II. Hợp chất của kim loại kiềm thổ:
a) Thành phần và tách ại của nước cứng:
• Thành phần
Định nghĩa nước cứng: Nước cứng là nước có chứa các cation Ca2+, Mg2+ tự do ở dạng muối tan như Ca(HCO3)2,
Mg(HCO3)2,CaCl2, MgCl2, MgSO4, CaSO4 (ít tan)...
75
• Có 2 loại nước cứng:
Nước cứng tạm thời: Nước cứng vĩnh cửu:
• Tác hại
Độ cứng vĩnh viễn của nước ít ảnh hưởng đến sinh vật trừ phi nó quá cao, ngược lại, độ cứng tạm thời lại có ảnh hưởng rất lớn. Nguyên nhân là vì thành phần chính tạo ra độ cứng tạm thời là các muối bicarbonat Ca và Mg: Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2, chúng là các muối hòa tan hoàn toàn nhưng không ổn định, không bền. Chúng dễ dàng bị phân hủy thành CaCO3, MgCO3 là các muối kết tủa:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O + CO2
Khi phản ứng phân hủy xảy ra trong cơ thể sinh vật, các muối này kết tủa trong cơ thể sinh vật sẽ gây hại không nhỏ. Ở con người, chúng là nguyên nhân gây ra sỏi thận và 1 trong các nguyên nhân gây tắc động mạch do đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch.
76
• Về mặt đời sống thường ngày:
−Giặt áo quần bằng xà phòng (natri stearat C17H35COONa) trong nước cứng sẽ tạo ra muối không tan là canxi stearat (C17H35COO)2Ca, chất này bám trên vải sợi, làm cho quần áo mau mục nát.
2C17H35COONa +MCl2 →(C17H35COO)2M↓ +2NaCl −Nước cứng làm cho xà phòng có
ít bọt, giảm khả năng tẩy rửa.
−Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn, sẽ làm cho thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị do phản ứng của các ion và các chất trong thực phẩm.
77
• Lưu ý: Các muối CaCO3 và MgCO3 là các muối kết tủa và chúng không
thấm qua niêm mạc hệ tiêu hóa của chúng ta được, chỉ các muối hòa ta mới thấm được thôi. Vì vậy nước cứng chỉ có tác hại do các muối bicarbonat.
• Về mặt sản xuất công nghiệp:
−Khi đun nóng,ở đáy nồi hay ống dẫn nc nóng sẽ gây ra lớp cặn đá kém dẫn nhiệt làm hao tổn chất đốt ,gây nổ nồi hơi và tắt nghẻn
ống dẫn nước nóng (không an toàn)..
78 −Làm hỏng nhiều dung dịch cần
79
−Vì vậy, việc làm mềm nước cứng trước khi dùng có ý nghĩa rất quan trọng.
Phương pháp làm mềm nước cứng: Nguyên tắc làm mềm nước cứng là giảm nồng độ các cation Ca2+,Mg2+trong nước cứng.
- Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca2+ và Mg2+ tạo thành các hợp chất không tan trong nước
- Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước.
→ Đối với nước cứng tạm thời, đun nóng hoặc dùng Ca(OH)2 rồi lọc kết tủa
80
Mg(HCO3) + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓ + H2O Cả 2 loại nước cứng đều có thể dùng dung dịch Na2CO3
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 ↓+ Na2SO4
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + 2NaHCO3
- Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc cationit có khả năng trao đổi Na+ hoặc H+ có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc.
81
- Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp 2 trong 3 phương pháp trên.
82
Biện pháp xử lí chất thải sau khi làm thí nghiệm:
- Để xử lí cặn đóng lại trong ống nghiệm, chúng ta có thể cho chúng tác dụng với axit HCl, hay thổi hơi CO2 vào ống nghiệm:
CO32- + H+ HCO3-
- Chất thải chủ yếu trong quá trình sản xuất kim loại kiềm thổ là khí Clo. Do đó xử lý khí Clo sao cho hợp lý là vấn đề đáng quan tâm
Dùng khí ammoniac (NH3) NH3 + Cl2 NH4Cl
Dùng dung dich xút để tạo thành nước Giaven NaOH + NH3 NaCl + NaClO + H2O
83
ỨNG DỤNG VÀ VAI TRÒ CỦA NHÔM – HỢP CHẤT
CỦA NHÔM
A) Tổng quan về tính chất của nhôm, hợp chất của nhôm ( Nhôm & HcNhôm) HcNhôm)
• Nhôm (Al) là một kim loại mềm ,nhẹ , có màu xám bạc ánh kim mờ khi để trong không khí vì có lớp nhôm ôxít bao phủ bên ngoài , có tính dẫn điện dẫn nhiệt cao, không độc , chống mài mòn .
• Nhôm rất mềm ( chỉ sau vàng ) và đứng thứ 6 khi xét về tính dễ uốn và dễ dàng gia công trên máy móc và máy đúc. Nhôm có khả năng chống mòn và rất bền vì có lớp ôxít nhôm bảo vệ bên ngoài
• Nhôm là một chất nghịch từ ( không nhiễm từ ) , không cháy khi để ngoài không khí . Có độ phản chiếu cao nên dùng để tráng đáy kính thiên văn
• Tính theo cả số lượng lẫn giá trị việc sử dụng nhôm vượt qua các kim loại khác ( sau Fe) , có vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới vì các ngành công nghiệp mũi nhọn , công nghiệp hiện đại đều cần đến nhôm vì Nh & HcNh có giá thành rẽ và có những đặc tính sau :
Trọng lượng nhẹ : Nhôm nhẹ nhất trong các kim loại . Nó chỉ nặng bằng 1/3 khối lượng của sắt , thép , đồng , đồng thau . Nhôm dễ vận chuyển và có chi phí vận chuyển thấp , là nguyên liệu quan trọng cho ngành hàng không , nhà cao tầng , CN ôtô . Khi dùng trong lĩnh vực giao thông vận tải giúp giảm chi phí nhiên liệu .
Bền : Việc pha trôn theo những tỉ lệ thích hợp giữa nhôm và một số nguyên tố khác , người ta có thể điều chỉnh độ bền của nhôm theo ý muốn . Khi nhiệt độ giảm , nhôm không bị biến đổi cấu trúc ( chẳng hạn ở 13.5 0C thì Sn(α) →Sn (β) ) mà còn bền hơn , chính vì thế nhôm được sử dụng rộng rãi và phổ biến ở những nơi có khí hậu lạnh .
Chống mài mòn : Lớp màng oxit bên ngoài có các tính chất : đặc , chắc , bền, khít , không thấm ước , không thấm khí , không thấm vi trùng , có thể dày tới 0.2mm , có thể sơn hay xi để tăng độ bền.
Tính dẫn nhiệt cao , tính dẫn điện cao và là một chất nghịch từ Tính đàn hồi thấp , dễ định hình và tạo hình theo nhu cầu sử dụng
84
Độ phản chiếu cao , khả năng chống cháy tốt , thích hợp ở nơi có khí hậu lạnh
Tái sinh với một chi phí thích hợp , qua nhiều lẩn tái sinh tái chế mà không mất đi các đặc tính ban đầu , phù hợp với nhu cầu xã hội : Bảo vệ môi trường.
Tính kinh tế : Các phụ tùng bằng nhôm được định hình bằng cách ép có chi phí rẽ và nhanh , phù hợp với sản xuất nhỏ .
B.Ứng dụng và vai trò của Nhôm&Hợp chất của Nhôm
1) Nhôm với ngành xây dựng
• Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất, tỉ trọng riêng của nhôm chỉ bằng 1/3 sắt hay đồng. Nhôm rất mềm, dễ uốn và gia công đơn giản. Nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp oxit bảo vệ.Nhôm cũng không nhiễm từ và không chảy ở môi trường bình thường. Các thành phần cấu trúc được làm từ nhôm hay hợp kim nhôm rất hữu dụng trong ngành hàng không vũ trụ. Các lĩnh vực khác như giao thông vận tải và vật liệu cấu trúc.Nhôm còn được ứng dụng vào các sản phẩm gia dụng, các thiết bị bếp cao cấp, đồ đạc nội thất. Với các đặc tính ưu việt của mình, nhôm ngày càng được ứng dụng vào các công trình kiến trúc hiện đại.Đặc tính của nhôm rất nhẹ, khi gặp không khí bên ngoài sẽ bị oxi hóa và tạo thành lớp màng (hay còn gọi là oxit nhôm). Chính bản thân nó tạo thành bề mặt bám chặt vào các lớp, vô tình tạo thành vỏ bảo vệ rất tốt cho nhôm.Chính vì những đặc thù khác biệt như vậy, nhôm được ứng dụng rất nhiều trong kiến trúc cũng như nội ngoại thất cho những ngôi nhà.Thông thường chỉ sử dụng nhôm có thể tạo được những mảng trang trí độc lập trong kiến trúc. Tuy nhiên, khi kết hợp với các vật liệu khác như kính sẽ tạo nên những sản phẩm hoàn hảo trong ngôi nhà.
• Có thể do đặc tính vật lý, do sự giãn nở nhiệt giống nhau nên nhôm và kính được sử dụng tạo để tạo nên tính thẩm mỹ cao, phổ biến trong các thiết bị nội ngoại thất.Xét về tính thẩm mỹ của yếu tố phong thủy thì nhôm và kính là hai mảng tương sinh với nhau. Vì nhôm mệnh kim, kính mệnh thổ. Thổ sinh kim nên khi kết hợp chúng ta có cảm giác hài hòa về yếu tố thẩm mỹ và phong thủy.Ngoài ra, nhôm có thể kết hợp với gỗ. Kết hợp gỗ
85
với màng phủ nhôm để tăng độ bền cho sản phẩm, nếu không có lớp nhôm bên ngoài thì tuổi thọ của sản phẩm gỗ sẽ ngắn hơn.Phân loại về nhôm có thể chia ra làm hai loại: nhôm thanh và nhôm tấm, trong mỗi một công trình thì lại phân loại theo nhôm nội thất và ngoại thất. Tùy theo yêu cầu của công trình mà người ta sản xuất cho phù hợp với kiểu dáng, màu sắc cũng như độ bền để phục vụ công năng sau này.
• Các công trình hiện đại ngày nay thường ốp những tấm nhôm bên ngoài, để tôn thêm vẻ đẹp của công trình. Vì đặc tính của nó đa dạng, có thể phối màu được, có thể tạo dáng dễ dàng. Ứng dụng của nhôm trong kiến trúc rất phong phú, đa dạng.Đối với nhôm thanh, ứng dụng trong trang trí nội thất . Như các tủ, kệ, các mảng trang trí hay các thanh lam. Tạo thành những mảng lam che chắn nắng chiếu ở ngoài vào ngôi nhà. Thậm chí, có những nơi sử dụng làm mái nhà.Nhôm kết hợp với kính tạo nên vẻ hiện đại cho kiến trúc của các tòa nhà cao tầng, chung cư cao cấp. Nhôm tạo nên hiệu ứng thẩm mỹ với ngôi nhà, khi kết hợp với ánh sáng và lỗ thông tầng tạo sự thoáng đãng bên trong ngôi nhà.Để hoàn thiện cho gian bếp, nhôm cũng góp phần không nhỏ trong việc bài trí gọn gàng, ngăn nắp tránh được sự xáo trộn trong trật tự sắp xếp.Trong các văn phòng hiện đại, nhôm được sử dụng làm hệ khung xương và các vách ngăn nhẹ tạo nên tính năng động, trẻ trung cho không khí làm việc nơi công sở.
86
• Những tác nhân phá hỏng cấu trúc nhôm có thể chia làm hai loại: Tính vật lý và hóa học. Tác nhân vật lý là những va chạm, lực tác động bên ngoài. Tác nhân hóa học là những chất như axit và các chất ăn mòn.Mức độ an toàn chủ yếu gồm hai yếu tố: khả năng chịu lực và sắc cạnh của vật liệu che chắn. Ví dụ như hành lang an toàn trên tòa nhà cao tầng, phải tính toán làm sao cho độ chịu lực phải đảm bảo, không quá mỏng những cũng đủ đáp ứng nhu cầu kiến trúc của công trình.Khi chế tác và gia công xong, sản phẩm bằng nhôm phải nhẵn mịn, các góc cạnh được bo gọn nếu không sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng.Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng khi được gia công cơ nhiệt với một số nguyên tố sẽ tạo ra các hợp kim có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể.
2) Trong lĩnh vực Khoa học thiên văn và vũ trụ
• Khi nhôm được bay hơi trong chân không , nó tạo ra lớp phủ phản xạ cả ánh sáng và cả bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này không bị hỏng như các lớp bạc bao phủ thường bị. Trên thực tế , toàn bộ các loại gương hiện nay đều sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm sau mặt thủy tinh. Các gương của kính thiên văn cũng phủ một lớp mỏng nhôm ở mặt trước để tránh phản xạ bên trong mặc dù làm cho bề mặt của kính nhạy cảm hơn với các tổn thương ngoại lực.
• Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng để thay thế các lớp vỏ phủ bằng vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng nhờ vào đặc tính hấp hụ bức xạ điện từ ,bức xạ hồng ngoại rất
87 tốt.
• Sự oxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt , nên nhôm dùng làm nguyên liệu rắn cho tên lửa
• Hợp kim của nhôm được dùng làm thân , vỏ máy bay , vệ tinh
3) Trong các ngànnh khác
• Đóng gói (can, giấy gói, v.v)
• Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; dây dẫn điện)
• Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị,đồ nấu bếp , v.v)
88
• Chế tạo máy móc (dùng làm vỏ điện thoại, tủ lạnh, lò vi sóng…).
• Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các nam châm Alnico (dùng để chế tạo loa thay thế cho dây đồng).
• 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 nhiêt 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.
89
• Sự ôxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm (hàn đường sắt) và các thành phần của pháo hoa.
Phản ứng để hàn đường sắt: Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3 Hỗn hợp hàn đường ray gọi là Tecmic gồm Fe2O3 và Al2O3 theo tỉ lệ về là 2:8
• Phản ứng nhiệt nhôm dùng để điều chế các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (như crôm Cr Vonfarm W...)
• 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.)
o Kali alum hay phèn chua là muối sulfat kép của kali và nhôm. Tên Việt Nam là "phèn chua". Công thức hóa học của nó là KAl(SO4)2 và thông thường được tìm thấy ở dạng ngậm nước là KAl(SO4)2·12H2O. Nó được sử dụng rộng rãi để làm tinh khiết nước, thuộc da, vải chống cháy và bột nở. Phèn chua đó là loại muối có tinh thể to nhỏ không đều, không màu hoặc trắng, cũng có thể trong hay hơi đục. Phèn chua tan trong nước, không tan trong cồn.Phèn chua có nhiều tên gọi khác nhau như trong Hán việt gọi là vũ nát, vũ trạch, mã xĩ phàn, nát thạch, minh thạch, muôn thạch, trấn phong thạch, tất phàn, sinh phàn, khô phàn, minh phàn, phàn thạch...
90
DA THUỘC
VẢI CHỐNG CHÁY
Ôxít nhôm hay nhôm ôxít là một hợp chất hóa học của nhôm và ôxy với công thức hóa học Al2O3. Nó còn được biết đến với tên gọi alumina trong cộng đồng các ngành khai khoáng, gốm sứ, và khoa học vật liệu. Nó có hệ số giãn nở nhiệt 0.063 (đơn vị ?), nhiệt độ nóng chảy 2054°C. bôxít được tinh luyện thành ôxít nhôm thông qua công nghệ Bayer và sau đó được chuyển thành nhôm kim loại theo công nghệ Hall-Hero. Các loại đá quý như hồng ngọc và xaphia chủ yếu là ôxít nhôm, màu của chúng là do các tạp chất gây ra. Lớp ôxít nhôm này rất vững chắc, không cho không khí thẩm thấu qua và nhôm không bị ôxí hóa tiếp. Độ dày và các thuộc tính của lớp ôxít này có thể được tăng cường bằng quá trình gọi là anốt hóa. Một loạt các hợp kim, chẳng hạn như đồng thau-nhôm, khai thác thuộc tính này bằng cách cho thêm một lượng nhỏ nhôm vào hợp kim của đồng và thiếc để tăng tính chống ăn mòn.Ôxít nhôm là một chất cách nhiệt và cách điện tốt. Trong dạng tinh thể, nó được gọi là corunđum (Số CAS là 1302-74-5 và có độ cứng cao (theo thang độ cứng Mohs đạt tới 9) làm cho nó thích hợp để sử dụng như là vật liệu mài mòn và như là thành phần của các thiết bị cắt.
Bột Nhôm oxit và corindon
91
SAPHIA RUBI
o Natri aluminat được sản xuất bởi sự phân huỷ của nhôm oxit trong dung dịch xút ăn da (NaOH). Natri aluminat ngoài ra còn được hình thành bởi hoạt động mãnh liệt của natri hyđroxit trên nhôm. Phản ứng toả nhiệt