✨Nhôm

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 là . Vì đồng vị này rất phổ biến nên nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 12 trong vũ trụ. Tính phóng xạ của đồng vị kém bền khiến nó được sử 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 chủ yếu tạo hợp chất ở trạng thái oxy hóa +3. Cation nhôm 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 được tìm thấy chủ yếu ở đá trong lớp vỏ Trái Đất, nơi nó là nguyên tố phổ biến thứ ba chỉ sau oxy và silic, thay vì lớp phủ, và gần như không bao giờ xuất hiện dưới dạng kim loại tự do. Nhôm được sản xuất 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. Việc sản xuất nhôm hàng loạt giúp kim loại này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống hằng ngày. Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai, nhôm là nguồn tài nguyên chiến lược quan trọng cho ngành hàng không. Vào 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 ngành vận tải, kỹ thuật, xây dựng và đóng gói.

Mặc dù phổ biến trong môi trường và được thực vật và động vật dung nạp tốt, nhưng các muối nhôm không được chuyển hóa bởi bất kỳ sinh vật sống nào đã biết. 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.

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 phản xạ tốt các ánh sáng trong phạm vi cực tím, khả kiến (gần bằng bạc) và hồng ngoại xa. Nhôm cũng phản xạ tốt bức xạ Mặt Trời, mặc dù việc tiếp xúc lâu dài với ánh nắng mặt trời trong không khí có thể làm giảm khả năng phản xạ của kim loại.

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 , 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 là điểm chung của các nguyên tố trong cùng nhóm với nhôm như bor, gali, indi và thali; điều tương tự cũng có thể đúng 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). thế=M. Tunes & S. Pogatscher, Montanuniversität Leoben 2019 No copyrights =)|trái|nhỏ|Ảnh [[Kính hiển vi điện tử truyền qua quét|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 khi số phối trí của nguyên tử nhôm là 4 hoặc 53,5 pm đkhi số phối trí là 6. 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, một lượng nhỏ được tạo ra từ argon trong khí quyển do sự phá vỡ gây ra bởi proton từ tia vũ trụ. Tỷ lệ so với 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 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 siêu bền với chu kỳ bán rã dưới một phút cũng đã được biết đến.

Tính chất hóa học

Nhôm kết hợp các đặc điểm của kim loại tiền và hậu chuyển tiếp. Vì có ít electron tham gia liên kết kim loại, tương tự các nguyên tố nhóm bor nặng hơn nên nhôm có các tính chất vật lý đặc trưng của kim loại hậu chuyển tiếp, với khoảng cách giữa các nguyên tử dài hơn dự kiến. Hơn nữa, vì là một cation nhỏ và có điện tích lớn, nên ion nhôm có tính phân cực mạnh và tạo liên kết cộng hóa trị trong các hợp chất của nhôm; hành vi này tương tự ion beryli () nên cả hai nguyên tố thể hiện đặc trưng của mối quan hệ chéo (diagonal relationship).

Lõi của nhôm có cấu hình electron của khí hiếm liền trước, trong khi lõi của các nguyên tố trong cùng nhóm dưới nhôm: gali, indi, thali và nihoni, bao gồm một phân lớp d đã lấp đầy và trong một số trường hợp là một phân lớp f đã lấp đầy. Do đó, các electron trong cùng của nhôm che chắn các electron hóa trị gần như hoàn toàn, không giống như các electron của các đồng loại nặng hơn nhôm. Như vậy, nhôm là kim loại có độ dương điện cao nhất trong nhóm của nó; trên thực tế, hydroxide của nhôm có tính kiềm cao hơn so với hydroxide của gali. Nhôm cũng có một vài điểm tương đồng với á kim boron trong cùng nhóm: Các hợp chất là hợp chất dãy đẳng electron hóa trị của (chúng có cùng cấu trúc electron hóa trị) và cả hai đều hoạt động như acid Lewis và dễ dàng tạo thành sản phẩm cộng. Ngoài ra, một trong những mô típ chính của các hợp chất bo là cấu trúc hình nhị thập diện đều, và nhôm tạo thành một phần quan trọng của nhiều hợp kim tựa tinh thể hình nhị thập diện, bao gồm hệ hợp kim Al–Zn–Mg.

Vì tính ái lực cao với oxy nên nhôm có thể được dùng làm chất khử trong phản ứng nhiệt nhôm. Bột nhôm mịn phản ứng mãnh liệt khi tiếp xúc với oxy lỏng; nhưng trong điều kiện bình thường, nhôm tạo thành một lớp oxide mỏng (khoảng 5 nm ở nhiệt độ phòng) giúp ngăn chặn sự ăn mòn kim loại bởi oxy, nước hoặc acid loãng. Quá trình này được gọi là sự thụ động hóa. Vì sự thụ động hóa nên nhôm không phản ứng với acid có tính oxy hóa mạnh. Nhờ vậy, nhôm có thể được dùng để lưu trữ các hóa chất như acid nitric, acid sulfuric đậm đặc và một số loại acid hữu cơ.

Trong acid hydrochloric đặc nóng, nhôm phản ứng với nước và giải phóng khí hydro; trong dung dịch natri hydroxide hoặc kali hydroxide ở nhiệt độ phòng thì nhôm phản ứng để tạo muối aluminat – sự thụ động hóa để bảo vệ nhôm trong những điều kiện này không đáng kể. Nước cường toan cũng có thể hòa tan nhôm. Nhôm có thể bị ăn mòn bởi chloride hòa tan, chẳng hạn như natri chloride. Lớp oxide trên nhôm có thể bị phá hủy khi tiếp xúc với thủy ngân do quá trình tạo hỗn hống hoặc khi tiếp xúc với muối của một số kim loại có độ dương điện cao. Vì vậy, các hợp kim nhôm khỏe nhất có tính chống ăn mòn kém do phản ứng điện với hợp kim đồng]] Trong dung dịch nước, tồn tại dưới dạng cation với hằng số điện li acid K_a là 10⁻⁵. Các dung dịch như vậy có tính acid bởi vì cation này có thể cho proton và thủy phân liên tục cho đến khi hình thành kết tủa nhôm hydroxide (). Điều này đóng vai trò hữu ích trong quá trình làm trong nước, vì kết tủa hình thành trên các hạt huyền phù trong nước, do đó giúp loại bỏ chúng. Tăng độ pH sẽ làm hòa tan hydroxide trở lại dưới dạng aluminat ().

Nhôm hydroxide tạo muối và aluminat, đồng thời hòa tan trong acid và base. Đặc tính như trên của được gọi là lưỡng tính; đây là đặc trưng của các cation base yếu tạo thành hydroxide không tan và các loài ngậm nước của chúng cũng có thể cho proton. Một hậu quả là muối nhôm trong acid yếu bị thủy phân trong nước thành hydroxide ngậm nước và hydride phi kim tương ứng. Ví dụ: nhôm sulfide thủy phân thành hydro sulfide. Tuy nhiên, một số muối như nhôm carbonat tồn tại trong dung dịch nước nhưng lại không ổn định, và chỉ các muối halide, nitrat và sulfat thủy phân không hoàn toàn trong môi trường acid. Vì những lý do trên nên không thể điều chế các muối nhôm khan bằng cách đun nóng "hydrat" của chúng: nhôm clorua ngậm nước thực tế không phải là mà là . Các liên kết Al–O rất khỏe nên việc đun nóng không đủ để làm đứt gãy và tạo thành liên kết Al–Cl. Thay vào đó, phản ứng sẽ diễn ra như sau:

Số phối trí của nhôm sẽ thấp hơn trong các hợp chất nhôm halide nặng hơn. Các trihalide khác là dimer hoặc polymer với các tâm nhôm bốn phối trí hình tứ diện. Nhôm(III) chloride () có cấu trúc polyme phân lớp ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy là 192,4 °C nhưng trở thành các dimer ở nhiệt độ nóng chảy của . Ở nhiệt độ cao hơn, chúng phân ly thành các monome có cấu trúc tam giác phẳng tương tự . Nhôm(III) bromide và nhôm(III) iodide tạo thành các dimer trong cả ba pha và do đó không thể hiện những thay đổi đáng kể về tính chất khi thay đổi pha. Các vật liệu này được chế tạo bằng cách xử lý nhôm với halogen. Các muối halide của nhôm tạo thành nhiều sản phẩm cộng hoặc phức chất; bản chất acid Lewis của các hợp chất này chúng trở thành chất xúc tác hiệu quả cho phản ứng Friedel–Crafts. Nhôm(III) chloride có những ứng dụng công nghiệp chính liên quan đến phản ứng này, chẳng hạn như trong sản xuất anthraquinon và styren. Nhôm(III) chloride cũng thường được dùng làm tiền chất cho nhiều hợp chất nhôm khác và làm thuốc thử để chuyển đổi fluoride phi kim thành chloride tương ứng (phản ứng halogen hóa).

Cả bốn muối halide của nhôm đều được biết đến rộng rãi. Không giống như cấu trúc của ba muối halide nặng hơn, nhôm fluoride () có số phối trí là 6; điều này giúp giải thích tính không bay hơi, không hòa tan và nhiệt hình thành cao của nó. Mỗi nguyên tử nhôm được bao quanh bởi sáu nguyên tử fluor trong cấu trúc bát diện bị méo mó, với mỗi nguyên tử fluor được chia sẻ giữa các góc của hai khối bát diện. Các đơn vị {} như trên cũng tồn tại trong các hợp chất flouride phức hợp như cryolit, . nóng chảy ở nhiệt độ 1290 °C và được điều chế từ phản ứng giữa nhôm oxide và khí hydro fluoride ở nhiệt độ 700 °C.

Nhôm tạo một oxide bền với công thức hóa học , hay còn gọi là alumina. Alumina tồn tại dưới pha α-alumina và γ-alumina. Trong tự nhiên, alumina xuất hiện trong chất khoáng corundum dưới dạng α-alumina. Dạng tinh thể corundum là chất trơ rất cứng (với độ cứng Mohs 9), có nhiệt độ nóng chảy cao (2045° C), có khả năng bay hơi thấp và là chất cách điện tốt. Nó thường được dùng làm chất mài mòn (như kem đánh răng), vật liệu chịu lửa, và trong gốm sứ, cũng như là vật liệu đầu vào cho quá trình sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân. Sapphire và ruby là corundum kèm theo một lượng nhỏ các kim loại khác. Hai oxide-hydroxide chính, AlO(OH), là boehmite và diaspore. Có ba loại trihydroxide chính: bayerit, gibbsit và nordstrandite, chúng khác nhau về cấu trúc tinh thể (đa hình). Nhiều cấu trúc trung gian và liên quan khác cũng được biết đến. Hầu hết các trihydroxide được sản xuất từ quặng bằng nhiều quy trình ướt sử dụng acid và base. Khi đun nóng, các hydroxide chuyển thành corundum. Những vật liệu này có tầm quan trọng cốt lõi đối với quá trình sản xuất nhôm và bản thân chúng cực kỳ hữu ích. Một số pha oxide hỗn hợp cũng rất hữu ích, chẳng hạn như spinel (), Na-β-alumina () và tricalci aluminate (, một pha khoáng quan trọng trong xi măng Portland).

Các muối chalcogenide ổn định trong điều kiện bình thường là nhôm sulfide (), selenide (), và telluride (). Cả ba đều được điều chế bằng phản ứng trực tiếp giữa các nguyên tố cấu thành ở khoảng 1000 °C và sự thủy phân hoàn toàn trong nước để tạo ra nhôm hydroxide và hydro chalcogenide tương ứng. Vì nhôm là một nguyên tử nhỏ so với các chalcogen này nên nhôm có số phối trí là 4 và các muối có cấu trúc tứ diện với nhiều dạng đa hình có cấu trúc liên quan đến wurtzit; hai phần ba các vị trí kim loại có sẵn được chiếm giữ theo cách có tổ chức (α) hoặc ngẫu nhiên (β). Nhôm sulfide cũng có dạng γ tương tự γ-alumina, và dạng lục giác bất thường ở nhiệt độ cao, trong đó một nửa lượng nguyên tử nhôm có số phối trí là 4 và sắp xếp hình tứ diện và một nửa còn lại có số phối trí là 5 và sắp xếp lưỡng tháp ba phương.

Bốn muối pnictide – nhôm nitride (AlN), nhôm phosphide (AlP), nhôm arsenide (AlAs), và nhôm antimonide (AlSb) – đều được biết đến. Tất cả đều là chất bán dẫn III-V đẳng điện tử với silicon và germani, tất cả đều có cấu trúc giống sphalerit. Cả bốn muối trên đều có thể được điều chế bằng cách phản ứng trực tiếp các cấu thành của hợp chất ở nhiệt độ cao (và có thể là áp suất cao).

Nhôm tạo hợp kim với nhiều kim loại khác (ngoại trừ phần lớn kim loại kiềm và kim loại thuộc nhóm 13) và có hơn 150 hợp chất liên kim loại được biết đến. Quá trình sản xuất bao gồm việc nung nóng các kim loại với nhau theo tỷ lệ nhất định, sau đó làm nguội dần và ủ. Liên kết giữa các phân tử chủ yếu là liên kết kim loại và cấu trúc tinh thể dựa vào hiệu suất xếp chặt.

Rất ít hợp chất nhôm với hóa trị thấp hơn 3+. Một vài hợp chất nhôm(I) có thể tồn tại bao gồm AlF, AlCl, AlBr và AlI ở dạng khí khi halogen tương tự được đun nóng với nhôm ở nhiệt độ rất thấp. Một dẫn xuất bền của nhôm monoiodide là , sản phẩm cộng vòng được hình thành với triethylamine. và cũng tồn tại nhưng cực kỳ kém bền. Các hợp chất nhôm(II) rất đơn giản được sử dụng hoặc quan sát thấy trong các phản ứng của kim loại Al với chất oxy hóa. Ví dụ, nhôm monoxide, AlO, đã được phát hiện trong pha khí sau khi nổ một sợi dây nhôm và trong quang phổ hấp thụ của sao. Hợp chất với công thức , chứa một liên kết Al–Al và một phối tử hữu cơ lớn R, được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn.

Hợp chất cơ nhôm và các hydride

nhỏ|[[Trimethyl nhôm, một hợp chất có carbon năm phối trí.]]

Có nhiều hợp chất có công thức thực nghiệm và . Các trialkyl và triaryl nhôm là chất lỏng dễ phản ứng, dễ bay hơi và không màu hoặc là 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, ); ví dụ, triisobutyl nhôm tồn tại dưới dạng hỗn hợp cân bằng của monome và dimer. Những dimer này, chẳng hạn như trimethyl nhôm (), 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 (), 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 , trái ngược với bor hydride, một dimer với công thức .

Lịch sử

thumb|upright=0.85|[[Friedrich Wöhler, nhà hóa học đầu tiên đã viết kỹ lưỡng về nguyên tố nhôm]]

Lịch sử của nhôm được định hình từ việc sử dụng phèn chua. Bản ghi chép đầu tiên về phèn chua của nhà sử học Hy Lạp Herodotus có niên đại từ thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên. Người xưa được cho là đã sử dụng phèn chua làm chất cầm màu và để bảo vệ thành phố. Sau Thập tự chinh, phèn chua, một mặt hàng không thể thiếu trong ngành công nghiệp vải châu Âu, trở thành mặt hàng giao thương quốc tế; phèn được nhập khẩu từ phía đông Địa Trung Hải vào châu Âu cho đến giữa thế kỷ 15.

Bản chất của phèn chua vẫn chưa được biết vào thời điểm đó. Khoảng năm 1530, bác sĩ người Thụy Sĩ Paracelsus cho rằng phèn chua là muối của đất chứa phèn. Năm 1595, bác sĩ và nhà hóa học người Đức Andreas Libavius đã xác minh điều này bằng thực nghiệm. Năm 1722, nhà hóa học người Đức Friedrich Hoffmann tin rằng cơ sở của phèn chua là một loại đất. Năm 1754, nhà hóa học người Đức Andreas Sigismund Marggraf đã tổng hợp alumina bằng cách đun sôi đất sét trong acid sulfuric và sau đó thêm muối kali.

Những nỗ lực sản xuất nhôm xuất phát từ năm 1760. Tuy nhiên, nỗ lực thành công đầu tiên được hoàn thành vào năm 1824 bởi nhà vật lý và hóa học người Đan Mạch Hans Christian Ørsted. Ông đã phản ứng nhôm chloride khan với hỗn hống kali để tạo ra một cục kim loại trông giống thiếc. Ông đã trình bày kết quả của mình và chứng minh một mẫu kim loại mới vào năm 1825. Năm 1827, nhà hóa học người Đức Friedrich Wöhler đã lặp lại các thí nghiệm của Ørsted nhưng không thu được lượng nhôm nào (phải đến tận năm 1921, lý do cho sự không nhất quán này mới được phát hiện). Ông đã tiến hành một thí nghiệm tương tự trong cùng năm bằng cách trộn nhôm chloride khan với kali (công nghệ Wöhler) và tạo ra bột nhôm.

Nhà hóa học người Anh Humphry Davy đã thực hiện một số thí nghiệm nhằm cô lập nhôm và 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. Vào năm 1812, tên của nhôm trở thành cách gọi ngày nay của nguyên tố: aluminum; đây là cách gọi phổ biến ở Hoa Kỳ. Một số nhà khoa học khác thì dùng cách viết aluminium. Các từ "aluminium" và "aluminum" xuất phát 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 phèn (alum). Từ tiếng La-tinh "alumen" bắt nguồn từ nguyên âm gốc Tiếng Ấn-Âu nguyên thủy *alu- có nghĩa là "đắng" hoặc "bia". Tên tiếng Việt của nguyên tố bắt nguồn từ âm -nium trong tên tiếng Pháp aluminium.

thumb|upright=0.75|right|Bức tượng [[Anteros ở rạp xiếc Piccadilly, Luân Đôn. Bức tượng được xây năm 1893 và là một trong những bức tượng đầu tiên được đúc bằng nhôm.]]

Vì phương pháp của Wöhler không thu được nhôm với số lượng lớn nên kim loại này vẫn còn hiếm; chi phí của nhôm cao hơn giá vàng. Ngay cả khi đó, nhôm vẫn chưa có độ tinh khiết cao và nhôm được sản xuất có các tính chất khác nhau tùy theo mẫu. Do khả năng dẫn điện, nhôm được sử dụng làm nắp của Đài tưởng niệm Washington, hoàn thành vào năm 1885, tòa nhà cao nhất thế giới vào thời điểm đó. Nắp kim loại không bị ăn mòn này được dùng làm đỉnh cột thu lôi.

Phương pháp sản xuất nhôm quy mô lớn đầu tiên được phát triển độc lập vào năm 1886 bởi kỹ sư người Pháp Paul Héroult và kỹ sư người Mỹ Charles Martin Hall; phương pháp này hiện được gọi là công nghệ Hall-Héroult. Quy trình Hall–Héroult giúp chuyển đổi alumina thành nhôm kim loại. Vào năm 1889, nhà hóa học người Áo Carl Josef Bayer đã tìm ra một phương pháp tinh chế quặng bô xít để tạo ra alumina; phương pháp này hiện được gọi là công nghệ Bayer. Sản xuất nhôm thời hiện đại dựa trên công Bayer và Hall–Héroult.

Sản xuất quy mô lớn đã khiến giá nhôm giảm nên nhôm được sử dụng rộng rãi trong trang sức, gọng kính, dụng cụ quang học, đồ dùng trên bàn ăn và lá nhôm, cùng các vật dụng hàng ngày khác vào những năm 1890 và đầu thế kỷ 20. Khả năng tạo thành hợp kim cứng nhưng nhẹ với các kim loại khác của nhôm đã mang lại cho kim loại này nhiều công dụng vào thời điểm đó. Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, các chính phủ lớn yêu cầu các lô hàng nhôm lớn để chế tạo khung máy bay nhẹ và chắc chắn; trong Chiến tranh thế giới thứ hai, nhu cầu về hàng không của các chính phủ lớn thậm chí còn cao hơn.

Đặc trưng của ngành công nghiệp nhôm từ đầu thế kỷ 20 đến năm 1980 là sự thông đồng giữa các công ty nhôm nhằm giữ giá cao và ổn định. Cartel nhôm đầu tiên, Aluminium Association (tạm dịch: Hiệp hội Nhôm), được thành lập vào năm 1901 bởi Pittsburgh Reduction Company (đổi tên thành Alcoa vào năm 1907) và Aluminium Industrie AG. British Aluminium, Produits Chimiques d'Alais et de la Camargue và Société Electro-Métallurgique de Froges cũng tham gia cartel. qua đó đưa nhôm trở thành kim loại màu được sản xuất nhiều nhất. Vào giữa thế kỷ 20, nhôm dần nổi lên như một vật liệu xây dựng dân dụng quan trọng, được ứng dụng trong cả xây dựng cơ bản lẫn hoàn thiện nội thất, cũng như ngày càng được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật quân sự, từ chế tạo động cơ máy bay cho đến xe bọc thép trên bộ. Vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Trái Đất, được phóng vào năm 1957, bao gồm hai bán cầu nhôm riêng biệt được ghép lại và tất cả các tàu vũ trụ về sau sử dụng nhôm ở một mức độ nhất định. Vào những năm 1970, sự gia tăng nhu cầu sử dụng nhôm đã khiến nhôm trở thành một mặt hàng trao đổi; nhôm được đưa vào Sàn giao dịch kim loại Luân Đôn, sàn giao dịch kim loại công nghiệp lâu đời nhất thế giới, vào năm 1978.

Sự phổ biến

Vũ trụ

Độ phổ biến 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. Về cơ bản, tất cả nhôm hiện đang tồn tại là . có mặt trong Hệ Mặt trời ban đầu với độ phong phú là 0,005% so với nhưng chu kỳ bán rã 728.000 năm quá ngắn để bất kỳ hạt nhân ban đầu nào tồn tại lâu dài; do đó đã tuyệt chủng. 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. 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. Các tạp chất trong , 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 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 . 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

thumb|upright=1.0|right|Xe Austin A40 Sports có vỏ làm bằng nhôm ()

Kim loại

Sản lượng nhôm toàn cầu đạt 58,8 triệu tấn vào năm 2016, là kim loại được con người khai thác nhiều thứ hai sau kim loại sắt (1.231 triệu tấn).

Nhôm hầu như luôn được hợp kim, giúp cải thiện đáng kể tính cơ học của kim loại, đặc biệt là khi được ram. Ví dụ, các loại lá nhôm thông thường và lon đựng đồ uống là hợp kim từ 92% đến 99% nhôm. Các tác nhân hợp kim chính cho nhôm rèn và đúc là đồng, kẽm, magnesi, mangan và silic (ví dụ như đura) với mức độ của các kim loại khác là vài phần trăm theo trọng lượng. thumb|upright=1.0|[[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), không thấm nước và không tạo thành mảnh vụn.
• Xây dựng và công trình (cửa sổ, vật liệu bao phủ, dây điện, mái nhà, v.v.). Vì thép rẻ hơn nên nhôm được sử dụng khi cần ưu tiên 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 giá thành thấp, độ dẫn điện tốt, có độ cứng cơ học vừa đủ và khối lượng riêng thấp, cũng như khả năng kháng ăn mòn.
• Một loạt các vật dụng trong hộ gia đình, từ dụng cụ nấu ăn đến nội thất. Nhôm được sử dụng vì có khối lượng riêng thấp, diện mạo đẹp, dễ gia công và độ bền tốt.
• Máy móc và thiết bị (thiết bị chế biến, ống, công cụ). Nhôm được sử dụng vì khả năng chống ăn mòn, không bắt lửa và độ cứng cơ học.

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 mòn. Về mặt hóa học, nhôm oxide rất bền nên có thể ứng dụng trong môi trường có tính chất phản ứng cao như đèn cao áp natri. Nhôm oxide thường được sử dụng làm chất xúc tác trong các quy trình công nghiệp; một số ví dụ gồm quá trình Claus nhằm chuyển đổi hydro sulfide thành lưu huỳnh trong nhà máy lọc dầu và để alkyl hóa 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 nhôm oxide. Một ứng dụng chính khác của nhôm oxide là làm chất hấp thụ hoặc chất chống ẩm.

thumb|upright|Lắng đọng laser của nhôm oxide trên một chất nền Một số muối sulfat 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 sản lượng được sử dụng trong xử lý nước.

• Nhôm phosphate được sử dụng trong sản xuất kính, gốm sứ, giấy gỗ và sản phẩm giấy, mỹ phẩm, sơn, véc ni và trong xi măng nha khoa.
• Nhôm hydroxide được dùng làm chất trợ tiêu hóa và chất cầm màu; 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 cơ nhôm được dùng làm acid Lewis và chất đồng xúc tác.
• Methylaluminoxane là chất đồng xúc tác trong quá trình polymer hóa olefin Ziegler–Natta để sản xuất các polyme vinyl như polyethen.
• Các ion nhôm trong dung dịch (như sulfat 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, một số muối nhôm nhất định được dùng làm chất bổ trợ 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 chất bổ trợ trong vaccine đều được gắn nhôm.

Sản xuất

<div style="float: right; margin: 2px; font-size:85%; margin-left:18px; margin-bottom:18px>