Nhôm là kim loại gì? Tính chất, ứng dụng và cách sản xuất

Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu thông tin chi tiết về “nhôm là gì” – một kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất và còn có tên gọi khác là Alumini. Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (chỉ sau oxy và silic) và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống như làm đồ dùng gia đình, dây dẫn điện… Bài viết sẽ tổng hợp những đặc điểm của kim loại này.

1. Khái quát kim loại nhôm là gì?

Nhôm (Al) là một nguyên tố hóa học có trong bảng tuần hoàn nguyên tố, có nguyên tử khối là 27. Tuy nhiên, trong tự nhiên, nguồn nhôm nguyên chất là rất hiếm khi, thường được tìm thấy trong dạng hợp kim.

2. Tính chất vật lý của nhôm là gì?

Không thể bỏ qua những tính chất vật lý quan trọng của nhôm khi tìm hiểu nó là một loại kim loại. Màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, trạng thái, khả năng dẫn nhiệt… là một vài tính chất vật lý của nhôm. Để có thêm thông tin, bạn có thể tham khảo các tính chất vật lý sau đây.

• Màu sắc: Nhôm có màu trắng bạc, ánh kim nhẹ
• Trạng thái: Chất rắn
• Nhiệt độ nóng chảy: 660 độ C
• Khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt: Kim loại nhôm có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt rất tốt
• Tính chất: Nhôm rất nhẹ, dẻo, có thể cán mỏng hoặc kéo thành sợi

3. Tính chất hoá học của nhôm

Nhôm có khả năng phản ứng với các phi kim, dung dịch axit (trừ HNO3, H2SO4 đặc nguội) và dung dịch muối của kim loại kém hoạt động hơn, đây đều là các tính chất hóa học của kim loại nhôm (theo SGK Hóa học 9, NXB Giáo dục Việt Nam).

3.1. Phản ứng của nhôm với phi kim

Kim loại nhôm có khả năng phản ứng với oxi hóa để tạo ra oxit và cũng có thể phản ứng với nhiều phi kim khác như lưu huỳnh (S) và clo (Cl2) để tạo thành muối.

3.1.1. Phản ứng của nhôm với oxi

Khi thực hiện thí nghiệm rắc bột nhôm trên ngọn lửa đèn cồn, quan sát được hiện tượng nhôm cháy sáng tạo ra những chất rắn màu trắng. Do đó, có thể xác nhận rằng nhôm cháy trong oxi tạo thành Al2O3.

Phương trình phản ứng như sau:

4Al (rắn màu trắng) + 3O2 (khí không màu) → 2Al2O3 (rắn màu trắng)

Kết luận: Trong điều kiện thường, nhôm phản ứng với oxi tạo thành lớp Al2O3 mỏng bền vững. Lớp oxit này có khả năng bảo vệ đồ vật bằng nhôm, không cho nhôm tác dụng với oxi trong không khí và nước.

3.1.2. Phản ứng của nhôm với phi kim khác

Nhôm không chỉ phản ứng với oxi mà còn có thể tác dụng với nhiều phi kim khác như S, cl2 để tạo thành các muối như Al2S3, AlCl3. Khi nhôm tác dụng với khí clo ở nhiệt độ thường, sẽ xảy ra phản ứng tạo thành muối nhôm clorua.

2Al (rắn màu trắng) + 3Cl2 (khí màu vàng lục) → 2AlCl3 (rắn màu trắng)

3.2. Nhôm là kim loại có khả năng phản ứng với dung dịch axit

Kim loại nhôm phản ứng với một số dung dịch axit như: Axit clohidric (HCl), axit sunfuric (H2SO4) loãng và giải phóng hidro (H2). Ta có ví dụ sau:

2Al (rắn màu trắng) +  6HCl (dd không màu) -> 2AlCl3 (dd không màu) + 3H2

Lưu ý: Kim loại nhôm không tác dụng với axit sunfuric (H2SO4) đặc, nguội và axit nitric (HNO3) đặc, nguội.

3.3. Phản ứng của nhôm với dung dịch muối

Để tìm hiểu nhôm là kim loại như thế nào và khả năng phản ứng của nó với dung dịch muối, chúng ta thực hiện thí nghiệm với một dây nhôm trong dung dịch đồng (II) clorua (CuCl2). Kết quả cho thấy có hiện tượng chất rắn màu đỏ bám ngoài dây nhôm, nhôm tan dần và màu xanh của dung dịch nhạt màu dần. Như vậy, nhôm có khả năng đẩy đồng ra khỏi dung dịch đồng (II) clorua.

Phương trình phản ứng:

2Al (rắn màu trắng) + 3CuCl2 (dd xanh lam) → 2AlCl3 (dd không màu)

Không chỉ CuCl2, kim loại nhôm còn có khả năng phản ứng với nhiều dung dịch muối của các kim loại hoạt động hóa học yếu hơn, tạo ra muối nhôm và một kim loại mới. Ví dụ như nhôm có thể phản ứng với dung dịch AgNO3.

3.4. Kim loại nhôm phản ứng với dung dịch kiềm

Thực hiện thí nghiệm cho dây nhôm vào ống nghiệm đựng dung dịch natri hidroxit (NaOH) thấy có hiện tượng khí không màu thoát ra và nhôm tan dần. Phản ứng được biểu hiện như sau:

2Al  + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 +  3H2↑

4. Quá trình sản xuất nhôm

Nhôm được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng oxit và muối. Để sản xuất nhôm, quặng boxit, chứa chủ yếu là Al2O3, được sử dụng làm nguyên liệu.

Quá trình sản xuất nhôm thực hiện theo 2 bước:

• Bước 1: Cho phản ứng với dung dịch kiềm để tách riêng Al2O3 để làm sạch nguyên liệu.

• Bước 2: Điện phân nóng chảy nhôm oxit và criolit trong bể điện phân, thu được nhôm và oxi.

2Al2O3 → 4Al + 3O2

5. Ứng dụng thực tế của kim loại nhôm

Nhôm và hợp kim nhôm được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày để sản xuất đồ gia dụng, dây dẫn điện, dẫn nhiệt, vật liệu xây dựng

5.1. Trong xây dựng

Ngành xây dựng sử dụng rộng rãi nhôm làm nguyên liệu thô để sản xuất cửa sổ, tấm lợp, vách ngăn, khung nhôm và giá đỡ.

Người ta có thể dễ dàng quan sát ứng dụng của nhôm trong các cấu trúc chính như các tòa nhà chọc trời và các dự án kiến ​​trúc thể thao.

5.2. Trong công nghiệp

Với trọng lượng nhẹ, độ bền và tính linh hoạt, nhôm là kim loại quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Ứng dụng của nhôm trong công nghiệp bao gồm sản xuất khung máy, ống trao đổi nhiệt và thân xe tải.

5.3. Trong ngành hàng tiêu dùng

Một số mặt hàng tiêu dùng như tủ trưng bày, khung ảnh, móc treo quần áo, cầu thang và nồi áp suất đều sử dụng nhôm trong quá trình sản xuất. Nói chung, hàng tiêu dùng làm bằng nhôm được đánh giá cao về độ bền, tính thẩm mỹ và hiệu quả chi phí.

5.4. Trang trí nội thất

Nhôm, một kim loại phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong trang trí nội thất, chủ yếu làm viền cho sàn gỗ, che đi các mối nối giữa các vật liệu và ở các góc như lan can cầu thang, trần và vách ngăn.