Nhôm

Nhôm, 13Al
Quang phổ vạch của nhôm
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Nhôm, Al
Phiên âm	/ˌæl(j)ʊˈmɪniəm/ ⓘ (AL-(y)uu-MIN-ee-əm) /əˈlumənəm/ ⓘ (ə-LOO-mə-nəm)
Tên khác	Aluminum (U.S., Canada)
Hình dạng	Ánh kim trắng bạc
Nhôm trong bảng tuần hoàn
B ↑ Al ↓ Ga Magnesi ← Nhôm → Silic
Số nguyên tử (Z)	13
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	26,9815384(3)
Phân loại	kim loại yếu
Nhóm, phân lớp	13, p
Chu kỳ	Chu kỳ 3
Cấu hình electron	[Ne] 3s2 3p1
mỗi lớp	2, 8, 3
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim trắng bạc
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	933,47 K ​(660,32 °C, ​1220,58 °F)
Nhiệt độ sôi	2792 K ​(2519 °C, ​4566 °F)
Mật độ	2,70 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 2,375 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	10,71 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	294,0 kJ·mol−1
Nhiệt dung	24,200 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1482 1632 1817 2054 2364 2790
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	3, 2, 1, 0, -1, -2 ​Lưỡng tính
Độ âm điện	1,61 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 577,5 kJ·mol−1 Thứ hai: 1816,7 kJ·mol−1 Thứ ba: 2744,8 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 143 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	121±4 pm
Bán kính van der Waals	184 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lập phương tâm mặt
Vận tốc âm thanh	que mỏng: (thanh trụ) 5.000 m·s−1 (ở r.t.)
Độ giãn nở nhiệt	23,1 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	237 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 20 °C: 28.2 n Ω·m
Tính chất từ	Thuận từ
Độ cảm từ (χmol)	+165×10−6 cm3/mol
Mô đun Young	70 GPa
Mô đun cắt	26 GPa
Mô đun khối	76 GPa
Hệ số Poisson	0,35
Độ cứng theo thang Mohs	2,75
Độ cứng theo thang Vickers	167 MPa
Độ cứng theo thang Brinell	245 MPa
Số đăng ký CAS	7429-90-5
Lịch sử
Đặt tên	Từ alumine, tên lỗi thời của alumina
Dự đoán	Antoine Lavoisier (1782)
Phát hiện	Hans Christian Ørsted (1824)
Đặt tên chính bởi	Humphry Davy (1812)
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Nhôm
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 26Al Vết 7.17×105năm β+ 1.17 26Mg ε – 26Mg γ 1.8086 – 27Al 100% 27Al ổn định với 14 neutron

Nhôm là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Al và số nguyên tử 13. Nhôm có khối lượng riêng thấp hơn các kim loại thông thường khác, khoảng một phần ba so với thép. Nhôm có ái lực cao với oxy, từ đó tạo thành một lớp oxide bảo vệ trên bề mặt khi tiếp xúc với không khí. Nhôm có màu giống bạc và có khả năng phản xạ ánh sáng rất tốt. Nhôm là kim loại mềm, dẻo và không có từ tính. Nhôm có một đồng vị ổn định, 27
Al; đồng vị này rất phổ biến nên nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 12 trong vũ trụ. Tính phóng xạ cao của đồng vị kém bền 26
Al khiến nó được áp dụng trong phương pháp xác định niên đại bằng đồng vị phóng xạ.

Về hóa học, nhôm là kim loại hậu chuyển tiếp trong nhóm bor; như thường thấy trong nhóm, nhôm tạo thành hợp chất chủ yếu ở trạng thái oxy hóa +3. Cation nhôm Al³⁺ nhỏ và có điện tích lớn; do đó, tính phân cực của nhôm lớn hơn và các liên kết do nhôm tạo thành có tính chất cộng hóa trị nhiều hơn. Ái lực mạnh của nhôm đối với oxy dẫn đến sự phổ biến của các oxide nhôm trong tự nhiên. Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ ba (sau oxy và silic), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất. Nhôm chiếm khoảng 17% khối lớp rắn của Trái Đất. Kim loại nhôm hiếm phản ứng hóa học mạnh với các mẫu quặng và có mặt hạn chế trong các môi trường khử cực mạnh. Tuy vậy, nó vẫn được tìm thấy ở dạng hợp chất trong hơn 2700 loại khoáng vật khác nhau. Nhôm được s trong công nghiệp bằng cách khai thác bô xít, một loại đá trầm tích giàu nhôm.

Nhôm được phát hiện vào năm 1825 bởi nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Ørsted. Nhà hóa học người Pháp Henri Étienne Sainte-Claire Deville là người khởi xướng quá trình sản xuất nhôm công nghiệp đầu tiên vào năm 1856. Nhôm trở nên dễ tiếp cận hơn với công chúng nhờ quy trình Hall–Héroult do kỹ sư người Pháp Paul Héroult và kỹ sư người Mỹ Charles Martin Hall phát triển vào năm 1886, và việc sản xuất nhôm hàng loạt đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Các thành phần cấu trúc được làm từ nhôm và hợp kim của nó là rất quan trọng cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và rất quan trọng trong các lĩnh vực khác của giao thông vận tải và vật liệu cấu trúc. Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai, nhôm là nguồn tài nguyên chiến lược quan trọng cho ngành hàng không. Năm 1954, nhôm vượt đồng để trở thành kim loại màu được sản xuất nhiều nhất. Vào thế kỷ 21, phần lớn nhôm tại Hoa Kỳ, Tây Âu và Nhật Bản được tiêu thụ trong vận tải, kỹ thuật, xây dựng và đóng gói.

Mặc dù phổ biến trong môi trường nhưng các muối nhôm không được chuyển hóa bởi bất kỳ sinh vật sống nào đã biết. nhưng nhôm dưới dạng này được thực vật và động vật dung nạp tốt. Do sự phong phú của các loại muối nhôm, tiềm năng về vai trò sinh học của chúng đang là chủ đề được quan tâm và nghiên cứu đến

Tính chất vật lý

Kim loại nhôm có bề ngoài từ trắng bạc đến xám xỉn tùy thuộc vào độ nhám bề mặt. Gương nhôm là loại gương phản chiếu tốt nhất trong số tất cả các gương kim loại đối với tia cận cực tím và tia hồng ngoại xa. Nhôm cũng là một trong những chất phản xạ ánh sáng mạnh nhất trong quang phổ khả kiến, gần ngang bằng với bạc về mặt này, và do đó cả hai trông giống nhau. Nhôm cũng phản xạ tốt bức xạ Mặt Trời, mặc dù việc tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời trong không khí sẽ làm mài mòn bề mặt kim loại; điều này có thể được ngăn chặn nếu nhôm được anod hóa, bổ sung thêm một lớp oxit bảo vệ trên bề mặt.

Khối lượng riêng của nhôm là 2,70 g/cm³, khoảng một phần ba so với thép và thấp hơn đáng kể so với các kim loại thường gặp khác, từ đó có thể phân biệt các bộ phận bằng nhôm nhờ độ nhẹ của chúng. Khối lượng riêng thấp của nhôm so với phần lớn các kim loại khác xuất phát từ hạt nhân nhẹ hơn của nhôm, trong khi sự khác biệt về kích thước ô đơn vị không bù đắp được sự khác biệt này. Chỉ các kim loại thuộc nhóm 1 và 2 nhẹ hơn nhôm; các kim loại trong nhóm này, ngoại trừ beryli và magnesi, đều quá dễ phản ứng để sử dụng trong kết cấu (còn beryli rất độc hại). Nhôm không bền hoặc cứng như thép, nhưng khối lượng riêng thấp cho phép nhôm được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ và những ứng dụng khác yêu cầu trọng lượng nhẹ và độ bền tương đối cao.

Nhôm nguyên chất khá mềm và không bền. Trong hầu hết các ứng dụng, nhiều hợp kim nhôm khác được sử dụng thay thế vì độ bền và độ cứng cao hơn. Độ bền dẻo của nhôm tinh khiết là 7–11 MPa, trong khi hợp kim nhôm có độ bền dẻo từ 200 MPa đến 600 MPa. Nhôm có tính dẻo, với độ giãn dài là 50-70%, và dễ uốn, cho phép việc kéo và ép đùn nhôm. Nhôm cũng có thể được gia công và đúc một cách dễ dàng.

Nhôm là chất dẫn nhiệt và dẫn điện rất tốt, có độ dẫn điện và nhiệt bằng khoảng 60% so với đồng, trong khi khối lượng riêng chỉ bằng 30% so với đồng. Nhôm có khả năng siêu dẫn, với nhiệt độ siêu dẫn tới hạn là 1,2 kelvin và từ trường tới hạn khoảng 100 gauss (10 millitesla). Nó có tính thuận từ và do đó về cơ bản không bị ảnh hưởng bởi từ trường tĩnh. Tuy nhiên, độ dẫn điện cao khiến nhôm chịu nhiều ảnh hưởng bởi từ trường xen kẽ thông qua cảm ứng từ dòng điện xoáy.

Vỏ electron

Một nguyên tử nhôm có 13 electron, sắp xếp theo cấu hình electron [Ne]3s² 3p¹, với ba electron nằm ngoài cấu hình khí hiếm ổn định. Tổng của ba năng lượng ion hóa đầu tiên của nhôm thấp hơn nhiều so với năng lượng ion hóa thứ tư. Cấu hình electron như trên được là điểm chung của các nguyên tố nổi bật khác trong nhóm của nhôm, bor, gali, indi và thali; điều tương tự cũng có thể áp dụng với nihoni. Nguyên tử nhôm có thể nhường 3 electron ngoài cùng trong nhiều phản ứng hóa học (xem bên dưới). Độ âm điện của nhôm là 1,61 (thang Pauling).

Ảnh STEM-HAADF của nguyên tử nhôm với độ phân giải cao, xem ở hướng [001].

Một nguyên tử nhôm tự do có bán kính 143 pm. Khi loại bỏ 3 electron ngoài cùng, bán kính giảm xuống còn 39 pm đối với nguyên tử có 4 tọa độ 4 hoặc 53,5 chiều 53,5 pm đối với nguyên tử có 6 tọa độ. Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, các nguyên tử nhôm (khi không bị ảnh hưởng bởi nguyên tử của các nguyên tố khác) tạo thành hệ tinh thể lập phương tâm mặt được liên kết bởi liên kết kim loại tạo bởi các electron ngoài cùng của nguyên tử; do đó nhôm (ở điều kiện này) là một kim loại. Hệ tinh thể này là điểm chung của nhiều kim loại khác như chì và đồng; kích thước của một ô đơn vị nhôm tương xứng với kích thước của các kim loại khác. Tuy nhiên, hệ thống này không áp dụng đối với các nguyên tố khác trong cùng nhóm: bor có năng lượng ion hóa quá cao cho sự kim loại hóa, thali có cấu trúc lục giác xếp chặt, còn gali và indi có cấu trúc bất thường mà không xếp chặt như nhôm và thali. Một số ít electron có sẵn để liên kết kim loại trong nhôm có thể lý giải cáu trúc mềm, điểm nóng chảy và điện trở suất thấp của nhôm.

Đồng vị

Trong số các đồng vị nhôm, chỉ đồng vị 27
Al là ổn định. Điều này thường thấy ở các nguyên tố có số nguyên tử lẻ. Đây là đồng vị nguyên thủy duy nhất của nhôm, tức là đồng vị duy nhất tồn tại trên Trái đất ở dạng hiện tại kể từ khi Trái đất hình thành. Do đó, nhôm là một nguyên tố đơn nhân và trọng lượng nguyên tử tiêu chuẩn hầu như giống với trọng lượng nguyên tử của đồng vị. Điều này nhôm là nguyên tố rất hữu ích trong cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), vì đồng vị ổn định duy nhất của nhôm có độ nhạy NMR cao. Trọng lượng nguyên tử tiêu chuẩn của nhôm thấp so với nhiều kim loại khác.

Tất cả các đồng vị còn lại của nhôm đều có tính phóng xạ. Đồng vị ổn định nhất trong số này là 26
Al: trong khi tồn tại cùng 27
Al ổn định trong môi trường giữa các vì sao mà Hệ Mặt trời hình thành, cũng được tạo ra bởi quá trình tổng hợp hạt nhân sao, chu kỳ bán rã của 26
Al chỉ kéo dài 717.000 năm và do đó, một lượng có thể phát hiện được đã không còn tồn tại kể từ khi Trái đất hình thành. Tuy nhiên, một lượng nhỏ 26
Al được tạo ra từ argon trong khí quyển do sự phá vỡ gây ra bởi proton từ tia vũ trụ. Tỷ lệ 26
Al so với 10
Be đã được sử dụng để xác định niên đại phóng xạ của các quá trình địa chất trong khoảng thời gian từ 10⁵ to 10⁶ năm, đặc biệt là quá trình vận chuyển, lắng đọng, lưu trữ trầm tích, thời gian chôn vùi và xói mòn. Hầu hết các nhà khoa học nghiên cứu thiên thạch tin rằng năng lượng giải phóng từ quá trình phân rã của 26
Al chịu trách nhiệm cho sự tan chảy và phân hóa của một số tiểu hành tinh sau khi chúng hình thành cách đây 4,55 tỷ năm.

Các đồng vị nhôm còn lại, với số khối từ 21 đến 43, đều có chu kỳ bán rã dưới một giờ. Ba trạng thái bán ổn định với chu kỳ bán rã dưới một phút cũng được biết đến.

Hóa học

Nhôm là một trong những kim loại có tính khử mạnh, chỉ sau các kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ. Nhôm dễ nhường đi 3 electron để trở thành ion dương (cation):

${\ce {Al ->Al^3+ +3e}}$

Tác dụng với phi kim

Nhôm dễ dàng khử các nguyên tử phi kim thành các anion:

${\ce {2Al + 3Cl2 -> 2 AlCl3}}$

${\ce {4Al + 3O2 -> 2 Al2O3}}$

Tác dụng với acid

Nhôm dễ dàng khử ion ${\ce {H+}}$ trong các dung dịch ${\ce {HCl}}$ và ${\ce {H2SO4}}$loãng tạo thành khí ${\ce {H2}}$:

${\ce {2Al + 6H+ -> 2 Al^3+ +3H2}}$

Nhôm tác dụng mạnh với dung dịch ${\ce {H2SO4}}$đặc, nóng và ${\ce {HNO3}}$loãng hoặc đặc, nóng. Khi tham gia phản ứng, nhôm khử ion ${\ce {S^6+}}$ trong ${\ce {H2SO4}}$hoặc ${\ce {N^5+}}$ trong ${\ce {HNO3}}$ xuống thành số oxy hóa thấp hơn. Nhôm không thể phản ứng trong ${\ce {H2SO4}}$đặc, nguội và ${\ce {HNO3}}$ đặc, nguội do bị thụ động hóa bởi lớp oxide bao bọc bên ngoài (Al₂O₃).

Khi tác dụng với dung dịch ${\ce {H2SO4}}$đặc, nóng, nhôm khử ${\ce {S^6+}}$ trong ${\ce {H2SO4}}$thành ${\ce {S^4+}}$ trong ${\ce {SO2}}$:

${\ce {2Al +6H2SO4 ->[t] Al2(SO4)3 +3SO2 +6H2O}}$

Khi tác dụng với dung dịch ${\ce {HNO3}}$ loãng, nhôm khử ${\ce {N^5+}}$ trong ${\ce {HNO3}}$ thành ${\ce {N^2+}}$ trong ${\ce {NO}}$:

${\ce {Al +4HNO3 ->[t] Al(NO3)3 +NO +2H2O}}$

Khi tác dụng với dung dịch ${\ce {HNO3}}$ đặc, nóng, nhôm khử ${\ce {N^5+}}$ trong ${\ce {HNO3}}$ thành ${\ce {N^4+}}$ trong ${\ce {NO2}}$:

${\ce {Al +6HNO3 ->[t] Al(NO3)3 +3NO2 +3H2O}}$

Tác dụng với oxide kim loại

Ở nhiệt độ cao, nhôm khử được các ion kim loại hoạt động yếu hơn trở thành các đơn chất kim loại. Phản ứng này được gọi là phản ứng nhiệt nhôm.

Tác dụng với nước và dung dịch kiềm

Ở điều kiện thường, nhôm không phản ứng với nước vì có lớp oxide Al₂O₃ bên ngoài bảo vệ. Nhưng khi phá bỏ lớp oxide (hoặc tạo hỗn hống Al-Hg, vì hỗn hống sẽ ngăn không cho nhôm tác dụng với oxy tạo oxide), nhôm phản ứng ngay với nước giải phóng hydro và năng lượng:

${\ce {2 Al +6H2O -> 2 Al(OH)3 + 3 H2}}$

Tính chất này có thể dùng để sản xuất hydro, tuy nhiên phản ứng này mau chóng dừng lại vì tạo lớp kết tủa keo lắng xuống, ngăn cản phản ứng xảy ra.

Khi ngâm trong dung dịch kiềm đặc, lớp màng này sẽ bị phá hủy theo phản ứng:

${\ce {Al(OH)3 +NaOH -> NaAlO2 + 2H2O}}$

Tiếp tục Al lại tác dụng với nước như phản ứng trên. Quá trình này lại diễn ra đến khi Al bị hòa tan hết.

Tác dụng với muối

Nhôm có thể đẩy được kim loại đứng sau trong dãy hoạt động hóa học kim loại ra khỏi dung dịch muối của chúng:

${\ce {2 Al +3CuSO4 -> 2 Al2(SO4)3 + 3 Cu}}$

Trạng thái oxy 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 oxide thông thường, hoặc 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. Selenide được điều chế tương tự.
• AlF, AlCl và AlBr tồn tại trong pha khí khi ba halide được nung nóng cùng với nhôm.

Trạng thái oxy hóa 2

• Suboxide nhôm, AlO có thể được tồn tại khi bột nhôm cháy trong oxy.

Trạng thái oxy 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. Hiđroxide nhôm là một base yếu và muối nhôm của các acid yếu, chẳng hạn như carbonat, không thể tạo ra. Muối của các acid 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.
• Nhôm hydride, (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 nhôm chloride với lithi hydride trong dung dịch ête, nhưng không thể cô lập thành dạng tự do từ dung dịch.
• Nhôm carbide, 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 acid loãng tạo ra mêtan. Axêtylua, Al₂(C₂)₃, được điều chế bằng cách cho khí axêtylen đi qua nhôm nóng.
• Nhôm nitride, AlN, có thể được sản xuất từ các nguyên tố ở nhiệt độ 800 °C. Nó bị thủy phân bởi nước tạo ra amonia và hiđroxide nhôm.
• Nhôm phosphide, AlP, được sản xuất tương tự, và bị thủy phân thành phốtphin (PH₃).
• Nhôm oxit, Al₂O₃, tìm thấy trong tự nhiên như là corunđum, và có thể điều chế bằng cách đốt nóng nhôm với oxy hay nung nóng hiđroxide, nitrat hoặc sulfat. Như là một loại đá quý, độ cứng của nó chỉ thua có kim cương, nitride bo và carborunđum. Nó gần như không hòa tan trong nước.
• Nhôm hydroxide, Al(OH)₃, có thể được điều chế như là một chất kết tủa dạng gelatin bằng cách cho thêm amonia vào trong dung dịch của các muối nhôm. Nó là lưỡng tính, vừa là base yếu vừa là acid yếu, có thể tạo ra các muối aluminat với kim loại kiềm. Nó tồn tại trong các dạng tinh thể khác nhau.
• Nhôm sulfide, Al₂S₃, có thể điều chế bằng cách cho sulfide hiđrô đi qua bột nhôm. Nó là một chất đa hình.
• Nhôm fluoride, AlF₃, có thể điều chế bằng cách cho hai nguyên tố tác dụng với nhau hay cho hiđroxide 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 trihalide khác là các chất dimer, 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 dimer hay trimer. Chúng được sử dụng trong tổng hợp chất hữu cơ, ví dụ trimêtyl nhôm.
• Các chất alumino-hydride của phần lớn các nguyên tố có khả năng tích điện dương đã được biết, trong đó có giá trị nhất là Lithi nhôm hydride, Li[AlH₄]. Khi bị đốt nóng, nó phân hủy thành nhôm, hiđrô và hydride lithi, nó bị thủy phân trong nước. Nó có nhiều ứng dụng trong hóa hữu cơ. Các alumino-halide [AlR₄] có cấu trúc tương tự.

Hợp chất cơ nhôm và các hydride

Trimethyl nhôm, một hợp chất có carbon năm phối trí.

Có nhiều hợp chất có công thức thực nghiệm AlR
3 và AlR
1.5Cl
1.5. Các trialkyl và triaryl nhôm là chất lỏng dễ phản ứng, dễ bay hơi và không màu hoặc chất rắn có nhiệt độ nóng chảy thấp. Chúng tự bốc cháy trong không khí và phản ứng với nước, do đó cần phải có các biện pháp phòng ngừa khi sử dụng. Chúng thường tạo thành các dimer, không giống như các chất tương tự boron của chúng, nhưng xu hướng này giảm đối với các alkyl mạch nhánh (ví dụ như Prⁱ, Buⁱ, Me
3CCH
2); ví dụ, triisobutyl nhôm tồn tại dưới dạng hỗn hợp cân bằng của monome và dimer. Những dimer này, chẳng hạn như trimethyl nhôm (Al
2Me
6), thường có các trung tâm Al tứ diện được hình thành bằng phản ứngdimer hóa với một số nhóm alkyl bắc cầu giữa cả hai nguyên tử nhôm. Chúng là các acid cứng và phản ứng dễ dàng với các phối tử để tạo thành các sản phẩm cộng. Trong công nghiệp, chúng chủ yếu được sử dụng trong các phản ứng chèn alken, như được Karl Ziegler phát hiện, quan trọng nhất là trong "phản ứng tăng trưởng" tạo thành alken và rượu bậc một không phân nhánh chuỗi dài, và trong quá trình trùng hợp áp suất thấp giữa ethylen và propylen. Ngoài ra còn có một số hợp chất cơ nhôm dị vòng và cụm liên quan đến liên kết Al–N.

Hợp chất nhôm hydride quan trọng nhất trong công nghiệp là lithi nhôm hydride (LiAlH₄), được dùng làm chất khử trong hóa hữu cơ. Có thể điều chế hợp chất trên dùng lithi hydride và nhôm (III) chloride. Hydride đơn giản nhất, nhôm hydride hay còn gọi là alane, không quan trọng bằng. Chất này là polymer với công thức hóa học (AlH
3)_n, trái ngược với bor hydride, một dimer có công thức (BH
3)
2.

Lịch sử

Bài chi tiết: Lịch sử nhôm

Friedrich Wöhler, nhà hóa học đầu tiên mô tả kỹ lưỡng về nguyên tố nhôm

Tham chiếu đầu tiên tới nhôm (mặc dù chưa thể chứng minh) là trong Naturalis Historia của Gaius Plinius Secundus:

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 chất làm se vết thương, 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 aluminum.

Tên tuổi của Friedrich Wöhler 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 Ørsted.

Nhôm được chọn làm chóp cho đài kỷ niệm Washington vào thời gian khi một ounce (28,35 g) có giá trị bằng hai lần ngày lương của người lao động.

Trước năm 1880, nhôm có giá trị rất cao, hơn cả vàng và bạc. Nguyên do của việc này chính là và thời điểm đó, khoa học chỉ mới có cách tách những mẫu nhôm rất nhỏ. Một vài dẫn chứng cụ thể là việc Napoleon III - tổng thống Pháp cho dùng dụng cụ ăn uống bằng nhôm khi tiếp đón các vị khác quan trọng nhất; vua Đan Mạch đội vương miện bằng nhôm và các quý bà ở Paris thường đeo trang sức và sử dụng ống nhòm bằng nhôm nhằm thể hiện sự giàu có.

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 Wöhler (năm 1846) và thể hiện nó trong cuốn sách năm 1859 với hai cải tiến trong quy trình. Phát minh của quy trình Hall-Héroult 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.

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.

Sự phổ biến

Vũ trụ

Độ phong phú của nhôm trên mỗi hạt trong Hệ Mặt trời là 3,15 ppm (phần triệu). Nhôm là nguyên tố phong phú thứ 12 trong số tất cả các nguyên tố và là nguyên tố phong phú thứ 3 trong số các nguyên tố có số nguyên tử lẻ, chỉ sau hydro và nitơ. Đồng vị ổn định duy nhất của nhôm, 27
Al, là hạt nhân phổ biến thứ 18 trong vũ trụ. Đồng vị này được tạo ra gần như hoàn toàn từ quá trình tổng hợp carbon trong các ngôi sao lớn mà sau này sẽ trở thành siêu tân tinh loại II: quá trình tổng hợp này tạo ra 26
Mg, khi bắt giữ các proton và neutron tự do, sẽ trở thành nhôm. Một lượng nhỏ 27
Al được tạo ra trong các lớp vỏ đốt cháy hydro của các ngôi sao đã tiến hóa, nơi 26
Mg có thể bắt giữ các proton tự do. Về cơ bản, tất cả nhôm hiện đang tồn tại là 27
Al. 26
Al có mặt trong Hệ Mặt trời ban đầu với độ phong phú là 0,005% so với 27Al nhưng chu kỳ bán rã 728.000 năm quá ngắn để bất kỳ hạt nhân ban đầu nào tồn tại lâu dài; do đó 26
Al đã tuyệt chủng. Không giống như 27
Al, quá trình đốt cháy hydro là nguồn chính của 26
Al, với nuclide xuất hiện sau khi hạt nhân 25
Mg bắt được một proton tự do. Tuy nhiên, lượng vết 26
Al tồn tại là chất phát tia gamma phổ biến nhất trong môi trường liên sao; nếu 26
Al ban đầu tồn tại đến bây giờ, bản đồ tia gamma của dải ngân hà Milky Way sẽ sáng hơn.

Trái Đất

Quặng bô xít chứa nhôm.

Nhìn chung, Trái Đất có khoảng 1,59% nhôm theo khối lượng (nguyên tố phổ biến thứ bảy theo khối lượng). Nhôm xuất hiện với tỷ lệ lớn hơn trong lớp vỏ Trái Đất so với trong vũ trụ nói chung. Điều này là do nhôm dễ dàng tạo thành oxide và liên kết với đá và nằm trong lớp vỏ Trái Đất, trong khi các kim loại ít phản ứng hơn chìm xuống lõi. Trong vỏ Trái Đất, nhôm là nguyên tố kim loại phổ biến nhất (8,3% theo khối lượng) và là nguyên tố phổ biến thứ ba (chỉ sau oxy và silic). Một lượng lớn silicat trong lớp vỏ Trái Đất chứa nhôm. Ngược lại, lớp phủ của Trái Đất chỉ có 2,38% nhôm theo khối lượng. Nhôm cũng có trong nước biển với nồng độ 2 μg/kg.

Do có tính ái lực cao với oxy, nhôm hầu như không bao giờ được tìm thấy ở trạng thái nguyên tố; thay vào đó, nó được tìm thấy trong các oxide hoặc silicate. Felspat, nhóm khoáng chất phổ biến nhất trong lớp vỏ Trái đất, là tập hợp các aluminosilicat. Nhôm cũng xuất hiện trong các khoáng chất beryl, cryolit, garnet, spinel, và ngọc lam. Các tạp chất trong Al
2O
3, chẳng hạn như crom và sắt, tạo ra các loại đá quý lần lượt là hồng ngọc và saphir. Kim loại nhôm tự nhiên cực kỳ hiếm và chỉ có thể được tìm thấy dưới dạng pha phụ trong môi trường có độ bay hơi oxy thấp, chẳng hạn như bên trong một số núi lửa. Nhôm tự nhiên đã được phát hiện trong các lỗ phun lạnh ở sườn lục địa đông bắc của Biển Đông. Các mỏ này có thể là kết quả của quá trình khử tetrahydroxoaluminate Al(OH)−
4 nhờ vi khuẩn.

Mặc dù nhôm là một nguyên tố phổ biến và rộng rãi, nhưng không phải tất cả các khoáng chất nhôm đều là nguồn kim loại khả thi về mặt kinh tế. Hầu như tất cả nhôm kim loại đều được sản xuất từ quặng bô xít (AlO
x(OH)
3-2x). Bô xít xuất hiện như một sản phẩm phong hóa của nền đá có hàm lượng sắt và silic thấp trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Năm 2017, phần lớn bô xít được khai thác ở Úc, Trung Quốc, Guinea và Ấn Độ.

Ứng dụng

Xe Austin A40 Sports có vỏ làm bằng nhôm (k. 1951)

Kim loại

Xem thêm: Hợp kim nhôm

Sản xuất nhôm toàn cầu vào năm 2016 đạt 58,8 triệu tấn. Số này vượt qua bất kỳ kim loại nào khác trừ sắt (1.231 triệu tấn).

Nhôm hầu như luôn được hợp kim, điều này cải thiện đáng kể tính cơ học của nó, đặc biệt là khi được rèn nhiệt. Ví dụ, các loại bạc nhôm thông thường và lon đựng đồ uống là hợp kim từ 92% đến 99% nhôm. Các tác nhân hợp kim chính là đồng, kẽm, magiê, mangan và silic (ví dụ như duralumin) với mức độ của các kim loại khác là vài phần trăm theo trọng lượng. Nhôm, cả rèn và đúc, đã được hợp kim với mangan, silic, magiê, đồng và kẽm, và còn nhiều hợp kim khác nữa. Ví dụ, gia đình hợp kim Kynal được phát triển bởi công ty hóa chất Anh Quốc Imperial Chemical Industries.

Lon nhôm

Các ứng dụng chính của kim loại nhôm bao gồm:

• Giao thông (ô tô, máy bay, xe tải, xe lửa, tàu biển, xe đạp, tàu vũ trụ, v.v.). Nhôm được sử dụng vì khối lượng riêng thấp;
• Đóng gói (lon nhôm, bìa nhôm, khung, v.v.). Nhôm được sử dụng vì nó không độc hại (xem phần dưới đây), không thấm nước và không gây vết thương;
• Xây dựng và công trình (cửa sổ, vật liệu bao phủ, dây điện, mái nhà, v.v.). Vì thép rẻ hơn, nhôm được sử dụng khi độ nhẹ, kháng ăn mòn hoặc các tính năng kỹ thuật quan trọng;
• Các ứng dụng liên quan đến điện (hợp kim dẫn, động cơ và máy phát điện, biến áp, tụ điện, v.v.). Nhôm được sử dụng vì nó tương đối rẻ, dẫn điện tốt, có độ cứng cơ học đủ và khối lượng riêng thấp, cũng như kháng ăn mòn;
• Một loạt các vật dụng trong gia đình, từ dụng cụ nấu ăn đến nội thất. Sự nhẹ nhàng, diện mạo đẹp, dễ gia công và độ bền là các yếu tố quan trọng khi sử dụng nhôm;
• Máy móc và thiết bị (thiết bị chế biến, ống, công cụ). Nhôm được sử dụng vì khả năng chống ăn mòn, không cháy và độ cứng cơ học.
• Vỏ máy tính xách tay. Hiện tại ít được sử dụng mà không hợp kim, nhưng nhôm có thể tái chế và nhôm sạch vẫn có giá trị thị trường: ví dụ như vỏ bên ngoài của các thành phần điện tử của laptop MacBook Air, điện thoại thông minh Pixel 5 hoặc đồng hồ thông minh Summit Lite của Montblanc.

Hợp chất

Hầu hết nhôm oxide (khoảng 90%) được chuyển đổi thành nhôm kim loại. Nhôm oxide có độ cứng cao (độ cứng Mohs 9), nên được sử dụng rộng rãi như một chất mài; và rất bền hóa học, nên hữu ích trong môi trường có tính chất phản ứng cao như đèn natri ánh sáng cao áp. Nhôm oxide thường được sử dụng làm chất xúc tác trong các quy trình công nghiệp; ví dụ quá trình Claus để chuyển đổi hydro sunfua thành lưu huỳnh trong nhà máy lọc dầu và để alkyl hoá amine. Nhiều chất xúc tác công nghiệp được hỗ trợ bằng nhôm oxide, có nghĩa là chất xúc tác đắt tiền được phân tán trên bề mặt của nhôm oxide không hoạt động. Một ứng dụng chính khác của nhôm oxide là làm chất hấp thụ hoặc chất chống ẩm.

Một số sulfate của nhôm có ứng dụng công nghiệp và thương mại. Nhôm sulfat (dưới dạng hydrat) được sản xuất hàng triệu tấn mỗi năm. Khoảng hai phần ba được sử dụng trong xử lý nước. Ứng dụng chính tiếp theo là trong sản xuất giấy. Nó cũng được sử dụng làm chất mordant trong quá trình nhuộm, trong việc muối hạt hạt giống, khử mùi dầu khoáng, trong quá trình nhuộm da, và trong sản xuất các hợp chất nhôm khác. Hai loại muối đá, muối đá ammonium và muối đá kali, trước đây được sử dụng làm chất mordant và trong quá trình nhuộm da, nhưng việc sử dụng của chúng đã giảm đáng kể sau khi có sẵn nhôm sulfate tinh khiết cao. Aluminium clorexit không hydrat được sử dụng làm chất xúc tác trong ngành hóa và petro, trong ngành nhuộm và trong quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ và vô cơ khác. Nhôm hydroxyclorexit được sử dụng trong việc làm sạch nước, trong ngành giấy và như chất chống mồ hôi. Natri aluminat được sử dụng trong việc xử lý nước và là một chất tăng tốc quá trình đông cứng của xi măng.

Nhiều hợp chất nhôm có ứng dụng đặc biệt, ví dụ:

• Nhôm acetat trong dung dịch được sử dụng như một chất cái gắt.
• Nhôm phosphate được sử dụng trong sản xuất kính, gốm sứ, giấy gỗ và sản phẩm giấy, mỹ phẩm, sơn, véc ni và trong chứng nhận.
• Nhôm hydroxide được sử dụng như một chất trợ tiêu hóa, và chất mordant; nó cũng được sử dụng trong việc lọc nước, sản xuất kính và gốm sứ, và trong việc chống thấm các loại vải.
• Lithi nhôm hydride là một chất chống oxy hóa mạnh được sử dụng trong hoá học hữu cơ.
• Hợp chất hữu cơ nhôm được sử dụng như các chất axit Lewis và cộng tác viên.
• Methylaluminoxane là một cộng tác viên cho quá trình polymer hóa olefin Ziegler–Natta để sản xuất các polyme vinyl như polyethen.
• Các ion nhôm trong dung dịch (như sunfat nhôm trong nước) được sử dụng để điều trị chống lại các tác nhân gây bệnh cho cá như Gyrodactylus salaris.
• Trong nhiều loại vaccine, các muối nhôm cụ thể được sử dụng như một adjuvant miễn dịch (tăng cường phản ứng miễn dịch) để cho phép protein trong vaccine đạt đủ hiệu quả làm kích thích miễn dịch. Cho đến năm 2004, hầu hết các adjuvant được sử dụng trong vaccine đều được gắn nhôm.

Sản xuất

Các quốc gia sản xuất nhôm lớn nhất thế giới, 2023

Quốc gia	Sản lượng (nghìn tấn)
Trung Quốc	45,000
Nga	4,080
Ấn Độ	4,060
Canada	3,270
Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất	2,790
Úc	1,730
Bahrain	1,600
Na Uy	1,460
Hoa Kỳ	1,360
Brazil	1,280
Malaysia	1,080
Iceland	880
Các quốc gia khác	10,000
Tổng	79,000

Quá trình sản xuất nhôm bắt đầu bằng việc khai thác đá bô xít từ lòng đất. Bô xít được xử lý và chuyển thành alumina bằng công nghệ Bayer, sau đó được xử lý bằng công nghệ Hall-Héroult để tạo ra nhôm.

Sản xuất nhôm tiêu thụ rất nhiều năng lượng, nên các nhà sản xuất có xu hướng đặt lò luyện ở những nơi có nguồn điện dồi dào và giá thành thấp. Sản xuất 1 kilogram nhôm cần 7 kilogram dầu tính theo năng lượng, so với 1,5 kilogram cho thép và 2 kilogram cho nhựa. Tính đến năm 2023, các nhà sản xuất nhôm lớn nhất thế giới là Trung Quốc, Nga, Ấn Độ, Canada và Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất. trong khi Trung Quốc là nước sản xuất nhôm hàng đầu thế giới với thị phần toàn cầu trên 55%.

Theo báo cáo Metal Stocks in Society của International Resource Panel, lượng nhôm bình quân tính theo đầu người toàn cầu được sử dụng trong xã hội (tức là trong ô tô, tòa nhà, đồ điện tử, v.v.) là 80 kg. Phần lớn trong này nằm ở các nước phát triển hơn (350–500 kg bình quân đầu người) thay vì các nước kém phát triển hơn (35 kg bình quân đầu người).

Công nghệ Bayer

Bài chi tiết: Công nghệ Bayer

Nhôm là một kim loại hoạt động và rất khó phân lập nó ra từ quặng, oxide nhôm (Al₂O₃). Việc khử trực tiếp, ví dụ với carbon, là không hiệu quả vì oxide nhôm có điểm nóng chảy cao (khoảng 2.000 °C). Vì thế, nó được tách ra bằng cách điện phân – oxide 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. Phương trình để điều chế nhôm là:

${\ce {2Al2O3 -> 4Al + 3O2}}$

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 fluoride nhôm, natri và calci (Na₃AlF₆). Oxide nhôm trong dạng bột màu trắng thu được từ quặng boxide tinh chế, quặng này có màu đỏ vì chứa khoảng 30-40% oxide 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 Wöhler, là công nghệ khử chloride nhôm khan với kali.

Các điện cực trong điện phân oxide nhôm làm từ carbon. Khi quặng bị nóng chảy, các ion của nó chuyển động tự do. Phản ứng tại cathode mang điện âm là:

${\ce {Al^3+ + 3e^- -> Al}}$

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 (anode) oxy dạng khí được tạo thành:

${\ce {2O^2- -> O2 + 4e-}}$

Cực dương carbon bị oxy hóa bởi oxy. Cực dương bị hao mòn dần và phải được thay thế thường xuyên, do nó bị tiêu hao theo phản ứng sau:

${\ce {O2 + C -> CO2}}$

Công nghệ Hall-Heroult

Bài chi tiết: Công nghệ Hall-Héroult

Ngược lại với anode, các cathode gần như không bị tiêu hao trong quá trình điện phân do không có oxy ở gần nó. Cathode từ carbon được bảo vệ bởi nhôm lỏng trong lò. Các cathode 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 cathode 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.

Tính đến năm 2022, Trung Quốc, Ấn Độ, Nga, Canada và Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất là 5 quốc gia có công suất nấu luyện nhôm lớn nhất thế giới

Thùng rác thông thường dành cho rác thải tái chế cùng với thùng đựng rác thải không thể tái chế. Thùng có nắp màu vàng được ghi chữ "aluminium" (từ tiếng Anh của "nhôm"). Rhodes, Hy Lạp

Tái chế

Thu hồi nhôm bằng cách tái chế đã trở thành một nhiệm vụ quan trọng của ngành công nghiệp luyện nhôm. Hoạt động tái chế nhôm ít được chú ý cho đến cuối những năm 1960, khi việc sử dụng ngày càng nhiều lon đồ uống bằng nhôm bằng nhôm khiến công chúng chú ý đến việc tái chế nhôm. Tái chế bao gồm việc nấu chảy phế liệu, một quá trình chỉ cần 5% năng lượng dùng để sản xuất nhôm từ quặng, mặc dù một phần đáng kể (lên tới 15% nguyên liệu đầu vào) bị mất dưới dạng cặn (oxide giống tro). Máy nấu chảy nhôm xếp chồng tạo ra ít xỉ hơn nhiều, với giá trị được báo cáo thấp hơn 1%.

Xỉ trắng từ quá trình sản xuất nhôm sơ cấp và từ các hoạt động tái chế thứ cấp vẫn chứa một lượng nhôm hữu ích có thể được chiết xuất trong công nghiệp. Quá trình này tạo ra nhôm dưới dạng phôi cùng với một loại vật liệu phế thải có độ phức tạp cao. Chất thải này rất khó quản lý.Nó phản ứng với nước, giải phóng hỗn hợp khí gồm acetylen, hydro sulfide, một lượng lớn khí amonia và nhiều loại khí khác. Bất chấp những thách thức này, chất thải vẫn được sử dụng làm chất độn trong nhựa đường và bê tông. Tiềm năng sản xuất hydro của xỉ nhôm cũng được xem xét và nghiên cứu.

An toàn

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 tiêu 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.

Trước đây, mối liên hệ giữa nhôm và bệnh Alzheimer từng được nghiên cứu, nhưng những nghiên cứu gần đây không chứng minh đước mối liên hệ đó.

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 oxide nhôm bảo vệ thông thường có trên bề mặt các tấm nhôm. Trong vài giờ, thậm chí cả 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 xuất hiện trong nhiều sân bay và hãng hàng không, vì nhôm là thành phần cấu trúc cơ bản của các máy bay.

Tác động môi trường

Cơ sở lưu trữ "Bùn đỏ" tại Stade, Đức. Ngành công nghiệp nhôm tạo ra 70 triệu tấn chất thải như trên mỗi năm.

Các tác động môi trường bao gồm việc xảy ra mức độ cao về nhôm gần các khu vực khai thác; một lượng nhỏ nhôm được thải ra môi trường tại các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than hoặc các nhà đốt cháy rác. Nhôm trong không khí được rửa sạch bởi mưa hoặc thường lắng xuống nhưng các hạt nhôm nhỏ vẫn còn trong không khí trong một thời gian dài.

Mưa acid là yếu tố tự nhiên chủ yếu gây di chuyển nhôm từ nguồn tự nhiên, và cũng là nguyên nhân chính gây tác động môi trường của nhôm; Tuy nhiên, yếu tố chính gây hiện diện nhôm trong nước mặn và nước ngọt là quá trình công nghiệp cũng thải nhôm vào không khí.

Trong nước, nhôm hoạt động như một chất độc đối với các sinh vật hô hấp qua mang như cá khi nước có tính axit, trong đó nhôm có thể kết tủa trên màng mang, gây mất các ion trong huyết tương và hemolymph dẫn đến sự mất cân bằng trong quá trình tự điều hòa nước. Các hợp chất hữu cơ của nhôm có thể dễ dàng được hấp thụ và can thiệp vào quá trình chuyển hóa trong động vật và chim, mặc dù điều này hiếm khi xảy ra trong thực tế.

Nhôm là một trong những yếu tố chính làm giảm sự phát triển của cây trên đất axit. Mặc dù nó không gây hại đến sự phát triển cây trên đất có pH trung tính, nhưng trên đất axit, nồng độ các ion nhôm Al³⁺ độc hại tăng lên và làm xáo trộn sự phát triển và chức năng của rễ. Lúa mì đã phát triển khả năng chịu đựng nhôm, giải phóng các hợp chất hữu cơ kết hợp với các ion nhôm gây hại. Cơ chế chịu đựng này cũng có thể tồn tại trong cao .

Sản xuất nhôm gặp các thách thức riêng về môi trường ở từng giai đoạn trong quá trình sản xuất. Thách thức chính là khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Các khí này là kết quả từ sự tiêu thụ điện của các nhà luyện kim và các sản phẩm phụ của quá trình chế biến. Các khí mạnh nhất trong số này là các perfluorocarbon từ quá trình luyện kim. Lưu huỳnh dioxide được thải ra là một trong những chất tiên đồ chính của mưa acid.

Quá trình phân hủy sinh hủy nhôm kim loại rất hiếm; hầu hết các sinh vật gây ăn mòn nhôm không tấn công hoặc tiêu thụ trực tiếp nhôm, mà thay vào đó tạo ra chất thải gây ăn mòn. Nấm Geotrichum candidum có thể tiêu thụ nhôm trong các đĩa CD. Vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa và nấm Cladosporium resinae thường được phát hiện trong bình nhiên liệu máy bay sử dụng nhiên liệu kerosene (vớivới xăng máy bay), và các nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể làm suy yếu nhôm.

Nguyên gốc từ

Các từ "aluminium" và "aluminum" xuất phát từ từ "alumine", một thuật ngữ đã cũ để chỉ "alumina", một oxide nhôm tự nhiên. "Alumine" được mượn từ tiếng Pháp, từ đó xuất phát từ "alumen", từ tiếng La-tinh cổ điển để chỉ alum, khoáng chất mà từ đó nó được thu thập. Từ tiếng La-tinh "alumen" bắt nguồn từ nguyên âm gốc Tiếng Ấn-Âu nguyên thủy " *alu-" có nghĩa là "đắng" hoặc "bia".

Quảng cáo Mỹ năm 1897 với cách viết "aluminum"

Xuất xứ

Nhà hóa học người Anh Humphry Davy, người đã thực hiện một số thí nghiệm nhằm tách riêng kim loại này, được ghi nhận là người đã đặt tên cho nguyên tố này. Tên đầu tiên được đề xuất cho kim loại được tách riêng từ alum là "alumium", mà Davy đề xuất trong một bài viết năm 1808 về nghiên cứu điện hóa của mình, được đăng trên tạp chí Philosophical Transactions of the Royal Society. Dường như tên này được tạo từ từ "alum" tiếng Anh và hậu tố "-ium" tiếng La-tinh; tuy nhiên, vào thời điểm đó, thường quy ước đặt tên các nguyên tố bằng tiếng Latinh, do đó tên này không được áp dụng rộng rãi. Tên này đã bị chỉ trích bởi những nhà hóa học đương thời từ Pháp, Đức và Thụy Điển, người đã yêu cầu kim loại này được đặt theo tên của oxide, alumina, từ đó nó được tách riêng. Tên tiếng Anh "alum" không xuất phát trực tiếp từ tiếng La-tinh, trong khi "alumine"/"alumina" rõ ràng xuất phát từ từ tiếng La-tinh "alumen" (khi biến hóa, "alumen" trở thành "alumin-").

Một ví dụ là Essai sur la Nomenclature chimique (tháng 7 năm 1811), được viết bằng tiếng Pháp bởi nhà hóa học Thụy Điển Jöns Jacob Berzelius, trong đó tên gọi aluminium được đặt cho nguyên tố sẽ được tổng hợp từ alum. (Một bài viết khác trong cùng số báo cũng đặt tên aluminium cho kim loại có oxide là cơ sở của sapphire). Một tóm tắt của một bài giảng của Davy tại Royal Society vào tháng Một năm 1811 cũng đề cập đến tên aluminium như một khả năng. Năm sau đó, Davy đã xuất bản một sách giáo trình hóa học trong đó ông sử dụng cách viết aluminum. Cả hai cách viết đã tồn tại song song kể từ đó. Sử dụng của chúng theo khu vực: aluminum phổ biến ở Hoa Kỳ và Canada; aluminium phổ biến ở các nước nói tiếng Anh khác.

Chính tả

Năm 1812, một nhà khoa học người Anh, Thomas Young, đã viết một bài đánh giá ẩn danh về cuốn sách của Davy, trong đó ông đề xuất tên aluminium thay vì aluminum, ông cho rằng tên này có "âm thanh ít cổ điển hơn". Tên này đã trở nên phổ biến: mặc dù chính tả -um được sử dụng đôi khi ở Anh, ngôn ngữ khoa học của Mỹ sử dụng -ium từ đầu. Hầu hết các nhà khoa học trên toàn thế giới đã sử dụng -ium trong thế kỷ 19; và nó đã được củng cố trong nhiều ngôn ngữ châu Âu khác, như tiếng Pháp, tiếng Đức, và tiếng Hà Lan. Năm 1828, một từ điển gia người Mỹ, Noah Webster, chỉ ghi lại chính tả aluminum trong cuốn Từ điển Anh ngữ của Mỹ của ông. Vào những năm 1830, chính tả -um được sử dụng ở Hoa Kỳ; đến những năm 1860, nó đã trở thành chính tả phổ biến hơn ở đó ngoài lĩnh vực khoa học. Năm 1892, Hall sử dụng chính tả -um trong tờ rơi quảng cáo phương pháp điện phân mới của ông để sản xuất kim loại này, mặc dù ông đã liên tục sử dụng chính tả -ium trong tất cả các bằng sáng chế mà ông nộp từ năm 1886 đến 1903: không biết liệu việc chính tả này đã được giới thiệu do lỗi hay cố ý; nhưng Hall ưa thích aluminum kể từ khi nó được giới thiệu vì nó giống với platinum, tên của một kim loại danh giá. Đến năm 1890, cả hai cách viết đã phổ biến ở Hoa Kỳ, nhưng chính tả -ium lại phổ biến hơn một chút; đến năm 1895, tình hình đã đảo ngược; đến năm 1900, aluminum đã trở nên gấp đôi aluminium; trong thập kỷ tiếp theo, chính tả -um đã thống trị việc sử dụng ở Mỹ. Năm 1925, Hội Hóa học Hoa Kỳ(ACS) chấp nhận chính tả này.

Hiểu theo cách khác, vào năm 1990, Liên minh Quốc tế về Hóa học cơ bản và Hóa học ứng dụng (IUPAC) đã chấp nhận aluminium là tên tiêu chuẩn quốc tế cho nguyên tố này. Năm 1993, họ công nhận aluminum là một biến thể chấp nhận được; phiên bản mới nhất phiên bản 2005 của IUPAC về tên hóa học không hữu cơ cũng công nhận cách viết này. Các xuất bản chính thức của IUPAC sử dụng chính tả -ium làm chính, và liệt kê cả hai cách khi phù hợp.

Thư mục

• Davis, J. R. (1999). Corrosion of Aluminum and Aluminum Alloys (bằng tiếng Anh). ASM International. ISBN 978-1-61503-238-9.
• Dean, J. A. (1999). Lange's handbook of chemistry (ấn bản thứ 15). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-016384-3. OCLC 40213725.
• Evans, Ken; và đồng nghiệp. “Aluminum Oxide”. Bách khoa toàn thư Ullmann về Hóa chất công nghiệp. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_557.pub2.
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (ấn bản thứ 2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4
• Haynes, W.M. biên tập (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản thứ 97). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 9781498754293.
• Kvande, Halvor; và đồng nghiệp. “Aluminum”. Bách khoa toàn thư Ullmann về Hóa chất công nghiệp. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_459.pub3.
• Macleod, H. A. (2001). Thin-film optical filters. CRC Press. tr. 158–159. ISBN 0750306882.
• Gitelman, H. J. "Physiology of Aluminum in Man", trong Aluminum and Strength, CRC Press, 1988, ISBN 0-8247-8026-4, p. 90
• Phùng Tuấn Anh (2023). Nhôm và hợp kim nhôm thông dụng trên thế giới (Sổ tay tra cứu). 1. Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội. ISBN 978-604-471-800-2.
• Richards, J. W. (1896). Aluminium: Its history, occurrence, properties, metallurgy and applications, including its alloys (ấn bản thứ 3). Henry Carey Baird & Co.
• Schmitz, C. (2006). Handbook of Aluminium Recycling (bằng tiếng Anh). Vulkan-Verlag GmbH. ISBN 978-3-8027-2936-2.

Liên kết ngoài

• Tư liệu liên quan tới Aluminium tại Wikimedia Commons
• Aluminum (chemical element) tại Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)
• Aluminium trên The Periodic Table of Videos (Đại học Nottingham)
• Toxic Substances Portal – Aluminum Lưu trữ 2016-12-12 tại Wayback Machine – from the Agency for Toxic Substances and Disease Registry, United States Department of Health and Human Services
• CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards – Aluminum
• World production of primary aluminium, by country
• Price history of aluminum, according to the IMF
• History of Aluminium – from the website of the International Aluminium Institute
• Emedicine – Aluminium
• Phim ngắn Aluminum có thể được tải miễn phí về từ Internet Archive * Los Alamos National Laboratory – Aluminum Lưu trữ 2006-01-05 tại Wayback Machine
• World Wide Words – history of the spelling of aluminum