Nhôm là gì? Tính chất và ứng dụng của nhôm

Nhôm (Al) là gì

Nhôm hay còn gọi là aluminium là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Al và số hiệu nguyên tử bằng 13. Nguyên tử khối bằng 27 đvC. Khối lượng riêng là 2,7 g/cm³. Nhiệt độ nóng chảy là 660^oC. Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (sau O và Si), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất. Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn của Trái Đất. Quặng chính chứa nhôm là bô xít.

Tính chất vật lý của Nhôm

Nhôm là kim loại màu trắng bạc, có ánh kim, nhẹ (khối lượng riêng là 2,7 g/cm³), dẫn điện, nhiệt tốt, độ dẫn điện của nhôm bằng 2/3 độ dẫn điện của đồng và nhôm có tính dẻo nên có thể cán mỏng hoặc kéo thành sợi.

Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng, nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc, nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ. Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường.

Tính chất hóa học của Nhôm

Nhôm tác dụng với O₂: 

Bột Al cháy trong không khí khi được đun nóng cho ngọn lửa màu sáng chói.

2Al + 3O₂ → Al₂O₃

Chú ý:

Al chỉ phản ứng với oxi trên bề mặt (vì tạo ra lớp màng oxit bao phủ bề mặt, bảo vệ và ngăn cản Al tham gia phản ứng tiếp):

Muốn phản ứng xảy ra hoàn toàn thì phải loại bỏ lớp oxit bao phủ trên bề mặt Al (bằng cách tạo hỗn hống Al - Hg hoặc dùng Al bột đun nóng).

Tác dụng với các phi kim

Nhôm phản ứng được với các phi kim khác → muối.

• Al tự bốc cháy khi tiếp xúc với các halogen:

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃

• Khi đun nóng, Al tác dụng với bột S:

2Al + 3S → Al₂S₃

Nhôm tác dụng với axit

Nhôm tác dụng HCl, H₂SO₄ loãng tạo thành muối nhôm và giải phóng khí H₂

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

2Al + 3H₂SO₄ loãng → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Nhôm tác dụng HNO₃, H₂SO₄ đặc, nóng (tùy theo nồng độ của axit mà sản phẩm tạo ra khác nhau)

M + HNO₃ → M(NO₃)_n + {NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃} + H₂O

Ví dụ: 

Al + 6HNO₃ đặc, nóng → Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Al + 4HNO₃ loãng → Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

- Nhôm tác dụng với H₂SO₄ đặc, nóng

2Al + 6H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Lưu ý:

- Al thụ động với H₂SO₄ đặc nguội và HNO₃ đặc nguội → có thể dùng thùng Al để chuyên chở axit HNO₃ đặc nguội và H₂SO₄ đặc nguội.

Phản ứng nhiệt nhôm

Al khử được oxit của các kim loại đứng sau nhôm ở nhiệt độ cao

Ví dụ:

2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe

2Al + 3CuO → Al₂O₃ + 3Cu

Tác dụng với nước

Al không phản ứng với nước vì được lớp oxit mỏng, bền và đặc khít bảo vệ. Nếu phá bỏ lớp oxit bao phủ bề mặt, Al phản ứng trực tiếp với nước.

2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂

Lưu ý:

Al(OH)₃ là chất kết tủa dạng keo màu trắng khi sinh ra sẽ bao kín bề mặt của Al kim loại ngăn cách không cho Al tiếp xúc với nước để phản ứng tiếp nữa. Phản ứng này chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết.

Tác dụng với dung dịch bazơ

Al tham gia phản ứng dễ dàng với các dung dịch kiềm:

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

2Al + Ba(OH)₂ + 2H₂O → Ba(AlO₂)₂ + 3H₂

Lưu ý:

- Nếu cho hỗn hợp Na, K, Ba, Ca và Al (hoặc Zn) vào nước dư, xảy ra các phản ứng:

2M  + 2H₂O → 2MOH + H₂

MOH + H₂O + Al → MAlO₂ + 3/2H₂

- Trong quá trình giải toán có 2 trường hợp xảy ra:

* Trường hợp 1. Cả kim loại kiềm và Al đều phản ứng hết nếu số mol kim loại kiềm ≥ số mol Al.

* Trường hợp 2. Kim loại kiềm phản ứng hết, Al dư nếu số mol kim loại kiềm < số mol Al.

Nhấn mạnh tuy Al có phản ứng hóa học với dung dịch bazơ, nhưng không được nói nhôm có tính lưỡng tính, chỉ nói hidroxit của nhôm có tính lưỡng tính

Tác dụng dung dịch muối

Al đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối của chúng:

2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu

- Phản ứng với muối nitrat trong môi trường kiềm:

8Al + 3NaNO₃ + 5NaOH + 2H₂O → 8NaAlO₂ + 3NH₃

- Phản ứng với muối nitrat trong môi trường axit (giống phản ứng với HNO₃):

Al + 4H⁺ + NO₃^- → Al³⁺ + NO + 2H₂O

Điều chế

Nguyên liệu

- Quặng boxit Al₂O₃ có lẫn SiO₂ và Fe₂O₃.

Các giai đoạn điều chế 

- Làm sạch nguyên liệu:

2NaOH + Al₂O₃ → 2NaAlO₂ + H­₂O

2NaOH + SiO₂ → Na₂SiO₃ + H₂O

NaAlO₂ + CO₂ + 2H₂O → NaHCO₃ + Al(OH)₃

NaOH + CO₂ → NaHCO₃

2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

- Điện phân nóng chảy Al₂O₃ có mặt criolit Na₃AlF₆ (hạ nhiệt độ nóng chảy của Al₂O₃từ 2050⁰C xuống 900⁰C; tăng độ dẫn điện do tạo thành nhiều ion hơn; tạo lớp bảo vệ không cho O₂ phản ứng với Al nóng chảy):

2Al₂O₃ → 4Al + 3O_­2

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 ứng dụng có thể kể đến là: đồ dùng gia đình, dây dẫn điện, vật liệu xây dựng...Ngoài ra, đuy-ra còn ứng dụng rất lớn trong khoa học không gian và vũ trụ.