Nhôm ( phần 2 ) doc

Nhôm phần 2 Ngược lại với anốt, các catốt gần như không bị tiêu hao trong quá trình điện phân do không có ôxy ở gần nó.. Các thành phần của thiên thạch, sau khi thoát khỏi nguồn gốc củ

Nhôm ( phần 2 )

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-Héroult 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 nay 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 Québec ở Canada

Trung Quốc hiện là nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới (năm 2004)

Đồng vị

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

Cụm

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 pôlyiốtua 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) [7]

Cảnh báo

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

Hóa học

Trạng thái ôxi hóa 1

 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

Trạng thái ôxi hóa 2

 Subôxít nhôm, AlO có thể được tồn tại khi bột nhôm cháy trong ôxy

Trạng thái ôxi hóa 3

 Quy tắc Fajans chỉ ra rằng cation hóa trị ba Al3+ là không được mong chờ tìm thấy trong các muối khan hay trong các hợp chất nhị phân như Al2O3 Hiđrôxít nhôm là một bazơ yếu và muối nhôm của các axít yếu, chẳng hạn như cacbonat, không thể tạo ra Muối của các axít mạnh, chẳng hạn như nitrat, là ổn định và hòa tan trong nước, tạo thành các hiđrat với ít nhất sáu phân tử nước kết tinh

 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 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

 Sulfua nhôm, 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