مقارنة خصائص الألمنيوم مع العناصر المجاورة. ملامح تكوين وخصائص وخصائص الألومنيوم

يمكن اعتبار كل عنصر كيميائي من وجهة نظر ثلاثة علوم: الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا. وفي هذه المقالة سنحاول وصف الألمنيوم بأكبر قدر ممكن من الدقة. هذا عنصر كيميائي موجود في المجموعة الثالثة والثالثة حسب الجدول الدوري. الألومنيوم معدن له نشاط كيميائي متوسط. أيضا في مركباته ، يمكن ملاحظة الخصائص المتذبذبة. الكتلة الذرية للألمنيوم ستة وعشرون جرامًا لكل مول.

الخصائص الفيزيائية للألمنيوم

في ظل الظروف العادية ، هو صلب. صيغة الألمنيوم بسيطة للغاية. يتكون من ذرات (لا تتحد في جزيئات) ، والتي يتم بناؤها بمساعدة شبكة بلورية في مادة مستمرة. لون الألمنيوم - فضي - أبيض. بالإضافة إلى ذلك ، لها بريق معدني ، مثل جميع المواد الأخرى في هذه المجموعة. قد يختلف لون الألومنيوم المستخدم في الصناعة بسبب وجود شوائب في السبيكة. إنه معدن خفيف إلى حد ما.

كثافته 2.7 جم / سم 3 ، أي أنه أخف بثلاث مرات من الحديد. في هذا ، يمكن أن ينتج فقط المغنيسيوم ، وهو أخف من المعدن المعني. صلابة الألمنيوم منخفضة جدًا. في ذلك ، هو أدنى من معظم المعادن. صلابة الألمنيوم هي اثنين فقط ، لذلك ، لتقويته ، يتم إضافة أصعب إلى السبائك القائمة على هذا المعدن.

يحدث ذوبان الألمنيوم عند درجة حرارة 660 درجة مئوية فقط. ويغلي عند تسخينه لدرجة حرارة ألفين وأربعمائة واثنين وخمسين درجة مئوية. إنه معدن مطيل للغاية وقابل للانصهار. لا تنتهي الخصائص الفيزيائية للألمنيوم عند هذا الحد. أود أيضًا أن أشير إلى أن هذا المعدن يتمتع بأفضل توصيل كهربائي بعد النحاس والفضة.

الانتشار في الطبيعة

الألمنيوم ، الخصائص التقنية التي استعرضناها للتو ، شائع جدًا في البيئة. يمكن ملاحظتها في تكوين العديد من المعادن. عنصر الألومنيوم هو رابع أكثر العناصر شيوعًا في الطبيعة. يوجد ما يقرب من تسعة بالمائة في قشرة الأرض. المعادن الرئيسية التي توجد فيها ذراتها هي البوكسيت ، اكسيد الالمونيوم ، الكريوليت. الأول عبارة عن صخرة تتكون من أكاسيد الحديد والسيليكون والمعدن المعني ، كما توجد جزيئات الماء في الهيكل. لها لون غير متجانس: شظايا من الرمادي والبني المحمر وألوان أخرى ، والتي تعتمد على وجود شوائب مختلفة. من ثلاثين إلى ستين بالمائة من هذا الصنف من الألمنيوم ، ويمكن رؤية صورته أعلاه. بالإضافة إلى ذلك ، الكوراندوم معدن شائع جدًا في الطبيعة.

هذا هو أكسيد الألومنيوم. صيغته الكيميائية هي Al2O3. يمكن أن يكون أحمر أو أصفر أو أزرق أو بني. صلابته على مقياس موس هي تسع وحدات. تشمل أصناف اكسيد الالمونيوم الياقوت والياقوت المعروف ، leucosapphires ، وكذلك padparadscha (الياقوت الأصفر).

الكريوليت معدن له تركيبة كيميائية أكثر تعقيدًا. يتكون من فلوريد الألومنيوم والصوديوم - AlF3.3NaF. يبدو وكأنه حجر عديم اللون أو رمادي مع صلابة منخفضة - ثلاثة فقط على مقياس موس. في العالم الحديث ، يتم تصنيعه بشكل مصطنع في المختبر. يتم استخدامه في علم المعادن.

أيضًا ، يمكن العثور على الألومنيوم في الطبيعة في تكوين الصلصال ، ومكوناته الرئيسية هي أكاسيد السيليكون والمعدن المعني ، المرتبط بجزيئات الماء. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن ملاحظة هذا العنصر الكيميائي في تكوين nephelines ، والتي تكون الصيغة الكيميائية لها كما يلي: KNa34.

إيصال

يتضمن توصيف الألومنيوم النظر في طرق تصنيعه. هناك عدة طرق. يتم إنتاج الألمنيوم بالطريقة الأولى على ثلاث مراحل. وآخرها إجراء التحليل الكهربائي على القطب السالب وأنود الكربون. لتنفيذ مثل هذه العملية ، يلزم وجود أكسيد الألومنيوم ، وكذلك المواد المساعدة مثل الكريوليت (الصيغة - Na3AlF6) وفلوريد الكالسيوم (CaF2). من أجل حدوث عملية تحلل أكسيد الألومنيوم المذاب في الماء ، يجب تسخينه مع الكريوليت المنصهر وفلوريد الكالسيوم إلى درجة حرارة لا تقل عن تسعمائة وخمسين درجة مئوية ، ثم تيار من ثمانين ألف أمبير و جهد من خمسة إلى ثمانية فولت. وبالتالي ، نتيجة لهذه العملية ، سيستقر الألمنيوم على القطب السالب ، وستتجمع جزيئات الأكسجين على القطب الموجب ، والذي بدوره يؤكسد الأنود ويحوله إلى ثاني أكسيد الكربون. قبل تنفيذ هذا الإجراء ، يتم تنظيف البوكسيت ، في شكل أكسيد الألومنيوم ، مبدئيًا من الشوائب ، كما أنه يمر بعملية تجفيفه.

يعتبر إنتاج الألمنيوم بالطريقة الموصوفة أعلاه شائعًا جدًا في علم المعادن. هناك أيضًا طريقة اخترعها F. Wehler في عام 1827. يكمن في حقيقة أنه يمكن تعدين الألومنيوم باستخدام تفاعل كيميائي بين الكلوريد والبوتاسيوم. لا يمكن تنفيذ مثل هذه العملية إلا من خلال خلق ظروف خاصة في شكل درجة حرارة عالية جدًا وفراغ. لذلك ، من مول واحد من الكلوريد ونفس حجم البوتاسيوم ، يمكن الحصول على مول واحد من الألومنيوم وثلاث مولات كمنتج ثانوي. يمكن كتابة هذا التفاعل بالمعادلة التالية: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. لم تكتسب هذه الطريقة شعبية كبيرة في علم المعادن.

خصائص الألمنيوم من حيث الكيمياء

كما ذكرنا أعلاه ، هذه مادة بسيطة تتكون من ذرات لا يتم دمجها في جزيئات. تشكل الهياكل المتشابهة جميع المعادن تقريبًا. للألمنيوم نشاط كيميائي مرتفع إلى حد ما وخصائص اختزال قوية. سيبدأ التوصيف الكيميائي للألمنيوم بوصف تفاعلاته مع المواد البسيطة الأخرى ، ثم يتم وصف التفاعلات مع المركبات غير العضوية المعقدة.

الألمنيوم والمواد البسيطة

وتشمل هذه ، أولاً وقبل كل شيء ، الأكسجين - المركب الأكثر شيوعًا على هذا الكوكب. يتكون منه واحد وعشرون بالمائة من الغلاف الجوي للأرض. تسمى تفاعلات مادة معينة مع أي مادة أخرى الأكسدة أو الاحتراق. يحدث عادة في درجات حرارة عالية. ولكن في حالة الألومنيوم ، تكون الأكسدة ممكنة في ظل الظروف العادية - وهذه هي الطريقة التي يتشكل بها فيلم أكسيد. إذا تم سحق هذا المعدن ، فسوف يحترق ، بينما يطلق كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة. لإجراء التفاعل بين الألمنيوم والأكسجين ، هذه المكونات ضرورية بنسبة 4: 3 مولارية ، مما ينتج عنه جزئين من الأكسيد.

يتم التعبير عن هذا التفاعل الكيميائي بالمعادلة التالية: 4І + 3О2 = 2ІО3. من الممكن أيضًا تفاعلات الألومنيوم مع الهالوجينات ، والتي تشمل الفلور واليود والبروم والكلور. تأتي أسماء هذه العمليات من أسماء الهالوجينات المقابلة: الفلورة ، المعالجة باليود ، المعالجة بالبروم والكلور. هذه هي تفاعلات إضافة نموذجية.

على سبيل المثال ، نعطي تفاعل الألومنيوم مع الكلور. يمكن أن يحدث هذا النوع من العمليات فقط في البرد.

إذن ، بأخذ مولين من الألومنيوم وثلاث مولات من الكلور ، نحصل على مولين من كلوريد المعدن المعني. معادلة هذا التفاعل كالتالي: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. وبنفس الطريقة يمكن الحصول على فلوريد الألومنيوم وبروميده ويوديده.

مع الكبريت ، تتفاعل المادة المعنية فقط عند تسخينها. لتنفيذ التفاعل بين هذين المركبين ، يجب أن تأخذهم بنسب مولارية من اثنين إلى ثلاثة ، ويتم تكوين جزء واحد من كبريتيد الألومنيوم. معادلة التفاعل لها الشكل التالي: 2Al + 3S = Al2S3.

بالإضافة إلى ذلك ، في درجات الحرارة العالية ، يتفاعل الألمنيوم مع الكربون ، مكونًا كربيدًا ، ومع النيتروجين ، مكونًا نيتريدًا. يمكن الاستشهاد بالمعادلات التالية للتفاعلات الكيميائية كمثال: 4AI + 3C = AI4C3 ؛ 2Al + N2 = 2AlN.

التفاعل مع المواد المعقدة

وتشمل هذه المياه والأملاح والأحماض والقواعد والأكاسيد. مع كل هذه المركبات الكيميائية ، يتفاعل الألمنيوم بطرق مختلفة. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل حالة.

رد فعل مع الماء

يتفاعل الألمنيوم مع أكثر المواد المعقدة شيوعًا على الأرض عند تسخينه. يحدث هذا فقط في حالة الإزالة الأولية لفيلم الأكسيد. نتيجة للتفاعل ، يتم تكوين هيدروكسيد مذبذب ، ويتم إطلاق الهيدروجين أيضًا في الهواء. بأخذ جزأين من الألومنيوم وستة أجزاء من الماء ، نحصل على الهيدروكسيد والهيدروجين بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة. تتم كتابة معادلة هذا التفاعل على النحو التالي: 2АІ + 6Н2О = 2АІ (ОН) 3 + 3Н2.

التفاعل مع الأحماض والقواعد والأكاسيد

مثل المعادن النشطة الأخرى ، فإن الألمنيوم قادر على الدخول في تفاعل الاستبدال. عند القيام بذلك ، يمكن أن يحل محل الهيدروجين من حمض أو كاتيون من معدن أكثر سلبية من الملح. نتيجة لمثل هذه التفاعلات ، يتم تكوين ملح الألومنيوم ، ويتم إطلاق الهيدروجين أيضًا (في حالة الحمض) أو رواسب معدنية نقية (واحد أقل نشاطًا من الذي يتم النظر فيه). في الحالة الثانية ، تتجلى الخصائص التصالحية المذكورة أعلاه. مثال على ذلك هو تفاعل الألومنيوم الذي يتكون به كلوريد الألومنيوم ويتم إطلاق الهيدروجين في الهواء. يتم التعبير عن هذا النوع من التفاعل بالمعادلة التالية: 2AI + 6HCI = 2AICI3 + 3H2.

مثال على تفاعل الألمنيوم مع الملح هو تفاعله مع. عند أخذ هذين المكونين ، سنحصل في النهاية على النحاس النقي ، والذي سوف يترسب. مع الأحماض مثل الكبريتيك والنتريك ، يتفاعل الألمنيوم بطريقة غريبة. على سبيل المثال ، عند إضافة الألومنيوم إلى محلول مخفف من حمض النترات بنسبة مولارية من ثمانية أجزاء إلى ثلاثين ، يتم تكوين ثمانية أجزاء من نترات المعدن المعني ، يتم تكوين ثلاثة أجزاء من أكسيد النيتريك وخمسة عشر جزءًا من الماء. تتم كتابة معادلة هذا التفاعل على النحو التالي: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. تحدث هذه العملية فقط في وجود درجة حرارة عالية.

إذا مزجنا الألومنيوم ومحلول ضعيف من حمض الكبريتات بنسب مولارية من اثنين إلى ثلاثة ، نحصل على كبريتات المعدن المعني والهيدروجين بنسبة واحد إلى ثلاثة. أي أن تفاعل الاستبدال العادي سيحدث ، كما هو الحال مع الأحماض الأخرى. من أجل الوضوح ، نقدم المعادلة: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. ومع ذلك ، مع وجود محلول مركز من نفس الحمض ، يكون كل شيء أكثر تعقيدًا. هنا ، كما في حالة النترات ، يتم تكوين منتج ثانوي ، ولكن ليس في شكل أكسيد ، ولكن في شكل كبريت وماء. إذا أخذنا المكونين اللذين نحتاجهما في النسبة المولية من اثنين إلى أربعة ، فنتيجة لذلك نحصل على جزء واحد من ملح المعدن المعني والكبريت ، بالإضافة إلى أربعة من الماء. يمكن التعبير عن هذا التفاعل الكيميائي باستخدام المعادلة التالية: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الألمنيوم قادر على التفاعل مع المحاليل القلوية. لإجراء مثل هذا التفاعل الكيميائي ، يجب أن تأخذ مولين من المعدن المعني ، نفس الكمية أو البوتاسيوم ، وكذلك ستة مولات من الماء. نتيجة لذلك ، يتم تكوين مواد مثل الصوديوم أو رباعي هيدروكس ألومينات الصوديوم ، وكذلك الهيدروجين ، الذي يتم إطلاقه كغاز برائحة نفاذة بنسب مولية من اثنين إلى ثلاثة. يمكن تمثيل هذا التفاعل الكيميائي بالمعادلة التالية: 2AI + 2KOH + 6H2O = 2K [AI (OH) 4] + 3H2.

وآخر شيء يجب مراعاته هو أنماط تفاعل الألومنيوم مع بعض الأكاسيد. الحالة الأكثر شيوعًا والمستخدمة هي تفاعل بيكيتوف. إنه ، مثل العديد من الأشياء الأخرى التي تمت مناقشتها أعلاه ، يحدث فقط في درجات حرارة عالية. لذلك ، من أجل تنفيذه ، من الضروري أخذ مولين من الألومنيوم ومول واحد من أكسيد الحديد. نتيجة لتفاعل هاتين المادتين ، نحصل على أكسيد الألومنيوم والحديد الحر بمقدار واحد ومولتين على التوالي.

استخدام المعدن المعني في الصناعة

لاحظ أن استخدام الألومنيوم أمر شائع جدًا. بادئ ذي بدء ، صناعة الطيران بحاجة إليه. إلى جانب ذلك ، يتم أيضًا استخدام السبائك القائمة على المعدن المعني. يمكننا القول أن متوسط ​​الطائرة هو 50٪ سبائك الألومنيوم ، ومحركها 25٪. أيضا ، يتم استخدام الألمنيوم في عملية تصنيع الأسلاك والكابلات بسبب التوصيل الكهربائي الممتاز. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام هذا المعدن وسبائكه على نطاق واسع في صناعة السيارات. أجسام السيارات ، والحافلات ، وحافلات الترولي ، وبعض عربات الترام ، وكذلك عربات القطارات العادية والكهربائية مصنوعة من هذه المواد.

يتم استخدامه أيضًا لأغراض أصغر ، على سبيل المثال ، لإنتاج عبوات المواد الغذائية والمنتجات الأخرى والأطباق. من أجل صنع طلاء فضي ، هناك حاجة إلى مسحوق من المعدن المعني. هذا الطلاء ضروري لحماية الحديد من التآكل. يمكننا القول أن الألمنيوم هو ثاني أكثر المعادن استخدامًا في الصناعة بعد الحديد. غالبًا ما تستخدم مركباتها ونفسها في الصناعة الكيميائية. ويرجع ذلك إلى الخصائص الكيميائية الخاصة للألمنيوم ، بما في ذلك خصائصه المختزلة والطبيعة المتذبذبة لمركباته. يعتبر هيدروكسيد العنصر الكيميائي ضروريًا لتنقية المياه. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في الطب أثناء إنتاج اللقاحات. يمكن العثور عليها أيضًا في بعض المواد البلاستيكية والمواد الأخرى.

دور في الطبيعة

كما ذكرنا سابقًا ، يوجد الألمنيوم بكميات كبيرة في القشرة الأرضية. إنه مهم بشكل خاص للكائنات الحية. يشارك الألمنيوم في تنظيم عمليات النمو وتشكيل الأنسجة الضامة مثل العظام والأربطة وغيرها. بفضل هذا العنصر الدقيق ، تتم عمليات تجديد أنسجة الجسم بشكل أسرع. يتميز نقصه بالأعراض التالية: اضطرابات النمو والنمو عند الأطفال ، عند البالغين - التعب المزمن ، ضعف الأداء ، ضعف تنسيق الحركات ، تباطؤ في تجديد الأنسجة ، ضعف العضلات ، خاصة في الأطراف. يمكن أن تحدث هذه الظاهرة إذا كنت تأكل عددًا قليلاً جدًا من الأطعمة التي تحتوي على عنصر التتبع هذا.

ومع ذلك ، فإن المشكلة الأكثر شيوعًا هي وجود فائض من الألومنيوم في الجسم. في هذه الحالة ، غالبًا ما تُلاحظ الأعراض التالية: العصبية ، والاكتئاب ، واضطرابات النوم ، وفقدان الذاكرة ، ومقاومة الإجهاد ، وتليين الجهاز العضلي الهيكلي ، مما قد يؤدي إلى كسور متكررة والتواءات. مع وجود فائض طويل من الألمنيوم في الجسم ، غالبًا ما تنشأ مشاكل في عمل كل جهاز عضو تقريبًا.

يمكن أن يؤدي عدد من الأسباب إلى هذه الظاهرة. بادئ ذي بدء ، لقد أثبت العلماء منذ فترة طويلة أن الأطباق المصنوعة من المعدن المعني غير مناسبة لطهي الطعام فيها ، لأنه في درجات الحرارة المرتفعة يدخل جزء من الألومنيوم في الطعام ، ونتيجة لذلك ، فإنك تستهلك الكثير من هذا العناصر الدقيقة مما يحتاجه الجسم.

السبب الثاني هو الاستخدام المنتظم لمستحضرات التجميل المحتوية على المعدن المعني أو أملاحه. قبل استخدام أي منتج ، يجب أن تقرأ بعناية تركيبته. مستحضرات التجميل ليست استثناء.

السبب الثالث هو تناول الأدوية التي تحتوي على نسبة عالية من الألمنيوم لفترة طويلة. وكذلك الاستخدام غير السليم للفيتامينات والمكملات الغذائية التي تشمل هذه العناصر الدقيقة.

الآن دعنا نتعرف على المنتجات التي تحتوي على الألومنيوم من أجل تنظيم نظامك الغذائي وتنظيم القائمة بشكل صحيح. بادئ ذي بدء ، هذه هي الجزر والأجبان المصنعة والقمح والشبة والبطاطا. من الفواكه ، ينصح الأفوكادو والخوخ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الملفوف الأبيض والأرز والعديد من الأعشاب الطبية غنية بالألمنيوم. أيضًا ، يمكن احتواء كاتيونات المعدن المعني في مياه الشرب. لتجنب زيادة أو نقصان محتوى الألومنيوم في الجسم (مع ذلك ، تمامًا مثل أي عنصر أثر آخر) ، تحتاج إلى مراقبة نظامك الغذائي بعناية ومحاولة جعله متوازنًا قدر الإمكان.

تعد المعادن واحدة من أكثر المواد ملاءمة في المعالجة. لديهم أيضا قادتهم. على سبيل المثال ، الخصائص الأساسية للألمنيوم معروفة للناس لفترة طويلة. إنها مناسبة جدًا للاستخدام في الحياة اليومية لدرجة أن هذا المعدن أصبح شائعًا للغاية. ما هي نفسها مادة بسيطة وكذرة ، سننظر فيها في هذه المقالة.

تاريخ اكتشاف الألمنيوم

منذ زمن بعيد ، عرف الشخص مركب المعدن المعني - فقد استخدم كوسيلة قادرة على انتفاخ مكونات الخليط وربطها معًا ، وكان هذا ضروريًا أيضًا في صناعة المنتجات الجلدية. أصبح وجود أكسيد الألومنيوم النقي معروفًا في القرن الثامن عشر ، في النصف الثاني. ومع ذلك ، لم يتم استلامها.

لأول مرة ، تمكن العالم H.K. Oersted من عزل المعدن من كلوريده. هو الذي عالج الملح بملغم البوتاسيوم وعزل مسحوقًا رماديًا من الخليط ، وهو الألمنيوم في شكله النقي.

في الوقت نفسه ، أصبح من الواضح أن الخصائص الكيميائية للألمنيوم تتجلى في نشاطها العالي وقدرتها القوية على الاختزال. لذلك ، لم يعمل معه أي شخص آخر لفترة طويلة.

ومع ذلك ، في عام 1854 ، تمكن الفرنسي ديفيل من الحصول على سبائك معدنية عن طريق التحليل الكهربائي الذائب. هذه الطريقة لا تزال ذات صلة اليوم. بدأ الإنتاج الضخم للمواد القيمة بشكل خاص في القرن العشرين ، عندما تم حل مشاكل الحصول على كمية كبيرة من الكهرباء في المؤسسات.

حتى الآن ، يعد هذا المعدن من أكثر المعادن شيوعًا ويستخدم في الصناعات الإنشائية والمنزلية.

الخصائص العامة لذرة الألومنيوم

إذا قمنا بتمييز العنصر قيد النظر من خلال موقعه في النظام الدوري ، فيمكن التمييز بين عدة نقاط.

1. الرقم الترتيبي - 13.
2. وهي تقع في الفترة الصغيرة الثالثة ، المجموعة الثالثة ، المجموعة الفرعية الرئيسية.
3. الكتلة الذرية - 26.98.
4. عدد إلكترونات التكافؤ 3.
5. يتم التعبير عن تكوين الطبقة الخارجية بالصيغة 3s 2 3p 1.
6. اسم العنصر الألومنيوم.
7. أعرب بقوة.
8. ليس لها نظائر في الطبيعة ، فهي موجودة فقط في شكل واحد ، مع عدد كتلي 27.
9. الرمز الكيميائي هو AL ، ويقرأ على أنه "ألومنيوم" في الصيغ.
10. حالة الأكسدة واحدة تساوي +3.

يتم تأكيد الخصائص الكيميائية للألمنيوم بالكامل من خلال التركيب الإلكتروني لذرته ، نظرًا لوجود نصف قطر ذري كبير وتقارب إلكترون منخفض ، فهو قادر على العمل كعامل اختزال قوي ، مثل جميع المعادن النشطة.

الألومنيوم كمادة بسيطة: الخصائص الفيزيائية

إذا تحدثنا عن الألمنيوم ، باعتباره مادة بسيطة ، فهو معدن لامع أبيض فضي. في الهواء ، يتأكسد بسرعة ويصبح مغطى بغشاء أكسيد كثيف. يحدث الشيء نفسه مع عمل الأحماض المركزة.

إن وجود مثل هذه الميزة يجعل المنتجات المصنوعة من هذا المعدن مقاومة للتآكل ، وهو بالطبع مناسب جدًا للأشخاص. لذلك ، فإن الألومنيوم هو الذي يجد مثل هذا التطبيق الواسع في البناء. من المثير للاهتمام أيضًا أن هذا المعدن خفيف جدًا ، بينما يتسم بالمتانة والنعومة. لا يتوفر مزيج من هذه الخصائص لكل مادة.

هناك العديد من الخصائص الفيزيائية الأساسية التي تتميز بها الألومنيوم.

1. درجة عالية من المرونة والليونة. رقائق معدنية خفيفة وقوية ورقيقة جدًا مصنوعة من هذا المعدن ، كما يتم لفها في سلك.
2. نقطة الانصهار - 660 درجة مئوية.
3. نقطة الغليان - 2450 0 درجة مئوية.
4. الكثافة - 2.7 جم / سم 3.
5. الشبكة البلورية حجمية ، محورها الوجه ، معدنية.
6. نوع الاتصال - معدن.

تحدد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألمنيوم مجالات تطبيقه واستخدامه. إذا تحدثنا عن الجوانب اليومية ، فإن الخصائص التي درسناها بالفعل أعلاه تلعب دورًا كبيرًا. كمعدن خفيف ومتين ومقاوم للتآكل ، يستخدم الألمنيوم في الطائرات وبناء السفن. لذلك ، من المهم جدًا معرفة هذه الخصائص.

الخصائص الكيميائية للألمنيوم

من وجهة نظر الكيمياء ، فإن المعدن المعني هو عامل اختزال قوي قادر على إظهار نشاط كيميائي عالٍ ، كونه مادة نقية. الشيء الرئيسي هو القضاء على فيلم الأكسيد. في هذه الحالة ، يزيد النشاط بشكل حاد.

يتم تحديد الخصائص الكيميائية للألمنيوم كمادة بسيطة من خلال قدرته على التفاعل مع:

• الأحماض.
• القلويات.
• الهالوجينات.
• اللون الرمادي.

لا تتفاعل مع الماء في الظروف العادية. في الوقت نفسه ، من الهالوجينات ، بدون تسخين ، يتفاعل فقط مع اليود. تتطلب التفاعلات الأخرى درجة حرارة.

يمكن إعطاء أمثلة لتوضيح الخصائص الكيميائية للألمنيوم. معادلات تفاعلات التفاعل مع:

• الأحماض- AL + HCL \ u003d AlCL 3 + H 2 ؛
• القلويات- 2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3H 2 ؛
• الهالوجينات- AL + Hal = الحل 3 ؛
• اللون الرمادي- 2AL + 3S = AL 2S 3.

بشكل عام ، فإن أهم خصائص المادة قيد الدراسة هي قدرتها العالية على استعادة العناصر الأخرى من مركباتها.

القدرة على الانتعاش

يتم تتبع خصائص الاختزال للألمنيوم جيدًا في تفاعلات التفاعل مع أكاسيد المعادن الأخرى. يستخرجها بسهولة من تكوين المادة ويسمح لها بالوجود في شكل بسيط. على سبيل المثال: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

في علم المعادن ، هناك تقنية كاملة للحصول على المواد بناءً على هذه التفاعلات. يطلق عليه aluminothermy. لذلك ، في الصناعة الكيميائية ، يستخدم هذا العنصر خصيصًا لإنتاج معادن أخرى.

التوزيع في الطبيعة

من حيث الانتشار بين العناصر المعدنية الأخرى ، يحتل الألمنيوم المرتبة الأولى. يبلغ محتواها في القشرة الأرضية 8.8٪. إذا قورنت مع غير المعادن ، فسيكون مكانها في المرتبة الثالثة بعد الأكسجين والسيليكون.

بسبب نشاطه الكيميائي العالي ، فإنه لا يوجد في شكله النقي ، ولكن فقط في تكوين المركبات المختلفة. لذلك ، على سبيل المثال ، هناك العديد من الخامات والمعادن والصخور التي تشمل الألومنيوم. ومع ذلك ، يتم استخراجها فقط من البوكسيت ، الذي لا يكون محتواه في الطبيعة مرتفعًا جدًا.

المواد الأكثر شيوعًا التي تحتوي على المعدن المعني هي:

• الفلسبار.
• البوكسيت.
• الجرانيت.
• السيليكا.
• سيليكات الألمنيوم.
• البازلت وغيرها.

بكمية صغيرة ، يكون الألمنيوم بالضرورة جزءًا من خلايا الكائنات الحية. بعض أنواع طحالب النادي والحياة البحرية قادرة على تراكم هذا العنصر داخل أجسامهم طوال حياتهم.

إيصال

تجعل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألمنيوم من الممكن الحصول عليه بطريقة واحدة فقط: عن طريق التحليل الكهربائي لذوبان الأكسيد المقابل. ومع ذلك ، فإن هذه العملية معقدة من الناحية التكنولوجية. تتجاوز درجة انصهار AL 2 O 3 2000 درجة مئوية. ولهذا السبب ، لا يمكن أن تخضع مباشرة للتحليل الكهربائي. لذلك ، تابع ما يلي.

عائد المنتج 99.7٪. ومع ذلك ، من الممكن الحصول على معدن أكثر نقاء يستخدم لأغراض فنية.

طلب

الخصائص الميكانيكية للألمنيوم ليست جيدة بما يكفي لاستخدامها في شكلها النقي. لذلك ، غالبًا ما تستخدم السبائك القائمة على هذه المادة. هناك الكثير منهم ، يمكننا تسمية أكثرها أساسية.

1. دورالومين.
2. ألمنيوم - منجنيز.
3. ألمنيوم - مغنيسيوم.
4. ألومنيوم - نحاس.
5. سيلومين.
6. أفال.

الاختلاف الرئيسي بينهما هو بالطبع إضافات الطرف الثالث. كل منهم مصنوع من الألومنيوم. تجعل المعادن الأخرى المادة أكثر متانة ومقاومة للتآكل ومقاومة للتآكل ومرنة في المعالجة.

هناك العديد من المجالات الرئيسية لتطبيق الألمنيوم سواء في شكله النقي أو في شكل مركباته (سبائك).

يعد الألمنيوم أهم معدن مع الحديد وسبائكه. هذان الممثلان للنظام الدوري هما اللذان وجدا التطبيق الصناعي الأكثر شمولاً في يد الإنسان.

خصائص هيدروكسيد الألومنيوم

الهيدروكسيد هو المركب الأكثر شيوعًا الذي يتكون من الألومنيوم. خصائصه الكيميائية هي نفس خصائص المعدن نفسه - إنه مذبذب. هذا يعني أنه قادر على إظهار طبيعة مزدوجة ، يتفاعل مع كل من الأحماض والقلويات.

هيدروكسيد الألومنيوم نفسه هو راسب هلامي أبيض. من السهل الحصول عليه عن طريق تفاعل ملح الألمنيوم مع قلوي أو. عند التفاعل مع الأحماض ، يعطي هذا الهيدروكسيد الملح والماء المقابل المعتاد. إذا استمر التفاعل مع القلويات ، عندئذٍ تتشكل مركبات هيدروكسو كومبلكس من الألومنيوم ، حيث يكون رقم تنسيقها 4. مثال: Na عبارة عن رباعي هيدروكسي ألومينات الصوديوم.

الألومنيوم عنصر من عناصر المجموعة الثالثة عشر من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية ، الفترة الثالثة ، برقم ذري 13. وينتمي إلى مجموعة المعادن الخفيفة. المعدن الأكثر شيوعًا وثالث أكثر العناصر الكيميائية شيوعًا في قشرة الأرض (بعد الأكسجين والسيليكون).

مادة الألومنيوم البسيطة عبارة عن معدن خفيف ، شبه مغناطيسي فضي-أبيض ، يسهل تشكيله ، وصبّه ، وتشكيله آليًا. يتميز الألمنيوم بموصلية حرارية وكهربائية عالية ، ومقاومة للتآكل بسبب التكوين السريع لأغشية الأكسيد القوية التي تحمي السطح من مزيد من التفاعل.

الطريقة الحديثة في الحصول ، عملية Hall-Héroult. وهو يتألف من إذابة أكسيد الألومنيوم Al2O3 في ذوبان الكريوليت Na3AlF6 ، متبوعًا بالتحليل الكهربائي باستخدام أقطاب الكوك المستهلكة أو القطب الموجب الجرافيت. تتطلب طريقة الحصول هذه كميات كبيرة جدًا من الكهرباء ، وبالتالي لم يتم تطبيقها الصناعي إلا في القرن العشرين.

الطريقة المخبرية للحصول على الألومنيوم: اختزال كلوريد الألومنيوم اللامائي بالبوتاسيوم المعدني (يبدأ التفاعل عند التسخين بدون هواء):

معدن فضي-أبيض ، خفيف ، كثافة - 2.7 جم / سم مكعب ، نقطة انصهار للألمنيوم التقني - 658 درجة مئوية ، للألمنيوم عالي النقاء - 660 درجة مئوية ، ليونة عالية: للتقنية - 35٪ ، للنقاء - 50٪ ، ملفوف في ورقة رقيقة وحتى احباط. يتميز الألمنيوم بموصلية كهربائية عالية (37106 S / m) وموصلية حرارية (203.5 W / (m · K)) ، 65٪ ، انعكاسية عالية للضوء.

يشكل الألمنيوم سبائك مع جميع المعادن تقريبًا. وأشهرها سبائك النحاس والمغنيسيوم (دورالومين) والسيليكون (سيلومين).

من حيث الانتشار في قشرة الأرض ، تحتل الأرض المرتبة الأولى بين المعادن والمرتبة الثالثة بين العناصر ، في المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون. يقدر تركيز كتلة الألمنيوم في قشرة الأرض ، وفقًا لباحثين مختلفين ، بما يتراوح بين 7.45 و 8.14٪. في الطبيعة ، يحدث الألمنيوم ، بسبب نشاطه الكيميائي العالي ، بشكل حصري تقريبًا في شكل مركبات.

يتكون الألمنيوم الطبيعي بالكامل تقريبًا من نظير مستقر واحد ، 27Al ، مع آثار ضئيلة من 26Al ، وهو النظير المشع الأطول عمراً مع عمر نصف يبلغ 720،000 سنة ، يتم إنتاجه في الغلاف الجوي عن طريق تقسيم 40 نواة أرغون بواسطة كونية عالية الطاقة بروتونات الأشعة.

في ظل الظروف العادية ، يتم تغطية الألومنيوم بغشاء أكسيد رقيق وقوي وبالتالي لا يتفاعل مع عوامل الأكسدة الكلاسيكية: مع H2O (t °) ، O2 ، HNO3 (بدون تسخين). نتيجة لذلك ، لا يخضع الألمنيوم عمليًا للتآكل وبالتالي تطالب به الصناعة الحديثة على نطاق واسع. ومع ذلك ، عندما يتم تدمير فيلم الأكسيد (على سبيل المثال ، عند ملامسته لمحاليل أملاح الأمونيوم NH4 + ، أو القلويات الساخنة ، أو نتيجة الاندماج) ، يعمل الألومنيوم كمعدن اختزال نشط. من الممكن منع تكوين فيلم أكسيد عن طريق إضافة معادن مثل الغاليوم أو الإنديوم أو القصدير إلى الألومنيوم. في هذه الحالة ، يتم ترطيب سطح الألمنيوم بواسطة مواد سهلة الانصهار منخفضة الانصهار تعتمد على هذه المعادن.

يتفاعل بسهولة مع المواد البسيطة:

بالأكسجين لتكوين الألومينا:

مع الهالوجينات (باستثناء الفلور) ، وتشكيل الكلوريد أو البروميد أو يوديد الألومنيوم:

يتفاعل مع غير المعادن الأخرى عند تسخينه:

بالفلور مكون فلوريد الألومنيوم:

بالكبريت ، وتشكيل كبريتيد الألومنيوم:

بالنيتروجين لتكوين نيتريد الألومنيوم:

مع الكربون ، وتشكيل كربيد الألومنيوم:

يتم تحلل كبريتيد الألومنيوم وكربيد الألومنيوم تمامًا:

بالمواد المعقدة:

بالماء (بعد إزالة طبقة الأكسيد الواقية ، على سبيل المثال ، عن طريق الدمج أو المحاليل القلوية الساخنة):

مع القلويات (مع تكوين رباعي هيدروكسي ألومينات وألومينات أخرى):

قابل للذوبان بسهولة في الهيدروكلوريك وأحماض الكبريتيك المخففة:

عند تسخينه يذوب في الأحماض - عوامل مؤكسدة تشكل أملاح الألومنيوم القابلة للذوبان:

يعيد المعادن من أكاسيدها (الألمنيوم):

44. مركبات الألمنيوم ، خواصها المترددة

التكوين الإلكتروني للمستوى الخارجي للألمنيوم هو ... 3s23p1.

في الحالة المثارة ، ينتقل أحد الإلكترونات s إلى خلية حرة من المستوى الفرعي p ، وتتوافق هذه الحالة مع التكافؤ III وحالة الأكسدة +3. توجد مستويات فرعية d حرة في طبقة الإلكترون الخارجية لذرة الألومنيوم.

من أهم المركبات الطبيعية سيليكات الألمنيوم:

الطين الأبيض Al2O3 ، 2SiO2 ، 2H2O ، الفلسبار K2O ، Al2O3 ، 6SiO2 ، الميكا K2O ، Al2O3 ، 6SiO2 ، H2O

من الأشكال الطبيعية الأخرى لظهور الألمنيوم ، البوكسيت А12Оз ∙ nН2О ومعادن الكوراندوم А12Оз والكريوليت А1Fз ∙ 3NaF هي الأكثر أهمية.

خفيف الوزن ، فضي أبيض ، معدن مطيل ، موصل للكهرباء والتسخين بشكل جيد.

في الهواء ، يتم تغطية الألومنيوم بطبقة رقيقة من الأكسيد (0.00001 مم) ، لكنها كثيفة للغاية ، مما يحمي المعدن من المزيد من الأكسدة ويمنحه مظهرًا غير لامع.

أكسيد الألومنيوم А12О3

مادة صلبة بيضاء ، غير قابلة للذوبان في الماء ، درجة انصهار 2050 درجة مئوية.

A12O3 الطبيعي هو اكسيد الالمونيوم المعدني. بلورات شفافة ملونة من اكسيد الالمونيوم - ياقوت احمر - تحتوي على خليط من الكروم - والياقوت الازرق - خليط من التيتانيوم والحديد - الاحجار الكريمة. يتم الحصول عليها أيضًا بشكل مصطنع واستخدامها للأغراض التقنية ، على سبيل المثال ، لتصنيع أجزاء للأجهزة الدقيقة ، والأحجار في الساعات ، وما إلى ذلك.

الخواص الكيميائية

يعرض أكسيد الألومنيوم خصائص مذبذب

1. التفاعل مع الأحماض

А12О3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. التفاعل مع القلويات

А12О3 + 2NaOH - 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na

3. عندما يتم تسخين خليط من أكسيد المعدن المقابل مع مسحوق الألمنيوم ، يحدث تفاعل عنيف ، مما يؤدي إلى إطلاق معدن حر من الأكسيد المأخوذ. غالبًا ما تستخدم طريقة الاختزال باستخدام Al (الألومنيوم) للحصول على عدد من العناصر (Cr ، Mn ، V ، W ، إلخ) في حالة حرة

2A1 + WO3 = A12Oz + W

4. التفاعل مع الأملاح ذات البيئة القلوية القوية بسبب التحلل المائي

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

هيدروكسيد الألومنيوم A1 (OH) 3

Al (OH) 3 عبارة عن رواسب هلامية بيضاء ضخمة ، غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء ، ولكنها قابلة للذوبان بسهولة في الأحماض والقلويات القوية. لذلك فهي ذات طابع مذبذب.

يتم الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم عن طريق تفاعل أملاح الألومنيوم القابلة للذوبان مع القلويات.

AlCl3 + 3NaOH = Al (OH) 3 ↓ + 3NaCl

Al3 + + 3OH- = Al (OH) 3 ↓

يمكن استخدام هذا التفاعل كتفاعل نوعي لأيون Al3 +

الخواص الكيميائية

1. التفاعل مع الأحماض

Al (OH) 3 + 3HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. عند التفاعل مع القلويات القوية ، تتشكل الألومينات المقابلة:

هيدروكسيد الصوديوم + A1 (OH) 3 = Na

3. التحلل الحراري

2Al (OH) 3 = Al2O3 + 3H2O

تخضع أملاح الألمنيوم للتحلل المائي الموجب ، والوسط حمضي (درجة الحموضة< 7)

Al3 + H + OH- ↔ AlOH2 + + H +

Al (NO3) 3 + H2O↔ AlOH (NO3) 2 + HNO3

تخضع أملاح الألومنيوم القابلة للذوبان والأحماض الضعيفة بالكامل (تحلل لا رجعة فيه)

Al2S3 + 3H2O = 2Al (OH) 3 + 3H2S

أكسيد الألومنيوم Al2O3 - جزء من بعض مضادات الحموضة (على سبيل المثال ، Almagel) ، يستخدم لزيادة حموضة العصارة المعدية.

КAl (SO4) 3 12H2О - يستخدم شب البوتاسيوم في الطب لعلاج الأمراض الجلدية ، كعامل مرقئ. كما أنه يستخدم كعنصر التانين في صناعة الجلود.

(CH3COO) 3Al - سائل Burov - محلول 8٪ من أسيتات الألومنيوم له تأثير قابض ومضاد للالتهابات ، بتركيزات عالية له خصائص مطهرة معتدلة. يتم استخدامه في شكل مخفف للشطف ، والمستحضرات ، والأمراض الالتهابية للجلد والأغشية المخاطية.

AlCl3 - يستخدم كعامل مساعد في التخليق العضوي.

Al2 (SO4) 3 18 H20 - يستخدم في معالجة المياه.

(A l) ، الغاليوم (Ga) ، الإنديوم (In) والثاليوم (T l).

كما يتضح من البيانات المقدمة ، تم فتح كل هذه العناصر بتنسيقالقرن التاسع عشر.

اكتشاف معادن المجموعة الفرعية الرئيسية ثالثا مجموعات

البورون مادة غير معدنية. الألومنيوم معدن انتقالي ، بينما الغاليوم والإنديوم والثاليوم معادن كاملة. وهكذا ، مع زيادة نصف القطر الذري لعناصر كل مجموعة من النظام الدوري ، تزداد الخصائص المعدنية للمواد البسيطة.

في هذه المحاضرة سوف نلقي نظرة فاحصة على خواص الألمنيوم.

1. موقع الألومنيوم في جدول D. I. Mendeleev. تظهر حالات الأكسدة هيكل الذرة.

يقع عنصر الألومنيوم فيثالثا المجموعة ، المجموعة الفرعية الرئيسية "أ" ، الفترة الثالثة من النظام الدوري ، الرقم التسلسلي رقم 13 ، الكتلة الذرية النسبيةع (آل ) = 27. جاره على اليسار في الجدول هو المغنيسيوم ، وهو معدن نموذجي ، وعلى اليمين ، السيليكون ، الذي لم يعد معدنًا. لذلك ، يجب أن يظهر الألمنيوم خصائص ذات طبيعة وسيطة ومركباته مذبذبة.

آل +13) 2) 8) 3 ، ف عنصر ،

يعرض الألومنيوم حالة أكسدة +3 في المركبات:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. الخصائص الفيزيائية

الألمنيوم الحر هو معدن أبيض فضي ذو موصلية حرارية وكهربائية عالية.درجة حرارة الانصهار هي 650 درجة مئوية للألمنيوم كثافة منخفضة (2.7 جم / سم 3) - أقل بثلاث مرات من كثافة الحديد أو النحاس ، وفي نفس الوقت يكون معدنًا متينًا.

3. أن تكون في الطبيعة

من حيث الانتشار في الطبيعة ، فإنه يحتل الأول بين المعادن والثالث بين العناصرفي المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون. تتراوح نسبة محتوى الألمنيوم في قشرة الأرض ، وفقًا للعديد من الباحثين ، من 7.45 إلى 8.14٪ من كتلة القشرة الأرضية.

في الطبيعة ، يوجد الألمنيوم فقط في المركبات (معادن).

البعض منهم:

· البوكسيت - Al 2 O 3 H 2 O (مع الشوائب SiO 2 ، Fe 2 O 3 ، CaCO 3)

· نيفلينيس - KNa 3 4

· الوونيتس - KAl (SO 4) 2 2Al (OH) 3

· الألومينا (خليط من الكاولين مع الرمل SiO 2 ، الحجر الجيري CaCO 3 ، المغنسيت MgCO 3)

· اكسيد الالمونيوم - Al 2 O 3

· الفلسبار (أورثوكلاز) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· كاولين - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· الوحد - (Na، K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3

· البريل - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. الخواص الكيميائية للألمنيوم ومركباته

يتفاعل الألمنيوم بسهولة مع الأكسجين في ظل الظروف العادية ويتم تغطيته بغشاء أكسيد (يعطي مظهرًا غير لامع).

عرض فيلم أكسيد

سمكها 0.00001 مم ولكن بفضلها لا يتآكل الألمنيوم. لدراسة الخصائص الكيميائية للألمنيوم ، تتم إزالة طبقة الأكسيد. (باستخدام ورق الصنفرة ، أو كيميائيًا: أولاً عن طريق خفضه إلى محلول قلوي لإزالة طبقة الأكسيد ، ثم إلى محلول من أملاح الزئبق لتشكيل سبيكة ألومنيوم - زئبق - ملغم).

أنا. التفاعل مع المواد البسيطة

يتفاعل الألمنيوم الموجود بالفعل في درجة حرارة الغرفة بنشاط مع جميع الهالوجينات ، مكونًا هاليدات. عند تسخينه يتفاعل مع الكبريت (200 درجة مئوية) والنيتروجين (800 درجة مئوية) والفوسفور (500 درجة مئوية) والكربون (2000 درجة مئوية) ، مع اليود في وجود محفز - الماء:

2A l + 3 S \ u003d A l 2 S 3 (كبريتيد الألومنيوم) ،

2A l + N 2 \ u003d 2A lN (نيتريد الألومنيوم) ،

أ ل + ف = أ ل P (فوسفيد الألومنيوم) ،

4A l + 3C \ u003d A l 4 ج 3 (كربيد الألومنيوم).

2 آل +3 أنا 2 \ u003d 2 أ ل I 3 (يوديد الألومنيوم) خبرة

يتم تحلل كل هذه المركبات تمامًا بتكوين هيدروكسيد الألومنيوم ، وبالتالي كبريتيد الهيدروجين والأمونيا والفوسفين والميثان:

آل 2 S 3 + 6H 2 O \ u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 S.

آل 4 C 3 + 12H 2 O \ u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

على شكل نشارة أو مسحوق ، يحترق في الهواء بشكل مشرق ، ويطلق كمية كبيرة من الحرارة:

4A l + 3 O 2 \ u003d 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

احتراق الألمنيوم في الهواء

خبرة

ثانيًا. التفاعل مع المواد المعقدة

التفاعل مع الماء :

2 Al + 6 H 2 O \ u003d 2 Al (OH) 3 +3 H 2

بدون فيلم أكسيد

خبرة

التفاعل مع أكاسيد المعادن:

يعتبر الألمنيوم عامل اختزال جيد ، حيث أنه أحد المعادن النشطة. إنه في سلسلة النشاط مباشرة بعد معادن الأرض القلوية. لهذا يعيد المعادن من أكاسيدها . يستخدم هذا التفاعل - الألمنيوم - للحصول على معادن نادرة نقية ، مثل التنجستن ، الفاناديوم ، إلخ.

3 Fe 3 O 4 +8 Al \ u003d 4 Al 2 O 3 +9 Fe +س

يستخدم خليط الثرمايت من Fe 3 O 4 و Al (مسحوق) أيضًا في لحام الثرمايت.

C r 2 O 3 + 2A l \ u003d 2C r + A l 2 O 3

التفاعل مع الأحماض :

بمحلول حمض الكبريتيك: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \ u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

لا يتفاعل مع الكبريت والنيتروجين المركز على البارد (خامل). لذلك ، يتم نقل حمض النيتريك في خزانات الألومنيوم. عند تسخين الألمنيوم يكون قادرًا على تقليل هذه الأحماض دون إطلاق الهيدروجين:

2A l + 6H 2 S O 4 (conc) \ u003d A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O ،

A l + 6H NO 3 (conc) \ u003d A l (NO 3) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

التفاعل مع القلويات .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O \ u003d 2 Na [ آل (أوه) 4 ] + 3H2

خبرة

نا[لكنل(يا) 4] – رباعي هيدروكسي ألومينات الصوديوم

بناءً على اقتراح الكيميائي جوربوف ، خلال الحرب الروسية اليابانية ، تم استخدام هذا التفاعل لإنتاج الهيدروجين للبالونات.

مع محاليل الملح:

2 Al + 3 CuSO 4 \ u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 Cu

إذا تم فرك سطح الألومنيوم بملح الزئبق ، يحدث التفاعل التالي:

2 ال + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 زئبق

الزئبق المنطلق يذيب الألمنيوم مكونًا ملغمًا .

الكشف عن أيونات الألومنيوم في المحاليل : خبرة

5. تطبيق الألمنيوم ومركباته

أدت الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألمنيوم إلى انتشار استخدامه في التكنولوجيا. صناعة الطيران هي مستهلك رئيسي للألمنيوم. 2/3 طائرات مصنوعة من الألمنيوم وسبائكه. ستكون الطائرة المصنوعة من الفولاذ ثقيلة جدًا ويمكن أن تحمل عددًا أقل من الركاب. لذلك ، يسمى الألمنيوم بالمعدن المجنح. الكابلات والأسلاك مصنوعة من الألمنيوم: مع نفس الموصلية الكهربائية ، تكون كتلتها أقل بمرتين من المنتجات النحاسية المقابلة.

مع الأخذ في الاعتبار مقاومة الألمنيوم للتآكل تصنيع أجزاء من أجهزة وحاويات حامض النيتريك. مسحوق الألمنيوم هو الأساس في صناعة الطلاء الفضي لحماية منتجات الحديد من التآكل ، وكذلك لعكس الأشعة الحرارية ، ويستخدم هذا الطلاء لتغطية مرافق تخزين الزيت وبدلات رجال الإطفاء.

يستخدم أكسيد الألومنيوم لإنتاج الألمنيوم وأيضًا كمادة مقاومة للحرارة.

هيدروكسيد الألومنيوم هو المكون الرئيسي للعقاقير المعروفة مالوكس ، ألماجل ، والتي تقلل من حموضة العصارة المعدية.

تتحلل أملاح الألومنيوم بقوة. تستخدم هذه الخاصية في عملية تنقية المياه. يتم إضافة كبريتات الألومنيوم وكمية صغيرة من الجير المطفأ إلى الماء لتنقيته لتحييد الحمض الناتج. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق راسب حجمي من هيدروكسيد الألومنيوم ، والذي ، يترسب ، يأخذ معه جزيئات معلقة من التعكر والبكتيريا.

وبالتالي ، فإن كبريتات الألومنيوم هي مادة تخثر.

6. الحصول على الألمنيوم

1) تم اختراع الطريقة الحديثة الفعالة من حيث التكلفة لإنتاج الألمنيوم من قبل القاعة الأمريكية والفرنسي هيروكس في عام 1886. يتكون من التحليل الكهربائي لمحلول أكسيد الألومنيوم في الكريوليت المصهور. الكريوليت المنصهر Na 3 AlF6 يذيب Al 2 O 3 كما يذوب الماء السكر. يستمر التحليل الكهربائي لـ "محلول" أكسيد الألومنيوم في الكريوليت المنصهر كما لو كان الكريوليت مجرد مذيب ، وكان أكسيد الألومنيوم عبارة عن إلكتروليت.

2Al 2 O 3 التيار الكهربائي → 4Al + 3O 2

في الموسوعة الإنجليزية للبنين والبنات ، يبدأ مقال عن الألمنيوم بالكلمات التالية: "في 23 فبراير 1886 ، بدأ عصر معدني جديد في تاريخ الحضارة - عصر الألمنيوم. في هذا اليوم ، ظهر تشارلز هول ، وهو كيميائي يبلغ من العمر 22 عامًا ، في مختبر معلمه الأول ومعه عشرات الكرات الصغيرة من الألومنيوم الأبيض الفضي في يده ، ومع الأخبار التي تفيد بأنه وجد طريقة لتصنيع هذا المعدن. بثمن بخس وبكميات كبيرة. لذلك أصبح هول مؤسس صناعة الألمنيوم الأمريكية وبطلًا قوميًا أنجلو ساكسونيًا ، كرجل حقق عملاً عظيماً من العلم.

2) 2Al 2 O 3 +3 C \ u003d 4 Al + 3 CO 2

من المثير للاهتمام:

• تم عزل الألمنيوم المعدني لأول مرة في عام 1825 من قبل الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد. من خلال تمرير الكلور الغازي عبر طبقة من الألومينا الساخنة الممزوجة بالفحم ، عزل Oersted كلوريد الألومنيوم دون أدنى أثر للرطوبة. لاستعادة الألمنيوم المعدني ، كان Oersted بحاجة إلى معالجة كلوريد الألومنيوم بملغم البوتاسيوم. بعد عامين ، الكيميائي الألماني فريدريش فولر. قام بتحسين الطريقة عن طريق استبدال ملغم البوتاسيوم بالبوتاسيوم النقي.
• في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر ، كان الألمنيوم هو المعدن الرئيسي في صناعة المجوهرات. في عام 1889 ، في لندن ، مُنح D.I. Mendeleev هدية قيمة لخدماته في تطوير الكيمياء - موازين مصنوعة من الذهب والألمنيوم.
• بحلول عام 1855 ، طور العالم الفرنسي سانت كلير ديفيل عملية لإنتاج معدن الألمنيوم على نطاق صناعي. لكن الطريقة كانت باهظة الثمن. تمتعت ديفيل برعاية خاصة من نابليون الثالث ، إمبراطور فرنسا. كدليل على إخلاصه وامتنانه ، صنع ديفيل لابن نابليون ، الأمير الوليد ، حشرجة الموت بأناقة - أول "منتج استهلاكي" مصنوع من الألومنيوم. حتى أن نابليون كان ينوي تجهيز حراسه بدروع من الألومنيوم ، لكن الثمن كان باهظًا. في ذلك الوقت ، كلف 1 كغم من الألمنيوم 1000 مارك ، أي أغلى بخمس مرات من الفضة. لم يكن للألمنيوم نفس قيمة المعادن التقليدية إلا بعد اختراع عملية التحليل الكهربائي.
• هل تعلم أن دخول الألمنيوم إلى جسم الإنسان يسبب اضطرابًا في الجهاز العصبي ، فعندما يزداد الألم ينزعج التمثيل الغذائي. والعوامل الوقائية هي فيتامين سي والكالسيوم ومركبات الزنك.
• عندما يحترق الألمنيوم في الأكسجين والفلور ، يتم إطلاق الكثير من الحرارة. لذلك ، يتم استخدامه كمادة مضافة لوقود الصواريخ. صاروخ ساتورن يحرق 36 طنا من مسحوق الألمنيوم خلال رحلته. تم اقتراح فكرة استخدام المعادن كعنصر من مكونات وقود الصواريخ لأول مرة من قبل FA Zander.

المحاكاة

المحاكي رقم 1 - خصائص الألمنيوم حسب الموضع في النظام الدوري لعناصر D. I. Mendeleev

المحاكاة رقم 2 - معادلات لتفاعلات الألمنيوم مع المواد البسيطة والمعقدة

جهاز محاكاة رقم 3 - الخواص الكيميائية للألمنيوم

مهام التعزيز

رقم 1. للحصول على الألومنيوم من كلوريد الألومنيوم ، يمكن استخدام معدن الكالسيوم كعامل اختزال. قم بعمل معادلة لهذا التفاعل الكيميائي ، وصِف هذه العملية باستخدام الميزان الإلكتروني.
فكر في! لماذا لا يتم هذا التفاعل في محلول مائي؟

رقم 2. إنهاء معادلات التفاعلات الكيميائية:
Al + H 2 SO 4 (محلول ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 (اضرب ) -t ->
آل + هيدروكسيد الصوديوم + H 2 O ->

رقم 3. أداء التحولات:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al (OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

رقم 4. حل المشكلة:
تم تعريض سبيكة الألومنيوم والنحاس إلى فائض من محلول هيدروكسيد الصوديوم أثناء تسخينها. تم إطلاق 2.24 لترًا من الغاز (غير معروف). احسب النسبة المئوية لتركيب السبيكة إذا كانت كتلتها الإجمالية 10 جم؟

يوجد هذا المعدن الخفيف ذو اللون الأبيض الفضي في كل مكان تقريبًا في الحياة العصرية. تسمح الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألمنيوم باستخدامه على نطاق واسع في الصناعة. أشهر الودائع في إفريقيا وأمريكا الجنوبية ومنطقة البحر الكاريبي. في روسيا ، تقع مواقع تعدين البوكسيت في جبال الأورال. رواد العالم في إنتاج الألمنيوم هم الصين وروسيا وكندا والولايات المتحدة الأمريكية.

التعدين

في الطبيعة ، يوجد هذا المعدن الفضي ، بسبب نشاطه الكيميائي العالي ، فقط في شكل مركبات. أشهر الصخور الجيولوجية التي تحتوي على الألمنيوم هي البوكسيت ، والألومينا ، والأكسيد ، والفلسبار. البوكسيت والألومينا ذات أهمية صناعية ، وهي رواسب هذه الخامات التي تجعل من الممكن استخراج الألمنيوم في شكله النقي.

الخصائص

تجعل الخصائص الفيزيائية للألمنيوم من السهل سحب قطع هذا المعدن إلى سلك ولفها إلى صفائح رقيقة. هذا المعدن غير متين ؛ لزيادة هذا المؤشر أثناء الصهر ، فهو مخلوط بمواد مضافة مختلفة: النحاس ، والسيليكون ، والمغنيسيوم ، والمنغنيز ، والزنك. للأغراض الصناعية ، من المهم وجود خاصية مادية أخرى للألمنيوم - وهي قدرته على الأكسدة بسرعة في الهواء. عادةً ما يتم تغطية سطح منتج الألمنيوم في الظروف الطبيعية بطبقة رقيقة من الأكسيد ، والتي تحمي المعدن بشكل فعال وتمنع تآكله. عندما يتم تدمير هذا الفيلم ، يتأكسد المعدن الفضي بسرعة ، وترتفع درجة حرارته بشكل ملحوظ.

الهيكل الداخلي للألمنيوم

تعتمد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألمنيوم إلى حد كبير على هيكلها الداخلي. الشبكة البلورية لهذا العنصر هي نوع من المكعب المتمركز على الوجه.

هذا النوع من الشبكة متأصل في العديد من المعادن ، مثل النحاس والبروم والفضة والذهب والكوبالت وغيرها. جعلت الموصلية الحرارية العالية والقدرة على توصيل الكهرباء من هذا المعدن أحد أكثر المعادن طلبًا في العالم. الخصائص الفيزيائية المتبقية للألمنيوم ، والتي يرد جدولها أدناه ، تكشف تمامًا عن خصائصها وتظهر نطاق تطبيقها.

صناعة سبائك الألمنيوم

الخصائص الفيزيائية للنحاس والألمنيوم هي أنه عند إضافة كمية معينة من النحاس إلى سبيكة الألومنيوم ، تنثني الشبكة البلورية ، وتزداد قوة السبيكة نفسها. تعتمد صناعة السبائك الخفيفة على خاصية Al لزيادة قوتها ومقاومتها للبيئات العدوانية.

يكمن تفسير عملية التصلب في سلوك ذرات النحاس في الشبكة البلورية المصنوعة من الألومنيوم. تميل جزيئات النحاس إلى السقوط من شبكة الكريستال Al ويتم تجميعها في مناطقها الخاصة.

عندما تشكل ذرات النحاس عناقيد ، يتم تكوين شبكة بلورية من النوع المختلط CuAl 2 ، حيث تكون جزيئات المعدن الفضي في نفس الوقت جزءًا من كل من الشبكة البلورية المصنوعة من الألومنيوم العام وتكوين الشبكة المختلطة نوع CuAl 2. قوى الروابط الداخلية في الشبكة المشوهة أكبر بكثير من المعتاد. هذا يعني أن قوة المادة المشكلة حديثًا أعلى من ذلك بكثير.

الخواص الكيميائية

يُعرف تفاعل الألومنيوم مع حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك المخفف. عند تسخينها ، يذوب هذا المعدن فيها بسهولة. حمض النيتريك المركز على البارد أو المخفف بدرجة عالية لا يذيب هذا العنصر. تؤثر المحاليل المائية للقلويات بشكل فعال على المادة ، أثناء التفاعل تشكل الألومينات - الأملاح التي تحتوي على أيونات الألومنيوم. فمثلا:

آل 2 O 3 + 3H2O + 2NaOH = 2Na

يسمى المركب الناتج رباعي هيدروكسي ألومينات الصوديوم.

طبقة رقيقة على سطح منتجات الألمنيوم تحمي هذا المعدن ليس فقط من الهواء ، ولكن أيضًا من الماء. إذا تمت إزالة هذا الحاجز الرفيع ، فسوف يتفاعل العنصر بعنف مع الماء ، ويطلق الهيدروجين منه.

2AL + 6H 2 O \ u003d 2 AL (OH) 3 + 3H 2

المادة الناتجة تسمى هيدروكسيد الألومنيوم.

يتفاعل AL (OH) 3 مع القلويات مكونًا بلورات هيدروكس ألومينات:

Al (OH) 2 + NaOH = 2Na

إذا تمت إضافة هذه المعادلة الكيميائية إلى المعادلة السابقة ، نحصل على صيغة حل عنصر في محلول قلوي.

Al (OH) 3 + 2NaOH + 6H 2 O \ u003d 2Na + 3H 2

حرق الألومنيوم

تسمح الخصائص الفيزيائية للألمنيوم له بالتفاعل مع الأكسجين. إذا تم تسخين مسحوق هذا المعدن أو رقائق الألومنيوم ، فإنه يشتعل ويحترق مع لهب أبيض يعمي. في نهاية التفاعل ، يتكون أكسيد الألومنيوم Al 2 O 3.

الألومينا

أكسيد الألومنيوم الناتج له الاسم الجيولوجي الألومينا. في ظل الظروف الطبيعية ، يحدث في شكل اكسيد الالمونيوم - بلورات شفافة صلبة. اكسيد الالمونيوم شديد الصلابة ، بمقياس المواد الصلبة من 9. اكسيد الالمونيوم نفسه عديم اللون ، ولكن الشوائب المختلفة يمكن أن تلونه باللونين الأحمر والأزرق ، وبالتالي إنتاج الأحجار الكريمة ، والتي تسمى الياقوت والياقوت في المجوهرات.

تجعل الخصائص الفيزيائية لأكسيد الألومنيوم من الممكن زراعة هذه الأحجار الكريمة في ظل ظروف اصطناعية. لا تُستخدم الأحجار الكريمة التقنية في المجوهرات فحسب ، بل تُستخدم في الأجهزة الدقيقة وصنع الساعات وأشياء أخرى. تستخدم بلورات الياقوت الاصطناعية أيضًا على نطاق واسع في أجهزة الليزر.

مجموعة متنوعة من اكسيد الالمونيوم مع كمية كبيرة من الشوائب ، تترسب على سطح خاص ، معروفة للجميع باسم الصنفرة. توضح الخصائص الفيزيائية لأكسيد الألومنيوم الخصائص الكاشطة العالية للأكسيد ، فضلاً عن صلابته ومقاومته للاحتكاك.

هيدروكسيد الألومنيوم

Al 2 (OH) 3 هو هيدروكسيد مذبذب نموذجي. بالاشتراك مع أحد الأحماض ، تشكل هذه المادة ملحًا يحتوي على أيونات الألومنيوم موجبة الشحنة ؛ وفي القلويات ، تشكل الألومينات. تتجلى Amphotericity للمادة في حقيقة أنها يمكن أن تتصرف كحمض وقلوي. يمكن أن يوجد هذا المركب في شكل جيلي وصلب.

لا يذوب عمليًا في الماء ، ولكنه يتفاعل مع الأحماض والقلويات الأكثر نشاطًا. تستخدم الخصائص الفيزيائية لهيدروكسيد الألومنيوم في الطب ، وهو وسيلة شائعة وآمنة لتقليل الحموضة في الجسم ، ويستخدم في التهاب المعدة والتهاب الاثني عشر والقرحة. في الصناعة ، يتم استخدام Al 2 (OH) 3 كممتاز ، فهو ينقي الماء تمامًا ويترسب العناصر الضارة الذائبة فيه.

الاستخدام الصناعى

تم اكتشاف الألمنيوم في عام 1825. في البداية ، كانت قيمة هذا المعدن أعلى من الذهب والفضة. وذلك بسبب صعوبة استخراجه من الركاز. جعلت الخصائص الفيزيائية للألمنيوم وقدرته على تكوين طبقة واقية بسرعة على سطحه من الصعب دراسة هذا العنصر. فقط في نهاية القرن التاسع عشر تم اكتشاف طريقة ملائمة لصهر عنصر نقي مناسب للاستخدام على نطاق صناعي.

تعد الخفة والقدرة على مقاومة التآكل من الخصائص الفيزيائية الفريدة للألمنيوم. تُستخدم سبائك هذا المعدن الفضي في تكنولوجيا الصواريخ ، وفي صناعة السيارات والسفن والطائرات والأدوات ، وفي إنتاج أدوات المائدة والأواني.

كمعدن نقي ، يستخدم Al في تصنيع أجزاء المعدات الكيميائية والأسلاك الكهربائية والمكثفات. الخصائص الفيزيائية للألمنيوم تجعل الموصلية الكهربائية لها ليست عالية مثل تلك الخاصة بالنحاس ، ولكن يتم تعويض هذا العيب بخفة المعدن المعني ، مما يجعل من الممكن جعل أسلاك الألمنيوم أكثر سمكًا. لذلك ، مع نفس الموصلية الكهربائية ، يزن سلك الألمنيوم نصف وزن السلك النحاسي.

نفس القدر من الأهمية هو استخدام Al في عملية الألمنيوم. هذا هو اسم تفاعل تشبع سطح الحديد الزهر أو منتج الفولاذ بالألمنيوم لحماية المعدن الأساسي من التآكل عند تسخينه.

في الوقت الحاضر ، الاحتياطيات المكتشفة من خامات الألومنيوم قابلة للمقارنة تمامًا مع احتياجات الأشخاص في هذا المعدن الفضي. يمكن للخصائص الفيزيائية للألمنيوم أن تجلب العديد من المفاجآت للباحثين ، ونطاق هذا المعدن أوسع بكثير مما قد يتخيله المرء.