môn hóa vô cơ - đề tài nhôm oxit và ứng dụng

môn hóa vô cơ - đề tài nhôm oxit và ứng dụng tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất...

Lớp: VL1004 – Nhóm: 5

Thành viên:

1 Trần Quốc Tuấn V1003805

2 Nguyễn Bá Thông V1003254

3 Trương Nguyễn Thế Phương V1002549

4 Lê Hoàng Mỹ Hoa V1001065

ĐỀ TÀI: NHÔM OXYT, ỨNG DỤNG

I Khái niệm:

Nhôm oxyt là một hợp chất hóa học của nhôm và oxi, có công thức hóa học là Al2O3 Nhôm oxyt còn được biết đến tên gọi là Alumina trong ngành công nghiệp Khai khoáng, nguyên liệu trong gốm sứ và các ngành khoa học vật liệu

Trong tự nhiên, những dạng tinh thể bền nhất của nhôm oxyt là

α-Al2O3 ( dạng hình khối mặt thoi) và γ-Al2O3 ( dạng lập phương)

và dạng đa hình thường gặp Corundom

 α-Al2O3: là những tinh thể bao gồm những ion O2- gói ghém sít nhau theo kiểu lục phương, trong đó 2/3 lỗ trống bát diện được ion Al3+ chiếm nó không có màu và không tan trong nước Nó được tạo nên khi đun nóng ở 1000ºC nhôm hidroxit hoặc muối nhôm hay tao ra trong phản ứng nhiệt nhôm Tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật corundum chứa trên 90% oxit

 γ-Al2O3: được tạo nên khi nung nóng AlOOH ở 500-600ºC hoạt đông hơn corundum có thể tan trong dung dịch kiềm và dung dịch acid Là tinh thể lập phương không màu và không tồn tại trong thiên nhiên ở 1000ºC chuyển sang dạng α Có khả năng hút ẩm mạnh và hoạt động về mặt hóa học

 Corundom: là dạng kết tinh của nhôm oxit với một ít sắt, titan, crom và là một trong những khoáng vật tạo đá Corundom thường tinh khiết không màu, khi lẫn tạp chất thì

có màu sắc khác nhau Những dạng trong suốt được dùng

làm đá quý như Ruby màu đỏ, Sapphie gồm các màu còn lại Corundom có độ cứng cao với mức 9.0 trên thang độ cứng Mohs

II Tính chất vật lý của Nhôm Oxyt:

Al2O3 có độ bền cao do liên kết Al-O-Al và bởi cấu trúc đặc khít của nó

Danh pháp IUPAC:

Tên khác:

Oxit Nhôm

Alumina Nhôm oxittrioxit nhôm

Trạng thái bình thường Chất rắn màu trắng

Nhiệt độ nóng chảy 2054oC

Tỷ trọng và pha 3,97 g/cm3, pha rắn

III Tính chất hóa học:

1 Tính bền:

Các phân tử Al3+ có điện tích lớn (3+) và bán kính ion nhỏ (0.048 nm) bằng ½ bán kính ion Na+ hoặc 2/3 bán kính ion Mg2+

nên lực hút giữa ion Al3+ và ion O2- rất mạnh, tạo nên liên kết bền vững Do cấu trúc này mà Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy rất cao ( 20500C) và rất khó bị khử thành kim loại Al

2 Tính lưỡng tính:

Al2O3 có tính lưỡng tính: tác dụng được với dung dịch axit

và dung dịch kiềm

Al2O3 thể hiện tính bazo:

Al2O3 + 2 LiOH => 2LiAlO2 + H2O

Al2O3 thể hiện tính axit:

Al2O3 + 6HCl => 2AlCl3 +3H2O

Nhôm kim loại là một chất hoạt động hóa học mạnh với ôxy trong không khí và nó nhanh chóng tạo ra một lớp mỏng ôxít nhôm trên bề mặt Lớp ôxít nhôm này rất vững chắc, không cho không khí thẩm thấu qua và nhôm không bị oxi hóa tiếp

Nhôm Oxit bị cacbon khử thành nhôm cacbua ở 2000 độ

2Al2O3 + 9C → Al4C3 + 6CO

Hidro và cacbonoxit ( CO) không khữ được nhôm Oxit ở bất cứ nhiệt độ nào.Nhôm oxit là lớp bảo vệ cho nhôm kim loại chống lại sự ăn mòn của không khí

IV Điều chế nhôm Oxit:

Người ta tinh chế ra nhôm oxit từ quặng Bô-xít, loại quặng chủ yếu chứa nhôm.Trong công nghiệp Bauxite được tinh luyện thành nhôm oxit thong qua công nghệ Bayer và sau

đó chuyển thành nhôm kim loại thong qua công nghệ Hall Heroult

Công nghệ Bayer được thể hiện như sau:

Bôxit được hoà tách với dung dịch kiềm NaOH Lượng Al2O3

được tách ra trong dạng NaAlO2 hòa tan và được tách ra khỏi cặn không hoà tan (gọi là bùn đỏ mà chủ yếu là các ô xít sắt, ô xít titan, ô xít silic…)

Al2O3 + 3 H2O + 2 NaOH (nhiệt) > 2NaAl(OH)4

- Dung dịch aluminate NaAlO2 được hạ nhiệt đến nhiệt độ cần thiết và cho mầm Al(OH)3 để kết tủa

- Sản phẩm Al(OH)3 cuối cùng được lọc, rửa và nung để tạo thành Al2O3 thành phẩm

Al(OH)3 (nhiệt) > Al2O3 + 3 H2O Al2O3 (alumina)

V Ứng dụng của Nhôm Oxit:

Sản lượng alumina hàng năm trên thế giới vào khoảng 45 triệu tấn, 90% trong số đó được dùng sản xuất nhôm Ứng dụng chủ yếu của nhôm oxit là trong các ngành công nghiệp sản xuất vật liệu chịu nhiệt,gốm, đánh bóng bề mặt và mài mòn Một lượng đáng kể nhôm oxit dùng trong sản xuất zeolite, làm chất phủ bề mặt và vật liệu chống cháy.Nhôm oxit dạng bột dùng trong máy ghi sắc ký với 3 trạng thái: bazo, axit và trung hòa

Trong lĩnh vực quang học hang GE đã phát triển “ Lucalox” vào năm 1961, một dạng alumina trong suốt được dùng trong đèn hơi natri hay đèn hơi flo Trong y học, alumina

được dùng để chế tạo các chi tiết thay thế xương hông, Alumina và các hợp chất hóa học của alumina được dùng để lọc nước, alumina cũng có mặt trong thành phần chế tạo kem đánh răng

Alumina được sử dụng vì độ cứng và độ bền của nó, hiện nay một số sản phẩm ván lót sàn đều được phủ lớp cứng bên ngoài là nhôm oxit Alumina được sử dụng chủ yếu làm bột mài thô và bột mài mịn, được sử dụng thay thế cho các bột mài chế tạo từ kim cương, nhiều loại giấy nhám cũng sử dụng nhôm oxit tinh thể Nhôm oxit cũng được sử dụng làm chất khử xước đĩa CD/DVD Ngoài ra, alumina cũng được sử dụng sả xuất các thiết bị siêu dẫn transitor một electron và các thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn

Trong công nghệ hóa học, nhôm oxit cũng được sử dụng làm chất xúc tác hóa học cho các phản ứng Trong lọc hóa dầu, oxit nhôm còn đóng vai trò quan trọng ( chính xác là γ-Al2O3)

 ứng dụng của γ-Al2O3:

Do tính chất là bề mặt riêng lớn, cấu trúc xốp, hoạt tính cao, bền cơ, bền nhiệt nên γ-Al2O3 được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực lọc hóa dầu, xúc tác cho các phản ứng hóa học

và chất hấp phụ Trong công nghệ lọc dầu, γ-Al2O3 dùng làm chất bảo vệ các thiết bị lọc dầu, tăng chất lượng sản phẩm Quá trình Clause γ-Al2O3 sử dụng nhằm chuyển hóa H2S thành muối sunfua Trong quá trình sử lý hydro, γ-Al2O3 được sử dụng như 1 chất mang xúc tác để tách các chất có chứa lưu huỳnh và nito

Trong cuộc sống, người ta còn sử dụng oxit nhôm làm chất khử độc khói thuốc lá với thành phần chính là γ-Al2O3