Tính chất hóa học của nhôm

Nhôm (còn gọi là Aluminium) là nguyên tố có nhiều thứ ba trong vỏ trái đất. Nó thường được sử dụng trong gia đình như lá nhôm, trong hàng thủ công như nhuộm và đồ gốm, và cũng được sử dụng trong xây dựng để tạo ra hợp kim. Ở dạng tinh khiết nhất, kim loại có màu trắng xanh và rất dẻo. Nó là một chất dẫn nhiệt và điện tuyệt vời và được sử dụng trong một số hệ thống dây điện. Khi nguyên chất, nó quá mềm cho mục đích xây dựng nhưng việc bổ sung một lượng nhỏ silicon và sắt sẽ làm cứng nó đáng kể.

Tính chất hóa học

  • Ký hiệu: Al
  • Số nguyên tử: 13
  • Khối lượng nguyên tử: 26,98154 amu
  • Màu bạc
  • Điểm nóng chảy: 933,4 K
  • Điểm sôi: 2792 K
  • Mật độ: 2,70 g / cm 3
  • Số trạng thái oxy hóa: 3
  • Chất khử tuyệt vời
  • Có 13 electron, 13 proton và 14 neutron
  • Kim loại
  • Dây dẫn tốt
  • Chống ăn mòn
  • Không từ tính
  • Ion ổn định
  • Hình thức dimers
  • Số nhóm: 13

Lịch sử hình thành của nhôm

Nhôm đứng thứ ba trong danh sách mười nguyên tố phong phú nhất trong vỏ trái đất, trong khi oxit của nó đứng thứ tư trong số mười hợp chất phổ biến nhất trong vỏ trái đất. Nó là kim loại phong phú nhất trên hành tinh. Tên của nó được lấy từ alumen trong tiếng Latinh có nghĩa là phèn. Mềm, nhẹ và bạc, sự tồn tại của nó được Lavoisier đề xuất vào năm 1787, nó được đặt tên bởi Davy vào năm 1807 và cuối cùng được phân lập bởi Ørsted vào năm 1825. Trước đó, nó được biết đến là một phần của phèn, được sử dụng như một chất kết dính để giúp đặt thuốc nhuộm trên vải. Vào thời điểm này nó được biết đến như một kim loại rất đắt tiền. Vào cuối những năm 1800, hai nhà khoa học Charles Martin Hall và Paul LT Heroult đã phát hiện ra rằng họ có thể sản xuất nhôm từ nhôm oxit thông qua điện phânvà một dung môi cryolit (khoáng chất nóng chảy). Điều này cho phép giá thành giảm và nhôm có thể được sử dụng cho mục đích thương mại.

Nhôm
Nhôm

Nhôm trên trái đất

Nhôm là nguyên tố phong phú thứ ba được tìm thấy trên trái đất và là kim loại phong phú nhất. Nó chiếm 8,1% khối lượng của vỏ trái đất, sau oxy và silic. Đương nhiên, nó được tìm thấy trong các hợp chất hóa học với các nguyên tố khác như bôxít. Nó không dễ dàng loại bỏ khỏi quặng tự nhiên vì trước hết nó phải được khử. Để xem alumina, được sử dụng để sản xuất nhôm, được chiết xuất từ ​​bauxit như thế nào, hãy đọc Quy trình Bayer trong phần tinh chế nhôm. Việc sử dụng dịch vụ thu mua phế liệu nhôm giúp tiết kiệm rất nhiều nguyên liệu cho vỏ trái đất.

Cấu hình điện tử của nhôm

Để tìm cấu hình electron của một nguyên tử, trước tiên bạn cần biết số electron mà nó có. Vì số hiệu nguyên tử của nhôm là mười ba nên nó có mười ba electron. Sau đó, bạn tách các electron giữa các obitan khác nhau. Hai electron đầu tiên của nhôm rơi trên quỹ đạo 1s, và hai electron sau đi theo quỹ đạo 2s. Sáu điện tử tiếp theo lấp đầy quỹ đạo 2p trong lớp vỏ thứ hai (cho đến nay là mười điện tử, còn ba điện tử nữa sẽ đi). Khi đó các electron 11 và 12 lấp đầy quỹ đạo 3s. Cuối cùng electron cuối cùng chiếm obitan 3p.

Cấu hình electron của Nhôm là 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Cấu hình electron ở trạng thái cơ bản là [Ne] 3s 2 3p 1 .

Cấu hình của nhôm
Cấu hình của nhôm

Trạng thái oxy hóa

Nhôm có ba trạng thái oxi hóa. Phổ biến nhất là +3. Hai điểm còn lại là +1 và +2. Một trạng thái oxi hóa +3 đối với Nhôm có thể được tìm thấy trong hợp chất nhôm oxit, Al 2 O 3 . Trong AlO, nhôm monoxit, nó có trạng thái oxi hóa +2, và AlH có trạng thái oxi hóa +1.

Hợp chất nhôm

Mặc dù nó có vẻ không phản ứng đặc biệt, nhưng nhôm được coi là một kim loại hoạt động. Hành vi của nó là lừa đảo vì nó phản ứng nhanh với oxy trong không khí để tạo thành nhôm oxit (Al2O3Al2O3), hoặc alumin, được liên kết chặt chẽ với kim loại và tồn tại dưới dạng lớp phủ dày đặc (không giống như các oxit của sắt). Lớp phủ này bảo vệ nó khỏi phản ứng tiếp theo. Tuy nhiên, rõ ràng, lớp phủ này không hoàn toàn chống lại được vì nhôm không tồn tại ở dạng nguyên bản.

Alumina là oxit chịu lửa của nhôm và được tìm thấy trong bauxit và corundum (ngọc bích và hồng ngọc). Nó có nhiệt độ nóng chảy rất cao. Một trong những ứng dụng của hợp chất này được sử dụng để tạo ra ánh sáng màu khác nhau có thể được sử dụng như một chùm tia laze. Nó cũng được sử dụng trong đồ gốm, nhuộm, thuốc kháng axit, và sản xuất hóa chất.

Một hợp chất khác có chứa nhôm là Al (OH) 3 , thường được tạo thành kết tủa sền sệt khi các hợp chất nhôm bị thủy phân trong nước.

Nhôm sunfat, Al 2 (SO 4 ) 3 · 18H 2 O là một hợp chất nhôm rất hữu ích, được tạo ra từ oxit và axit sunfuric. Một công dụng của muối này là nhuộm vải bông và ứng dụng của nhôm trong ngành xây dựng cũng khá cao.

nhôm
nhôm

Phản ứng nhôm

Nhôm dễ bị oxi hóa thành Al 3 + như trong phương trình này2 Al( các )+ 6H+( một q)→ 2 Al3 ++ 3H2 ( g)(1)(1)2Al(S)+6H(aq)+→2Al3++3H2(g)

Trong hàn các vật lớn, phản ứng nhiệt học được sử dụng:2 Al( các )+ Fe2O3 ( s )→ Al2O3 ( s )+ Fe( các )(2)(2)2Al(S)+Fe2O3(S)→Al2O3(S)+Fe(S)

Phản ứng của nhôm với Halogens

Các Halogenua nhôm, giống như các halogenua boron, là Axit Lewis phản ứng , có nghĩa là chúng dễ dàng chấp nhận một cặp điện tử. Ví dụ, một phức hợp halogenua quan trọng để sản xuất nhôm là criolit, NaAlF 6.

6 giờF+ A l ( Ơ H)3+ 3 Na O H→ Na3A lF6+ 6H2O(3)(3)6HF+Al(OH)3+3NaOH→Na3AlF6+6H2O

Oxit nhôm và Hydroxit

Nhôm oxit thường được gọi là alumina hoặc khi kết tinh, corundum. Ôxít nhôm tương đối không phản ứng vì các ion Al 3 + nhỏ và O 2+ tạo thành một mạng tinh thể ion rất bền trong cấu trúc tủ lập phương với các ion chiếm các lỗ nhỏ hình bát diện. Nhôm được bảo vệ chống ăn mòn nhờ lớp phủ mỏng Al 2 O 3 giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa kim loại nhôm tiếp tục.

2 Al( các )+ 3H2O( l )→ Al2O3 ( s )+ 6H++ 6e-(4)(4)2Al(S)+3H2O(l)→Al2O3(S)+6H++6e-

Nhôm hydroxit là chất lưỡng tính có nghĩa là nó có thể phản ứng với axit hoặc bazơ.

Axit:A l ( O H)3 ( s )+ 3H3O+( một q)→ [ A l (H2O)6]3 +( một q)(5)(5)Axit:Al(OH)3(S)+3H3O(aq)+→[Al(H2O)6](aq)3+
Căn cứ:A l ( O H)3 ( s )+ OH-( một q)→ [ A l ( O H)4]-( một q)(6)(6)Căn cứ:Al(OH)3(S)+OH(aq)-→[Al(OH)4](aq)-

Tinh luyện nhôm

Hầu hết nhôm ngày nay được sản xuất bằng quy trình Hall sử dụng một lượng đáng kể năng lượng dưới dạng điện năng để điện phân 7 loại kim loại nhôm từ hỗn hợp muối nóng chảy. Nguồn năng lượng ban đầu lớn là một lý do quan trọng tại sao tái chế nhôm là một ý tưởng tốt và hiệu quả về chi phí.

Vì nhôm được tìm thấy trong các hợp chất với các nguyên tố khác nên nó cần được khử. Quá trình Bayer được Karl Bayer phát minh vào năm 1887. Về cơ bản, nó đề cập đến việc tinh chế bauxite, quặng nhôm quan trọng nhất, để sản xuất alumin . Từ đây, alumin trung gian phải được nấu chảy thành nhôm kim loại thông qua Quy trình Hall-Heroult.