Nhôm là gì? Tính chất và ứng dụng của nhôm

Nhôm là nguyên tố có ứng dụng rất lớn trong đời sống, nó trở nên quen thuộc và dễ dàng gặp được trong cuộc sống. Nhôm có nhiều lợi ích như vậy, liệu rằng bạn đọc đã hiểu hết tính chất và tại sao nhôm lại được ứng dụng nhiều như vậy trong đời sống chưa? Cùng admin tìm hiểu nhé.

Nhôm (Al)

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 660oC. 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

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

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 + 3O­2

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.