camchuong
Cấp bậc: Trung Uý
Gia nhập : 05/12/2009
Tổng số bài gửi : 237
Điểm đóng góp : 451
Được cám ơn : 50
Tuổi : 35
Đến từ : Miền núi xa xôi
Sở thích : muốn có được những gì mình muốn
Quan điểm : sống để chia sẻ và được yêu thương
Con vật yêu thích: : 
Mức độ vi phạm diễn đàn: :
 |  Tiêu đề: Nhôm và những điều bạn chưa biết  Sat Dec 26, 2009 7:15 pm | |
| |  | |  | | Hoá học và đời sống : Nhôm - Những điều bạn chưa biết
[You must be registered and logged in to see this image.]
Nhôm (tiếng Latinh: alumen, alum) là tên nguyên tố hóa học trong bảng
tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al và số nguyên tử bằng 13. Từ “nhôm”
trong tiếng Việt có nguồn gốc từ aluminium trong tiếng Pháp. Nhôm là
một kim loại mềm, nhẹ với màu xám bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng
ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí.
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. Nên có
nhiều ứng dụng trong thực tế cuộc sống và công nghệ. Nhưng có những
điều về nhôm mà chúng ta chưa biết.
1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
[You must be registered and logged in to see this image.]
“Có một ngày một người thợ vàng ở Roma được phép cho hoàng đế Tiberius
xem một chiếc đĩa ăn làm từ một kim loại mới. Chiếc đĩa rất nhẹ và có
màu sáng như bạc Người thợ vàng nói với hoàng đế rằng ông đã sản xuất
kim loại từ đất sét thô. Ông cũng cam đoan với hoàng đế rằng chỉ có ông
ta và chúa Trời biết cách sản xuất kim loại này từ đất sét. Hoàng đế
rất thích thú, và như một chuyên gia về tài chính ông đã quan tâm tới
nó. Tuy nhiên ông nhận ngay ra là mọi tài sản vàng, bạc của ông sẽ mất
giá trị nếu như người dân bắt đầu sản xuất kim loại màu sáng này từ đất
sét. Vì thế, thay vì cảm ơn người thợ vàng, ông đã ra lệnh chặt đầu ông
ta”.
Những người Hy Lạp và La Mã cổ đại đã sử dụng các loại muối của kim
loại này như là thuốc cẩn màu (nhuộm) và như chất làm se vết thương, và
phèn chua vẫn được sử dụng như chất làm se. Năm 1761 Guyton de Morveau
đề xuất cách gọi gốc của phèn chua là alumine. Năm 1808, Humphry Davy
xác định được gốc kim loại của phèn chua (alum), mà theo đó ông đặt tên
cho nhôm là aluminium.
Tên tuổi của Friedrich Wohler nói chung được gắn liền với việc phân lập
nhôm vào năm 1827. Tuy nhiên, kim loại này đã được sản xuất lần đầu
tiên trong dạng không nguyên chất hai năm trước bởi nhà vật lý và hóa
học Đan Mạch Hans Christian Orsted
Nhôm được chọn làm chóp cho đài kỷ niệm Washington vào thời gian khi
một aoxơ (28,35g) có giá trị bằng hai lần ngày lương của người lao
động. Charles Martin Hall nhận được bằng sáng chế (số 400655) năm 1886,
về quy trình điện phân để sản xuất nhôm. Henri Saint-Claire Deville
(Pháp) đã hoàn thiện phương pháp của Wohler (năm 1846) và thể hiện nó
trong cuốn sách năm 1859 với hai cải tiến trong quy trình là thay thế
kali thành natri và hai thay vì một (chlorure)?. Phát minh của quy
trình Hall-Heroult năm 1886 đã làm cho việc sản xuất nhôm từ khoáng
chất trở thành không đắt tiền và ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trên
thế giới.
Nước Đức trở thành nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới sau khi Adolf
Hitler lên nắm quyền. Tuy nhiên, năm 1942, những nhà máy thủy điện mới
như Grand Coulee Dam đã cho phép Mỹ những thứ mà nước Đức quốc xã không
thể hy vọng cạnh tranh: khả năng sản xuất đủ nhôm để có thể sản xuất
60.000 máy bay chiến đấu trong bốn năm.
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 hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng
Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ
cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng
của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn
hay bị. Trên thực tế, gần như toàn bộ các loại gương hiện đại được sản
xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy tinh. Các
gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở
mặt trước để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt
nhạy cảm hơn với các tổn thương.
Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh
nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp
thụ bức xạ điện từ của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm
thấp.
Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương
tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, toa xe, tàu hỏa, tàu biển, v.v.)
Đóng gói (can, giấy gói, v.v), Xử lý nước.
Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã đánh mất vai trò chính
dùng làm dây dẫn phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người
sử dụng.)
Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp, v.v)
Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn nếu tính theo khối lượng và rẻ tiền hơn)
Chế tạo máy móc.
Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các nam châm Alnico.
Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980%-99,999% nhôm được sử dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD.
Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. Các
bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ
— khi khô đi, các bông nhôm sẽ tạo ra một lớp kháng nước rất tốt.
Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự ôxi hóa, và nó được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng.
Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của các máy tính hiện đại được sản
xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao.
Ôxít nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum,
emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và
saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh
sáng có khả năng giao thoa.
Sự ôxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo.
3. SẢN SUẤT NHÔM
Mặc dù nhôm là nguyên tố phổ biến trong vỏ Trái Đất (8,1%), nó lại hiếm
trong dạng tự do và đã từng được cho là kim loại quý có giá trị hơn
vàng (Người ta nói rằng Napoleon III của Pháp có các bộ đồ ăn bằng nhôm
dự phòng cho những người khách quý nhất của ông. Những người khách khác
chỉ có bộ đồ ăn bằng vàng). Vì thế nhôm là kim loại tương đối mới trong
công nghiệp và được sản xuất với số lượng công nghiệp chỉ khoảng trên
100 năm.
Nhôm khi mới được phát hiện là cực kỳ khó tách ra khỏi các loại đá có
chứa nó. Vì toàn bộ nhôm của Trái Đất tồn tại dưới dạng các hợp chất
nên nó là kim loại khó nhận được nhất. Lý do là nhôm bị ôxi hóa rất
nhanh và ôxít nhôm là một hợp chất cực kỳ bền vững, không giống như gỉ
sắt, nó không bị bong ra.
Sự tái chế nhôm từ các phế thải đã trở thành một trong những thành phần
quan trọng của công nghiệp luyện nhôm. Việc tái chế đơn giản là nấu
chảy kim loại, nó rẻ hơn rất nhiều so với sản xuất từ quặng. Việc tinh
chế nhôm tiêu hao nhiều điện năng; việc tái chế chỉ tiêu hao khoảng 5%
năng lượng để sản xuất ra nó trên cùng một khối lượng sản phẩm. Mặc dù
cho đến đầu thập niên 1900, việc tái chế nhôm không còn là một lĩnh vực
mới. Tuy nhiên, nó là lĩnh vực hoạt động trầm lắng cho đến tận những
năm cuối thập niên 1960 khi sự bùng nổ của việc sử dụng nhôm để làm vỏ
của các loại đồ uống, kể từ đó việc tái chế nhôm được đưa vào trong tầm
chú ý của cộng đồng. Các nguồn tái chế nhôm bao gồm ô tô cũ, cửa và cửa
sổ nhôm cũ, các thiết bị gia đình cũ, contenơ và các sản phẩm khác.
[You must be registered and logged in to see this image.]
Trong một nhà máy sản xuất nhôm
Nhôm là một kim loại hoạt động và rất khó phân lập nó ra từ quặng, ôxít
nhôm (Al2O3). Việc khử trực tiếp, ví dụ với cacbon, là không kinh tế vì
ôxít nhôm có điểm nóng chảy cao (khoảng 2.000°C). Vì thế, nó được tách
ra bằng cách điện phân – ôxít nhôm được hòa tan trong cryôlit nóng chảy
và sau đó bị khử bởi dòng điện thành nhôm kim loại. Theo công nghệ này,
nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp chỉ còn khoảng 950-980°C. Cryôlit nguyên
thủy được tìm thấy như một khoáng chất ở Greenland, nhưng sau đó được
thay thế bằng cryôlit tổng hợp. Cryôlit là hỗn hợp của các florua nhôm,
natri và canxi (Na3AlF6). Ôxít nhôm trong dạng bột màu trắng thu được
từ quặng bôxít tinh chế, quặng này có màu đỏ vì chứa khoảng 30-40% ôxít
sắt. Nó được tinh chế theo công nghệ Bayer. Trước khi có công nghệ này,
công nghệ được sử dụng là công nghệ Deville.
Công nghệ điện phân thay thế cho công nghệ Wohler, là công nghệ khử
clorua nhôm khan với kali. Các điện cực trong điện phân ôxít nhôm làm
từ cacbon. Khi quặng bị nóng chảy, các ion của nó chuyển động tự do.
Phản ứng tại catốt mang điện âm là:
Al3+ + 3e- → Al
Ở đây các ion nhôm bị biến đổi (nhận thêm điện tử). Nhôm kim loại sau đó chìm xuống và được đưa ra khỏi lò điện phân.
Tại cực dương (anốt) ôxy dạng khí được tạo thành:
2O2- → O2 + 4e-
Cực dương cacbon bị ôxi hóa bởi ôxy. Cực dương bị hao mòn dần và phải được thay thế thường xuyên, do nó bị tiêu hao do phản ứng:
O2 + C → CO2
Ngược lại với anốt, các catốt gần như không bị tiêu hao trong quá trình
điện phân do không có ôxy ở gần nó. Catốt cacbon được bảo vệ bởi nhôm
lỏng trong lò. Các catốt bị ăn mòn chủ yếu là do các phản ứng điện hóa.
Sau 5-10 năm, phụ thuộc vào dòng điện sử dụng trong quá trình điện
phân, các lò điện phân cần phải sửa chữa toàn bộ do các catốt đã bị ăn
mòn hoàn toàn.
Điện phân nhôm bằng công nghệ Hall-Heroult tiêu hao nhiều điện năng,
nhưng các công nghệ khác luôn luôn có khuyết điểm về mặt kinh tế hay
môi trường hơn công nghệ này. Tiêu chuẩn tiêu hao năng lượng phổ biến
là khoảng 14,5-15,5 kWh/kg nhôm được sản xuất. Các lò hiện đại có mức
tiêu thụ điện năng khoảng 12,8 kWh/kg. Dòng điện để thực hiện công việc
điện phân này đối với các công nghệ cũ là 100.000-200.000 A. Các lò
hiện này làm việc với cường độ dòng điện khoảng 350.000 A. Các lò thử
nghiệm làm việc với dòng điện khoảng 500.000 A.
Năng lượng điện chiếm khoảng 20-40% trong giá thành của sản xuất nhôm,
phụ thuộc vào nơi đặt lò nhôm. Các lò luyện nhôm có xu hướng được đặt ở
những khu vực mà nguồn cung cấp điện dồi dào với giá điện rẻ, như Nam
Phi, đảo miền nam New Zealand, Úc, Trung Quốc, Trung Đông, Nga và
Quebec ở Canada. Trung Quốc hiện là nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới
(năm 2004)
4. ĐỒNG VỊ CỦA NHÔM
Nhôm có chín đồng vị, số Z của chúng từ 23 đến 30. Chỉ có Al-27 (đồng
vị ổn định) và Al-26 (đồng vị phóng xạ, t1/2 = 7,2 × 105 năm) tìm thấy
trong tự nhiên, tuy nhiên Al-27 có sự phổ biến trong tự nhiên là 100%.
Al-26 được sản xuất từ agon trong khí quyển do va chạm sinh ra bởi các
tia vũ trụ proton. Các đồng vị của nhôm có ứng dụng thực tế trong việc
tính tuổi của trầm tích dưới biển, các vết mangan, nước đóng băng,
thạch anh trong đá lộ thiên, và các thiên thạch. Tỷ lệ của Al-26 trên
beryli-10 được sử dụng để nghiên cứu vai trò của việc chuyển hóa, lắng
đọng, lưu trữ trầm tích, thời gian cháy và sự xói mòn trong thang độ
thời gian 105 đến 106 năm (về sai số).
Al-26 nguồn gốc vũ trụ đầu tiên được sử dụng để nghiên cứu Mặt Trăng và
các thiên thạch. Các thành phần của thiên thạch, sau khi thoát khỏi
nguồn gốc của chúng, trong khi chu du trong không gian bị tấn công bởi
các tia vũ trụ, sinh ra các nguyên tử Al-26. Sau khi rơi xuống Trái
Đất, tấm chắn khí quyển đã bảo vệ cho các phần tử này không sinh ra
thêm Al-26, và sự phân rã của nó có thể sử dụng để xác định tuổi trên
trái đất của các thiên thạch này. Các nghiên cứu về thiên thạch cho
thấy Al-26 là tương đối phổ biến trong thời gian hình thành hệ hành
tinh của chúng ta. Có thể là năng lượng được giải phóng bởi sự phân rã
Al-26 có liên quan đến sự nấu chảy lại và sự sai biệt của một số tiểu
hành tinh sau khi chúng hình thành cách đây 4,6 tỷ năm. Trong tạp chí
Science ngày 14 tháng 1 năm 2005 đã thông báo rằng các cụm 13 nguyên tử
nhôm (Al13) được tạo ra có tính chất giống như nguyên tử iốt; và 14
nguyên tử nhôm (Al14) có tính chất giống như nguyên tử kim loại kiềm
thổ. Các nhà nghiên cứu còn liên kết 12 nguyên tử iốt với cụm Al13 để
tạo ra một lớp mới của pôlyiotua. Sự phát kiến này được thông báo là mở
ra khả năng của các đặc tính mới của bảng tuần hoàn các nguyên tố: “các
nguyên tố cụm”. Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Shiv N. Khanna (Virginia
Commonwealth University) và A. Welford Castleman Jr (Penn State
University).
5, CÁC HỢP CHẤT CỦA NHÔM
AlH được điều chế khi nhôm bị nung nóng ở nhiệt độ 1500°C trong hiđrô.
Al2O được điều chế bằng cách nung nóng ôxít thông thường, Al2O3, với silic ở nhiệt độ 1800°C trong chân không.
Al2S được điều chế bằng cách nung nóng Al2S3 với vỏ nhôm ở nhiệt độ
1300°C trong chân không. Nó nhanh chóng bị chuyển thành các chất ban
đầu. Selenua được điều chế tương tự.
AlF, AlCl và AlBr tồn tại trong pha khí khi ba halua được nung nóng cùng với nhôm.
Subôxít nhôm, AlO có thể được tồn tại khi bột nhôm cháy trong ôxy.
Hiđrua nhôm, (AlH3)n, có thể sản xuất từ trimêthyl nhôm và hiđrô dư
thừa. Nó cháy kèm nổ trong không khí. Nó cũng có thể được điều chế bằng
phản ứng của clorua nhôm trên hiđrua liti trong dung dịch ête, nhưng
không thể cô lập thành dạng tự do từ dung dịch.
Cacbua nhôm, Al4C3 được sản xuất bằng cách nung nóng hỗn hợp hai nguyên
tố trên 1.000°C. Các tinh thể màu vàng nhạt có cấu trúc lưới phức
tạp,và phản ứng với nước hay axít loãng tạo ra mêtan. Axêtylua,
Al2(C2)3, được điều chế bằng cách cho axêtylen đi qua nhôm nóng.
Nitrua nhôm, AlN, có thể được sản xuất từ các nguyên tố ở nhiệt độ
800°C. Nó bị thủy phân bởi nước tạo ra amôniắc và hiđrôxít nhôm.
Phốtphua nhôm, AlP, được sản xuất tương tự, và bị thủy phân thành phốtphin (PH3).
Ôxít nhôm, Al2O3, tìm thấy trong tự nhiên như là corunđum, và có thể
điều chế bằng cách đốt nóng nhôm với ôxy hay nung nóng hiđrôxít, nitrat
hoặc sulfat. Như là một loại đá quý, độ cứng của nó chỉ thua có kim
cương, nitrua bo và cacborunđum. Nó gần như không hòa tan trong nước.
Hiđrôxít nhôm(Al(OH)3) có thể được điều chế như là một chất kết tủa
dạng gelatin bằng cách cho thêm amôniắc vào trong dung dịch của các
muối nhôm. Nó là lưỡng tính, vừa là bazơ yếu vừa là axít yếu, có thể
tạo ra các muối aluminat với kim loại kiềm. Nó tồn tại trong các dạng
tinh thể khác nhau
Al2S3, có thể điều chế bằng cách cho sulfua hiđrô đi qua bột nhôm. Nó là một chất đa hình.
Florua nhôm, AlF3, có thể điều chế bằng cách cho hai nguyên tố tác dụng
với nhau hay cho hiđrôxít nhôm tác dụng với HF. Nó tạo thành phân tử
lớn, bay hơi không qua pha nóng chảy ở nhiệt độ 1.291°C (thăng hoa). Nó
là một chất rất trơ. Các trihalua khác là các chất dime, có cấu trúc
cầu nối.
Các hợp chất hữu cơ của nhôm có công thức chung AlR3 tồn tại và nếu
không phải là các phân tử lớn, thì là các chất dime hay trime. Chúng
được sử dụng trong tổng hợp chất hữu cơ, ví dụ trimêtyl nhôm.
Các chất alumino-hyđrua của phần lớn các nguyên tố có khả năng tích
điện dương đã được biết, trong đó có giá trị nhất là hiđrua nhôm liti,
Li[AlH4]. Khi bị đốt nóng, nó phân hủy thành nhôm, hiđrô và hiđrua
liti, nó bị thủy phân trong nước. Nó có nhiều ứng dụng trong hóa hữu
cơ. Các alumino-halua [AlR4] có cấu trúc tương tự.
6. LƯU Ý KHI SỬ DỤNG NHÔM
Nhôm là một trong ít các nguyên tố phổ biến nhất mà không có chức năng
có ích nào cho các cơ thể sống, nhưng có một số người bị dị ứng với nó
— họ bị các chứng viêm da do tiếp xúc với các dạng khác nhau của nhôm:
các vết ngứa do sử dụng các chất làm se da hay hút mồ hôi (phấn rôm),
các rối loạn tiêu hóa và giảm hay mất khả năng hấp thụ các chất dinh
dưỡng từ thức ăn nấu trong các nồi nhôm, nôn mửa hay các triệu chứng
khác của ngộ độc nhôm do ăn (uống) các sản phẩm như Kaopectate (thuốc
chống ỉa chảy), Amphojel và Maalox (thuốc chống chua). Đối với những
người khác, nhôm không bị coi là chất độc như các kim loại nặng, nhưng
có dấu hiệu của ngộ độc nếu nó được hấp thụ nhiều, mặc dù việc sử dụng
các đồ nhà bếp bằng nhôm (phổ biến do khả năng chống ăn mòn và dẫn
nhiệt tốt) nói chung chưa cho thấy dẫn đến tình trạng ngộ độc nhôm.
Việc tiêu thụ qua nhiều các thuốc chống chua chứa các hợp chất nhôm và
việc sử dụng quá nhiều các chất hút mồ hôi chứa nhôm có lẽ là nguồn duy
nhất sinh ra sự ngộ độc nhôm. Người ta cho rằng nhôm có liên quan đến
bệnh Alzheimer, mặc dù các nghiên cứu gần đây đã bị bác bỏ.
Cần cẩn thận để không cho nhôm tiếp xúc với một số chất hóa học nào đó
có khả năng ăn mòn nó rất nhanh. Ví dụ, chỉ một lượng nhỏ thủy ngân
tiếp xúc với bề mặt của miếng nhôm có thể phá hủy lớp ôxít nhôm bảo vệ
thông thường có trên bề mặt các tấm nhôm. Trong vài giờ, thậm chí cả
một một cái xà có cấu trúc nặng nề có thể bị làm yếu đi một cách rõ
rệt. Vì lý do này, các loại nhiệt kế thủy ngân không được phép trong
nhiều sân bay và hãng hàng không, vì nhôm là thành phần cấu trúc cơ bản
của các máy bay.
Chữ ký của camchuong | |  | |  |
| Message reputation : 100% (1 vote)
|
