Nhôm (Al), Cấu hình electron, Tính chất hoá học, Điều chế, Ứng dụng

Bạn đang xem: Nhôm (Al), Cấu hình electron, Tính chất hoá học, Điều chế, Ứng dụng tại vietabinhdinh.edu.vn

Nhôm (tiếng Anh là Aluminium) là nguyên tố hóa học có ký hiệu Al và số hiệu nguyên tử 13. Đây là kim loại nhẹ, màu bạc, dẫn điện và nhiệt tốt, nhưng không dẫn điện. Nhôm xảy ra trong nhiều khoáng chất khác nhau, bao gồm bauxite, fenspat và mica. Nhôm có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày, bao gồm sản xuất đồ gia dụng, vỏ máy bay, vỏ thuyền, vỏ ô tô, đồng hồ, vỏ điện thoại, đèn LED, vật liệu xây dựng, v.v. Để hiểu rõ hơn, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về nguyên tố nhôm (Al), cấu hình electron, tính chất hóa học, điều chế, ứng dụng trong đời sống.

Nhôm (Al) là gì?

Nhôm (từ tiếng Pháp: Aluminium, phiên âm tiếng Việt: a-luy-min-nhôm) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn, có ký hiệu Al và số hiệu nguyên tử 13.

Nhôm là kim loại có màu trắng bạc, mềm và nhẹ. Nhôm có tính phản xạ cao và có khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện tuyệt vời. Nhôm là một kim loại không độc hại với đặc tính chống mài mòn. Nhôm cũng là kim loại được cấu tạo phổ biến nhất.

Nhôm nguyên chất rất khó tìm trong tự nhiên, thường kết hợp với oxi và các nguyên tố khác. Mọi người thường gọi là hợp kim nhôm trong cuộc sống hàng ngày.

Lịch sử kim loại nhôm

Việc phát hiện ra kim loại này được công bố vào năm 1825 bởi nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Oersted, công việc của ông được mở rộng thêm bởi nhà hóa học người Đức Friedrich Waller. Nhôm rất khó nấu chảy nên không được sử dụng phổ biến trong thực tế. Ngay sau khi được phát hiện, giá nhôm đã vượt qua giá vàng.

Nguyên tố Nhôm (Al) trong Bảng tuần hoàn

Nguyên tố nhôm (Al) có số hiệu nguyên tử là 13 và nằm ở vị trí thứ 3 của chu kỳ thứ 3 trong bảng tuần hoàn. Vị trí này ứng với cấu hình electron của [Ne] 3s2 3p1. Nhôm là kim loại bán dẫn nhẹ. Nó được bao gồm trong nhóm 13 (còn được gọi là nhóm boron) cùng với các nguyên tố khác như boron (B), gali (Ga), indi (In) và tali (Tl).

Số hiệu nguyên tử (Z)	13
Khối lượng nguyên tử tiêu chuẩn (±) (Ar)	26,9815386(13)
phân loại	Kim loại
nhóm, phân lớp	13. Trang
xe đạp	chu kỳ thứ 3
cấu hình điện tử	[Ne] 3s2 3p1
mỗi lớp	2, 8, 3

Tính chất vật lý của nhôm (Al)

Nhôm được đặc trưng bởi cấu trúc mạng lập phương tâm diện. Ngoài ra, nói đến tính chất của nhôm, đặc biệt là tính chất vật lý, chúng ta không thể không nhắc đến tính dẫn điện của nhôm hay khả năng dẫn nhiệt tốt của hợp chất này. Nhôm nóng chảy ở 660oC.

Nhìn bằng mắt thường, nhôm có màu trắng bạc, cứng, bền và dai. Nhôm có thể dễ dàng kéo thành sợi hoặc dát mỏng. Nhôm có khối lượng riêng là 2,7 g/cm3.

màu sắc	kim loại màu trắng bạc
trạng thái của vật chất	chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	933,47 K (660,32°C, 1220,58°F)
độ nóng chảy	2792K (2519°C, 4566°F)
Tỉ trọng	2,70 gam·cm−3 (ở 0 °C, 101,325 kPa)
mật độ chất lỏng	Điểm nóng chảy: 2,375 g·cm-3
sức nóng của phản ứng tổng hợp	10,71 kJ·Nốt ruồi −1
nhiệt bay hơi	294,0 kJ·Nốt ruồi −1
Nhiệt dung	24.200 joules·Nốt ruồi −1·K-1
áp suất hơi

Tính chất hóa học, hợp chất của nhôm

Những tính chất hóa học cơ bản của nhôm dưới đây sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn nhôm phản ứng với những chất gì và nhôm có những hợp chất nào.

Nhôm (Al) phản ứng với phi kim

Trên thực tế, vật liệu làm bằng nhôm có một lớp oxit bảo vệ trên bề mặt. Nhôm phản ứng với oxy trên bề mặt. Vì trong quá trình phản ứng, nhôm sẽ tạo thành màng oxit trên bề mặt. Điều này bảo vệ và ngăn nhôm phản ứng với oxy để tạo thành oxit.

Al2O3 là oxit lưỡng tính nên về mặt hóa học Al2O3 sẽ tồn tại dưới dạng oxit lưỡng tính. Đó là, nó có thể phản ứng với axit và bazơ.

Ngoài ra, nhôm có thể phản ứng với các phi kim khác để tạo thành muối.

Ví dụ:

• 2Al + 3Cl2 => 2AlCl3
• 2Al + 3S => Al2S3

hiệu ứng nước

Thực tế Al không phản ứng với nước vì được một lớp oxit mỏng bảo vệ. Khi lớp oxit được loại bỏ, nguyên tố nhôm phản ứng trực tiếp với nước.

2Al + 6H2O => 2Al(OH)3 + 3H2

Phản ứng với các oxit kim loại ít phản ứng hơn (nhôm thu nhiệt)

Al có thể khử oxit của kim loại tiếp theo và thứ tự phản ứng hóa học là: 2Al + 3FeO => Al2O3 + 3Fe

Phản ứng với dung dịch axit

Nhôm phản ứng khác nhau với các axit khác nhau.

Đặc biệt:

Nhôm dễ dàng phản ứng với HCl và H2SO4 loãng tạo thành muối và hiđro: 2Al + 6HCl => 2AlCl3 + 3H2

Dùng H2SO4 loãng: 2Al + 3H2SO4 => Al2(SO4)3 + 3H2

Đối với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 hay H2SO4 đặc:

• Al + 4HNO3 => Al(NO3)3 + NO + 2H2O
• Nhôm + 6HNO3 => Nhôm(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
• 2Al + 6H2SO4 => Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Phản ứng với dung dịch kiềm

Al dễ dàng tham gia phản ứng với dung dịch kiềm: Al + NaOH + H2O => NaAlO2 + 1,5 H2

Đầu tiên Al phản ứng với nước và sau đó tạo ra Al(OH)3. Đây là một hiđroxit lưỡng tính tan trong dung dịch kiềm.

phản ứng với dung dịch muối

Al khử được các kim loại trong dãy kim loại hoạt động ra khỏi dung dịch muối: 2Al + 3CuSO4 => Al2(SO4)3 + 3Cu

phản ứng nhiệt

Phản ứng thu nhiệt nhôm là phản ứng hóa học tỏa nhiệt ở nhiệt độ cao sử dụng nhôm làm chất khử. Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng thu nhiệt nhôm giữa oxit sắt và nhôm:

Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3

Một số phản ứng khác, chẳng hạn như:

• 3CuO+ 2Al → Al2O3 + 3Cu
• 8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe
• 3Mn3O4 + 8 Al → 4 Al2O3 + 9 Mn
• Cr2O3 + 2 Al → Al2O3 + 2 Cr

Phản ứng lần đầu tiên được sử dụng để khử các oxit kim loại mà không cần sử dụng carbon. Phản ứng này rất tỏa nhiệt, nhưng nó có năng lượng kích hoạt cao vì liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn trước tiên phải bị phá vỡ. Các oxit kim loại được nung nóng cùng với nhôm trong lò nung. Phản ứng này chỉ có thể được sử dụng để sản xuất một lượng nhỏ vật liệu.

Nhôm nhiệt cũng được sử dụng để điều chế các kim loại chịu lửa (chẳng hạn như crom hoặc von Farr). Vì bị thụ động hóa bởi H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội nên người ta dùng can nhôm để vận chuyển hai axit này.

Những phản ứng này thường được sử dụng để đạt được hàn điểm của đường ray và có thể được sử dụng cho các cài đặt phức tạp hoặc sửa chữa hiện trường mà hàn đường ray không thể thực hiện được. Nhôm nhiệt điện cũng được sử dụng để sản xuất hầu hết các hợp kim sắt, chẳng hạn như ferroniobi từ niobi pentoxit và ferrovanadi từ vanadi oxit. Các kim loại khác cũng được sản xuất bằng phương pháp này.

gia công nhôm

Hiện nay, phương pháp điều chế chủ yếu là tách nhôm từ bauxite có lẫn SiO2 và Fe2O3.

Nhôm được sản xuất bằng cách điện phân bauxite, một loại quặng chứa khoảng 40-60% alumin, bằng cách điện phân tinh chất bauxite trong điện phân tế bào nhiệt độ cao (nhôm kali sunfat). Một quy trình sản xuất nhôm điển hình bao gồm các bước sau:

• Khai thác bauxite: Bauxite được khai thác từ các trầm tích bậc thang ở các vùng của Châu Phi, Châu Á và Châu Đại Dương.
• Xử lý bauxite: Bauxite được nghiền và xử lý để tách các tinh thể alumina ra khỏi các khoáng chất khác.
• Phương pháp điện phân bauxit: Trộn tinh thể alumin với dung dịch nhôm kali sulfat đậm đặc và điện phân ở nhiệt độ cao trong bình điện phân để tạo ra nhôm.
• Tách nhôm: Sau khi quá trình điện phân hoàn tất, nhôm được tách ra khỏi bình điện phân và tiếp tục qua các bước nấu chảy để loại bỏ tạp chất và tạo ra nhôm đúc hoặc nhôm cuộn.

Việc sản xuất nhôm là một quá trình phức tạp và tốn nhiều năng lượng, tuy nhiên nhôm là kim loại rất phổ biến với nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày.

Ứng dụng của Nhôm (Al)

Nhôm có nhiều ứng dụng trong đời sống. Các hãng nhôm tại Việt Nam cũng sử dụng kim loại này để tạo thành vỏ máy bay nhờ độ bền và độ mỏng của nó. Nhôm còn được dùng trong sản xuất đồ dùng, thiết bị gia dụng như nồi, chảo, dây điện, cửa, v.v.

Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng nhôm được sử dụng phổ biến và rất nhiều trong đời sống, ví dụ như:

trong ngành xây dựng

Ngành xây dựng sử dụng nhôm cho:

• lối vào chính
• cửa sổ
• Khung nhôm
• vách ngăn
• Trước
• mái hiên
• …

trong công nghiệp

Các ứng dụng nhôm công nghiệp sẽ liên quan đến:

• khung
• xe tải
• Bộ tản nhiệt
• …

trong hàng tiêu dùng

Ngoài ra nhôm còn được ứng dụng trong nhiều sản phẩm tiêu dùng như:

• trưng bày
• thanh rèm
• bàn treo tường
• thang
• giường
• Bàn ghế hợp kim nhôm
• …

Từ nhu yếu phẩm hàng ngày đến các dự án xây dựng, nhôm là trụ cột. Không chỉ vậy, ứng dụng của kim loại nhôm trong y học cũng là một lĩnh vực đang được nghiên cứu và phát triển.

Kết thúc

Như vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về đặc điểm của nhôm và những ứng dụng, chức năng của nó trong cuộc sống. Đây là một kim loại phổ biến trong đời sống. Mong nội dung trên

Bạn thấy bài viết Nhôm (Al), Cấu hình electron, Tính chất hoá học, Điều chế, Ứng dụng có đáp ướng đươc vấn đề bạn tìm hiểu không?, nếu không hãy comment góp ý thêm về Nhôm (Al), Cấu hình electron, Tính chất hoá học, Điều chế, Ứng dụng bên dưới để vietabinhdinh.edu.vn có thể thay đổi & cải thiện nội dung tốt hơn cho các bạn nhé! Cám ơn bạn đã ghé thăm Website: vietabinhdinh.edu.vn

Nhớ để nguồn bài viết này: Nhôm (Al), Cấu hình electron, Tính chất hoá học, Điều chế, Ứng dụng của website vietabinhdinh.edu.vn