§6. NHÔM

I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO

a) Vị trí của nhôm trong bảng tuần hoàn

Nhôm thuộc nhóm IIIA, chu kì 3, có số hiệu nguyên tử là 13. Trong chu kì, nhôm đứng sau nguyên tố kim loại Mg và trước nguyên tố phi kim Si.

b) Cấu tạo của nhôm

(1) Cấu hình electron: . Al là nguyên tố p.

(2) Cấu tạo của đơn chất: Đơn chất nhôm có cấu tạo kiểu mạng lập phương tâm điểm.

(3) Năng lượng ion hoá: So sánh năng lượng ion hoá , vì vậy khi cung cấp năng lượng cho nguyên tử Al sẽ có 3e tách ra khỏi nguyên tử.

(4) Số oxi hoá: Trong các hợp chất nguyên tố Al có số oxi hoá là +3.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Nhôm là kim loại nhẹ, màu trắng bạc, dễ kéo sợi và dát mỏng.

- Nhôm dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Độ dẫn điện bằng 2/3 đồng nhưng lại nhẹ hơn đồng 3 lần. Độ dẫn điện của nhôm hơn sắt 3 lần.

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

• Kim loại nhôm, có tính khử mạnh do (nhỏ hơn so với nhiều kim loại khác) và năng lượng ion hoá thấp.

• Tính khử mạnh của nhôm được thể hiện qua những phản ứng sau:

1. Tác dụng với phi kim

Nhôm tác dụng trực tiếp và mạnh với nhiều phi kim như ...

a) Tác dụng với oxi

- Ở nhiệt độ thường tạo .

- Ở nhiệt độ cao (đốt cháy) phản ứng cháy sáng và tỏa nhiệt.

b) Tác dụng với halogen

Bột nhôm tự cháy khi tiếp xúc với halogen.

c) Tác dụng với C, S, N...

2. Tác dụng với axit

và Do vậy kim loại Al khử dễ dàng các ion trong dung dịch axit.

• Với HCl loãng cũng như đặc và loãng cho bay ra.

• Với đặc nóng tùy theo nồng độ, tính khử của kim loại, điều kiện phản ứng tạo ra sản phẩm khử khác nhau: .

• Với đặc, nguội và đặc, nguội: Al, Fe không phản ứng do chúng bị oxi hoá tạo các lớp oxit bền vững, Al, Fe bị thụ động hoá.

• Với đặc nóng cho khí .

• Al tác dụng với loãng cho NO, , và muối nitrat.

• Al không tác dụng với rất loãng.

Nhận xét: Nói chung kim loại hoạt động hoá học càng mạnh tác dụng với axit càng loãng thì gốc axit bị khử càng sâu.

3. Tác dụng với nước

Thế điện cực của cao hơn so với thế điện cực chuẩn của , như vậy nhôm có thể khử được nước giải phóng .

Phản ứng nhanh chóng dừng lại vì lớp không tan trong nước đã ngăn cản không cho nhôm tiếp xúc với nước.

Các đồ vật bằng nhôm được phủ kín bằng màng rất mỏng phủ lên bề mặt của vật nên bền chắc không cho nước thấm qua.

4. Tác dụng với oxit kim loại

Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều oxit kim loại như ... thành kim loại tự do.

Phản ứng của Al với oxit kim loại gọi là phản ứng nhiệt nhôm. Nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra rất lớn (khoảng 2300 - 2700°C) có thể làm nóng chảy các sản phẩm.

5. Tác dụng với kiềm

Nhôm tác dụng với kiềm mạnh như NaOH, KOH, , ... tạo thành dung dịch muối aluminat và khí hiđro:

6. Tác dụng với dung dịch muối

Nhôm đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của chúng.

IV. ỨNG DỤNG VÀ SẢN XUẤT

1. Ứng dụng

• Nhôm và hợp kim nhôm có đặc tính nhẹ, bền đối với không khí và nước, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ, ...

• Nhôm và hợp kim có màu trắng bạc, đẹp được dùng làm khung cửa và trang trí nội thất.

• Nhôm có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, được dùng làm dây cáp dẫn điện thay cho đồng là kim loại đắt tiền. Nhôm được dùng chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt, các dụng cụ đun nấu trong gia đình, giấy nhôm dùng làm bao gói thực phẩm, các loại bánh kẹo.

• Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp técmit (hỗn hợp bột Al và ) được dùng để hàn gắn đường ray, điều chế một số kim loại trong phòng thí nghiệm.

2. Sản xuất

Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng boxit bằng phương pháp điện phân.

- Ở cực âm xảy ra sự khử ion

- Ở cực dương xảy ra sự oxi hoá các ion :