Характеристика на алуминия чрез неговата позиция в периодичната система. Структурата на алуминиевия атом

У дома

>> Химия: Алуминий

Структура и свойства на атомите. Алуминият Al е елемент от основната подгрупа на III група на Периодичната система на Д. И. Менделеев. атом алуминийсъдържа три електрона на външно енергийно ниво, които лесно се отказва по време на химични взаимодействия. Предшественикът на подгрупата и горният съсед на алуминия, борът, има по-малък атомен радиус (за бор е 0,080 nm, за алуминия е 0,143 nm). Освен това алуминиевият атом има един междинен слой от осем електрони (2e-; 8e-; Ze-), който предотвратява привличането на външни електрони към ядрото. Следователно редукционните свойства на алуминиевите атоми са много по-изразени от тези на борните атоми, които проявяват неметални свойства.

В почти всички свои съединения алуминият има степен на окисление +3.

алуминийе проста субстанция. Сребристо бял лек метал. Топи се при 660 °C. Той е много пластичен, лесно се изтегля в тел и се навива във фолио с дебелина 0,01 мм. Има много висока електрическа и топлопроводимост. Образува леки и здрави сплави с други метали.

Каква химична реакция е използвал авторът й Н. Носов за основа на разказа „Бенгалски светлини“?

На какви физични и химични свойства се основава използването на алуминия и неговите сплави в технологията?

Напишете в йонна форма уравненията на реакциите между разтвори на алуминиев сулфат и калиев хидроксид с дефицит и излишък на последния.

Напишете реакционните уравнения за следните трансформации: Al -> AlCl3 -> Al(0H)3 -> Al2O3 -> NaAl02 -> Al2(SO4)3 -> Al(OH)3 -> AlCl3 -> NaAlO2

Реакции, включващи електролити, запишете в йонна форма. Разгледайте първата реакция като редокс процес.

Съдържание на урока резюме на урокаподкрепа рамка презентация урок ускорителни методи интерактивни технологии Практика задачи и упражнения самоизпитване семинари, обучения, казуси, куестове домашна работа дискусия въпроси реторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, графики, таблици, схеми хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии чипове за любопитни cheat sheets учебници основни и допълнителен речник на термини други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебника, елементи на иновация в урока, замяна на остарелите знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръки на дискусионната програма Интегрирани уроци

Характеристика на алуминия

индустрия за качество на алуминий метал

Алуминият е най-разпространеният метал в земната кора. Съдържанието му се оценява на 7,45% (повече от желязото, което е само 4,2%). Алуминият като елемент е открит наскоро, през 1825 г., когато са получени първите малки бучки от този метал. Началото на неговото индустриално развитие датира от края на миналия век. Тласък за това е разработването през 1886 г. на метод за получаването му чрез електролиза на алуминиев триоксид, разтворен в криолит. Принципът на метода е в основата на съвременното промишлено извличане на алуминий от алуминий във всички страни по света.

На външен вид алуминият е лъскав, сребристо бял метал. На въздух той бързо се окислява, като се покрива с тънък бял матов филм от AlO. Този филм има високи защитни свойства, следователно, покрит с такъв филм, алуминият е устойчив на корозия.

Алуминият лесно се разрушава от разтвори на каустични алкали, солна и сярна киселини. В концентрирана азотна киселина и органични киселини има висока устойчивост.

Най-характерните физични свойства на алуминия са неговата ниска относителна плътност от 2,7, както и относително висока топлинна и електрическа проводимост. При 0C електрическата проводимост на алуминия, т.е. електрическата проводимост на алуминиев проводник с напречно сечение 1 mm и дължина 1 m е 37 1 ома.

Устойчивостта на корозия и особено електрическата проводимост на алуминия е толкова по-висока, колкото по-чист е, толкова по-малко примеси съдържа.

Точката на топене на алуминия е ниска, приблизително 660С. Въпреки това, неговата латентна топлина на топене е много голяма - около 100 cal g, следователно е необходимо голямо количество топлина за стопяване на алуминия, отколкото за стопяване на същото количество, например огнеупорна мед, която има точка на топене 1083 C, латентна топлина на сливане от 43 cal g.

Механичните свойства на алуминия се характеризират с висока пластичност и ниска якост. Валцовият и откален алуминий има = 10 kg mm, и твърдост HB25, = 80% и = 35%.

Кристалната решетка на алуминия е лицево-центриран куб с параметър (размер на страната) 4,04 при 20 С. Алуминият няма алотропни трансформации.

В природата алуминият се среща под формата на алуминиеви руди: боксити, нефелини, алунити и каолини. Най-важната руда, на която се основава по-голямата част от световната алуминиева индустрия, е бокситът.

Получаването на алуминий от руди се състои от два последователни етапа - първо се произвежда алуминий (AlO), а след това от него се получава алуминий.

Понастоящем известните методи за производство на алуминиев триоксид могат да бъдат разделени на три групи: алкални, киселинни и електротермични. Алкалните методи са най-широко използвани.

При някои разновидности на алкални методи, бокситът, дехидратиран при 1000 C, се смила в топкови мелници, смесва се в определени пропорции с креда и сода и се синтерова, за да се получи водоразтворим твърд натриев алуминат чрез реакцията

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

Синтерованата маса се раздробява и излугва с вода, докато натриевият алуминат преминава в разтвор.

При други разновидности на алкалния метод, съдържащият се в боксита алуминиев триоксид се свързва в натриев алуминат чрез директно третиране на рудата с алкали. В този случай веднага се получава разтвор на алуминат във вода.

И в двата случая образуването на воден разтвор на натриев алуминат води до отделянето му от неразтворимите компоненти на рудата, които са предимно оксиди и хидроксиди на силиций, желязо и титан. Отделянето на разтвора от неразтворимата утайка, наречена червена кал, се извършва в утаителни резервоари.

Към получения разтвор при 125 С и налягане от 5 часа сутринта се добавя вар, което води до десиликонизация - CaSiO се утаява, образувайки бяла утайка. Разтворът, пречистен от силиций, след отделянето му от бяла кал, се обработва с въглероден диоксид при 60-80 С, в резултат на което се утаява кристален алуминиев оксид:

AlONaO + 3H2O + CO = 2Al(OH) + NaCO.

Измива се, подсушава се и се калцинира. Калцинирането води до образуването на алуминиев триоксид:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

Описаният метод осигурява доста пълно извличане на алуминиев оксид от боксит - около 80%.

Получаването на метален алуминий от алуминий се състои в електролитното му разлагане на съставните му части - на алуминий и кислород. Електролитът в този процес е разтвор на алуминиев триоксид в криолит (AlF 3NaF). Криолитът, притежаващ способността да разтваря алуминиев оксид, едновременно понижава точката на топене. Алуминиевият триоксид се топи при температура около 2000 С, а точката на топене на разтвор, състоящ се например от 85% криолит и 15% алуминиев триоксид, е 935 С.

Схемата на електролизата на алуминиев триоксид е доста проста, но технологично този процес е сложен и изисква големи количества електроенергия.

В дъното на банята с добра топлоизолация 1 и въглеродна опаковка 2 са поставени катодни гуми 3, свързани към отрицателния полюс на източника на електрически ток. Електродите 5 са прикрепени към анодната шина 4. Преди началото на електролизата, тънък слой кокс се излива върху дъното на ваната, електродите се спускат, докато влязат в контакт с нея, и токът се включва. Когато въглеродната опаковка се нагрява, постепенно се въвежда криолит. Когато дебелината на слоя на разтопения криолит е 200-300 mm, алуминиевият оксид се зарежда в размер на 15% от количеството криолит. Процесът протича при 950-1000 С.

Под действието на електрически ток двуалуминиевият оксид разлага алуминия и кислорода. Течен алуминий 6 се натрупва върху въглищното дъно (дъното на въглищната баня), което е катодът, а кислородът се комбинира с въглерода на анодите, като постепенно ги изгаря. Криолитът се изразходва незначително. Периодично се добавя алуминий, електродите се спускат постепенно надолу, за да се компенсира изгорялата част, а натрупаният течен алуминий се изпуска в черпак 8 на определени интервали.

По време на електролизата на 1 тон алуминий се изразходват около 2 тона алуминий, 0,6 тона въглеродни електроди, служещи за аноди, 0,1 тона криолит и от 17 000 до 18 000 kWh електроенергия.

Суровият алуминий, получен чрез електролиза на алуминий, съдържа метални примеси (желязо, силиций, титан и натрий), разтворени газове, основният от които е водород, и неметални включвания, които са частици от алуминий, въглища и криолит. В това състояние той е неподходящ за употреба, тъй като има ниски свойства, така че трябва да бъде рафиниран. Неметалните и газообразните примеси се отстраняват чрез претопяване и продухване на метала с хлор. Металните примеси могат да бъдат отстранени само чрез сложни електролитни методи.

След рафиниране се получават търговски марки алуминий.

Чистотата на алуминия е решаващ показател, който влияе върху всички негови свойства, така че химичният състав е в основата на класификацията на алуминия.

Желязото и силиция са неизбежни примеси от производството на алуминий. И двете са вредни в алуминия. Желязото не се разтваря в алуминия, но образува с него крехки химични съединения FeAl и Fe2Al. Алуминият образува евтектична механична смес със силиций при 11,7% Si. Тъй като разтворимостта на силиция при стайна температура е много ниска (0,05%), дори с малко количество силиций, той образува Fe + Si евтектика и включвания на много твърди (HB 800) крехки силициеви кристали, които намаляват пластичността на алуминия . При съвместното присъствие на силиций и желязо се образуват трикомпонентно химично съединение и троична евтектика, които също намаляват пластичността.

Контролираните примеси в алуминия са желязо, силиций, мед и титан.

Алуминият от всички класове съдържа повече от 99% Al. Количественият превишение на тази стойност в стотни или десети от процента е посочено в името на марката след началната буква A. Така марката A85 съдържа 99,85% Al. Изключение от този принцип на маркиране са класове A AE, в които съдържанието на алуминий е същото като в класове A0 и A5, но различно съотношение на примеси от желязо и силиций, включени в състава.

Буквата E в марката AE означава, че алуминият от тази марка е предназначен за производство на електрически проводници. Допълнително изискване за свойствата на алуминия е ниското електрическо съпротивление, което за проводник, направен от него, трябва да бъде не повече от 0,0280 ohm mm m при 20 C.

Алуминият се използва за производството на продукти и сплави на негова основа, чиито свойства изискват висока степен на чистота.

В зависимост от предназначението, алуминият може да се произвежда в различни форми. Алуминият от всички степени (висока и техническа чистота), предназначен за претопяване, се отлива под формата на блокове с тегло 5; 15 и 1000 кг. Техните гранични стойности са, както следва: височина от 60 до 600 мм, ширина от 93 до 800 мм и дължина от 415 до 1000 мм.

Ако алуминият е предназначен за валцоване на листове и ленти, тогава плоските блокове със седемнадесет размера се отливат по непрекъснат или полунепрекъснат метод. Дебелината им варира от 140 до 400 мм, ширината - от 560 до 2025 мм, а теглото на 1 м дължина на слитъка - от 210 до 2190 кг. Дължината на слитъка се договаря с клиента.

Основният вид контрол на алуминия, както в блокове, така и в плоски блокове, е проверката на химичния състав и съответствието му с марковия. Слитки и блокове, предназначени за обработка под налягане, са обект на допълнителни изисквания, като липса на черупки, газови мехурчета, пукнатини, шлака и други чужди включвания.

За разкисляване на стоманата по време на нейното топене, както и за производство на феросплави и за алуминотермия може да се използва по-евтин алуминий с по-ниска чистота от посочената в таблицата „Чистота на алуминия от различни степени“. За тази цел индустрията произвежда шест класа алуминий в блокове с тегло от 3 до 16,5 kg, съдържащи от 98,0 до 87,0% Al. В тях съдържанието на желязо достига 2,5%, а силиций и мед до 5%.

Използването на алуминий се дължи на особеността на неговите свойства. Комбинацията от лекота с достатъчно висока електрическа проводимост дава възможност да се използва алуминий като проводник на електрически ток, като се заменя с по-скъпа мед. Разликата в електрическата проводимост на медта (631 ома) и алуминия (371 ома) се компенсира чрез увеличаване на напречното сечение на алуминиевия проводник. Малката маса на алуминиевите проводници прави възможно окачването им с много по-голямо разстояние между опорите, отколкото при медните проводници, без страх от счупване на проводника под въздействието на собственото му тегло. От него се правят и кабели, гуми, кондензатори, токоизправители. Високата устойчивост на корозия на алуминия го прави в някои случаи незаменим материал в химическото инженерство, например за производството на оборудване, използвано при производството, съхранението и транспортирането на азотна киселина и нейните производни.

Широко се използва и в хранително-вкусовата промишленост - от него се правят различни прибори за готвене. В този случай се използва не само неговата устойчивост на органични киселини, но и високата му топлопроводимост.

Високата пластичност позволява алуминият да се навива във фолио, което сега напълно замени по-скъпото калай фолио, използвано по-рано. Фолиото служи като опаковка за голямо разнообразие от хранителни продукти: чай, шоколад, тютюн, сирене и др.

Алуминият се използва по същия начин като антикорозионно покритие на други метали и сплави. Може да се прилага чрез облицовка, дифузионно покритие и други методи, включително боядисване на алуминий с бои и лакове. Особено широко разпространена е алуминиевата облицовка на плосковалцувани продукти от по-малко устойчиви на корозия алуминиеви сплави.

Химическата активност на алуминия по отношение на кислорода се използва за деоксидация при производството на полутиха и спокойна стомана и за производството на трудновъзстановими метали чрез изместване на алуминия от техните кислородни съединения.

Алуминият се използва като легиращ елемент в различни стомани и сплави. Придава им специфични свойства. Например, повишава устойчивостта на топлина на сплави на базата на желязо, мед, титан и някои други метали.

Можете да назовете други области на приложение на алуминия с различна степен на чистота, но най-голямото количество от него се изразходва за получаване на различни леки сплави на негова основа. Подробности за основните са дадени по-долу.

Като цяло използването на алуминий в различни сектори на икономиката, като се използва примера на развитите капиталистически страни, се оценява от следните цифри: транспортно инженерство 20-23% (включително автомобилната индустрия 15%), строителство 17-18%, електротехника 10-12%, производство на опаковъчни материали 9-10%, производство на дълготрайни потребителски стоки 9-10%, общо инженерство 8-10%.

Алуминият придобива все повече и повече нови области на приложение, въпреки конкуренцията на други материали и особено на пластмасите.

Основните промишлени руди, съдържащи алуминий, са боксит, нефелин, алунит и каолин.

Качеството на тези руди се оценява по съдържанието им на алуминиев триоксид Al O, който съдържа 53% Al. От останалите показатели за качеството на алуминиевите руди най-важен е съставът на примесите, чиято вредност и полезност се определят от използването на рудата.

Бокситът е най-добрата и основна суровина в света за производство на алуминий. Използва се и за производство на изкуствен корунд, силно огнеупорни продукти и за други цели. Според химичния си състав тази седиментна скала е смес от алуминиев триоксид AlO nH2O с оксиди на желязо, силиций, титан и други елементи. Най-често срещаните хидрати на алуминиев триоксид, които съставляват бокситите, са минералите диаспора, бемит и хидрагелит. Съдържанието на алуминиев триоксид в боксита, дори в едно находище, варира в много широк диапазон, от 35 до 70%.

Минералите, включени в състава на боксита, образуват много рядка смес, което затруднява обогатяването. В индустрията се използва основно сурова руда. Процесът на извличане на алуминий от руда е сложен, много енергоемък и се състои от два етапа: първо се извлича алуминий, а след това от него се получава алуминий.

Предмет на световната търговия са както самият боксит, така и алуминиевия оксид, извлечен от него или други руди.

На територията на ОНД бокситните находища са неравномерно разпределени, а бокситът от различни находища е с неравномерно качество. В Урал се намират находищата на най-висококачествените боксити. Големи запаси от боксит има и в европейската част на ОНД и в Западен Казахстан.

От индустриализираните страни сега практически е осигурена само Франция, където за първи път започва нейното развитие. Неговите надеждни и вероятни запаси в тази група държави през 1975 г. се оценяват на 4,8 милиарда тона (включително 4,6 милиарда тона в Австралия), докато в развиващите се страни на 12,5 милиарда тона, главно в Африка и Латинска Америка (най-богатите са Гвинея, Камерун, Бразилия, Ямайка).

През следвоенния период кръгът от страни, в които се добива боксит и произвежда първичен алуминий, рязко се разшири. През 1950 г. бокситът е добиван само в 11 държави, без СССР, включително три над 1 милион тона (Суринам, Гвиана, САЩ) и четири над 0,1 милиона тона всяка (Франция, Индонезия, Италия, Гана). До 1977 г. обемът на производството се увеличава 12 пъти и географията му се променя драстично (повече от половината от производството на капиталистическия свят идва от развиващите се страни).

За разлика от развиващите се страни, богатата на гориво Австралия преработва по-голямата част от добивания боксит (главно на полуостров Йорк, най-голямото находище на боксити в света) в алуминиев оксид, като играе решаваща роля в световния износ. Не е пример за нея, страните от Карибите и Западна Африка изнасят предимно боксит. Това засяга както политически причини (световните алуминиеви монополи предпочитат производството на алуминиев оксид извън зависимите страни за добив на боксити), така и чисто икономически: бокситите, за разлика от рудите от тежки цветни метали, са транспортируеми (съдържат 35-65% алуминиев диоксид ), а производството на алуминиев триоксид изисква значителни специфични разходи, каквито по-голямата част от страните производителки на боксити нямат.

В стремежа си да се противопоставят на диктата на световните монополи на алуминий, страните износителки на боксити през 1973 г. създават организацията "Международна асоциация на страните за добив на боксит" (IABS). Включва Австралия, Гвинея, Гвиана, Ямайка и Югославия; по-късно се присъединяват Доминиканската република, Хаити, Гана, Сиера Леоне, Суринам, докато Гърция и Индия стават страни наблюдатели. В годината на създаване тези държави представляват приблизително 85% от добива на боксит в несоциалистическите държави.

Алуминиевата промишленост се характеризира с териториална разлика както между добива на боксит и производството на алуминий, така и между последното и топенето на първичен алуминий. Най-голямото производство на алуминий (до 1-1,3 милиона тона годишно) е локализирано както в алуминиевите заводи (например в канадския завод в Арвида в Квебек, който заема 0,4 милиона тона алуминий годишно по отношение на производствения капацитет), така и в пристанища за износ на боксити (например Паранам в Суринам), както и по маршрутите на боксит от второто до първото - например в САЩ на брега на Мексиканския залив (Корпус Кристи, Пойнт Комфорт).

У нас всички добивани боксити са разделени на десет класа. Основната разлика между бокситите от различни степени е, че те съдържат различни количества от основния извличащ се компонент, алуминиев оксид, и имат различни стойности на силициевия модул, т.е. различно съдържание на алуминиев триоксид спрямо съдържанието на примеси от силициев диоксид, вредни в бокситите (AlO SiO). Силициевият модул е много важен показател за качеството на бокситите, от който до голяма степен зависи тяхното приложение и технология на обработка.

Съдържанието на влага в боксити от всякакви класове се установява в зависимост от тяхното находище: най-ниското съдържание на влага (не повече от 7%) е установено за боксити от Южноуралските находища и съответно за Северноуралските, Каменско-Уралските и Тихвинските находища. , не повече от 12, 16 и 22%. Индикаторът за влажност не е знак за отказ и служи само за разплащания с потребителя.

Бокситът се доставя на парчета не по-големи от 500 мм. Транспортира се в насипно състояние на платформи или в гондоли.

Имоти 13 Ал.

Атомна маса	26,98	Кларк, ат.% (разпространеност в природата)	5,5
Електронна конфигурация*		Състояние на агрегиране (добре.).	твърдо
	0,143	Цвят	сребристо бяло
	0,057		695
Йонизационна енергия	5,98		2447
Относителна електроотрицателност	1,5	Плътност	2,698
Възможни състояния на окисление	1, +2,+3	Стандартен електроден потенциал	1,69

*Дадена е конфигурацията на външните електронни нива на атома на елемента. Конфигурацията на останалите електронни нива съвпада с тази за благородния газ, който завършва предишния период и е посочена в скоби.

алуминий- основният представител на металите от основната подгрупа от група III на периодичната система. Свойства на неговите аналози - галий, Индияи талий -в много отношения наподобяват свойствата на алуминия, тъй като всички тези елементи имат една и съща електронна конфигурация на външното ниво ns 2 np 1и следователно всички те проявяват степен на окисление 3+.

физични свойства.Алуминият е сребристо бял метал с висока топло- и електрическа проводимост.Металната повърхност е покрита с тънък, но много здрав филм от алуминиев оксид Al 2 Oz.

Химични свойства.Алуминият е много активен, ако няма защитен филм от Al 2 Oz. Този филм предотвратява взаимодействието на алуминия с водата. Ако защитният филм се отстрани химически (например с алкален разтвор), тогава металът започва да взаимодейства енергично с вода, освобождавайки водород:

Алуминият под формата на стърготини или прах гори ярко във въздуха, освобождавайки голямо количество енергия:

Тази характеристика на алуминия се използва широко за получаване на различни метали от техните оксиди чрез редукция с алуминий. Методът се нарича алуминотермия . Алуминотермията може да произвежда само тези метали, в които топлината на образуване на оксиди е по-малка от топлината на образуване на Al 2 Oz, например:

При нагряване алуминият реагира с халогените сяра, азот и въглерод, образувайки съответно халогениди:

Алуминиевият сулфид и алуминиевият карбид се хидролизират напълно с образуването на алуминиев хидроксид и съответно сероводород и метан.

Алуминият е лесно разтворим в солна киселина с всякаква концентрация:

Концентрираните сярна и азотна киселини в студа не действат върху алуминия (пасивират).В отоплениеалуминият е в състояние да редуцира тези киселини без отделяне на водород:

AT разреденсярната киселина разтваря алуминия с отделянето на водород:

AT разреденазотна киселина, реакцията протича с освобождаване на азотен оксид (II):

Алуминият се разтваря в разтвори на алкали и карбонати на алкални метали, за да се образува тетрахидроксоалуминати:

Алуминиев оксид. Al 2 O 3 има 9 кристални модификации. Най-често срещаното а е модификация. Той е най-химически инертен, на негова основа се отглеждат единични кристали от различни камъни за използване в бижутерската индустрия и технология.

В лабораторията алуминиевият оксид се получава чрез изгаряне на алуминиев прах в кислород или чрез калциниране на неговия хидроксид:

алуминиев оксид, като амфотерниможе да реагира не само с киселини, но и с алкали, както и при сливане с карбонати на алкални метали, като същевременно дава метаалуминати:

и с киселинни соли:

алуминиев хидроксид- бяло желатиново вещество, практически неразтворимо във вода, притежаващо амфотерниИмоти. Алуминиевият хидроксид може да се получи чрез третиране на алуминиеви соли с алкали или амониев хидроксид. В първия случай трябва да се избягва излишък от алкали, тъй като в противен случай алуминиевият хидроксид ще се разтвори с образуването на комплекс тетрахидроксоалуминати[Al(OH) 4 ]`:

Всъщност в последната реакция, тетрахидроксодикваалуминатни йони` , обаче, опростената форма [Al(OH) 4 ]` обикновено се използва за записване на реакции. При слабо подкиселяване тетрахидроксоалуминатите се разрушават:

алуминиеви соли.Почти всички алуминиеви соли могат да бъдат получени от алуминиев хидроксид. Почти всички соли на алуминия и силните киселини са силно разтворими във вода и са силно хидролизирани.

Алуминиевите халогениди са силно разтворими във вода и са димери в структурата си:

2AlCl 3 є Al 2 Cl 6

Алуминиевите сулфати лесно се хидролизират, както всички негови соли:

Калиево-алуминиева стипца е известна още: KAl(SO 4) 2H 12H 2O.

алуминиев ацетат Al(CH3COO) 3използва се в медицината като лосион.

Алумосиликати.В природата алуминият се среща под формата на съединения с кислород и силиций - алумосиликати. Общата им формула е: (Na, K) 2 Al 2 Si 2 O 8-нефелин.

Също така, естествените алуминиеви съединения са: Al2O3- корунд, алуминиев оксид; и съединения с общи формули Al 2 O 3 H nH 2 Oи Al(OH) 3H nH2O- боксити.

Разписка.Алуминият се получава чрез електролиза на стопилка Al 2 O 3.

(A l ), галий (Ga ), индий (In ) и талий (T l ).

Както се вижда от дадените данни, всички тези елементи са отворени в XIX век.

Откриване на метали от основната подгрупа III групи

AT	Ал	Га	В	Tl
1806 г	1825 г	1875 г	1863 г	1861 г
Г. Лусак,	Г. Х. Ерстед	Л. дьо Боабодран	Ф. Райх,	У. Крукс
Л. Тенар	(Дания)	(Франция)	И. Рихтер	(Англия)
(Франция)			(Германия)

Борът е неметал. Алуминият е преходен метал, докато галий, индий и талий са пълни метали. По този начин, с увеличаване на атомните радиуси на елементите от всяка група от периодичната система, металните свойства на простите вещества се увеличават.

В тази лекция ще разгледаме по-отблизо свойствата на алуминия.

1. Позицията на алуминия в таблицата на Д. И. Менделеев. Показани са структурата на атома, степените на окисление.

Алуминиевият елемент се намира в III група, основна "А" подгрупа, 3-ти период от периодичната система, сериен номер № 13, относителна атомна масаАр (Ал ) = 27. Неговият съсед отляво в таблицата е магнезий, типичен метал, а отдясно, силиций, който вече не е метал. Следователно алуминият трябва да проявява свойства от някакъв междинен характер и неговите съединения са амфотерни.

Al +13) 2) 8) 3 , p е елемент,

Основно състояние

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

възбудено състояние

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Алуминият проявява степен на окисление +3 в съединения:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Физични свойства

Алуминият в свободна форма е сребристо-бял метал с висока топло- и електрическа проводимост.Температурата на топене е 650 ° C. Алуминият има ниска плътност (2,7 g / cm 3) - около три пъти по-малко от тази на желязото или медта, и в същото време е издръжлив метал.

3. Да бъдеш сред природата

По отношение на разпространението в природата той заема 1-во място сред металите и 3-то сред елементитена второ място след кислорода и силиция. Процентното съдържание на алуминий в земната кора, според различни изследователи, варира от 7,45 до 8,14% от масата на земната кора.

В природата алуминият се среща само в съединения (минерали).

Някои от тях:

· Боксити - Al 2 O 3 H 2 O (с примеси SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Нефелини - KNa 3 4

· Алунити - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Алуминий (смеси от каолини с пясък SiO 2, варовик CaCO 3, магнезит MgCO 3)

· Корунд - Al 2 O 3

· Фелдшпат (ортоклаз) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Каолинит - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· алунит - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3

· Берил - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Боксит
Al2O3	корунд
	Руби
	сапфир

4. Химични свойства на алуминия и неговите съединения

Алуминият лесно взаимодейства с кислород при нормални условия и е покрит с оксиден филм (придава матов вид).

ДЕМОНСТРАЦИЯ НА ОКСИДЕН ФИЛМ

Дебелината му е 0,00001 мм, но благодарение на него алуминият не корозира. За да се изследват химичните свойства на алуминия, оксидният филм се отстранява. (С помощта на шкурка или химически: първо чрез понижаване в алкален разтвор за отстраняване на оксидния филм, а след това в разтвор на живачни соли, за да се образува алуминиево-живачна сплав - амалгама).

аз. Взаимодействие с прости вещества

Алуминият вече при стайна температура реагира активно с всички халогени, образувайки халогениди. При нагряване взаимодейства със сяра (200 °C), азот (800 °C), фосфор (500 °C) и въглерод (2000 °C), с йод в присъствието на катализатор - вода:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (алуминиев сулфид),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (алуминиев нитрид),

A l + P = A l P (алуминиев фосфид),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (алуминиев карбид).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (алуминиев йодид) ОПИТ

Всички тези съединения са напълно хидролизирани с образуването на алуминиев хидроксид и съответно сероводород, амоняк, фосфин и метан:

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

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

Под формата на стърготини или прах, той гори ярко във въздуха, отделяйки голямо количество топлина:

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

ГОРИНЕ НА АЛУМИНИЙ ВЪВ ВЪЗДУХА

ОПИТ

II. Взаимодействие със сложни вещества

Взаимодействие с вода :

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

без оксиден филм

ОПИТ

Взаимодействие с метални оксиди:

Алуминият е добър редуктор, тъй като е един от активните метали. Той е в серия на активност непосредствено след алкалоземните метали. Така възстановява металите от техните оксиди . Такава реакция - алуминотермията - се използва за получаване на чисти редки метали, като волфрам, ванадий и др.

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

Термитна смес от Fe 3 O 4 и Al (прах) също се използва при термитно заваряване.

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

Взаимодействие с киселини :

С разтвор на сярна киселина: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Не реагира със студена концентрирана сярна и азотна (пасивира). Следователно азотната киселина се транспортира в алуминиеви резервоари. Когато се нагрява, алуминият е в състояние да намали тези киселини, без да отделя водород:

2A l + 6H 2 S O 4 (конц) \u003d A l 2 (SO 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

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

Взаимодействие с алкали .

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

ОПИТ

на[НОл(OH) 4] – натриев тетрахидроксоалуминат

По предложение на химика Горбов по време на Руско-японската война тази реакция е използвана за производство на водород за балони.

Със солеви разтвори:

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

Ако повърхността на алуминия се натрие с живачна сол, тогава се получава следната реакция:

2 Ал + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 hg

Освободеният живак разтваря алуминия, образувайки амалгама .

Откриване на алуминиеви йони в разтвори : ОПИТ

5. Приложение на алуминия и неговите съединения

Физичните и химичните свойства на алуминия са довели до широкото му използване в технологиите. Авиационната индустрия е основен потребител на алуминий.: 2/3 самолета е изработен от алуминий и неговите сплави. Самолет, изработен от стомана, би бил твърде тежък и можел да превозва много по-малко пътници. Следователно алуминият се нарича крилат метал. Кабелите и проводниците са изработени от алуминий: при същата електропроводимост, тяхната маса е 2 пъти по-малка от съответните медни продукти.

Като се има предвид устойчивостта на корозия на алуминия, то производство на части от апарати и съдове за азотна киселина. Алуминиевият прах е основата за производството на сребърна боя за защита на железните изделия от корозия, както и за отразяване на топлинни лъчи, такава боя се използва за покриване на петролни складове и костюми на пожарникарите.

Алуминиевият оксид се използва за производство на алуминий, а също и като огнеупорен материал.

Алуминиевият хидроксид е основният компонент на добре познатите лекарства Maalox, Almagel, които понижават киселинността на стомашния сок.

Алуминиевите соли са силно хидролизирани. Това свойство се използва в процеса на пречистване на водата. Към водата за пречистване се добавят алуминиев сулфат и малко количество гасена вар, за да се неутрализира получената киселина. В резултат на това се отделя обемна утайка от алуминиев хидроксид, която, утаявайки се, поема със себе си суспендирани частици мътност и бактерии.

По този начин алуминиевият сулфат е коагулант.

6. Получаване на алуминий

1) Съвременният икономически ефективен метод за производство на алуминий е изобретен от Американския Хол и французина Еру през 1886 г. Състои се в електролиза на разтвор на алуминиев оксид в разтопен криолит. Разтопеният криолит Na 3 AlF 6 разтваря Al 2 O 3 както водата разтваря захарта. Електролизата на "разтвор" на алуминиев оксид в разтопен криолит протича така, сякаш криолитът е само разтворител, а алуминиевият оксид е електролит.

2Al 2 O 3 електрически ток → 4Al + 3O 2

В Английската енциклопедия за момчета и момичета статия за алуминия започва със следните думи: „На 23 февруари 1886 г. започва нова метална ера в историята на цивилизацията - ерата на алуминия. На този ден Чарлз Хол, 22-годишен химик, се появи в лабораторията на първия си учител с дузина малки топчета сребристо-бял алуминий в ръка и с новината, че е намерил начин да произведе този метал евтино и в големи количества. Така Хол стана основател на американската алуминиева индустрия и англосаксонски национален герой, като човек, който направи страхотен бизнес от науката.

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

ИНТЕРЕСНО Е:

Металният алуминий е изолиран за първи път през 1825 г. от датския физик Ханс Кристиан Ерстед. Чрез преминаване на газообразен хлор през слой от горещ алуминиев оксид, смесен с въглища, Oersted изолира алуминиев хлорид без най-малка следа от влага. За да възстанови металния алуминий, Ерстед трябваше да третира алуминиевия хлорид с калиева амалгама. След 2 години немският химик Фридрих Вьолер. Той подобри метода, като замени калиевата амалгама с чист калий.
През 18-ти и 19-ти век алуминият е основният метал за бижута. През 1889 г. в Лондон Д. И. Менделеев е награден с ценен подарък за заслугите си в развитието на химията - везни от злато и алуминий.
До 1855 г. френският учен Saint-Clair Deville е разработил процес за производство на алуминиев метал в промишлен мащаб. Но методът беше много скъп. Девил се ползвал със специалното покровителство на Наполеон III, император на Франция. В знак на своята преданост и благодарност Девил изработва за сина на Наполеон, новородения принц, елегантно гравирана дрънкалка – първият „потребителски продукт“ от алуминий. Наполеон дори възнамеряваше да оборудва гвардейците си с алуминиеви кираси, но цената беше непосилна. По това време 1 кг алуминий струваше 1000 марки, т.е. 5 пъти по-скъпо от среброто. Едва с изобретяването на електролитния процес алуминият става толкова ценен, колкото и конвенционалните метали.
Знаете ли, че алуминият, навлизайки в човешкото тяло, причинява разстройство на нервната система.Когато е в излишък, се нарушава обмяната на веществата. А защитните агенти са витамин С, калций, цинкови съединения.
Когато алуминият гори в кислород и флуор, се отделя много топлина. Поради това се използва като добавка към ракетното гориво. Ракетата Сатурн изгаря 36 тона алуминиев прах по време на полета си. Идеята за използване на метали като компонент на ракетното гориво е предложена за първи път от F.A. Zander.

СИМУЛАТОРИ

Симулатор № 1 - Характеристики на алуминия по позиция в Периодичната система от елементи на Д. И. Менделеев

Симулатор No2 - Уравнения за реакциите на алуминия с прости и сложни вещества

Симулатор No3 - Химични свойства на алуминия

ЗАДАЧИ ЗА ПОДКРЕПВАНЕ

номер 1 За получаване на алуминий от алуминиев хлорид, металният калций може да се използва като редуциращ агент. Направете уравнение за тази химическа реакция, характеризирайте този процес с помощта на електронен баланс.
Мисля! Защо тази реакция не може да се проведе във воден разтвор?

номер 2 Завършете уравненията на химичните реакции:
Al + H2SO4 (разтвор ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 (конц )-t ->
Al + NaOH + H2O ->

номер 3 Извършете трансформации:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

№ 4 Реши задачата:
Сплав алуминий-мед беше изложена на излишък от концентриран разтвор на натриев хидроксид, докато се нагрява. Изпуснати са 2,24 литра газ (n.o.s.). Изчислете процентния състав на сплавта, ако нейната обща маса е 10 g?

Получаване на калиева стипца

алуминий(лат. Aluminium), - в периодичната система алуминият е в третия период, в основната подгрупа на третата група. Основен заряд +13. Електронната структура на атома е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Атомният радиус на метала е 0,143 nm, ковалентният е 0,126 nm, условният радиус на йона Al 3+ е 0,057 nm. Енергия на йонизация Al - Al + 5,99 eV.

Най-характерното състояние на окисление на алуминиевия атом е +3. Отрицателното окислително състояние е рядко. Във външния електронен слой на атома има свободни d-поднива. Поради това неговият координационен номер в съединенията може да бъде не само 4 (AlCl 4-, AlH 4-, алумосиликати), но и 6 (Al 2 O 3, 3+).

Справка по история. Името алуминий идва от лат. алумен – значи още през 500 г. пр.н.е. наречена алуминиева стипца, която се използвала като морско средство при боядисване на тъкани и за дъбене на кожа. Датският учен H. K. Oersted през 1825 г., действайки с амалгама от калий върху безводен AlCl 3 и след това прогонвайки живака, получава относително чист алуминий. Първият индустриален метод за производство на алуминий е предложен през 1854 г. от френския химик A.E. St. Clair Deville: методът се състои в редукция на алуминий и натриев двоен хлорид Na 3 AlCl 6 с метален натрий. По цвят подобен на среброто, алуминият в началото беше много скъп. От 1855 до 1890 г. са произведени само 200 тона алуминий. Съвременният метод за производство на алуминий чрез електролиза на стопилка криолит-алуминий е разработен през 1886 г. едновременно и независимо от К. Хол в САЩ и П. Еру във Франция.

Да бъдеш сред природата

Алуминият е най-разпространеният метал в земната кора. Той представлява 5,5–6,6 mol. дял% или 8 тегл.%. Основната му маса е концентрирана в алумосиликати. Изключително разпространен продукт от разрушаването на образуваните от тях скали е глината, чийто основен състав съответства на формулата Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. От другите естествени форми на алуминия, бокситът Al 2 O 3 е от най-голямо значение. xH 2 O и минерали корунд Al 2 O 3 и криолит AlF 3 . 3NaF.

Разписка

Понастоящем алуминият се произвежда в промишлеността чрез електролиза на разтвор на алуминиев триоксид Al 2 O 3 в разтопен криолит. Al 2 O 3 трябва да бъде достатъчно чист, тъй като примесите се отстраняват от разтопения алуминий с голяма трудност. Точката на топене на Al 2 O 3 е около 2050 o C, а тази на криолита е 1100 o C. Разтопена смес от криолит и Al 2 O 3, съдържаща около 10 тегл. % Al 2 O 3, се подлага на електролиза, която се топи при 960 o C и има електропроводимост, плътност и вискозитет, най-благоприятни за процеса. Чрез добавяне на AlF 3 , CaF 2 и MgF 2 е възможна електролиза при 950°C.

Електролитната клетка за топене на алуминий е желязна обвивка, облицована отвътре с огнеупорни тухли. Дъното му (отдолу), сглобено от блокове компресирани въглища, служи като катод. Анодите са разположени отгоре: това са алуминиеви рамки, пълни с въглищни брикети.

Al 2 O 3 \u003d Al 3+ + AlO 3 3-

На катода се отделя течен алуминий:

Al 3+ + 3e - \u003d Al

Алуминият се събира в долната част на пещта, откъдето периодично се освобождава. Кислородът се отделя на анода:

4AlO 3 3- - 12e - \u003d 2Al 2 O 3 + 3O 2

Кислородът окислява графита до въглеродни оксиди. Тъй като въглеродът изгаря, анодът се изгражда.

Алуминият също се използва като легираща добавка към много сплави, за да им придаде топлоустойчивост.

Физични свойства на алуминия. Алуминият съчетава много ценен набор от свойства: ниска плътност, висока топло- и електрическа проводимост, висока пластичност и добра устойчивост на корозия. Може лесно да се кове, щампова, валцува, изтегля. Алуминият е добре заварен чрез газово, контактно и други видове заваряване. Алуминиевата решетка е лицево-центрирана кубична с параметър a = 4,0413 Å. Свойствата на алуминия, както и на всички метали, зависят до голяма степен от неговата чистота. Свойства на алуминий с висока чистота (99,996%): плътност (при 20 °C) 2698,9 kg/m 3 ; tpl 660,24°С; t бала около 2500 °C; коефициент на топлинно разширение (от 20 ° до 100 ° C) 23,86 10 -6; топлопроводимост (при 190 °C) 343 W/m K, специфичен топлинен капацитет (при 100 °C) 931,98 J/kg K. ; електрическа проводимост по отношение на медта (при 20 °C) 65,5%. Алуминият има ниска якост (якост на опън 50–60 MN/m2), твърдост (170 MN/m2 по Бринел) и висока пластичност (до 50%). При студено валцуване якостта на опън на алуминия се увеличава до 115 MN/m 2 , твърдостта - до 270 MN/m 2 , относителното удължение намалява до 5% (1 MN/m 2 ~ и 0,1 kgf/mm 2). Алуминият е добре полиран, анодизиран и има висока отразяваща способност, близка до среброто (отразява до 90% от падащата светлинна енергия). Притежавайки висок афинитет към кислорода, алуминият във въздуха е покрит с тънък, но много здрав оксиден филм Al 2 O 3 , който предпазва метала от по-нататъшно окисление и определя високите му антикорозионни свойства. Силата на оксидния филм и неговият защитен ефект намаляват значително в присъствието на примеси от живак, натрий, магнезий, мед и др. Алуминият е устойчив на атмосферна корозия, морска и прясна вода, практически не взаимодейства с концентриран или силно разреден азот киселина, с органични киселини, хранителни продукти.

Химични свойства

Когато фино разделеният алуминий се нагрява, той гори енергично на въздух. Взаимодействието му със сярата протича по подобен начин. С хлор и бром комбинацията се случва вече при обикновена температура, с йод - при нагряване. При много високи температури алуминият също се комбинира директно с азот и въглерод. Напротив, той не взаимодейства с водорода.

Алуминият е доста устойчив на вода. Но ако защитният ефект на оксидния филм се отстрани механично или чрез сливане, тогава възниква енергична реакция:

Силно разредените, както и много концентрираните HNO3 и H2SO4, почти не влияят върху алуминия (на студено), докато при средни концентрации на тези киселини той постепенно се разтваря. Чистият алуминий е доста стабилен по отношение на солната киселина, но обичайният технически метал се разтваря в него.

Под действието на алкални водни разтвори върху алуминия, оксидният слой се разтваря и се образуват алуминати - соли, съдържащи алуминий в състава на аниона:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na

Алуминият, лишен от защитен филм, взаимодейства с вода, измествайки водорода от нея:

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

Полученият алуминиев хидроксид реагира с излишък от алкали, образувайки хидроксоалуминат:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Общото уравнение за разтваряне на алуминий във воден разтвор на алкали:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

Алуминият забележимо се разтваря в разтвори на соли, които имат киселинна или алкална реакция поради тяхната хидролиза, например в разтвор на Na 2 CO 3 .

В поредица от напрежения той се намира между Mg и Zn. Във всичките си стабилни съединения алуминият е тривалентен.

Комбинацията на алуминий с кислород е придружена от огромно отделяне на топлина (1676 kJ/mol Al 2 O 3), много по-голямо от това на много други метали. С оглед на това при нагряване на смес от оксид на съответния метал с алуминиев прах настъпва бурна реакция, водеща до освобождаване на свободен метал от поетия оксид. Методът на редукция с Al (алуминий) често се използва за получаване на редица елементи (Cr, Mn, V, W и др.) в свободно състояние.

Алуминотермията понякога се използва за заваряване на отделни стоманени части, по-специално съединенията на трамвайните релси. Използваната смес („термит“) обикновено се състои от фини прахове от алуминий и Fe 3 O 4 . Запалва се с предпазител от смес от Al и BaO 2. Основната реакция протича според уравнението:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 kJ

Освен това температурата се развива около 3000 o C.

Алуминиевият оксид е бяла, много огнеупорна (т.т. 2050 o C) и неразтворима във вода маса. Естественият Al 2 O 3 (корундов минерал), както и изкуствено получен и след това силно калциниран, се отличават с висока твърдост и неразтворимост в киселини. Al 2 O 3 (т.нар. алуминиев оксид) може да се превърне в разтворимо състояние чрез сливане с основи.

Естественият корунд, обикновено замърсен с железен оксид, се използва за производството на шлифовъчни колела, пръти и др. поради изключителната си твърдост. В ситно натрошен вид се нарича шмиргел и се използва за почистване на метални повърхности и направа на шкурка. За същите цели често се използва Al 2 O 3, получен чрез топене на боксит (техническо наименование - alund).

Прозрачни цветни корундови кристали - червен рубин - смес от хром - и син сапфир - смес от титан и желязо - скъпоценни камъни. Те също се получават изкуствено и се използват за технически цели, например за производство на части за прецизни инструменти, камъни в часовници и др. Рубинените кристали, съдържащи малък примес от Cr 2 O 3, се използват като квантови генератори - лазери, които създават насочен лъч монохроматично лъчение.

Поради неразтворимостта на Al 2 O 3 във вода, хидроксидът Al(OH) 3, съответстващ на този оксид, може да се получи само индиректно от соли. Производството на хидроксид може да бъде представено като следната схема. Под действието на алкали ОН йони постепенно заместват 3+ водни молекули във водните комплекси:

3+ + OH - \u003d 2+ + H 2 O

2+ + OH - = + + H 2 O

OH - \u003d 0 + H 2 O

Al(OH) 3 е обемна бяла желатинова утайка, практически неразтворима във вода, но лесно разтворима в киселини и силни основи. Следователно има амфотеричен характер. Основните и особено киселинните му свойства обаче са доста слабо изразени. При излишък от NH 4 OH алуминиевият хидроксид е неразтворим. Една форма на дехидратиран хидроксид, алуминиев гел, се използва в инженерството като адсорбент.

При взаимодействие със силни основи се образуват съответните алуминати:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Алуминатите на най-активните едновалентни метали са силно разтворими във вода, но поради силна хидролиза, техните разтвори са стабилни само в присъствието на достатъчен излишък от алкали. Алуминатите, произведени от по-слаби основи, се хидролизират почти напълно в разтвор и следователно могат да бъдат получени само по сух начин (чрез легиране на Al 2 O 3 с оксиди на съответните метали). Образуват се метаалуминати, които в състава си се произвеждат от метаалуминиева киселина HAlO 2 . Повечето от тях са неразтворими във вода.

Al(OH) 3 образува соли с киселини. Производните на повечето силни киселини са силно разтворими във вода, но са по-скоро хидролизирани и поради това техните разтвори показват киселинна реакция. Разтворимите соли на алуминия и слабите киселини се хидролизират още по-силно. Поради хидролизата от водни разтвори не могат да се получат сулфидни, карбонатни, цианидни и някои други алуминиеви соли.

Във водна среда анионът Al 3+ е директно заобиколен от шест водни молекули. Такъв хидратиран йон е донякъде дисоцииран според схемата:

3+ + H 2 O \u003d 2+ + OH 3 +

Неговата константа на дисоциация е 1. 10 -5 т.е. тя е слаба киселина (подобна по сила на оцетната киселина). Октаедричната среда на Al 3+ с шест водни молекули също се задържа в кристални хидрати на редица алуминиеви соли.

Като силикати могат да се разглеждат алумосиликатите, в които част от силициево-кислородните тетраедри SiO 4 4 - се заменят с алуминиево-кислородни тетраедри AlO 4 5- От алумосиликатите най-често срещаните са фелдшпатовете, които представляват повече от половината от масата на земната кора. Основните им представители са минералите

ортоклаз K 2 Al 2 Si 6 O 16 или K 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO2

албит Na 2 Al 2 Si 6 O 16 или Na 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO2

анортит CaAl 2 Si 2 O 8 или CaO. Al 2 O 3 . 2SiO2

Минералите от групата на слюдата са много разпространени, например мусковит Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. От голямо практическо значение е минералът нефелин (Na, K) 2, който се използва за получаване на алуминиев триоксид, содови продукти и цимент. Това производство се състои от следните операции: а) нефелин и варовик се синтероват в тръбни пещи при 1200°C:

(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2

б) получената маса се излугва с вода - образуват се разтвор на натриев и калиев алуминат и утайка CaSiO 3:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O \u003d Na + K

в) CO2, образуван по време на синтероването, преминава през разтвор на алуминати:

Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3

г) нагряване на Al (OH) 3 алуминиев оксид се получава:

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

д) чрез изпаряване на матерния разтвор се изолират содата и потажът, а получената по-рано утайка се използва за производството на цимент.

При производството на 1 т Al 2 O 3 се получават 1 т содови продукти и 7,5 т цимент.

Някои алумосиликати имат хлабава структура и са способни на йонен обмен. Такива силикати - естествени и особено изкуствени - се използват за омекотяване на водата. Освен това, поради силно развитата си повърхност, те се използват като носители на катализатор, т.е. като материали, импрегнирани с катализатор.

Алуминиевите халогениди при нормални условия са безцветни кристални вещества. В серията алуминиеви халогениди AlF 3 се различава значително по свойства от своите аналози. Той е огнеупорен, слабо разтворим във вода, химически неактивен. Основният метод за получаване на AlF 3 се основава на действието на безводен HF върху Al 2 O 3 или Al:

Al 2 O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H2O

Алуминиевите съединения с хлор, бром и йод са топими, силно реактивни и силно разтворими не само във вода, но и в много органични разтворители. Взаимодействието на алуминиеви халогениди с вода е придружено от значително отделяне на топлина. Във воден разтвор всички те са силно хидролизирани, но за разлика от типичните неметални киселинни халиди, тяхната хидролиза е непълна и обратима. Бидейки забележимо летливи вече при нормални условия, AlCl 3 , AlBr 3 и AlI 3 пушат във влажен въздух (поради хидролиза). Те могат да бъдат получени чрез директно взаимодействие на прости вещества.

Плътностите на парите на AlCl 3 , AlBr 3 и AlI 3 при относително ниски температури отговарят повече или по-малко точно на удвоените формули - Al 2 Hal 6 . Пространствената структура на тези молекули съответства на два тетраедъра с общ ръб. Всеки алуминиев атом е свързан с четири халогенни атома и всеки от централните халогенни атоми е свързан с двата алуминиеви атома. От двете връзки на централния халогенен атом едната е донор-акцептор, като алуминият функционира като акцептор.

С халогенидни соли на редица едновалентни метали алуминиевите халогениди образуват комплексни съединения, главно от тип М3 и М (където Hal е хлор, бром или йод). Склонността към реакции на присъединяване обикновено е силно изразена в разглежданите халогениди. Това е причината за най-важното техническо приложение на AlCl 3 като катализатор (в нефтопреработката и в органичния синтез).

От флуороалуминатите най-голямо приложение има криолитът Na 3 (за производството на Al, F 2 , емайли, стъкло и др.). Промишленото производство на изкуствен криолит се основава на обработката на алуминиев хидроксид с флуороводородна киселина и сода:

2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

Хлоро-, бромо- и йодоалуминатите се получават чрез сливане на алуминиеви трихалогениди с халогениди на съответните метали.

Въпреки че алуминият не реагира химически с водород, алуминиевият хидрид може да бъде получен косвено. Това е бяла аморфна маса със състав (AlH 3) n. Разлага се при нагряване над 105 ° C с отделяне на водород.

Когато AlH 3 взаимодейства с основни хидриди в етерен разтвор, се образуват хидроалуминати:

LiH + AlH3 = Li

Хидридоалуминатите са бели твърди вещества. Бързо се разлага от вода. Те са мощни реставратори. Използва се (особено Li) в органичния синтез.

Алуминиев сулфат Al 2 (SO 4) 3. 18H2O се получава чрез действието на гореща сярна киселина върху алуминиев оксид или каолин. Използва се за пречистване на вода, както и при приготвянето на някои видове хартия.

Калиева стипца KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O се използва в големи количества за дъбене на кожи, както и при боядисване като морско средство за памучни тъкани. В последния случай ефектът на стипца се основава на факта, че алуминиевият хидроксид, образуван в резултат на тяхната хидролиза, се отлага във влакната на тъканта във фино диспергирано състояние и, адсорбирайки багрилото, здраво го задържа върху влакното.

От другите производни на алуминия трябва да споменем неговия ацетат (иначе оцетната сол) Al(CH 3 COO) 3, използван при боядисване на тъкани (като морско средство) и в медицината (лосиони и компреси). Алуминиевият нитрат е лесно разтворим във вода. Алуминиевият фосфат е неразтворим във вода и оцетна киселина, но разтворим в силни киселини и основи.

алуминий в тялото. Алуминият е част от тъканите на животните и растенията; в органите на бозайниците са открити от 10 -3 до 10 -5% алуминий (на сурово вещество). Алуминият се натрупва в черния дроб, панкреаса и щитовидната жлеза. В растителните продукти съдържанието на алуминий варира от 4 mg на 1 kg сухо вещество (картофи) до 46 mg (жълта ряпа), в животински продукти - от 4 mg (мед) до 72 mg на 1 kg сухо вещество (говеждо месо). . В ежедневната човешка диета съдържанието на алуминий достига 35-40 mg. Известни са организми - концентратори на алуминий, например, клубни мъхове (Lycopodiaceae), съдържащи до 5,3% алуминий в пепелта, мекотели (Helix и Lithorina), в пепелта на които 0,2–0,8% алуминий. Образувайки неразтворими съединения с фосфати, алуминият нарушава храненето на растенията (усвояване на фосфати от корените) и животните (абсорбция на фосфати в червата).

Геохимия на алуминия. Геохимичните характеристики на алуминия се определят от неговия висок афинитет към кислорода (в минералите алуминият е включен в кислородните октаедри и тетраедри), постоянната валентност (3) и ниската разтворимост на повечето природни съединения. При ендогенни процеси по време на втвърдяване на магма и образуване на магмени скали, алуминият влиза в кристалната решетка на фелдшпатове, слюди и други минерали - алумосиликати. В биосферата алуминият е слаб мигрант, оскъден е в организмите и хидросферата. При влажен климат, където разлагащите се остатъци от обилна растителност образуват много органични киселини, алуминият мигрира в почвите и водите под формата на органоминерални колоидни съединения; алуминият се адсорбира от колоиди и се утаява в долната част на почвите. Връзката между алуминия и силиция е частично разкъсана и на места в тропиците се образуват минерали – алуминиеви хидроксиди – бемит, диаспора, хидраргилит. По-голямата част от алуминия е част от алумосиликатите - каолинит, бейделит и други глинести минерали. Слабата подвижност определя остатъчното натрупване на алуминий в кората на изветряне на влажните тропици. В резултат на това се образуват елувиални боксити. В минали геоложки епохи бокситите се натрупват и в езерата и крайбрежната зона на моретата на тропическите райони (например седиментни боксити на Казахстан). В степите и пустините, където има малко жива материя, а водите са неутрални и алкални, алуминият почти не мигрира. Миграцията на алуминия е най-интензивна във вулканичните райони, където се наблюдават силно киселинни речни и подземни води, богати на алуминий. В местата на изместване на киселинни води с алкални - морски (при устията на реки и други), алуминият се отлага с образуване на бокситни отлагания.

Алуминиево приложение. Комбинацията от физични, механични и химични свойства на алуминия определя широкото му приложение в почти всички области на техниката, особено под формата на неговите сплави с други метали. В електротехниката алуминият успешно замества медта, особено при производството на масивни проводници, например в въздушни линии, високоволтови кабели, шини на разпределителни устройства, трансформатори (електрическата проводимост на алуминия достига 65,5% от електрическата проводимост на медта и той е повече от три пъти по-лек от медта; с напречно сечение, което осигурява същата проводимост, масата на алуминиевите проводници е половината от тази на медните проводници). Изключително чистият алуминий се използва при производството на електрически кондензатори и токоизправители, чиято работа се основава на способността на филма от алуминиев оксид да предава електрически ток само в една посока. Изключително чист алуминий, пречистен чрез зоново топене, се използва за синтеза на полупроводникови съединения тип A III B V, използвани за производството на полупроводникови устройства. Чистият алуминий се използва при производството на различни огледални рефлектори. Високочистият алуминий се използва за защита на метални повърхности от атмосферна корозия (обшивка, алуминиева боя). Имайки сравнително ниско напречно сечение на абсорбция на неутрони, алуминият се използва като структурен материал в ядрените реактори.

Алуминиеви резервоари с голям капацитет съхраняват и транспортират течни газове (метан, кислород, водород и др.), азотна и оцетна киселини, чиста вода, водороден прекис и хранителни масла. Алуминият се използва широко в оборудването и апаратите за хранително-вкусовата промишленост, за опаковане на храни (под формата на фолио), за производството на различни домакински продукти. Наблюдава се рязко увеличение на потреблението на алуминий за довършителни работи на сгради, архитектурни, транспортни и спортни съоръжения.

В металургията алуминият (освен сплавите на негова основа) е една от най-разпространените легиращи добавки в сплави на базата на Cu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Алуминият се използва и за деоксидиране на стоманата преди изливането й в калъп, както и в процесите на получаване на определени метали чрез алуминотермия. На базата на алуминий, SAP (синтерован алуминиев прах) е създаден чрез прахова металургия, който има висока топлоустойчивост при температури над 300 °C.

Алуминият се използва при производството на взривни вещества (амонал, алумотол). Широко се използват различни алуминиеви съединения.

Производството и потреблението на алуминий непрекъснато нараства, като значително изпреварва производството на стомана, мед, олово и цинк по отношение на темповете на растеж.

Списък на използваната литература

1. В.А. Рабинович, З.Я. Хавин "Кратка химическа справка"

2. Л.С. Гузей "Лекции по обща химия"

3. Н.С. Ахметов "Обща и неорганична химия"

4. B.V. Некрасов "Учебник по обща химия"

5. Н.Л. Глинка "Обща химия"

Секции