôm.Ngoài ra còn dùng vật liệu chịu lửa,chén nung,ống nung và làm lớp lót trong các lò điện.Nhôm oxit tinh khiết dùng làm xi măng trám răng (28,4% Al2O3). Trong công nghiệp ,nhôm oxit được điều chế bằng cách nung Al(OH)3 ở nhiệt độ 1200-14000C. 3) Nhôm hidroxit: Nhôm hiđroxit được tạo nên khi hidroxit kim loại kiềm tác dụng với muối nhôm,là kết tủa nhày màu trắng ,thực tế không tan trong nước.Kết tủa chứa nhiều nước.Để lâu hoặc đun nóng mất nước tạo thành oxit.Người ta cho rằng ngoài sự mất nước kết tinh,kết tủa mất nước do sự ngưng tụ những phân tử Al(OH)3.Như vậy nhày của nhôm hidroxit là hidrat của oxit có thành phần biến đổi Al2O3.nH2O (n>3).Tuy nhiên do thói quen và thuận tiện người ta biểu diễn thành phần kết tủa nhày của nhôm hidro bằng công thức Al(OH)3. Al(OH)3 tạo nên khi cho khí CO2 tác dụng với dung dịch natri aluminat.Tinh thể đó cũng tồn tại trong thiên nhiên ở dạng khoáng vật hidratgilit.Hidratgilit gồm những tinh thể đơn tà và có cấu trúc lớp. Hidratgilit bền ở nhiệt độ 1550C,nó có trong thành phần của nhiều loại boxit.Ngoài ra trong boxit có hai khoáng vật nữa có thành phần AlOOH và có tinh thể tà phương là:đisapo AlOOH-γ bền ở khoãng 280-4000C (phân hũy thành Al2O3 –α ở 4200C) và boxit AlOOH – γ bền ở khoãng 155-2800C (phân hũy thành Al2O3 – γ ở gần 3000C). Boxit cũng có thể tạo nên khi đun nóng nhôm hidroxit trong dung dịch amoniat ở 2000C Nhôm hidroxit là chất lưỡng tính điển hình khi mới kết tủa nó tan dể dàng trong axit và bazơ: Al(OH)3 + 3H3O+ = [Al(H2O)6]
Al(OH)3 + OH- + 2H2O = [Al(OH)4(H2O)2]- Ion [Al(OH)4(H2O)2] thường viết gọn là [Al(OH)4]- có thể kết hợp thêm ion OH- tạo thành [Al(OH)5]2- và [Al(OH)6]3-.Tất cả những ion này được gọi chung là hidroxoaluminat thường được biểu diễn bằng công thức NaAlO2 và coi là muối của axit meta aluminat (HAlO2 hay AlOOH).Vì tính axit của nhôm hidroxit là rất yếu nên muối aluminat bị thủy phân mạnh trong dung dịch đậm đặc và bị thủy phân hoàn toàn trong dung dịch loãng cho kết tủa hidroxit và môi trường kiềm. Bởi vậy khi pha loãng dung dịch aluminat hay sục khí CO2 vào dung dịch đó,nhôm hidroxit sẽ kết tủa.Trong phòng thí nghiệm ,để điều chế nhôm hidroxit người ta cho một trong các chất NaOH, KOH, NH3 và Na2CO3 vào dung dịch của muối nhôm .Phản ứng chung là: Al3+ + 3OH- = Al(OH)3 4) Nhôm halogenua: Ta sẽ khảo sát hai hợp chất halogenua thường gặp và phổ biến nhất đó là AlF3 và AlCl3 .Các hợp chất halogenua khác nhau nhiều về cấu tạo và tính chất a) Nhôm florua: là chất có màu trắng,nóng chảy ở 12900C.Mạng lưới tinh thể rất bền vững ,gồm các ion F- và các ion Al3+ gói ghém gần như sít sao.Rất trơ về mặt hóa học,nó không tan trong nước,axit và bazơ.Nó dễ dàng kết hợp với florua kim loại tạo thành các floroaluminat có công thức chung M[AlF4], M2[AlF6] (m là kim loại kiềm).Trong các floaluminat quan trọng đối với thực tế là criolt Na3[AlF6],được dùng vào việc điều chế nhôm. Nhồm florua có thể điều chế bằng cách cho nhôm hay nhôm oxit tác dụng với HF ở nhiệt độ cao: 2Al + 6HF = 2AlF3 + 3H2 Al2O3 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O b) Nhôm clorua:nhôm clorua khan là chất rắn ở dạng tinh thể lục phương có màu trắng.Nó thường ngả màu vàng nhạt vì chứa tạp chất FeCl3 .Nó thăng hoa ở 1830C và nóng chảy dưới ap suất 192,60C. Xác định khối lượng phân tử của chất ở trạng thái khí và trạng thái tan trong ding môi,nhận thấy trong các trạng thái đó phân tử ở dạng dime Al2Cl6.Bằng phương pháp nhiểu xạ electron,người ta biết rằng hai nguyên tử Al trong phân tử đó nối với nhau qua cầu clo tương tự như cầu hidro trong diboran. Phân tử đime này phân li hoàn toàn thành phân tử ở 8000C. Phân tử AlCl3 có dạng phẳng hình tam giác . Nhôm clorua ở trạng thái rắn dẩn điện tốt hơn trạng thái nóng chảy,vì ở trạng thái rắn có cấu tạo ion còn ở trạng thái nóng chảy chuyển sang trạng thái hợp chất phân tử. Nhôm clorua khan bốc khói mạnh trong không khí vì nó hút ẩm mạnh rồi bị thủy phân giải phóng HCl: AlCl3 + 2H2O = Al (OH)2Cl + 2HCl Bởi vậy cần để muối khan trong lọ kín.Nó dể dàng tan trong nước và nhiều dung môi hữu cơ.Khi bỏ nhôm clorua khan vào nước ta nghe tiếng xèo xèo giống như khi nhúng sắt đỏ vào nước ,ở đây phản ứng phát ra nhiều nhiệt.Dung dịch nước của nó cũng như của muối nhôm khác có phản ứng
axit và bị thủy phân.Những nất thủy phân của ion Al3+ ở trong nước được coi như là sự phân li proton của phân tử nước ở trong ion phức aqua. Trong thực tế người ta chuẩn độ muối nhôm bằng NaOH với chỉ thị metyl da cam. c) Nhôm clorua hidrat: có thành phần AlCl6.6H2O là chất những dạng tinh thể tà phương,trong suốt có màu vàng rất nhạt và chảy rữa trong không khí .Nó tan dể dàng trong nước nhưng khó kết tinh từ dung dịch nước.Khi đun nóng nó không biến thành muối khan mà giải phóng HCl theo phản ứng: AlCl6.6H2O = Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O Hidrat chuyển thành muối khan khi đun nóng trong khí Cl2 hay HCl. Nhôm clorua có thể kết hợp dễ dàng với clorua kim loại kiềm tạo thành cloroaluminat có công thức chung M[AlCl4] và M3[AlCl6] (M là kim loại kiềm).Muối khan đặc biệt dễ kết hợp với NH3, H2O, POCl3 và một số hợp chất hữu cơ.Vì vậy nó dùng rộng rải làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ.Dưới tác dụng của khí oxi khô, muối khan bị phân hủy giải phóng Cl2 ở nhiệt độ 4200C. 2Al2Cl6 + 3O2 = 2Al2O3 + 6Cl2 Ở 1000 C, nó tương tác với nhôm kim loại tạo thành muối của nhôm có 0 số oxi hóa thấp hơn: Al2Cl6 + 4Al = 6AlCl Nhôm clorua khan có thể điều chế bằng cách cho khí clo tương tác với bột nhôm ở 500-5500C hoặc hổn hợp Al2O3 và than ở 10000C hoặc cho khí HCl khô đi qua bột nhôm đốt nóng. Ví dụ: 3Cl2 + Al2O3 + 3C = 2AlCl3 + 3CO Muối hidrat được điều chế bằng cách sục khí HCl đến bảo hòa vào dung dịch của nhôm trong axit clohdric. 5) Nhôm sunfat và phèn nhôm : a) Nhôm sunfat: Nhôm sunfat khan là chất bột màu trắng.Nó bị phân hũy ở nhiệt độ trên 770 C.Từ dung dịch nước,nó kết tinh ở dạng Al2(SO4)3.18H2O.Đây là những 0 tinh thể đơn tà, trong suốt dể tan trong nước, ít tan trong rượu.Khi sấy ở trong chân không ở 500C, nó mất nước chuyển thành hidrat Al2(SO4)3.16H2O và khi đun nóng 3400C nó mất nước hoàn toàn và biến thành muối khan. Nhôm sunfat có thể kết hợp với sunfat kim loại kiềm tạo thành muối kép M2Al2(SO4)4.24H2O thường được gọi là phèn nhôm.Chính tên gọi nhôm (aluminium) là sinh ra từ chữ phèn (alumen). Phèn là là loại muối kép có công thức chung M2SO4.E2(SO4)3.24H2O, trong đó M là Na, K, Rb, Cs, NH4, Tl và E là Al, Cr, Fe, Ga, In, Tl, Co.Chúng đồng hình với nhau và tạo nên những tinh thể đẹp hình bát diện có màu hoặc không màu. b) Phèn nhôm kali: Thường được gọi là phèn chua là hợp chất ở dạng tinh thể hình bát diện,không có màu vị hơi chua và chát. Ở 92,50C nó nóng chãy trong nước kết tinh,ở nhiệt độ cao hơn nó dể dàng mất nước hoàn toàn tạo thành muối khan dưới dạng một khối hình nấm to, xốp dể vở thành bột gọi là phèn phi. Nhôm sunfat và phèn nhôm –kali có công dụng chủ yếu giống như nhau trong công nghiệp giấy nhộm thuộc da và đánh trong nước.Những công dụng
này đều xuất phát từ muối nhôm thủy phân khá mạnh trong nước tạo thành nhôm hidroxit. Nhôm sunfat dùng cho công nghiệp giấy cần phải tinh khiết không được chứa sắt nên được sản xuất bằng cách cho nhôm hidroxit tinh khiết tác dụng với axit sunfurit đặc nóng. Nhôm sunfat không tinh khiết có thể điều chế bằng cách cho đất sắt đã nung trước hoặc boxit tác dụng trực tiếp axit sunfurit đặc nóng. Phèn nhôm –kali được điều chế bằng cách kết từ hỗn hợp dung dịch nhôm sunfat và kali sunfat có cùng nồng độ. CHƯƠNG 5 :ĐỒNG VỊ CỦA NHÔM Nhôm có chín đồng vị, số Z của chúng từ 23 đến 30. Chỉ có Al-27 (đồng vị ổn định) và Al-26 (đồng vị phóng xạ, t1/2 = 7,2 × 105 năm) tìm thấy trong tự nhiên, tuy nhiên Al-27 có sự phổ biến trong tự nhiên là 100%. Al-26 được sản xuất từ agon trong khí quyển do va chạm sinh ra bởi các tia vũ trụ proton. Các đồng vị của nhôm có ứng dụng thực tế trong việc tính tuổi của trầm tích dưới biển, các vết mangan, nước đóng băng, thạch anh trong đá lộ thiên, và các thiên thạch. Tỷ lệ của Al-26 trên beryli-10 được sử dụng để nghiên cứu vai trò của việc chuyển hóa, lắng đọng, lưu trữ trầm tích , thời gian cháy và sự xói mòn trong thang độ thời gian 105 đến 106 năm (về sai số).Al-26 nguồn gốc vũ trụ đầu tiên được sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng và các thiên thạch. Các thành phần của thiên thạch, sau khi thoát khỏi nguồn gốc của chúng, trong khi chu du trong không gian bị tấn công bởi các tia vũ trụ, sinh ra các nguyên tử Al-26. Sau khi rơi xuống Trái Đất, tấm chắn khí quyển đã bảo vệ cho các phần tử này không sinh ra thêm Al-26, và sự phân rã của nó có thể sử dụng để xác định tuổi trên trái đất của các thiên thạch này. Các nghiên cứu về thiên thạch cho thấy Al-26 là tương đối phổ biến trong thời gian hình thành hệ hành tinh của chúng ta. Có thể là năng lượng được giải phóng bởi sự phân rã Al-26 có liên quan đến sự nấu chảy lại và sự sai biệt của một số tiểu hành tinh sau khi chúng hình thành cách đây 4,6 tỷ năm. Trong tạp chí Science ngày 14 tháng 1 năm 2005 đã thông báo rằng các cụm 13 nguyên tử nhôm (Al13) được tạo ra có tính chất giống như nguyên tử iốt; và 14 nguyên tử nhôm (Al14) có tính chất giống như nguyên tử kim loại kiềm thổ. Các nhà nghiên cứu còn liên kết 12 nguyên tử iốt với cụm Al 13 để tạo ra một lớp mới của pôlyiotua. Sự phát kiến này được thông báo là mở ra khả năng của các đặc tính mới của bảng tuần hoàn các nguyên tố: “các nguyên tố cụm”. Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Shiv N. Khanna (Virginia Commonwealth University) và A. Welford Castleman Jr (Penn State University). CHƯƠNG 6 : ỨNG DỤNG Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt, và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố như đồng, kẽm, magiê, mangan và silic. Khi được gia công cơ-
nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể.Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng. Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị. Trên thực tế, gần như toàn bộ các loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy tinh. Các gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở mặt trước để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn thương.Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện từ của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp. Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, toa xe, tàu hỏa, tàu biển, v.v.) Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã đánh mất vai trò chính dùng làm dây dẫn phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng.) Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp, v.v) Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn nếu tính theo khối lượng và rẻ tiền hơn) chế tạo máy móc. Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các nam châm Alnico. Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980%- 99,999% nhôm được sử dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD. Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ — khi khô đi, các bông nhôm sẽ tạo ra một lớp kháng nước rất tốt.Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự ôxi hóa, và nó được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng. Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của các máy tính hiện đại được sản xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao. Ôxít nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa. Sự ôxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo. CHƯƠNG 7 : NHỮNG LƯU Ý KHI SỬ DỤNG NHÔM Nhôm là một trong ít các nguyên tố phổ biến nhất mà không có chức năng có ích nào cho các cơ thể sống, nhưng có một số người bị dị ứng với nó , họ bị các chứng viêm da do tiếp xúc với các dạng khác nhau của nhôm: các vết
ngứa do sử dụng các chất làm se da hay hút mồ hôi (phấn rôm), các rối loạn tiêu hóa và giảm hay mất khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ thức ăn nấu trong các nồi nhôm, nôn mửa hay các triệu chứng khác của ngộ độc nhôm do ăn (uống) các sản phẩm như Kaopectate (thuốc chống ỉa chảy), Amphojel và Maalox (thuốc chống chua). Đối với những người khác, nhôm không bị coi là chất độc như các kim loại nặng, nhưng có dấu hiệu của ngộ độc nếu nó được hấp thụ nhiều, mặc dù việc sử dụng các đồ nhà bếp bằng nhôm (phổ biến do khả năng chống ăn mòn và dẫn nhiệt tốt) nói chung chưa cho thấy dẫn đến tình trạng ngộ độc nhôm. Việc tiêu thụ qua nhiều các thuốc chống chua chứa các hợp chất nhôm và việc sử dụng quá nhiều các chất hút mồ hôi chứa nhôm có lẽ là nguồn duy nhất sinh ra sự ngộ độc nhôm. Người ta cho rằng nhôm có liên quan đến bệnh Alzheimer,mặc dù các nghiên cứu gần đây đã bị bác bỏ.Cần cẩn thận để không cho nhôm tiếp xúc với một số chất hóa học nào đó có khả năng ăn mòn nó rất nhanh. Ví dụ, chỉ một lượng nhỏ thủy ngân tiếp xúc với bề mặt của miếng nhôm có thể phá hủy lớp ôxít nhôm bảo vệ thông thường có trên bề mặt các tấm nhôm. Trong vài giờ, thậm chí cả một một cái xà có cấu trúc nặng nề có thể bị làm yếu đi một cách rõ rệt. Vì lý do này, các loại nhiệt kế thủy ngân không được phép trong nhiều sân bay và hãng hàng không, vì nhôm là thành phần cấu trúc cơ bản của các máy bay. CHƯƠNG 8 : TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ Nhôm là một trong những kim loại phổ biến nhất ,chiếm khoảng 5,5% tổng số nguyên tử trong vỏ Quả Đất và đứng hang thứ tư sau các nguyên tố O, H và Si.Về mặt lịch sử địa hóa học , nhôm gắn liền mật thiết với oxi và silic. Phần lớn nhôm tập trung vào các alumosilicat, ví dụ như (K2.Al2O3.6H2O) , mica (K2O.2H2O.3Al2O3.6SiO2) …Một sản phẩm rất phỏ biến trong phân hủy các nham thạch tạo nên bởi alumosilicat là cao lanh gồm chủ yếu khoáng sắt caolinit (Al2O3.SiO2.2H2O) .Hai khoáng vật quan trọng đối với công nghiệp của nhôm là boxit (Al2O3.xH2O) và crolic [Na3(AlF6)]. Boxit chính là sản phẩm phân hủy của đất sắt ở trong điều kiện khí hậu nhiệt đới hoặc nửa nhiệt đới Nước ta có một trử lượng lớn boxit rải rác ở nhiều tỉnh Sơn La, Hà Tuyên, Lạng Sơn, Lai Châu, Lâm Đồng, Hải Hưng…Boxit lạng sơn có hàm lượng Al2O3 là 40,7%-57,8%,Fe2O3 là 25%-29%, SiO2 là 3%-10%. Hàm lượng sắt và silic quá cao như vậy làm cho quá trình điều chế nhôm oxit tinh khiết trở nên phức tạp hơn Nhôm được sản xuất với quy mô công nghiệp vào cuối thế kỉ XIX.Trước đó người ta điề chế nhôm bằng cách dùng kim loại kiềm khử muối khử muối clorua khan (AlCl3) hoặc muối natri tetracloroaluminat (NaAlCl4) ở trạng thái nóng chảy AlCl3 + 3Na = Al + 3NaCl NaAlCl4 + 3Na = Al + 4NaCl Bởi vậy giá thành của nhôm cao đến nổi nhôm chỉ được dùng làm đồ trang sức.
Đến năm thứ tám mươi của thế kỉ XIX .Nhôm mới được sản xuất với quy mô công nghiệp bằng phương pháp điện phân hỗn hợp nóng chảy Al2O3 và [Na3(AlF6)], và từ đó nhôm trở nên có nhiều công dụng rộng rải trong thực tế. Criolit có vai trò quan trọng là hạ nhiệt độ nóng chảy của chất điện li: Al2O3 nóng chảy ở 2072℃ nhưng hổn hợp của 10% Al2O3 và 90% [Na3(AlF6)] nóng chảy ở gần 950℃ .Phương pháp điện phân nóng chảy hổn hợp đó là phát minh gần như đồng thời như độc lập với nhau của hai nhà khoa học trẻ là Hon (M.Hall.1863-1914,người Mĩ) và Hêrrun (H.Heroult.1863-1914,người pháp ) vào năm 1885. Boxit (Al2O3.xH2O) thường chúa các tạp chất như Fe2O3,SiO2,CaO nên cần phải tinh chế .Muốn vậy trước đây người ta nấu chảy bột nghiền nhỏ của boxit với soda Al2O3 + Na2CO3 = 2NaAlO2 + CO2 Rồi hòa tan sản phẩm vào nước ,những tạp chất như Fe(OH)3.CaSiO3, lắng xuống còn NaAlO2 tan vào dung dich ở dạng Na[Al(OH)4] Ngày nay người ta có dung dịch đó bằng phương pháp Baye Đun nóng bột oxit nghiền với dung dịch NaOH 40% trong nồi áp suất ở nhiệt độ 1500C và dưới áp suất 5-6 atm.Nhôm oxit tan trong dung dịch kiềm đó tạo thành natri hidroxoaluminat: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4] Lọc lấy dung dịch và dùng nước pha loãng ,kết tủa Al(OH)3 lắng xuống : Na[Al(OH)4] Al(OH)3 + NaOH Lọc lấy kết tủa nung ở 1200-14000C trong lò quay sẻ được Al2O3 tinh khiết. Criolit thiên nhiên khá hiếm nên được dùng điều chế bằng cách hoà tan Al(OH)3 và Na2CO3 trong dung dịch HF: 2Al(OH)3 + 12HF + 3 Na2CO3 = 2Na3(AlF6) + 3CO2 + 9H2O Quá trình điện phân được thực hiện ở nhiệt độ 9600C với điện áp khoãng 5V và cường độ dòng điện 140000A.Thùng điện phân có võ bằng thép ,bên trong lót gạch chịu lửa, cực dương là những thỏi than lớn nối với nhau và cắm vào thùng điện phân ,cực âm là than nằm ở đáy thùng ,cơ chế điện phân Na3(AlF6) củng chưa xác định một cách dứt khoát .Hiện nay người ta giải thích rằng criolit là hổn hợp của AlF3 và 3NaF, khi điện phân chỉ Nà điện phân cho Na và F2. Natri kim loại khử AlF3 tạo thành Al kim loại và muối NaF,còn F2 đẩy oxi trong Al2O3 tạo thành AlF3 .Nhờ vậy nòng độ của criolit ở trong thùng điện phân hầu như không đổi.Kết quả là nhôm sinh ra ở cực âm ,tập trung ở đáy thùng điện phân dưới dạng lỏng , khí oxi bay lên ở cực dương tác dụng với than ở cực đó tạo nên khí CO và CO2 làm cho cực bị ăn mòn ,cho nên trong quá trình điện phân được tiến hành lien tục :cứ sau khoảng 4 giờ cho Al2O3 tinh khiết ,thỉnh thoảng cho them một ít criolit bù cho lượng bị hao sau vài ba ngày,tháo nhôm lỏng ra ở cửa dưới của thùng .Sản phẩm thu được khá tinh khiết và có hàm lượng vào khoảng 99,4-99,8% Al Điện phân lần thứ hai,nhôm có thể đạt đến hàm lượng 99,98% .Ngày nay bằng phương pháp nóng chảy vùng người ta có thể thu nhôm tinh khiết đến 99,998%
Để sản xuất một tấn nhôm kỉ thuật cần tiêu tốn khoảng 2 tấn Al2O3 , 50kg Na3(AlF6) ,40kg than làm cực dương và 2.104 kWh.Tuy là phương pháp tiến bộ hiện nay ,phương pháp điện phân nhôm còn tốn nhiều năng lượng nên giá thành của nhôm còn cao. Để có nhôm Al2O3 tinh khiết ,ngày nay người ta có thể chế hóa nefelin hoặc cao lanh .Chẳng hạn khi chế hóa nefelin người ta đã nung hỗn hợp bột nghiền nhỏ và trộn kĩ của nefelin đá vôi soda ở nhiệt độ 12000C trong lò quay: (Na,K)2Al2Si2O8 + 2CaCO3 = 2CaSiO3 + 2(Na,K)AlO2 + 2CO2 Hổn hợp sau khi nung được nghiền mịn và ngâm chiết trong nước rồi lọc lấy dung dịch aluminat .sục khí CO2 ,là một sản phẩm của phản ứng trên ,vào dung dịch hidroxoaluminat sẽ thu được kết tủa Al(OH)3: 2(Na,K)[Al(OH)4] + CO2 = (Na,K)2CO3 + Al(OH)3 + H2O Quá trình chuyển Al(OH)3 thành Al2O3 được thực hiện như trên. Gần đây người ta chế nhôm không cần điện phân và bắt đầu xây dựng theo phương pháp đó.Nguyên tắc của phương pháp là clo hóa đất sắt đã nung trước để lấy nhôm clorua rồi dùng bột mangan khử hơi nhôm clorua ở nhiệt độ 2300C Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là tiết kiệm được nhiều năng lượng sử dụng nguyên liệu đất sắt sẳn có không gây ô nhiểm của môi trường .Bởi vậy đến đầu thế kỉ XXI phương pháp mới đó sẻ cho phép nhôm thay thế cho cho các vật liệu như thép gổ ,thủy tinh và bê tong trong nhiều ngành công nghiệp .Ở tỉnh Lâm Đồng nước ta có dự án khai thác nhôm boxit và sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân n hưng đang lập dự án và còn nhiều quan điểm khác nhau về sự khac thác quặng này và trong tương lai rất gần có thể nhờ người Trung Quốc khai thác để học hỏi kinh nghiệm sau đó tự khai thác. Điện phân nhôm bằng công nghệ Hall-Heroult tiêu hao nhiều điện năng, nhưng các công nghệ khác luôn luôn có khuyết điểm về mặt kinh tế hay môi trường hơn công nghệ này. Tiêu chuẩn tiêu hao năng lượng phổ biến là khoảng 14,5-15,5 kWh/kg nhôm được sản xuất. Các lò hiện đại có mức tiêu thụ điện năng khoảng 12,8 kWh/kg. Dòng điện để thực hiện công việc điện phân này đối với các công nghệ cũ là 100.000-200.000 A. Các lò hiện này làm việc với cường độ dòng điện khoảng 350.000 A. Các lò thử nghiệm làm việc với dòng điện khoảng 500.000 A. Năng lượng điện chiếm khoảng 20-40% trong giá thành của sản xuất nhôm, phụ thuộc vào nơi đặt lò nhôm. Các lò luyện nhôm có xu hướng được đặt ở những khu vực mà nguồn cung cấp điện dồi dào với giá điện rẻ, như Nam Phi, đảo miền nam New Zealand, Úc, Trung Quốc, Trung Đông, Nga và Quebec ở Canada. Trung Quốc hiện là nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới (năm 2004) Chương 9: 5 câu hỏi bài tập trắc nghiệm về nhôm:
Câu 1: Tất cả các nguyên tố kim loại nào dưới đây trong dãy thể hiện tính lưỡng tính khi đun nóng nhẹ: a. Zn , Fe , Al , Be , Sn c. Zn , Al , Cr , Be , Pb b. Cr , Al , Hg , Cu , Ni d. Pb , Sn , Ni , Cr , Ag Câu 2: Các kim loại nào trong dãy dưới đây không tan trong HNO3 đặc nguội: a. Al , Ni , Cu c. Cr , Au , Ba b. Fe , Mg , Zn d. Fe , Al , Cr Câu 3:Dự đoán sản phẩm tạo ra khi đun nóng Al2O3 tác dụng với CO: a. Không tác dụng nên không tạo sản phẩm b. Tạo ra Al tinh khiết , khí CO2 và chất tham gia dư Al2O3 hoặc CO c. Tạo ra một dạng phức thành phần là Al, C và O d. Tất cả các phương án trên đều không đúng Câu 4:Kim loại nào dưới đây có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt nhất: a. Al c. Au b. Ag d. Cu Câu 5:Cho hỗn hợp Na và Nhôm vào lượng nước dư sau phản ứng thấy không còn lượng chất rắn nữa .Như vậy a. Ba và Al đã hòa tan hết vào lượng nước dư b. Nhôm tan trong dung dịch kiềm và số mol Al nhỏ hơn 2 lần số mol Ba c. Nhôm tan trong dung dịch kiềm và số mol Al bằng số mol Ba d. Nhôm tan trong dung dịch kiềm và số mol Ba nhỏ hơn hoặc lớn hơn 2 lần số mol Al. Đáp án: 1.c 2.d 3.a 4.b 5.b C . PHẦN KẾT LUẬN Nhôm lịch sử hình thành và ứng dụng đã nói lên hết quá trình hình thành tìm ra nguyên tố,tính chất,ứng dụng…của nguyên tố hóa học thuộc ô 13 trong bảng hệ thống tuần hoàn hóa học mendeleev cũng như hợp chất của nó,càng thể hiện rõ hơn tài năng của các nhà hóa học đã tìm ra cho chúng ta một kim loại có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống.Nhôm là một trong những kim loại phổ biến nhất hiện nay điều đó càng làm cho các sinh viên hóa hiện nay phải nổ lực học tập để có thể khai thác hết tiềm năng sẳn có của kim loại này ở nước ta,nước ta hiện nay đang có một trữ lượng lớn quặng boxit ở Lâm Đồng đang trong quá trình xây dưng và hoạt động vì vậy cần phải biết các thuộc tính,tính chất của nó để có thể khai thác hiệu quả ít ảnh hưởng tới môi trường tụ nhiên. Tóm lại nhôm là kim loại không thể thiếu trong cuộc sống chúng ta vì vậy chúng ta phải biết sử dụng một cách hiệu quả .Thông điệp muốn gữi qua tiểu