Nhôm

Nhôm (hay Aluminium hay Aluminum theo cách gọi của Hoa Kỳ và Canada) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al và số hiệu nguyên tử bằng 13.
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. Quặng chính chứa nhôm là bô xít.
Nhôm có điểm đáng chú ý của một kim loại có tỷ trọng thấp và có khả năng chống ăn mòn hiện tượng thụ động. 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. Các hợp chất hữu ích nhất của nhôm là các oxide và sunfat.
Mặc dù nhôm có mặt phổ biến trong môi trường nhưng các muối nhôm không được bất kỳ dạng sống nào sử dụng. Tuy vậy với sự phổ biến của nó, các hợp chất nhôm được thực vật và động vật dung nạp đáng kể.
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".
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 ' được sử dụng đôi khi ở Anh, ngôn ngữ khoa học của Mỹ sử dụng ' từ đầu. Hầu hết các nhà khoa học trên toàn thế giới đã sử dụng ' 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 ' 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 ' 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 ' 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 ' 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 ' đã thống trị việc sử dụng ở Mỹ. Năm 1925, Hội Hóa học Hoa Kỳ 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 "" làm chính, và liệt kê cả hai cách khi phù hợp.
Thuộc tính.
Tính chất vật lý.
Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu trắng bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng oxy hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí. Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) và dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc; nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp oxide bảo vệ. Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường.
Sức bền của nhôm tinh khiết là 7–11 MPa, trong khi hợp kim nhôm có độ bền từ 200 MPa đến 600 MPa. Các nguyên tử nhôm sắp xếp thành một cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc). Nhôm có năng lượng xếp lỗi vào khoảng 200 mJ/m².
Tính chất 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):
&lt;chem&gt;Al -&gt;Al^3+ +3e &lt;/chem&gt;
Tác dụng với phi kim.
Nhôm dễ dàng khử các nguyên tử phi kim thành các anion:
&lt;chem&gt;2Al + 3Cl2 -&gt; 2 AlCl3&lt;/chem&gt;
&lt;chem&gt;4Al + 3O2 -&gt; 2 Al2O3&lt;/chem&gt;
Tác dụng với acid.
Nhôm dễ dàng khử ion &lt;chem&gt;H+&lt;/chem&gt; trong các dung dịch &lt;chem&gt;HCl&lt;/chem&gt; và &lt;chem&gt;H2SO4&lt;/chem&gt;loãng tạo thành khí &lt;chem&gt;H2&lt;/chem&gt;:
&lt;chem&gt;2Al + 6H+ -&gt; 2 Al^3+ +3H2&lt;/chem&gt;
Nhôm tác dụng mạnh với dung dịch &lt;chem&gt;H2SO4&lt;/chem&gt;đặc, nóng và &lt;chem&gt;HNO3&lt;/chem&gt;loãng hoặc đặc, nóng. Khi tham gia phản ứng, nhôm khử ion &lt;chem&gt;S^6+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;H2SO4&lt;/chem&gt;hoặc &lt;chem&gt;N^5+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;HNO3&lt;/chem&gt; xuống thành số oxy hóa thấp hơn. Nhôm không thể phản ứng trong &lt;chem&gt;H2SO4&lt;/chem&gt;đặc, nguội và &lt;chem&gt;HNO3&lt;/chem&gt; đặc, nguội do bị thụ động hóa bởi lớp oxide bao bọc bên ngoài (Al2O3).
Khi tác dụng với dung dịch &lt;chem&gt;H2SO4&lt;/chem&gt;đặc, nóng, nhôm khử &lt;chem&gt;S^6+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;H2SO4&lt;/chem&gt;thành &lt;chem&gt;S^4+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;SO2&lt;/chem&gt;:
&lt;chem&gt;2Al +6H2SO4 -&gt;[t] Al2(SO4)3 +3SO2 +6H2O&lt;/chem&gt;
Khi tác dụng với dung dịch &lt;chem&gt;HNO3&lt;/chem&gt; loãng, nhôm khử &lt;chem&gt;N^5+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;HNO3&lt;/chem&gt; thành &lt;chem&gt;N^2+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;NO&lt;/chem&gt;:
&lt;chem&gt;Al +4HNO3 -&gt;[t] Al(NO3)3 +NO +2H2O &lt;/chem&gt;
Khi tác dụng với dung dịch &lt;chem&gt;HNO3&lt;/chem&gt; đặc, nóng, nhôm khử &lt;chem&gt;N^5+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;HNO3&lt;/chem&gt; thành &lt;chem&gt;N^4+&lt;/chem&gt; trong &lt;chem&gt;NO2&lt;/chem&gt;:
&lt;chem&gt;Al +6HNO3 -&gt;[t] Al(NO3)3 +3NO2 +3H2O&lt;/chem&gt;
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:
&lt;/chem&gt;
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:
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:
&lt;chem&gt;2 Al +3CuSO4 -&gt; 2 Al2(SO4)3 + 3 Cu
&lt;/chem&gt;
Lịch sử.
Tham chiếu đầu tiên tới nhôm (mặc dù không thể chứng minh) là trong "Naturalis Historia" của Gaius Plinius Secundus (tức Pliny anh):
"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 aoxơ (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.
Nước 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..
Ứng dụng.
Kim loại.
Sản xuất nhôm toàn cầu vào năm 2016 đạt 58,8 triệu tấn (theo hệ đo lường mét khối). 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.
Các ứng dụng chính của kim loại nhôm bao gồm:
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 sunfur 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 hút.
Một số sulfat của nhôm có ứng dụng công nghiệp và thương mại. Aluminium sulfate (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:
Sự phổ biến, điều chế.
Đồng vị bền của nhôm được tạo ra khi hydro hợp hạch với magiê hoặc trong các sao lớn hoặc trong các vụ nổ siêu tân tinh.
Mặc dù nhôm là nguyên tố phổ biến trong vỏ Trái Đất (8,3% theo khối lượng), nó lại hiếm trong dạng tự do và đã từng được cho là kim loại quý có giá trị hơn vàng (Người ta nói rằng Napoleon III của Pháp có các bộ đồ ăn bằng nhôm dự phòng cho những người khách quý nhất của ông. Những người khách khác chỉ có bộ đồ ăn bằng vàng). Vì thế nhôm là kim loại tương đối mới trong công nghiệp và được sản xuất với số lượng công nghiệp chỉ khoảng trên 100 năm.
Nhôm khi mới được phát hiện là cực kỳ khó tách ra khỏi các loại đá có chứa nó. Vì toàn bộ nhôm của Trái Đất tồn tại dưới dạng các hợp chất nên nó là kim loại khó nhận được nhất. Lý do là nhôm bị oxy hóa rất nhanh và oxide nhôm là một hợp chất cực kỳ bền vững, không giống như gỉ sắt, nó không bị bong ra.
Sự tái chế nhôm từ các phế thải đã trở thành một trong những thành phần quan trọng của công nghiệp luyện nhôm. Việc tái chế đơn giản là nấu chảy kim loại, nó rẻ hơn rất nhiều so với sản xuất từ quặng. Việc tinh chế nhôm tiêu hao nhiều điện năng; việc tái chế chỉ tiêu hao khoảng 5% năng lượng để sản xuất ra nó trên cùng một khối lượng sản phẩm. Mặc dù cho đến đầu thập niên 1900, việc tái chế nhôm không còn là một lĩnh vực mới. Tuy nhiên, nó là lĩnh vực hoạt động trầm lắng cho đến tận những năm cuối thập niên 1960 khi sự bùng nổ của việc sử dụng nhôm để làm vỏ của các loại đồ uống, kể từ đó việc tái chế nhôm được đưa vào trong tầm chú ý của cộng đồng. Các nguồn tái chế nhôm bao gồm ô tô cũ, cửa và cửa sổ nhôm cũ, các thiết bị gia đình cũ, contenơ và các sản phẩm khác.
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 cacbon, là không kinh tế 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:
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 cacbon. Khi quặng bị nóng chảy, các ion của nó chuyển động tự do. Phản ứng tại catốt mang điện âm là:
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:
Cực dương cacbon bị oxy hóa bởi oxy. Cực dương bị hao mòn dần và phải được thay thế thường xuyên, do nó bị tiêu hao do phản ứng:
Ngược lại với anốt, các catốt gần như không bị tiêu hao trong quá trình điện phân do không có oxy 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 A 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 argon 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 4,55 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 iod; 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 iod với cụm Al13 để tạo ra một lớp mới của pôlyiodide. 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 (Đại học Virginia Commonwealth) và A. Welford Castleman Jr (Đại học tiểu bang Penn).
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 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. 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 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.
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.
Nước mưa có tính axit 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. Tin rằng cơ chế chịu đựng này cũng tồn tại trong cây ngô.
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 perfluorocarbons từ quá trình luyện kim. Sulfur dioxide được thải ra là một trong những chất tiên đồ chính của mưa axit.
Quá trình 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 dựa trên ke-rô-xên (không phải avgas), và các nền văn phòng có thể phân hủy nhôm.