Сравнение на свойствата на алуминия със съседни елементи. Характеристики на състава, свойствата и характеристиките на алуминия

Всеки химичен елемент може да се разглежда от гледна точка на три науки: физика, химия и биология. И в тази статия ще се опитаме да характеризираме алуминия възможно най-точно. Това е химичен елемент, който е в трета група и трети период, според периодичната таблица. Алуминият е метал със средна химическа активност. Също така в неговите съединения могат да се наблюдават амфотерни свойства. Атомната маса на алуминия е двадесет и шест грама на мол.

Физически характеристики на алуминия

При нормални условия е твърдо вещество. Формулата за алуминий е много проста. Състои се от атоми (не се обединяват в молекули), които са изградени с помощта на кристална решетка в непрекъсната субстанция. Цвят на алуминия - сребристо-бял. Освен това има метален блясък, както всички други вещества от тази група. Цветът на алуминия, използван в индустрията, може да варира поради наличието на примеси в сплавта. Това е доста лек метал.

Плътността му е 2,7 g / cm3, тоест е приблизително три пъти по-лек от желязото. При това той може да отстъпи само на магнезий, който е дори по-лек от въпросния метал. Твърдостта на алуминия е доста ниска. В него той е по-нисък от повечето метали. Твърдостта на алуминия е само две. Следователно, за да се укрепи, към сплавите на основата на този метал се добавят по-твърди.

Топенето на алуминия става при температура само 660 градуса по Целзий. И кипи, когато се нагрява до температура от две хиляди четиристотин петдесет и два градуса по Целзий. Това е много пластичен и топим метал. Физическите характеристики на алуминия не свършват дотук. Бих искал също да отбележа, че този метал има най-добра електрическа проводимост след медта и среброто.

Разпространение в природата

Алуминият, чиито технически характеристики току-що разгледахме, е доста често срещан в околната среда. Може да се наблюдава в състава на много минерали. Елементът алуминий е четвъртият най-разпространен елемент в природата. Той е почти девет процента в земната кора. Основните минерали, в които присъстват неговите атоми, са боксит, корунд, криолит. Първият е скала, която се състои от оксиди на желязо, силиций и въпросния метал, а в структурата присъстват и водни молекули. Има хетерогенен цвят: фрагменти от сиви, червеникаво-кафяви и други цветове, които зависят от наличието на различни примеси. От тридесет до шестдесет процента от тази порода е алуминий, снимката на който може да се види по-горе. Освен това корундът е много разпространен минерал в природата.

Това е алуминиев оксид. Химичната му формула е Al2O3. Тя може да бъде червена, жълта, синя или кафява. Твърдостта му по скалата на Моос е девет единици. Разновидностите на корунда включват добре познати сапфири и рубини, левкосафири, както и падпарада (жълт сапфир).

Криолитът е минерал с по-сложна химическа формула. Състои се от алуминиеви и натриеви флуориди - AlF3.3NaF. Изглежда като безцветен или сивкав камък с ниска твърдост - само три по скалата на Моос. В съвременния свят той се синтезира изкуствено в лаборатория. Използва се в металургията.

Също така алуминият може да се намери в природата в състава на глини, чиито основни компоненти са оксидите на силиция и въпросния метал, свързан с водните молекули. В допълнение, този химичен елемент може да се наблюдава в състава на нефелините, чиято химична формула е, както следва: KNa34.

Разписка

Характеризирането на алуминия включва разглеждане на методите за неговия синтез. Има няколко метода. Производството на алуминий по първия метод става на три етапа. Последната от тях е процедурата по електролиза на катода и въглеродния анод. За извършване на такъв процес е необходим алуминиев оксид, както и помощни вещества като криолит (формула - Na3AlF6) и калциев флуорид (CaF2). За да се осъществи процесът на разлагане на алуминиевия оксид, разтворен във вода, той трябва да се нагрее заедно с разтопен криолит и калциев флуорид до температура най-малко деветстотин и петдесет градуса по Целзий и след това ток от осемдесет хиляди ампера и напрежение от пет до осем волта. По този начин, в резултат на този процес, алуминият ще се утаи върху катода, а молекулите на кислорода ще се съберат върху анода, които от своя страна окисляват анода и го превръщат във въглероден диоксид. Преди да се извърши тази процедура, бокситът, под формата на който се добива алуминиев оксид, се почиства предварително от примеси, а също така преминава през процеса на неговото дехидратиране.

Производството на алуминий по описания по-горе начин е много разпространено в металургията. Съществува и метод, изобретен през 1827 г. от F. Wehler. Той се крие във факта, че алуминият може да се добива чрез химическа реакция между неговия хлорид и калий. Възможно е да се извърши такъв процес само чрез създаване на специални условия под формата на много висока температура и вакуум. Така от един мол хлорид и същия обем калий може да се получи един мол алуминий и три мола като страничен продукт. Тази реакция може да се запише като следното уравнение: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Този метод не е придобил голяма популярност в металургията.

Характеристики на алуминия по отношение на химията

Както бе споменато по-горе, това е просто вещество, което се състои от атоми, които не са комбинирани в молекули. Подобни структури образуват почти всички метали. Алуминият има доста висока химическа активност и силни редуциращи свойства. Химическата характеристика на алуминия ще започне с описание на неговите реакции с други прости вещества, а след това ще бъдат описани взаимодействията със сложни неорганични съединения.

Алуминий и прости вещества

Те включват на първо място кислорода - най-разпространеното съединение на планетата. Двадесет и един процента от земната атмосфера се състои от него. Реакциите на дадено вещество с всяко друго се наричат ​​окисление или горене. Обикновено се появява при високи температури. Но в случай на алуминий е възможно окисляване при нормални условия - така се образува оксиден филм. Ако този метал бъде смачкан, той ще изгори, като същевременно отделя голямо количество енергия под формата на топлина. За осъществяване на реакцията между алуминий и кислород тези компоненти са необходими в моларно съотношение 4:3, което води до две части от оксида.

Това химично взаимодействие се изразява като следното уравнение: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Възможни са и реакции на алуминия с халогени, които включват флуор, йод, бром и хлор. Имената на тези процеси идват от имената на съответните халогени: флуориране, йодиране, бромиране и хлориране. Това са типични реакции на присъединяване.

Например даваме взаимодействието на алуминия с хлора. Този вид процес може да се случи само на студено.

И така, вземайки два мола алуминий и три мола хлор, получаваме в резултат два мола хлорид на въпросния метал. Уравнението за тази реакция е както следва: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. По същия начин може да се получи алуминиев флуорид, неговият бромид и йодид.

Със сярата въпросното вещество реагира само при нагряване. За да осъществите взаимодействието между тези две съединения, трябва да ги вземете в моларни пропорции от две до три и се образува една част от алуминиев сулфид. Реакционното уравнение има следния вид: 2Al + 3S = Al2S3.

Освен това при високи температури алуминият взаимодейства с въглерод, образувайки карбид, и с азот, образувайки нитрид. Като пример могат да се цитират следните уравнения на химичните реакции: 4AI + 3C = AI4C3; 2Al + N2 = 2AlN.

Взаимодействие със сложни вещества

Те включват вода, соли, киселини, основи, оксиди. С всички тези химични съединения алуминият реагира по различни начини. Нека разгледаме по-отблизо всеки случай.

Реакция с вода

Алуминият взаимодейства с най-разпространеното сложно вещество на Земята при нагряване. Това се случва само в случай на предварително отстраняване на оксидния филм. В резултат на взаимодействието се образува амфотерен хидроксид, а във въздуха се отделя и водород. Вземайки две части алуминий и шест части вода, получаваме хидроксид и водород в моларни пропорции от две до три. Уравнението на тази реакция се записва, както следва: 2АІ + 6Н2О = 2АІ (ОН) 3 + 3Н2.

Взаимодействие с киселини, основи и оксиди

Подобно на други активни метали, алуминият е в състояние да влезе в реакция на заместване. По този начин той може да измести водорода от киселина или катион на по-пасивен метал от неговата сол. В резултат на такива взаимодействия се образува алуминиева сол и също се отделя водород (в случай на киселина) или се утаява чист метал (по-малко активен от разглеждания). Във втория случай се проявяват възстановителните свойства, споменати по-горе. Пример е взаимодействието на алуминия, с което се образува алуминиев хлорид и се отделя водород във въздуха. Този вид реакция се изразява като следното уравнение: 2AI + 6HCI = 2AICI3 + 3H2.

Пример за взаимодействие на алуминия със сол е реакцията му с. Като вземем тези два компонента, в крайна сметка ще получим чиста мед, която ще се утаи. С киселини като сярна и азотна алуминият реагира по особен начин. Например, когато алуминият се добави към разреден разтвор на нитратна киселина в моларно съотношение от осем части към тридесет, осем части от нитрата на въпросния метал, се образуват три части азотен оксид и петнадесет части вода. Уравнението за тази реакция се записва, както следва: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Този процес се случва само при наличие на висока температура.

Ако смесим алуминий и слаб разтвор на сулфатна киселина в моларни пропорции две към три, получаваме сулфата на въпросния метал и водорода в съотношение едно към три. Тоест ще настъпи обикновена реакция на заместване, какъвто е случаят с други киселини. За по-голяма яснота представяме уравнението: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Но с концентриран разтвор на същата киселина всичко е по-сложно. Тук, както и в случая с нитратите, се образува страничен продукт, но не под формата на оксид, а под формата на сяра и вода. Ако вземем нужните ни два компонента в моларно съотношение две към четири, то в резултат получаваме една част от солта на въпросния метал и сяра, както и четири от водата. Това химично взаимодействие може да се изрази с помощта на следното уравнение: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Освен това алуминият може да реагира с алкални разтвори. За да извършите такова химическо взаимодействие, трябва да вземете два мола от въпросния метал, същото количество или калий, както и шест мола вода. В резултат на това се образуват вещества като натриев или калиев тетрахидроксоалуминат, както и водород, който се отделя като газ с остра миризма в моларни пропорции от две до три. Тази химична реакция може да бъде представена като следното уравнение: 2AI + 2KOH + 6H2O = 2K[AI(OH)4] + 3H2.

И последното нещо, което трябва да се вземе предвид, са моделите на взаимодействие на алуминия с някои оксиди. Най-често срещаният и използван случай е реакцията на Бекетов. Той, както много други, обсъдени по-горе, се случва само при високи температури. Така че, за неговото изпълнение е необходимо да се вземат два мола алуминий и един мол железен оксид. В резултат на взаимодействието на тези две вещества получаваме алуминиев оксид и свободно желязо в количество съответно един и два мола.

Използването на въпросния метал в промишлеността

Имайте предвид, че използването на алуминий е много често срещано явление. На първо място, авиационната индустрия се нуждае от това. Заедно с това се използват и сплави на основата на въпросния метал. Можем да кажем, че средният самолет е 50% от алуминиеви сплави, а двигателят му е 25%. Също така, използването на алуминий се извършва в процеса на производство на проводници и кабели поради отличната му електрическа проводимост. Освен това този метал и неговите сплави се използват широко в автомобилната индустрия. От тези материали са изработени каросерията на автомобили, автобуси, тролейбуси, някои трамваи, както и обикновени и електрически вагони.

Използва се и за по-малки цели, например за производство на опаковки за хранителни и други продукти, съдове. За да се направи сребърна боя е необходим прах от въпросния метал. Такава боя е необходима, за да се предпази желязото от корозия. Можем да кажем, че алуминият е вторият най-често използван метал в индустрията след желязото. Неговите съединения и самият той често се използват в химическата промишленост. Това се дължи на специалните химични свойства на алуминия, включително редуциращите му свойства и амфотерната природа на неговите съединения. Хидроксидът на разглеждания химичен елемент е необходим за пречистване на водата. Освен това се използва в медицината при производството на ваксини. Може да се намери и в някои пластмаси и други материали.

Роля в природата

Както вече беше споменато по-горе, алуминият се намира в големи количества в земната кора. Това е особено важно за живите организми. Алуминият участва в регулирането на растежните процеси, образува съединителна тъкан, като костна, лигаментна и др. Благодарение на този микроелемент процесите на регенерация на телесните тъкани се извършват по-бързо. Недостигът му се характеризира със следните симптоми: нарушения в развитието и растежа при деца, при възрастни - хронична умора, намалена работоспособност, нарушена координация на движенията, забавяне на регенерацията на тъканите, мускулна слабост, особено в крайниците. Това явление може да възникне, ако ядете твърде малко храни, съдържащи този микроелемент.

По-често срещан проблем обаче е излишъкът от алуминий в тялото. В този случай често се наблюдават следните симптоми: нервност, депресия, нарушения на съня, загуба на паметта, устойчивост на стрес, омекотяване на опорно-двигателния апарат, което може да доведе до чести фрактури и навяхвания. При продължителен излишък на алуминий в тялото често възникват проблеми в работата на почти всяка органна система.

Редица причини могат да доведат до това явление. На първо място, отдавна е доказано от учените, че съдовете, направени от въпросния метал, не са подходящи за готвене в него, тъй като при високи температури част от алуминия попада в храната и в резултат на това консумирате много повече от това микроелемент, отколкото се нуждае тялото.

Втората причина е редовното използване на козметика, съдържаща въпросния метал или неговите соли. Преди да използвате всеки продукт, трябва внимателно да прочетете неговия състав. Козметиката не е изключение.

Третата причина е продължително приемане на лекарства, които съдържат много алуминий. Както и неправилното използване на витамини и хранителни добавки, които включват този микроелемент.

Сега нека разберем кои продукти съдържат алуминий, за да регулирате диетата си и да организирате правилно менюто. На първо място, това са моркови, топени сирена, пшеница, стипца, картофи. От плодовете се препоръчват авокадо и праскови. Освен това бялото зеле, оризът и много лечебни билки са богати на алуминий. Също така катионите на въпросния метал могат да се съдържат в питейната вода. За да избегнете повишено или намалено съдържание на алуминий в тялото (все пак, както всеки друг микроелемент), трябва внимателно да следите диетата си и да се опитате да я направите възможно най-балансирана.

Един от най-удобните материали при обработката са металите. Те също имат свои лидери. Например, основните свойства на алуминия са известни на хората от дълго време. Те са толкова подходящи за използване в ежедневието, че този метал стана много популярен. Какво са едно и също като просто вещество и като атом, ще разгледаме в тази статия.

Историята на откриването на алуминия

От незапомнени времена човек е знаел съединението на въпросния метал - Използвано е като средство, способно да надуе и да свърже компонентите на сместа заедно, това е било необходимо и при производството на кожени изделия. Съществуването на чист алуминиев оксид става известно през 18 век, през втората му половина. То обаче не беше получено.

За първи път ученият H.K. Oersted успява да изолира метала от неговия хлорид. Именно той третира солта с калиева амалгама и изолира сив прах от сместа, който е алуминий в чиста форма.

В същото време стана ясно, че химичните свойства на алуминия се проявяват в неговата висока активност, силна редукционна способност. Следователно никой друг не е работил с него дълго време.

Въпреки това, през 1854 г. французинът Девил успява да получи метални блокове чрез електролиза на стопилка. Този метод е актуален и днес. Особено масовото производство на ценен материал започва през 20-ти век, когато се решават проблемите с получаването на голямо количество електроенергия в предприятията.

Към днешна дата този метал е един от най-популярните и използвани в строителната и домакинската индустрия.

Обща характеристика на алуминиевия атом

Ако характеризираме разглеждания елемент по неговата позиция в периодичната система, тогава могат да се разграничат няколко точки.

1. Пореден номер - 13.
2. Намира се в третия малък период, третата група, основната подгрупа.
3. Атомна маса - 26,98.
4. Броят на валентните електрони е 3.
5. Конфигурацията на външния слой се изразява с формулата 3s 2 3p 1 .
6. Името на елемента е алуминий.
7. силно изразен.
8. В природата няма изотопи, съществува само в една форма, с масово число 27.
9. Химическият символ е AL, чете се като "алуминий" във формулите.
10. Степента на окисление е едно, равно на +3.

Химичните свойства на алуминия са напълно потвърдени от електронната структура на неговия атом, тъй като има голям атомен радиус и нисък електронен афинитет, той е в състояние да действа като силен редуциращ агент, като всички активни метали.

Алуминият като просто вещество: физични свойства

Ако говорим за алуминий, като просто вещество, тогава той е сребристо-бял лъскав метал. Във въздуха той бързо се окислява и се покрива с плътен оксиден филм. Същото се случва и при действието на концентрирани киселини.

Наличието на такава функция прави продуктите, изработени от този метал, устойчиви на корозия, което, разбира се, е много удобно за хората. Следователно именно алуминият намира толкова широко приложение в строителството. също така интересен с това, че този метал е много лек, докато е издръжлив и мек. Комбинацията от такива характеристики не е достъпна за всяко вещество.

Има няколко основни физически свойства, които са характерни за алуминия.

1. Висока степен на ковкост и пластичност. От този метал се прави леко, здраво и много тънко фолио, което също се навива на тел.
2. Точка на топене - 660 0 С.
3. Точка на кипене - 2450 0 С.
4. Плътност - 2,7 g / cm 3.
5. Кристалната решетка е обемна, лицево-центрирана, метална.
6. Тип на свързване - метал.

Физичните и химичните свойства на алуминия определят областите на неговото приложение и употреба. Ако говорим за ежедневни аспекти, тогава вече разгледаните от нас характеристики играят голяма роля. Като лек, издръжлив и антикорозионен метал, алуминият се използва в самолетостроенето и корабостроенето. Следователно тези свойства е много важно да се знаят.

Химични свойства на алуминия

От гледна точка на химията, въпросният метал е силен редуциращ агент, който е в състояние да проявява висока химическа активност, като е чисто вещество. Основното нещо е да премахнете оксидния филм. В този случай активността рязко се увеличава.

Химичните свойства на алуминия като просто вещество се определят от способността му да реагира с:

• киселини;
• алкали;
• халогени;
• сиво.

Не взаимодейства с вода при нормални условия. В същото време, от халогени, без нагряване, той реагира само с йод. Други реакции изискват температура.

Могат да бъдат дадени примери за илюстриране на химичните свойства на алуминия. Уравнения за реакции на взаимодействие с:

• киселини- AL + HCL \u003d AlCL 3 + H 2;
• алкали- 2Al + 6H 2 O + 2NaOH \u003d Na + 3H 2;
• халогени- AL + Hal = ALHal 3 ;
• сиво- 2AL + 3S = AL 2 S 3 .

Като цяло най-важното свойство на разглежданото вещество е неговата висока способност да възстановява други елементи от техните съединения.

Способност за възстановяване

Редукционните свойства на алуминия са добре проследени в реакциите на взаимодействие с оксиди на други метали. Той лесно ги извлича от състава на веществото и им позволява да съществуват в проста форма. Например: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

В металургията има цяла техника за получаване на вещества на базата на такива реакции. Нарича се алуминотермия. Следователно в химическата промишленост този елемент се използва специално за производството на други метали.

Разпространение в природата

По отношение на разпространението сред другите метални елементи алуминият е на първо място. Съдържанието му в земната кора е 8,8%. Ако се сравни с неметали, тогава мястото му ще бъде трето, след кислорода и силиция.

Поради високата си химическа активност не се среща в чист вид, а само в състава на различни съединения. Така например има много руди, минерали, скали, които включват алуминий. Въпреки това, той се добива само от боксит, чието съдържание в природата не е твърде високо.

Най-често срещаните вещества, съдържащи въпросния метал, са:

• фелдшпати;
• боксит;
• гранити;
• силициев диоксид;
• алумосиликати;
• базалти и други.

В малко количество алуминият е задължително част от клетките на живите организми. Някои видове клубни мъхове и морски обитатели са в състояние да натрупват този елемент в телата си през целия си живот.

Разписка

Физическите и химичните свойства на алуминия позволяват да се получи само по един начин: чрез електролиза на стопилка на съответния оксид. Този процес обаче е технологично сложен. Точката на топене на AL 2 O 3 надвишава 2000 0 C. Поради това той не може да бъде директно подложен на електролиза. Следователно, продължете както следва.

Добивът на продукта е 99,7%. Възможно е обаче да се получи още по-чист метал, който се използва за технически цели.

Приложение

Механичните свойства на алуминия не са достатъчно добри, за да се използва в чиста форма. Ето защо най-често се използват сплави на основата на това вещество. Има много от тях, можем да назовем най-основните.

1. Дуралуминий.
2. Алуминий-манган.
3. Алуминий-магнезий.
4. Алуминий-мед.
5. Силумини.
6. Авиал.

Основната им разлика е, разбира се, добавките на трети страни. Всички те са базирани на алуминий. Други метали правят материала по-издръжлив, устойчив на корозия, устойчив на износване и гъвкав при обработка.

Има няколко основни области на приложение на алуминия както в чист вид, така и под формата на неговите съединения (сплави).

Заедно с желязото и неговите сплави, алуминият е най-важният метал. Именно тези двама представители на периодичната система са намерили най-широко индустриално приложение в ръцете на човека.

Свойства на алуминиевия хидроксид

Хидроксидът е най-често срещаното съединение, което образува алуминий. Химичните му свойства са същите като тези на самия метал – той е амфотерен. Това означава, че той е в състояние да проявява двойна природа, реагирайки както с киселини, така и с основи.

Самият алуминиев хидроксид е бяла желатинова утайка. Лесно е да се получи чрез взаимодействие на алуминиева сол с алкали или. Когато взаимодейства с киселини, този хидроксид дава обичайните съответни сол и вода. Ако реакцията протича с алкали, тогава се образуват алуминиеви хидроксокомплекси, в които координационният му номер е 4. Пример: Na е натриев тетрахидроксоалуминат.

Алуминият е елемент от 13-та група на периодичната таблица на химичните елементи, трети период, с атомен номер 13. Принадлежи към групата на леките метали. Най-разпространеният метал и третият най-разпространен химичен елемент в земната кора (след кислорода и силиция).

Простата субстанция алуминият е лек, парамагнитен сребристо-бял метал, лесно формован, отлив и машинно обработен. Алуминият има висока топло- и електрическа проводимост, устойчивост на корозия поради бързото образуване на силни оксидни филми, които предпазват повърхността от по-нататъшно взаимодействие.

Съвременният метод за получаване, процесът Hall-Héroult. Състои се в разтваряне на алуминиев оксид Al2O3 в стопилка от Na3AlF6 криолит, последвано от електролиза с помощта на консумативи коксови или графитни анодни електроди. Този метод за получаване изисква много големи количества електричество и затова получава индустриално приложение едва през 20-ти век.

Лабораторен метод за получаване на алуминий: редукция на безводен алуминиев хлорид с метален калий (реакцията протича при нагряване без въздух):

Сребристо-бял метал, лек, плътност - 2,7 g / cm³, точка на топене за технически алуминий - 658 ° C, за алуминий с висока чистота - 660 ° C, висока пластичност: за технически - 35%, за чист - 50%, валцуван на тънък лист и дори фолио. Алуминият има висока електрическа проводимост (37 106 S/m) и топлопроводимост (203,5 W/(m K)), 65%, има висока светлоотразителна способност.

Алуминият образува сплави с почти всички метали. Най-известни са сплавите с мед и магнезий (дуралуминий) и силиций (силумин).

По разпространение в земната кора Земята заема 1-во място сред металите и 3-то място сред елементите, на второ място след кислорода и силиция. Масовата концентрация на алуминий в земната кора според различни изследователи се оценява на 7,45 до 8,14%. В природата алуминият, поради високата си химическа активност, се среща почти изключително под формата на съединения.

Естественият алуминий се състои почти изцяло от един стабилен изотоп, 27Al, с незначителни следи от 26Al, най-дългоживеещият радиоактивен изотоп с период на полуразпад от 720 000 години, произведен в атмосферата чрез разделяне на 40Ar аргонови ядра от високоенергийни космически лъчеви протони.

При нормални условия алуминият е покрит с тънък и здрав оксиден филм и следователно не реагира с класическите окислители: с H2O (t°), O2, HNO3 (без нагряване). Поради това алуминият практически не е подложен на корозия и следователно е широко търсен от съвременната индустрия. Въпреки това, когато оксидният филм се разруши (например при контакт с разтвори на амониеви соли NH4 +, горещи основи или в резултат на амалгамиране), алуминият действа като активен редуциращ метал. Възможно е да се предотврати образуването на оксиден филм чрез добавяне на метали като галий, индий или калай към алуминия. В този случай повърхността на алуминия се навлажнява от нискотопими евтектици на основата на тези метали.

Лесно реагира с прости вещества:

с кислород за образуване на алуминиев оксид:

с халогени (с изключение на флуор), образуващи хлорид, бромид или алуминиев йодид:

реагира с други неметали при нагряване:

с флуор, образувайки алуминиев флуорид:

със сяра, образувайки алуминиев сулфид:

с азот за образуване на алуминиев нитрид:

с въглерод, образуващ алуминиев карбид:

Алуминиевият сулфид и алуминиевият карбид са напълно хидролизирани:

Със сложни вещества:

с вода (след отстраняване на защитния оксиден филм, например чрез сливане или горещи алкални разтвори):

с алкали (с образуването на тетрахидроксоалуминати и други алуминати):

Лесно разтворим в солна и разредена сярна киселини:

При нагряване се разтваря в киселини - окислители, които образуват разтворими алуминиеви соли:

възстановява металите от техните оксиди (алуминотермия):

44. Алуминиеви съединения, техните амфотерни свойства

Електронната конфигурация на външното ниво на алуминия е … 3s23p1.

Във възбудено състояние един от s-електроните преминава към свободна клетка на p-подниво, това състояние съответства на валентност III и степен на окисление +3. Във външния електронен слой на алуминиевия атом има свободни d-поднива.

Най-важните природни съединения са алумосиликатите:

бяла глина Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O, фелдшпат K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2, слюда K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ H2O

От останалите естествени форми на разпространение на алуминия най-голямо значение имат бокситите А12Оз ∙ nН2О, корундовите минерали А12Оз и криолита А1Fз ∙3NaF.

Лек, сребристо-бял, пластичен метал, провежда добре електричество и топлина.

Във въздуха алуминият е покрит с най-тънкия (0,00001 mm), но много плътен оксиден филм, който предпазва метала от по-нататъшно окисляване и му придава матов вид.

Алуминиев оксид А12О3

Бяло твърдо вещество, неразтворимо във вода, точка на топене 2050°C.

Естественият A12O3 е минералът корунд. Прозрачни цветни кристали от корунд - червен рубин - съдържа примес на хром - и син сапфир - примес 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.

Химични свойства

Алуминиевият оксид проявява амфотерни свойства

1. взаимодействие с киселини

А12О3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. взаимодействие с алкали

А12О3 + 2NaOH – 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na

3. При нагряване на смес от оксида 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

2A1 + WO3 = A12Oz + W

4. взаимодействие със соли със силно алкална среда поради хидролиза

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

Алуминиев хидроксид A1(OH)3

Al(OH)3 е обемна бяла желатинова утайка, практически неразтворима във вода, но лесно разтворима в киселини и силни основи. Следователно има амфотеричен характер.

Алуминиевият хидроксид се получава чрез обменна реакция на разтворими алуминиеви соли с основи.

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓

Тази реакция може да се използва като качествена за йона Al3+

Химични свойства

1. взаимодействие с киселини

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

2. при взаимодействие със силни основи се образуват съответните алуминати:

NaOH + A1(OH)3 = Na

3. термично разлагане

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Алуминиевите соли се подлагат на катионна хидролиза, кисела среда (рН< 7)

Al3+ + H+OH- ↔ AlOH2+ + H+

Al(NO3)3 + H2O↔ AlOH(NO3)2 + HNO3

Разтворимите соли на алуминия и слабите киселини се подлагат на пълна (необратима хидролиза)

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

Алуминиев оксид Al2O3 - е част от някои антиациди (например Almagel), използвани за повишена киселинност на стомашния сок.

КAl(SO4)3 12H2О - калиева стипца се използва в медицината за лечение на кожни заболявания, като кръвоспиращо средство. Използва се и като танин в кожарската промишленост.

(CH3COO)3Al - течност на Буров - 8% разтвор на алуминиев ацетат има стягащо и противовъзпалително действие, във високи концентрации има умерени антисептични свойства. Използва се в разредена форма за изплакване, лосиони, при възпалителни заболявания на кожата и лигавиците.

AlCl3 - използва се като катализатор в органичния синтез.

Al2(SO4)3 18 H20 - използва се при пречистване на вода.

(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

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,

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

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?

Този лек метал със сребристо-бял нюанс се среща почти навсякъде в съвременния живот. Физичните и химичните свойства на алуминия позволяват широкото му използване в промишлеността. Най-известните находища са в Африка, Южна Америка, в Карибския регион. В Русия обектите за добив на боксит се намират в Урал. Световните лидери в производството на алуминий са Китай, Русия, Канада и САЩ.

Ал добив

В природата този сребрист метал, поради високата си химическа активност, се среща само под формата на съединения. Най-известните геоложки скали, съдържащи алуминий, са боксит, алуминиев оксид, корунд и фелдшпат. Бокситът и алуминият са от промишлено значение, именно находищата на тези руди правят възможно извличането на алуминий в чиста форма.

Имоти

Физическите свойства на алуминия улесняват изтеглянето на заготовки от този метал в тел и навиване на тънки листове. Този метал не е издръжлив, за да се увеличи този показател по време на топене, той се легира с различни добавки: мед, силиций, магнезий, манган, цинк. За промишлени цели е важно друго физическо свойство на алуминия - това е способността му бързо да се окислява във въздуха. Повърхността на алуминиев продукт в естествени условия обикновено е покрита с тънък оксиден филм, който ефективно защитава метала и предотвратява неговата корозия. Когато този филм се разруши, сребристият метал бързо се окислява, докато температурата му се повишава забележимо.

Вътрешната структура на алуминия

Физическите и химичните свойства на алуминия до голяма степен зависят от вътрешната му структура. Кристалната решетка на този елемент е вид куб с лицево центриране.

Този тип решетка е присъща на много метали, като мед, бром, сребро, злато, кобалт и други. Високата топлопроводимост и способността да провежда електричество направиха този метал един от най-търсените в света. Останалите физични свойства на алуминия, чиято таблица е представена по-долу, напълно разкриват неговите свойства и показват обхвата на тяхното приложение.

Легиране на алуминий

Физическите свойства на медта и алуминия са такива, че при добавяне на определено количество мед към алуминиева сплав, нейната кристална решетка се огъва и здравината на самата сплав се увеличава. Легирането на леки сплави се основава на това свойство на Al да повишава здравината и устойчивостта им към агресивни среди.

Обяснението на процеса на втвърдяване се крие в поведението на медните атоми в алуминиевата кристална решетка. Cu частиците са склонни да изпадат от Al кристалната решетка и се групират в нейните специални области.

Когато медните атоми образуват клъстери, се образува CuAl 2 смесен тип кристална решетка, в която сребърните метални частици са едновременно част както от общата алуминиева кристална решетка, така и от състава на CuAl 2 смесена решетка. Силите на вътрешните връзки в изкривената решетка са много по-големи от нормалните. Това означава, че силата на новообразуваното вещество е много по-висока.

Химични свойства

Известно е взаимодействието на алуминия с разредена сярна и солна киселина. При нагряване този метал се разтваря лесно в тях. Студена концентрирана или силно разредена азотна киселина не разтваря този елемент. Водните разтвори на алкали активно влияят на веществото, като по време на реакцията образуват алуминати - соли, които съдържат алуминиеви йони. Например:

Al 2 O 3 + 3H2O + 2NaOH \u003d 2Na

Полученото съединение се нарича натриев тетрахидроксоалуминат.

Тънък филм върху повърхността на алуминиевите продукти предпазва този метал не само от въздуха, но и от водата. Ако тази тънка бариера бъде премахната, елементът ще взаимодейства бурно с водата, освобождавайки водород от нея.

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

Полученото вещество се нарича алуминиев хидроксид.

AL (OH) 3 реагира с алкали, образувайки хидроксоалуминатни кристали:

Al(OH)2 +NaOH=2Na

Ако това химично уравнение се добави към предишното, получаваме формулата за разтваряне на елемент в алкален разтвор.

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

Изгаряне на алуминий

Физичните свойства на алуминия му позволяват да реагира с кислород. Ако прахът от това метално или алуминиево фолио се нагрее, той пламва и изгаря с ослепителен бял пламък. В края на реакцията се образува алуминиев оксид Al 2 O 3.

Алуминиев оксид

Полученият алуминиев оксид има геоложкото наименование алуминиев оксид. При естествени условия се среща под формата на корунд - твърди прозрачни кристали. Корундът има висока твърдост, индексът му е 9 по скалата за твърди частици. Самият корунд е безцветен, но различни примеси могат да го оцветят в червено и синьо, така се получават скъпоценни камъни, които в бижутата се наричат ​​рубини и сапфири.

Физичните свойства на алуминиевия оксид правят възможно отглеждането на тези скъпоценни камъни при изкуствени условия. Техническите скъпоценни камъни се използват не само за бижута, те се използват в прецизни инструменти, за изработка на часовници и други неща. Изкуствените рубинени кристали също се използват широко в лазерните устройства.

Дребнозърнест корунд с голямо количество примеси, отложен върху специална повърхност, е известен на всички като шмиргел. Физичните свойства на алуминиевия оксид обясняват високите абразивни свойства на корунда, както и неговата твърдост и устойчивост на триене.

алуминиев хидроксид

Al 2 (OH) 3 е типичен амфотерен хидроксид. В комбинация с киселина това вещество образува сол, съдържаща положително заредени алуминиеви йони; в алкали образува алуминати. Амфотерността на веществото се проявява във факта, че то може да се държи както като киселина, така и като алкали. Това съединение може да съществува както в желе, така и в твърда форма.

Той практически не се разтваря във вода, но реагира с повечето активни киселини и основи. Физичните свойства на алуминиевия хидроксид се използват в медицината, той е популярно и безопасно средство за намаляване на киселинността в организма, използва се при гастрит, дуоденит, язва. В индустрията Al 2 (OH) 3 се използва като адсорбент, той перфектно пречиства водата и утаява разтворените в нея вредни елементи.

Индустриална употреба

Алуминият е открит през 1825 г. Първоначално този метал се оценяваше над златото и среброто. Това се дължи на трудността при извличането му от рудата. Физичните свойства на алуминия и способността му бързо да образува защитен филм върху повърхността му затрудняват изучаването на този елемент. Едва в края на 19 век е открит удобен метод за топене на чист елемент, подходящ за използване в промишлен мащаб.

Лекотата и способността да се противопоставят на корозия са уникалните физически свойства на алуминия. Сплавите от този сребрист метал се използват в ракетната техника, в автомобилостроенето, корабостроенето, самолетите и инструментите, в производството на прибори и прибори.

Като чист метал, Al се използва в производството на части за химическо оборудване, електрически проводници и кондензатори. Физичните свойства на алуминия са такива, че електрическата му проводимост не е толкова висока, колкото тази на медта, но този недостатък се компенсира от лекотата на въпросния метал, което прави възможно да се направят алуминиевите проводници по-дебели. Така че, със същата електрическа проводимост, алуминиевият проводник тежи наполовина по-малко от медния проводник.

Също толкова важно е използването на Al в процеса на алуминиране. Това е името на реакцията на насищане на повърхността на чугунен или стоманен продукт с алуминий, за да се предпази основният метал от корозия при нагряване.

Понастоящем проучените запаси от алуминиеви руди са напълно съпоставими с нуждите на хората от този сребрист метал. Физическите свойства на алуминия могат да донесат много повече изненади за неговите изследователи, а обхватът на този метал е много по-широк, отколкото човек може да си представи.