Alumina là gì?
Alumina là oxit của nhôm, công thức hóa học là Al2O3. Alumina tồn tại ở dạng chất rắn kết tinh màu trắng. Chúng ta hiếm khi tìm thấy Alumina tự nhiên ở dạng tự do vì nhôm quá phản ứng. Trong tự nhiên, nhôm sẽ có lớp oxit bảo phủ bề mặt nó, bảo vệ nó khỏi bị ăn mòn.
Alumina có khối lượng phân tử vào khoảng 102 g mol-1. Điểm nóng chảy và điểm sôicủa Alumina là trên 2000 độ C. Đặc tính của hợp chất này là nó không tan trong nước nhưng rất hút ẩm, không thể dẫn điện nhưng nó là chất dẫn nhiệt. Vì nhôm là một nguyên tố lưỡng tính nên nhôm oxit cũng là một oxit lưỡng tính.
Alumina thường xuất hiện ở dạng khoáng chất kết tinh. Nó rất hữu ích trong việc sản xuất kim loại nhôm bằng quy trình Hall. Trong quá trình này, Alumina được hòa tan trong criolit nóng chảy, và muối tạo thành được điện phân. Sau đó, chúng ta có thể thu được kim loại nhôm nguyên chất.
Hơn nữa, chúng ta có thể sử dụng hợp chất này như một chất mài mòn do độ cứng và sức mạnh của nó. Nó cũng hữu ích như một chất xúc tác để tăng cường tốc độ phản ứng hóa học. Ngoài ra, nó rất hữu ích như một chất hấp thụ nước để làm sạch khí và chất độn cho nhựa.
Các nhà sản xuất mỹ phẩm thường sử dụng Alumina trong các sản phẩm làm sạch, son môi, phấn má hồng và các sản phẩm khác. Theo tổ chức EWG [Hoa Kỳ], mặc dù Alumina có khả năng tăng cường hấp thụ qua da và tích lũy sinh học, nhưng nó vẫn được đánh giá là thành phần an toàn trong mỹ phẩm với liều lượng nhỏ.
Điều chế sản xuất Alumina
Alumina có nguồn gốc chủ yếu từ quặng bauxite thông qua quy trình của Bayer. Trong đó, vật liệu xút kết hợp với nhiệt và áp suất được sử dụng để hòa tan các khoáng chất chứa nhôm từ bauxite. Dư lượng bauxite sau đó được tách ra khỏi natri aluminate, cho phép alumina được kết tinh từ dung dịch còn lại. Alumina kết tinh sau đó được xử lý nhiệt trong lò quay để loại bỏ độ ẩm giới hạn, tạo ra sản phẩm alumina tinh khiết cuối cùng.
Cơ chế hoạt động
Alumina là một thành phần phụ đa năng chủ yếu hoạt động như một chất chứa sắc tố. Sắc tố ở đây có thể là thành phần chống nắng vật lý như titanium dioxide hoặc một thành phần tạo màu nào đó được pha trộn với các tiểu cầu alumina và được phủ bởi một số loại silicone như triethoxycarprylylsilane. Phương thức này giúp các sắc tố được phấn bố đồng đều và dễ tán hơn trên da. Alumina rất hữu ích cho các sản phẩm chống nắng vật lý cũng như các sản phẩm trang điểm.
Trong thực tế thì Oxide nhôm là lớp bảo vệ cho nhôm kim loại chống lại tác động ăn mòn của không khí. Nhôm kim loại là một chất hoạt động hóa học mạnh với oxy trong không khí và nó nhanh chóng tạo ra một lớp mỏng trên bề mặt. Lớp oxide này rất vững chắc, không cho không khí thẩm thấu qua và nhôm không bị oxy hóa tiếp.
Độ dày và các thuộc tính của lớp oxide 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.
Al2O3 có tính chất như thế nào
Dưới đây là những tính chất hóa học, tính chất vật lý của hóa chất mà chúng tôi muốn chia sẻ gửi đến các bạn. Cùng theo dõi ngay dưới đây nhé:
Tính chất hóa học Al2O3 là oxit gì?
Là oxit lưỡng tính nên vừa có thể tác dụng được với axit, vừa có thể tác dụng được với bazơ.
Phương trình phản ứng:
- Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
- Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
Tính bền: Ion Al3+ có điện tích lớn +3 và bán kính nhỏ hơn 1 nửa so với ion Na+ [0,048nm]. Vì thế lực hút giữa ion Al3+ và O2- rất mạnh. Do đó tạo nên liên kết bền vững.
Do đó, nó có được tính những tính chất hóa học thể hiện được độ bền như:
Nhiệt độ nóng chảy cao [2.050 độ C] và khó bị khử thành Al.
Khi khử Al2O3 bằng C, chỉ thu được AL4C3 mà khó thu được Al.
Nhôm oxit không tác dụng với H2 và CO ở bất kỳ điều kiện nhiệt độ nào.
Tính chất vật lý
Al2O3 là hợp chất hóa học ở dạng rắn và có màu trắng. Tính chất cứng, không tan trong nước và có khả năng chịu nhiệt khá tốt.
Điểm đặc biệt của nhôm oxit
Bạn đã từng biết đến những loại đá quý Sapphire hay hồng ngọc? Vậy bạn đã từng nghe đến thông tin chúng đều là các oxit của nhôm chưa? Thực chất, do một số tính chất hóa học mà dạng nguyên chất oxit của nhôm là dạng tinh thể trong suốt. Và do các tạp chất như Cr2+ hay Fe3+ và Ti4+ giúp tạo nên màu sắc thu hút đối với đá quý.
Những loại đá quý này được gọi chung với cái tên Corindon. Tùy theo màu sắc mà được gọi cụ thể, ví dụ Corindon đỏ là Ruby, Corindon xanh là Sapphire. Trên thực tế, đây là loại đá quý có giá trị đứng thứ 2 chỉ sau kim cương.
ỨNG DỤNG CỦA AL2O3
- Điều chế đá quý nhân tạo bằng cách nấu chảy Al2O3 với một lượng nhỏ oxít của kim loại tạo màu ở trong ngọn lửa hiđro – oxi hoặc hồ quang rồi cho kết tinh thành những tinh thể lớn. Những đá quý này trong suốt, lấp lánh và có màu rất đẹp nên được dung làm đồ trang sức.
- Tinh thể Al2O3 còn được dùng để chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác như chân kính đồng hồ, thiết bị phát tia laze,...
- Bột Al2O3 có độ cứng cao[emeri] được dùng làm vật liệu mài.
- Phần chủ yếu nhôm oxit được dùng để điều chế nhôm.
- Ngoài ra, Al2O3 còn được dùng làm vật liệu chịu lửa: chén nung, ống nung và lớp lót trong các lò điện. Nhôm oxit tinh khiết còn được dùng làm ximăng tram răng.
Ứng dụng trong sản xuất gốm
Với tính chất nóng chảy ở nhiệt độ cao, Nhôm oxit Al2O3 là hóa chất ngành ceramic quan trong, được ứng dụng để chế tạo gốm sứ Alumina. Thành phần của oxit nhôm giúp tăng độ bền cho men sứ. Đồng thời giúp tăng khả năng chịu nhiệt, cứng và bền hơn.
Nhiệt độ cao nhất là Alumina có thể chịu được lên đến 1.100 độ C. Vì thế được sử dụng trong các quy trình gia công đòi hỏi nhiệt độ cao như nghiền, ổ bạc, dao cắt....
Làm chất hút ẩm
Nếu H2O tiếp xúc với oxit nhôm sẽ làm cho các nguyên tử nhôm và oxi bị tách nhau với khoảng cách tăng đến 50%. Điều đó khiến cho lớp oxit bên ngoài có khả năng ngậm nước. Trường hợp được làm nóng ở nhiệt độ lên đến 200 độ C, quá trình này sẽ được diễn ra hoàn toàn ngược lại. Vì thế được ứng dụng trong sản xuất chất hút ẩm.
Ứng dụng trong ngành mỹ phẩm
Đặc điểm sáng, mịn giúp Alumina được sử dụng trong rất nhiều các ngành mỹ phẩm. Những sản phẩm như kem che khuyết điểm kem chống nắng, sơn móng tay, son môi, giấy nhám....đều được sản xuất với thành phần Al2O3.
Trong y học
Tính chất của Al2O3 khá trơ trong môi trường sinh học. Vì thế được sử dụng để che phủ các bề mặt ma sát trên cơ thể. Điển hình như hông, vai....
Ứng dụng trong Sản xuất nhôm
Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân nhôm oxit nóng chảy.
1. Nguyên liệu
Nguyên liệu là quặng boxit Al2O3.2H2O. Boxit thường lẫn tạp chất là Fe2O3 và SiO2. Sau khi loại bỏ tạp chất bằng phương pháp hóa học thu được Al2O3 gần nguyên chất.
2. Điện phân nhôm oxit nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 rất cao [2050 độ C], vì vậy phải hòa tan Al2O3 trong criolit nóng chảy để hạ nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp xuống 900 độ C.
- Quá trình điện phân:
Cực âm [catot] của thùng điện phân là một tấm than chì nguyên chất được bố trí ở đáy thùng. Ở catot xảy ra quá trình khử ion Al3+ thành Al.
Nhôm nóng chảy được định kì tháo ra từ đáy thùng.
Cực dương [anot] cũng là những khối than chì lớn. Ở anot xảy ra quá trình oxi hoá ion O2- thành khí O2.
Khí O2 ở nhiệt độ cao đốt cháy C thành khí CO và CO2. Vì vậy, sau một thời gian phải thay thế điện cực dương.