Domov
Prívod studenej vody
Charakterizácia hliníka podľa jeho polohy v periodickom systéme. Štruktúra atómu hliníka

Charakterizácia hliníka podľa jeho polohy v periodickom systéme. Štruktúra atómu hliníka

>> Chémia: hliník

Štruktúra a vlastnosti atómov. Hliník Al je prvkom hlavnej podskupiny skupiny III periodickej tabuľky D. I. Mendelejeva. Atóm hliník obsahuje na vonkajšej energetickej úrovni tri elektróny, ktorých sa ľahko vzdáva pri chemických interakciách. Predchodca podskupiny a horný sused hliníka, bór, má menší atómový polomer (pre bór je to 0,080 nm, pre hliník je to 0,143 nm). Atóm hliníka má navyše jednu medziľahlú osemelektrónovú vrstvu (2e-; 8e-; Ze-), ktorá zabraňuje priťahovaniu vonkajších elektrónov k jadru. Preto sú redukčné vlastnosti atómov hliníka oveľa výraznejšie ako u atómov bóru, ktoré vykazujú nekovové vlastnosti.

Takmer vo všetkých svojich zlúčeninách má hliník oxidačný stav +3.

hliník je jednoduchá látka. Strieborno biely ľahký kov. Topí sa pri 660 °C. Je veľmi plastický, ľahko sa vtiahne do drôtu a zroluje do fólie hrúbky 0,01 mm. Má veľmi vysokú elektrickú a tepelnú vodivosť. S inými kovmi tvorí ľahké a pevné zliatiny.

Akú chemickú reakciu použil jej autor N. Nosov ako základ pre príbeh „Bengálske svetlá“?

Na akých fyzikálnych a chemických vlastnostiach je založené technologické využitie hliníka a jeho zliatin?

Napíšte v iónovej forme rovnice reakcií medzi roztokmi síranu hlinitého a hydroxidu draselného s nedostatkom a nadbytkom hydroxidu draselného.

Napíšte reakčné rovnice pre tieto transformácie: Al -> AlCl3 -> Al(0H)3 -> Al2O3 -> NaAl02 -> Al2(SO4)3 -> Al(OH)3 -> AlCl3 -> NaAlO2

Reakcie zahŕňajúce elektrolyty, píšte v iónovej forme. Zvážte prvú reakciu ako redoxný proces.

Obsah lekcie zhrnutie lekcie podpora rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Cvičte úlohy a cvičenia sebaskúšanie workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, schémy humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky čipy pre zvedavých cheat sheets učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici prvky inovácie v lekcii nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok metodické odporúčania programu diskusie Integrované lekcie

Charakteristika hliníka

priemysel kvality hliníka

Hliník je najbežnejším kovom v zemskej kôre. Jeho obsah sa odhaduje na 7,45 % (viac ako u železa, čo je len 4,2 %). Hliník ako prvok bol objavený nedávno, v roku 1825, kedy boli získané prvé malé hrudky tohto kovu. Začiatok jeho priemyselného rozvoja sa datuje koncom minulého storočia. Impulzom k tomu bol vývoj v roku 1886 spôsobu jeho výroby elektrolýzou oxidu hlinitého rozpusteného v kryolite. Princíp metódy je základom modernej priemyselnej ťažby hliníka z oxidu hlinitého vo všetkých krajinách sveta.

Na pohľad je hliník lesklý, striebristo biely kov. Na vzduchu rýchlo oxiduje a pokryje sa tenkým bielym matným filmom AlO. Táto fólia má vysoké ochranné vlastnosti, preto je hliník pokrytý takouto fóliou odolný voči korózii.

Hliník sa ľahko zničí roztokmi žieravých zásad, kyseliny chlorovodíkovej a sírovej. V koncentrovanej kyseline dusičnej a organických kyselinách má vysokú odolnosť.

Najcharakteristickejšími fyzikálnymi vlastnosťami hliníka sú jeho nízka relatívna hustota 2,7, ako aj relatívne vysoká tepelná a elektrická vodivosť. Pri 0C sa elektrická vodivosť hliníka, t.j. elektrická vodivosť hliníkového drôtu s prierezom 1 mm a dĺžkou 1 m je 37 1 ohm.

Odolnosť voči korózii a najmä elektrická vodivosť hliníka je tým vyššia, čím je čistejšia, tým menej nečistôt obsahuje.

Teplota topenia hliníka je nízka, je približne 660C. Jeho latentné teplo topenia je však veľmi veľké - asi 100 cal g, preto je na roztavenie hliníka potrebné veľké množstvo tepla ako na roztavenie rovnakého množstva, napríklad žiaruvzdornej medi, ktorá má teplotu topenia 1083 C, latentné teplo topenia 43 cal g.

Mechanické vlastnosti hliníka sa vyznačujú vysokou ťažnosťou a nízkou pevnosťou. Valcovaný a žíhaný hliník má = 10 kg mm a tvrdosť HB25, = 80 % a = 35 %.

Kryštálová mriežka hliníka je plošne centrovaná kocka s parametrom (veľkosť strany) 4,04 pri 20 C. Hliník nemá žiadne alotropické premeny.

V prírode sa hliník nachádza vo forme hliníkových rúd: bauxitov, nefelínov, alunitov a kaolínov. Najdôležitejšou rudou, na ktorej je založená väčšina svetového hliníkového priemyslu, je bauxit.

Získavanie hliníka z rúd pozostáva z dvoch po sebe nasledujúcich etáp – najprv sa vyrobí oxid hlinitý (AlO) a následne sa z neho získa hliník.

V súčasnosti známe spôsoby výroby oxidu hlinitého možno rozdeliť do troch skupín: alkalické, kyslé a elektrotermické. Najpoužívanejšie alkalické metódy.

V niektorých druhoch alkalických metód sa bauxit, dehydratovaný pri 1000 C, melie v guľových mlynoch, zmiešava sa v určitých pomeroch s kriedou a sódou a spekaním sa získa vo vode rozpustný tuhý hlinitan sodný.

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

Spekaná hmota sa rozdrví a vylúhuje vodou, pričom hlinitan sodný prechádza do roztoku.

V iných variantoch alkalickej metódy sa oxid hlinitý obsiahnutý v bauxite viaže na hlinitan sodný priamym spracovaním rudy s alkáliami. V tomto prípade sa okamžite získa roztok hlinitanu vo vode.

V oboch prípadoch tvorba vodného roztoku hlinitanu sodného vedie k jeho oddeleniu od nerozpustných zložiek rudy, ktorými sú najmä oxidy a hydroxidy kremíka, železa a titánu. Oddelenie roztoku od nerozpustnej zrazeniny, nazývanej červené bahno, sa vykonáva v usadzovacích nádržiach.

Do výsledného roztoku sa pri teplote 125 C a tlaku 5 hodín ráno pridáva vápno, čo vedie k desilikónizácii - vyzráža sa CaSiO za vzniku bieleho kalu. Na roztok vyčistený od kremíka sa po oddelení od bieleho kalu pôsobí oxidom uhličitým pri 60-80 °C, v dôsledku čoho sa vyzráža kryštalický hydrát oxidu hlinitého:

AlONaO + 3H20 + CO = 2Al(OH) + NaCO.

Premyje sa, suší a kalcinuje. Kalcinácia vedie k tvorbe oxidu hlinitého:

2Al(OH) = AlO + 3H20.

Opísaná metóda poskytuje pomerne úplnú extrakciu oxidu hlinitého z bauxitu - asi 80%.

Získavanie kovového hliníka z oxidu hlinitého spočíva v jeho elektrolytickom rozklade na jednotlivé zložky - na hliník a kyslík. Elektrolytom v tomto procese je roztok oxidu hlinitého v kryolite (AlF 3NaF). Kryolit, ktorý má schopnosť rozpúšťať oxid hlinitý, súčasne znižuje jeho teplotu topenia. Oxid hlinitý sa topí pri teplote asi 2000 °C a teplota topenia roztoku pozostávajúceho napríklad z 85 % kryolitu a 15 % oxidu hlinitého je 935 °C.

Schéma elektrolýzy oxidu hlinitého je pomerne jednoduchá, ale technologicky je tento proces zložitý a vyžaduje veľké množstvo elektriny.

Na dne vane s dobrou tepelnou izoláciou 1 a uhlíkovou výplňou 2 sú umiestnené katódové pneumatiky 3, pripojené na záporný pól zdroja elektrického prúdu. Elektródy 5 sú pripevnené k anódovej zbernici 4. Pred začiatkom elektrolýzy sa na dno kúpeľa naleje tenká vrstva koksu, elektródy sa spúšťajú, kým sa s ním nedostanú do kontaktu, a zapne sa prúd. Keď sa uhlíková náplň zahrieva, postupne sa zavádza kryolit. Keď je hrúbka vrstvy roztaveného kryolitu 200 až 300 mm, oxid hlinitý sa naplní v pomere 15 % k množstvu kryolitu. Proces prebieha pri 950-1000 C.

Pôsobením elektrického prúdu oxid hlinitý rozkladá hliník a kyslík. Kvapalný hliník 6 sa hromadí na uhoľnom dne (spodok uhoľného kúpeľa), ktoré je katódou, a kyslík sa spája s uhlíkom anód a postupne ich spaľuje. Kryolit sa spotrebúva nevýznamne. Periodicky sa pridáva oxid hlinitý, elektródy sa postupne spúšťajú nadol, aby sa kompenzovala spálená časť, a nahromadený tekutý hliník sa v určitých intervaloch uvoľňuje do panvy 8.

Pri elektrolýze sa na 1 tonu hliníka spotrebujú asi 2 tony oxidu hlinitého, 0,6 tony uhlíkových elektród slúžiacich ako anódy, 0,1 tony kryolitu a od 17 000 do 18 000 kWh elektriny.

Surový hliník získaný elektrolýzou oxidu hlinitého obsahuje kovové nečistoty (železo, kremík, titán a sodík), rozpustené plyny, z ktorých hlavným je vodík, a nekovové inklúzie, ktorými sú častice oxidu hlinitého, uhlia a kryolitu. V tomto stave je nevhodný na použitie, nakoľko má nízke vlastnosti, preto ho treba vyšľachtiť. Nekovové a plynné nečistoty sa odstraňujú pretavením a prečistením kovu chlórom. Kovové nečistoty je možné odstrániť iba zložitými elektrolytickými metódami.

Po rafinácii sa získajú komerčné druhy hliníka.

Čistota hliníka je rozhodujúcim ukazovateľom, ktorý ovplyvňuje všetky jeho vlastnosti, preto je chemické zloženie základom klasifikácie hliníka.

Železo a kremík sú nevyhnutné nečistoty z výroby hliníka. Oba sú v hliníku škodlivé. Železo sa v hliníku nerozpúšťa, ale tvorí s ním krehké chemické zlúčeniny FeAl a Fe2Al. Hliník tvorí eutektickú mechanickú zmes s kremíkom s 11,7 % Si. Keďže rozpustnosť kremíka pri izbovej teplote je veľmi nízka (0,05 %), aj pri malom množstve kremíka vytvára eutektikum Fe + Si a inklúzie veľmi tvrdých (HB 800) krehkých kryštálov kremíka, ktoré znižujú ťažnosť hliníka. . Pri spoločnej prítomnosti kremíka a železa vzniká ternárna chemická zlúčenina a ternárne eutektikum, ktoré tiež znižujú plasticitu.

Kontrolované nečistoty v hliníku sú železo, kremík, meď a titán.

Hliník všetkých akostí obsahuje viac ako 99 % Al. Kvantitatívne prekročenie tejto hodnoty v stotinách alebo desatinách percenta je uvedené v názve značky za začiatočným písmenom A. Značka A85 teda obsahuje 99,85 % Al. Výnimkou z tohto princípu označovania sú triedy A AE, v ktorých je obsah hliníka rovnaký ako v stupňoch A0 a A5, ale s iným pomerom nečistôt železa a kremíka zahrnutých v zložení.

Písmeno E v značke AE znamená, že hliník tejto značky je určený na výrobu elektrických vodičov. Ďalšou požiadavkou na vlastnosti hliníka je nízky elektrický odpor, ktorý by pre drôt vyrobený z neho nemal byť väčší ako 0,0280 ohm mm m pri 20 ° C.

Hliník sa používa na výrobu výrobkov a zliatin na jeho základe, ktorých vlastnosti vyžadujú vysoký stupeň čistoty.

V závislosti od účelu sa hliník môže vyrábať v rôznych formách. Hliník všetkých akostí (vysoká a technická čistota), určený na pretavenie, sa odlieva vo forme ingotov s hmotnosťou 5; 15 a 1000 kg. Ich limitné hodnoty sú nasledovné: výška od 60 do 600 mm, šírka od 93 do 800 mm a dĺžka od 415 do 1000 mm.

Ak je hliník určený na valcovanie plechov a pásov, potom sa ploché ingoty sedemnástich veľkostí odlievajú kontinuálnou alebo polokontinuálnou metódou. Ich hrúbka sa pohybuje od 140 do 400 mm, šírka - od 560 do 2025 mm a hmotnosť 1 m dĺžky ingotu - od 210 do 2190 kg. Dĺžka ingotu je dohodnutá so zákazníkom.

Hlavným typom kontroly hliníka v ingotoch aj v plochých ingotoch je overenie chemického zloženia a jeho súladu so značkovým. Na ingoty a ingoty určené na tlakové spracovanie sa vzťahujú ďalšie požiadavky, ako je absencia škrupín, plynových bublín, trhlín, trosky a iných cudzích inklúzií.

Na dezoxidáciu ocele pri jej tavení, ako aj na výrobu ferozliatin a na aluminotermiu možno použiť lacnejší hliník nižšej čistoty, ako je uvedené v tabuľke „Čistota hliníka rôznych stupňov“. Na tento účel priemysel vyrába šesť druhov hliníka v ingotoch s hmotnosťou od 3 do 16,5 kg, ktoré obsahujú od 98,0 do 87,0 % Al. Obsah železa v nich dosahuje 2,5% a kremíka a medi až 5%.

Použitie hliníka je spôsobené zvláštnosťou jeho vlastností. Kombinácia ľahkosti s dostatočne vysokou elektrickou vodivosťou umožňuje použiť hliník ako vodič elektrického prúdu a nahradiť ho drahšou meďou. Rozdiel v elektrickej vodivosti medi (631 ohmov) a hliníka (371 ohmov) je kompenzovaný zväčšením prierezu hliníkového drôtu. Malá hmotnosť hliníkových drôtov umožňuje vykonávať ich zavesenie s oveľa väčšou vzdialenosťou medzi podperami ako v prípade medených drôtov, bez obáv z pretrhnutia drôtu pod vplyvom vlastnej hmotnosti. Vyrábajú sa z neho aj káble, pneumatiky, kondenzátory, usmerňovače. Vysoká odolnosť hliníka voči korózii z neho robí v niektorých prípadoch nenahraditeľný materiál v chemickom inžinierstve, napríklad na výrobu zariadení používaných pri výrobe, skladovaní a preprave kyseliny dusičnej a jej derivátov.

Je tiež široko používaný v potravinárskom priemysle - vyrába sa z neho celý rad náčinia na varenie. V tomto prípade sa využíva nielen jeho odolnosť voči organickým kyselinám, ale aj vysoká tepelná vodivosť.

Vysoká ťažnosť umožňuje zvinúť hliník do fólie, ktorá teraz úplne nahradila drahšiu cínovú fóliu používanú predtým. Fólia slúži ako obal pre širokú škálu potravinárskych výrobkov: čaj, čokoláda, tabak, syr atď.

Hliník sa používa rovnakým spôsobom ako antikorózny náter iných kovov a zliatin. Môže sa aplikovať obkladom, difúznym pokovovaním a inými metódami vrátane natierania hliníka farbami a lakmi. Rozšírené je najmä hliníkové opláštenie plochých valcovaných výrobkov z menej odolných hliníkových zliatin.

Chemická aktivita hliníka vzhľadom na kyslík sa využíva na dezoxidáciu pri výrobe polotichej a pokojnej ocele a na výrobu ťažko obnoviteľných kovov vytláčaním hliníka z ich kyslíkatých zlúčenín.

Hliník sa používa ako legovací prvok v rôznych oceliach a zliatinách. Dodáva im špecifické vlastnosti. Napríklad zvyšuje tepelnú odolnosť zliatin na báze železa, medi, titánu a niektorých ďalších kovov.

Môžete vymenovať ďalšie oblasti použitia hliníka rôzneho stupňa čistoty, ale najväčšie množstvo sa vynakladá na získanie rôznych ľahkých zliatin na jeho základe. Podrobnosti o hlavných sú uvedené nižšie.

Vo všeobecnosti sa využitie hliníka v rôznych odvetviach hospodárstva na príklade vyspelých kapitalistických krajín odhaduje nasledujúcimi číslami: dopravné strojárstvo 20-23 % (vrátane automobilového priemyslu 15 %), stavebníctvo 17-18 %, elektrotechnika 10-12%, výroba obalových materiálov 9-10%, výroba predmetov dlhodobej spotreby 9-10%, všeobecné strojárstvo 8-10%.

Hliník si aj napriek konkurencii iných materiálov a najmä plastov získava čoraz viac nových oblastí použitia.

Hlavné priemyselné rudy obsahujúce hliník sú bauxit, nefelín, alunit a kaolín.

Kvalita týchto rúd sa hodnotí podľa obsahu oxidu hlinitého Al O, ktorý obsahuje 53 % Al. Z ďalších ukazovateľov kvality hliníkových rúd je najdôležitejšie zloženie nečistôt, ktorých škodlivosť a užitočnosť je daná použitím rudy.

Bauxit je najlepšia a hlavná svetová surovina na výrobu hliníka. Používa sa tiež na výrobu umelého korundu, vysoko žiaruvzdorných výrobkov a na iné účely. Podľa chemického zloženia je táto sedimentárna hornina zmesou hydrátov oxidu hlinitého AlO nH2O s oxidmi železa, kremíka, titánu a ďalších prvkov. Najbežnejšie hydráty oxidu hlinitého, ktoré tvoria bauxity, sú minerály diaspóra, boehmit a hydrargellit. Obsah oxidu hlinitého v bauxite aj v jednom ložisku kolíše vo veľmi širokom rozmedzí, od 35 do 70 %.

Minerály obsiahnuté v zložení bauxitu tvoria veľmi riedku zmes, čo sťažuje obohacovanie. V priemysle sa používa hlavne surová ruda. Proces získavania hliníka z rudy je zložitý, energeticky veľmi náročný a pozostáva z dvoch fáz: najprv sa extrahuje oxid hlinitý a potom sa z neho získava hliník.

Predmetom svetového obchodu je tak samotný bauxit, ako aj z neho ťažený oxid hlinitý alebo iné rudy.

Na území SNŠ sú ložiská bauxitu rozmiestnené nerovnomerne a kvalita bauxitu z rôznych ložísk je nerovnaká. Ložiská najkvalitnejších bauxitov sa nachádzajú na Urale. Veľké zásoby bauxitu sú aj v európskej časti SNŠ a v západnom Kazachstane.

Z priemyselne vyspelých krajín je dnes prakticky zabezpečené len Francúzsko, kde sa prvýkrát začal jeho rozvoj. Jeho spoľahlivé a pravdepodobné zásoby sa v tejto skupine štátov v roku 1975 odhadovali na 4,8 miliardy ton (vrátane 4,6 miliardy ton v Austrálii), kým v rozvojových krajinách na 12,5 miliardy ton, najmä v Afrike a Latinskej Amerike (najbohatšie sú Guinea, Kamerun, Brazília, Jamajka).

V povojnovom období sa prudko rozšíril okruh krajín, kde sa ťaží bauxit a vyrába primárny hliník. V roku 1950 sa bauxit ťažil len v 11 krajinách, nepočítajúc ZSSR, vrátane troch nad 1 milión ton (Suriname, Guyana, USA) a štyroch viac ako 0,1 milióna ton (Francúzsko, Indonézia, Taliansko, Ghana). Do roku 1977 sa objem výroby zvýšil 12-krát a jeho geografia sa dramaticky zmenila (viac ako polovica produkcie kapitalistického sveta pochádzala z rozvojových krajín).

Na rozdiel od rozvojových krajín, Austrália bohatá na palivo spracováva väčšinu vyťaženého bauxitu (hlavne na polostrove York, najväčšie ložisko bauxitu na svete) na oxid hlinitý, ktorý zohráva rozhodujúcu úlohu v jej svetovom exporte. Nie je to pre ňu príklad, karibské a západoafrické krajiny vyvážajú najmä bauxit. To má vplyv na politické dôvody (svetové hliníkové monopoly preferujú výrobu oxidu hlinitého mimo závislých krajín ťažiacich bauxit), ako aj na čisto ekonomické: bauxity sú na rozdiel od rúd ťažkých neželezných kovov prepraviteľné (obsahujú 35-65 % oxidu hlinitého ) a výroba oxidu hlinitého si vyžaduje značné špecifické náklady, ktoré veľká väčšina krajín produkujúcich bauxit nemá.

V snahe odolať diktátu svetových hliníkových monopolov vytvorili krajiny vyvážajúce bauxit v roku 1973 organizáciu „International Association of Bauxite Mining Countries“ (IABS). Patrila sem Austrália, Guinea, Guyana, Jamajka a Juhoslávia; neskôr sa pripojila Dominikánska republika, Haiti, Ghana, Sierra Leone, Surinam a pozorovateľskými krajinami sa stali Grécko a India. V roku vzniku tvorili tieto štáty približne 85 % ťažby bauxitu v nesocialistických štátoch.

Pre priemysel výroby hliníka je charakteristická teritoriálna medzera medzi ťažbou bauxitu a výrobou oxidu hlinitého, ako aj medzi ťažbou bauxitu a tavením primárneho hliníka. Najväčšia produkcia oxidu hlinitého (až 1-1,3 milióna ton ročne) je lokalizovaná jednak v hutách hliníka (napríklad v kanadskom závode v Arvida v Quebecu, ktorý zaberá 0,4 milióna ton hliníka ročne z hľadiska výrobnej kapacity), ako aj v prístavoch vyvážajúcich bauxit (napríklad Paranam v Suriname), ako aj na trasách bauxitu z druhého do prvého - napríklad v USA na pobreží Mexického zálivu (Corpus Christi, Point Comfort).

U nás sú všetky ťažené bauxity rozdelené do desiatich tried. Hlavný rozdiel medzi bauxitmi rôznych akostí je v tom, že obsahujú rôzne množstvá hlavnej extrahovateľnej zložky, oxidu hlinitého, a majú rôzne hodnoty modulu kremíka, t.j. rozdielny obsah oxidu hlinitého k obsahu kremičitých nečistôt škodlivých v bauxitoch (AlO SiO). Modul kremíka je veľmi dôležitým ukazovateľom kvality bauxitov, od ktorého do značnej miery závisí ich aplikácia a technológia spracovania.

Obsah vlhkosti v bauxitoch akejkoľvek kvality sa stanovuje v závislosti od ich ložiska: najnižší obsah vlhkosti (nie viac ako 7 %) je stanovený pre bauxity z ložísk južného Uralu a pre ložiská Severný Ural, Kamensk-Ural a Tikhvin. , nie viac ako 12, 16 a 22 %. Ukazovateľ vlhkosti nie je znakom odmietnutia a slúži len na vyrovnanie sa so spotrebiteľom.

Bauxit sa dodáva v kusoch nie väčších ako 500 mm. Voľne sa prepravuje na plošinách alebo v gondolách.

Vlastnosti 13 Al.

Atómová hmotnosť

26,98

clarke, at.%

(rozšírenosť v prírode)

5,5

Elektronická konfigurácia*

Stav agregácie

(dobre.).

pevný

0,143

Farba

strieborná biela

0,057

695

Ionizačná energia

5,98

2447

Relatívna elektronegativita

1,5

Hustota

2,698

Možné oxidačné stavy

1, +2,+3

Štandardný elektródový potenciál

1,69

*Uvádza sa konfigurácia vonkajších elektronických úrovní atómu prvku. Konfigurácia zostávajúcich elektronických úrovní sa zhoduje s konfiguráciou pre vzácny plyn, ktorá dokončila predchádzajúce obdobie a je uvedená v zátvorkách.

hliník- hlavný predstaviteľ kovov hlavnej podskupiny III. skupiny periodickej sústavy. Vlastnosti jeho analógov - gálium, India a tálium - v mnohých ohľadoch pripomínajú vlastnosti hliníka, pretože všetky tieto prvky majú rovnakú elektronickú konfiguráciu vonkajšej úrovne ns 2 np 1 a preto všetky vykazujú oxidačný stav 3+.

fyzikálne vlastnosti. Hliník je strieborno biely kov s vysoká tepelná a elektrická vodivosť. Kovový povrch je pokrytý tenkým, ale veľmi pevným filmom oxidu hlinitého Al 2 Oz.

Chemické vlastnosti. Hliník je veľmi aktívny, ak na ňom nie je ochranný film Al 2 Oz. Tento film zabraňuje interakcii hliníka s vodou. Ak sa ochranný film odstráni chemicky (napríklad alkalickým roztokom), kov začne intenzívne interagovať s vodou a uvoľňuje vodík:

Hliník vo forme hoblín alebo prášku jasne horí na vzduchu a uvoľňuje veľké množstvo energie:

Táto vlastnosť hliníka sa široko používa na získanie rôznych kovov z ich oxidov redukciou hliníkom. Metóda sa volá aluminotermia . Aluminotermou možno produkovať len tie kovy, v ktorých je teplo tvorby oxidov menšie ako teplo tvorby Al 2 Oz, napríklad:

Pri zahrievaní hliník reaguje s halogénmi sírou, dusíkom a uhlíkom, pričom vzniká, resp. halogenidy:

Sulfid hlinitý a karbid hlinitý sú úplne hydrolyzované za vzniku hydroxidu hlinitého, a teda sírovodíka a metánu.

Hliník je ľahko rozpustný v kyseline chlorovodíkovej akejkoľvek koncentrácie:

Koncentrované kyseliny sírová a dusičná za studena na hliník nepôsobia (pasivujú). o kúrenie hliník je schopný redukovať tieto kyseliny bez vývoja vodíka:

AT zriedený kyselina sírová rozpúšťa hliník za uvoľnenia vodíka:

AT zriedený kyselina dusičná, reakcia pokračuje uvoľňovaním oxidu dusnatého (II):

Hliník sa rozpúšťa v roztokoch zásad a uhličitanov alkalických kovov za vzniku tetrahydroxoalumináty:

Oxid hlinitý. Al 2 O 3 má 9 kryštalických modifikácií. Najbežnejšie a je modifikácia. Je chemicky najviac inertný, na jeho základe sa pestujú monokryštály rôznych kameňov pre využitie v klenotníckom priemysle a technike.

V laboratóriu sa oxid hlinitý získava spaľovaním hliníkového prášku v kyslíku alebo kalcináciou jeho hydroxidu:

oxid hlinitý amfotérny môže reagovať nielen s kyselinami, ale aj s alkáliami, ako aj pri fúzii s uhličitanmi alkalických kovov, pričom dáva metahlinitany:

a so soľami kyselín:

hydroxid hlinitý- biela želatínová látka, prakticky nerozpustná vo vode, vlastniaca amfotérny vlastnosti. Hydroxid hlinitý možno získať pôsobením alkálií alebo hydroxidu amónneho na soli hliníka. V prvom prípade sa treba vyhnúť prebytku alkálií, pretože inak sa hydroxid hlinitý rozpustí za vzniku komplexu tetrahydroxoalumináty[Al(OH)4]" :

V skutočnosti v poslednej reakcii tetrahydroxodiquaaluminátové ióny Na písanie reakcií sa však zvyčajne používa zjednodušená forma [Al(OH) 4 ]. Pri slabom okyslení sa tetrahydroxoalumináty ničia:

hliníkové soli. Takmer všetky soli hliníka možno získať z hydroxidu hlinitého. Takmer všetky soli hliníka a silné kyseliny sú vysoko rozpustné vo vode a sú vysoko hydrolyzované.

Halogenidy hliníka sú vysoko rozpustné vo vode a vo svojej štruktúre sú dimérmi:

2AlCl3 є Al2Cl6

Síran hlinitý sa ľahko hydrolyzuje, rovnako ako všetky jeho soli:

Kamenec draselno-hlinitý je tiež známy: KAl(S04) 2H 12H20.

octanu hlinitého Al(CH3COO)3 používa sa v medicíne ako pleťová voda.

Aluminosilikáty. V prírode sa hliník vyskytuje vo forme zlúčenín s kyslíkom a kremíkom – hlinitokremičitany. Ich všeobecný vzorec je: (Na, K)2Al2Si208-nefelín.

Prírodné zlúčeniny hliníka sú tiež: Al203- korund, oxid hlinitý; a zlúčeniny všeobecného vzorca Al203H nH20 a Al(OH)3H nH20- bauxity.

Potvrdenie. Hliník sa získava elektrolýzou taveniny Al 2 O 3 .

(Al), gálium (Ga), indium (In) a tálium (Tl).

Ako je zrejmé z uvedených údajov, všetky tieto prvky boli otvorené v r XIX storočia.

Objav kovov hlavnej podskupiny III skupiny

AT

Al

Ga

In

Tl

1806

1825

1875

1863

1861

G. Lussac,

G. H. Oersted

L. de Boisbaudran

F. Reich,

W. Crooks

L. Tenard

(Dánsko)

(Francúzsko)

I. Richter

(Anglicko)

(Francúzsko)

(Nemecko)

Bór je nekov. Hliník je prechodný kov, zatiaľ čo gálium, indium a tálium sú plné kovy. So zväčšovaním atómových polomerov prvkov každej skupiny periodického systému sa teda zvyšujú kovové vlastnosti jednoduchých látok.

V tejto prednáške sa bližšie pozrieme na vlastnosti hliníka.

1. Postavenie hliníka v tabuľke D. I. Mendelejeva. Štruktúra atómu, znázornené oxidačné stavy.

Hliníkový prvok je umiestnený v III skupina, hlavná "A" podskupina, 3. perióda periodickej sústavy, poradové číslo č.13, relatívna atómová hmotnosť Ar (Al ) = 27. Jeho susedom vľavo v tabuľke je horčík, typický kov, a vpravo kremík, ktorý už nie je kovom. Preto hliník musí vykazovať vlastnosti určitej strednej povahy a jeho zlúčeniny sú amfotérne.

Al +13) 2) 8) 3, p je prvok,

Základný stav

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

vzrušený stav

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

Hliník vykazuje oxidačný stav +3 v zlúčeninách:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fyzikálne vlastnosti

Voľný hliník je strieborno-biely kov s vysokou tepelnou a elektrickou vodivosťou.Teplota topenia je 650 ° C. Hliník má nízku hustotu (2,7 g / cm 3) - asi trikrát menšiu ako železo alebo meď, a zároveň je to odolný kov.

3. Byť v prírode

Z hľadiska prevalencie v prírode obsadzuje 1. medzi kovmi a 3. medzi prvkami na druhom mieste po kyslíku a kremíku. Percento obsahu hliníka v zemskej kôre sa podľa rôznych výskumníkov pohybuje od 7,45 do 8,14 % hmotnosti zemskej kôry.

V prírode sa hliník vyskytuje iba v zlúčeninách (minerály).

Niektorí z nich:

· Bauxity - Al 2 O 3 H 2 O (s nečistotami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefelíny - KNa 3 4

· Alunity - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Alumina (zmesi kaolínov s pieskom SiO 2, vápenec CaCO 3, magnezit MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Živec (ortoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaolinit - Al203 x 2Si02 x 2H20

· Alunite - (Na,K)2S04 × Al2 (SO4) 3 × 4Al (OH) 3

· Beryl - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Bauxit

Al203

korund

Ruby

Zafírový

4. Chemické vlastnosti hliníka a jeho zlúčenín

Hliník za normálnych podmienok ľahko interaguje s kyslíkom a je pokrytý oxidovým filmom (dodáva matný vzhľad).

UKÁŽKA OXIDOVÉHO FÓLIU

Jeho hrúbka je 0,00001 mm, no hliník vďaka nemu nekoroduje. Na štúdium chemických vlastností hliníka sa odstráni oxidový film. (Pomocou brúsneho papiera alebo chemicky: najprv spustením do alkalického roztoku, aby sa odstránil oxidový film, a potom do roztoku ortuťových solí, aby sa vytvorila zliatina hliníka a ortuti - amalgám).

ja. Interakcia s jednoduchými látkami

Hliník už pri izbovej teplote aktívne reaguje so všetkými halogénmi a vytvára halogenidy. Pri zahrievaní interaguje so sírou (200 °C), dusíkom (800 °C), fosforom (500 °C) a uhlíkom (2000 °C), s jódom v prítomnosti katalyzátora – vody:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (sulfid hlinitý),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (nitrid hliníka),

Al + P = Al P (fosfid hlinitý),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (karbid hliníka).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (jodid hlinitý) SKÚSENOSŤ

Všetky tieto zlúčeniny sú úplne hydrolyzované za vzniku hydroxidu hlinitého, a teda sírovodíka, amoniaku, fosfínu a metánu:

Al2S3 + 6H20 \u003d 2Al (OH)3 + 3H2S

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

Vo forme hoblín alebo prášku jasne horí na vzduchu a uvoľňuje veľké množstvo tepla:

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

SPAĽOVANIE HLINÍKA VO VZDUCHU

SKÚSENOSŤ

II. Interakcia s komplexnými látkami

Interakcia s vodou :

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

bez oxidového filmu

SKÚSENOSŤ

Interakcia s oxidmi kovov:

Hliník je dobré redukčné činidlo, pretože je jedným z aktívnych kovov. Je v rade aktivít hneď po kovoch alkalických zemín. Preto obnovuje kovy z ich oxidov . Takáto reakcia – aluminotermia – sa využíva na získanie čistých vzácnych kovov, ako je volfrám, vanád atď.

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

Termitová zmes Fe 3 O 4 a Al (prášok) sa používa aj pri termitovom zváraní.

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

Interakcia s kyselinami :

S roztokom kyseliny sírovej: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

Nereaguje so studenými koncentrovanými sírovými a dusíkatými (pasiváty). Preto sa kyselina dusičná prepravuje v hliníkových nádržiach. Pri zahrievaní je hliník schopný redukovať tieto kyseliny bez uvoľňovania vodíka:

2Al + 6H2S04 (konc) \u003d Al2(S04)3 + 3 S02 + 6H20,

Al + 6H N03 (konc) \u003d Al (N03)3 + 3 N02 + 3H20.

Interakcia s alkáliami .

2 Al + 2 NaOH + 6 H20 \u003d 2 Na [ Al(OH)4 ] +3H2

SKÚSENOSŤ

Na[ALEl(OH) 4] – tetrahydroxoaluminát sodný

Na návrh chemika Gorbova sa počas rusko-japonskej vojny táto reakcia použila na výrobu vodíka pre balóny.

So soľnými roztokmi:

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

Ak sa povrch hliníka potrie ortuťovou soľou, dôjde k nasledujúcej reakcii:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 hg

Uvoľnená ortuť rozpúšťa hliník a vytvára amalgám .

Detekcia hliníkových iónov v roztokoch : SKÚSENOSŤ


5. Aplikácia hliníka a jeho zlúčenín

Fyzikálne a chemické vlastnosti hliníka viedli k jeho širokému použitiu v technológii. Letecký priemysel je hlavným spotrebiteľom hliníka.: 2/3 lietadla je vyrobené z hliníka a jeho zliatin. Lietadlo vyrobené z ocele by bolo príliš ťažké a mohlo by prepraviť oveľa menej cestujúcich. Preto sa hliník nazýva okrídlený kov. Káble a vodiče sú vyrobené z hliníka: pri rovnakej elektrickej vodivosti je ich hmotnosť 2-krát menšia ako u zodpovedajúcich medených produktov.

Vzhľadom na odolnosť hliníka proti korózii je to výroba častí prístrojov a nádob na kyselinu dusičnú. Hliníkový prášok je základom na výrobu striebornej farby na ochranu železných výrobkov pred koróziou, ako aj na odrážanie tepelných lúčov, takáto farba sa používa na zakrytie zariadení na skladovanie ropy a hasičských oblekov.

Oxid hlinitý sa používa na výrobu hliníka a tiež ako žiaruvzdorný materiál.

Hydroxid hlinitý je hlavnou zložkou známych liekov Maalox, Almagel, ktoré znižujú kyslosť žalúdočnej šťavy.

Soli hliníka sú silne hydrolyzované. Táto vlastnosť sa využíva v procese čistenia vody. Síran hlinitý a malé množstvo haseného vápna sa pridávajú do vody, ktorá sa má čistiť, aby sa neutralizovala výsledná kyselina. V dôsledku toho sa uvoľňuje objemová zrazenina hydroxidu hlinitého, ktorá pri usadzovaní berie so sebou suspendované častice zákalu a baktérií.

Síran hlinitý je teda koagulant.

6. Získanie hliníka

1) Moderný, nákladovo efektívny spôsob výroby hliníka vynašli Američan Hall a Francúz Héroux v roku 1886. Spočíva v elektrolýze roztoku oxidu hlinitého v roztavenom kryolite. Roztavený kryolit Na 3 AlF 6 rozpúšťa Al 2 O 3 tak, ako voda rozpúšťa cukor. Elektrolýza „roztoku“ oxidu hlinitého v roztavenom kryolite prebieha tak, ako keby kryolit bol iba rozpúšťadlom a oxid hlinitý bol elektrolyt.

2Al 2 O 3 elektrický prúd → 4Al + 3O 2

V anglickej encyklopédii pre chlapcov a dievčatá sa článok o hliníku začína slovami: „23. februára 1886 sa v dejinách civilizácie začal nový vek kovov – vek hliníka. V tento deň sa Charles Hall, 22-ročný chemik, objavil vo svojom prvom učiteľskom laboratóriu s tuctom malých guľôčok striebristo-bieleho hliníka v ruke a so správou, že našiel spôsob výroby tohto kovu. lacno a vo veľkom množstve. Hall sa tak stal zakladateľom amerického hliníkárskeho priemyslu a anglosaským národným hrdinom ako muž, ktorý si z vedy urobil skvelý biznis.

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

JE TO ZAUJÍMAVÉ:

  • Kovový hliník prvýkrát izoloval v roku 1825 dánsky fyzik Hans Christian Oersted. Prechodom plynného chlóru cez vrstvu horúceho oxidu hlinitého zmiešaného s uhlím Oersted izoloval chlorid hlinitý bez najmenšej stopy vlhkosti. Na obnovu kovového hliníka potreboval Oersted ošetriť chlorid hlinitý amalgámom draslíka. Po 2 rokoch nemecký chemik Friedrich Wöller. Zdokonalil metódu nahradením amalgámu draslíka čistým draslíkom.
  • V 18. a 19. storočí bol hlavným šperkovým kovom hliník. V roku 1889 v Londýne dostal D.I. Mendelejev za zásluhy o rozvoj chémie cenný dar – váhy zo zlata a hliníka.
  • V roku 1855 francúzsky vedec Saint-Clair Deville vyvinul proces výroby hliníka v priemyselnom meradle. Ale metóda bola veľmi drahá. Deville sa tešil špeciálnej záštite Napoleona III., francúzskeho cisára. Na znak svojej oddanosti a vďačnosti vyrobil Deville pre Napoleonovho syna, novonarodeného princa, elegantne gravírovanú hrkálku – prvý „spotrebný výrobok“ vyrobený z hliníka. Napoleon dokonca zamýšľal vybaviť svojich strážcov hliníkovými kyrysmi, ale cena bola neúmerná. Vtedy stál 1 kg hliníka 1000 mariek, t.j. 5x drahšie ako striebro. Až s vynálezom elektrolytického procesu sa hliník stal rovnako cenným ako bežné kovy.
  • Vedeli ste, že hliník, ktorý vstupuje do ľudského tela, spôsobuje poruchu nervového systému, pri nadbytku dochádza k narušeniu metabolizmu. A ochrannými prostriedkami sú vitamín C, vápnik, zlúčeniny zinku.
  • Keď hliník horí v kyslíku a fluóre, uvoľňuje sa veľa tepla. Preto sa používa ako prísada do raketového paliva. Raketa Saturn počas letu spáli 36 ton hliníkového prášku. Myšlienku použitia kovov ako zložky raketového paliva prvýkrát navrhol F.A. Zander.

SIMULÁTORY

Simulátor č.1 - Charakteristika hliníka podľa polohy v Periodickej sústave prvkov D. I. Mendelejeva

Simulátor č.2 - Rovnice pre reakcie hliníka s jednoduchými a zložitými látkami

Simulátor č.3 - Chemické vlastnosti hliníka

ÚLOHY NA POSILŇOVANIE

č. 1 Na získanie hliníka z chloridu hlinitého sa ako redukčné činidlo môže použiť kovový vápnik. Vytvorte rovnicu pre túto chemickú reakciu, charakterizujte tento proces pomocou elektronických váh.
Myslieť si! Prečo sa táto reakcia nemôže uskutočniť vo vodnom roztoku?

č. 2. Dokončite rovnice chemických reakcií:
Al + H2S04 (rozt ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO 3 ( konc )-t ->
Al + NaOH + H20 ->

číslo 3. Vykonajte transformácie:
Al -> AlCl3 -> Al -> Al2S3 -> Al(OH)3 - t -> Al203 -> Al

č. 4. Vyrieš ten problém:
Zliatina hliníka a medi bola vystavená prebytku koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného počas zahrievania. Uvoľnilo sa 2,24 litra plynu (n.o.s.). Vypočítajte percentuálne zloženie zliatiny, ak jej celková hmotnosť bola 10 g?

Získanie kamenca draselného

hliník(lat. Hliník), - v periodickom systéme je hliník v tretej perióde, v hlavnej podskupine tretej skupiny. Základný náboj +13. Elektrónová štruktúra atómu je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Atómový polomer kovu je 0,143 nm, kovalentný 0,126 nm, podmienený polomer iónu Al 3+ je 0,057 nm. Ionizačná energia Al - Al + 5,99 eV.

Najcharakteristickejší oxidačný stav atómu hliníka je +3. Negatívny oxidačný stav je zriedkavý. Vo vonkajšej elektrónovej vrstve atómu sú voľné d-podúrovne. Vďaka tomu môže byť jeho koordinačné číslo v zlúčeninách nielen 4 (AlCl 4-, AlH 4-, hlinitokremičitany), ale aj 6 (Al 2 O 3, 3+).

Odkaz na históriu. Názov hliník pochádza z lat. alumen - teda ešte v roku 500 pred Kr. nazývaný hliníkový kamenec, ktorý sa používal ako moridlo pri farbení látok a na vyčiňovanie kože. Dánsky vedec H. K. Oersted v roku 1825 pôsobením amalgámu draslíka na bezvodý AlCl 3 a následným odohnaním ortuti získal relatívne čistý hliník. Prvý priemyselný spôsob výroby hliníka navrhol v roku 1854 francúzsky chemik A.E. St. Clair Deville: metóda spočívala v redukcii hliníka a dvojchloridu sodného Na3AlCl6 kovovým sodíkom. Farba podobná striebornej, hliník bol spočiatku veľmi drahý. Od roku 1855 do roku 1890 sa vyrobilo iba 200 ton hliníka. Moderný spôsob výroby hliníka elektrolýzou taveniny kryolit-oxid hlinitý vyvinuli v roku 1886 súčasne a nezávisle od seba C. Hall v USA a P. Héroux vo Francúzsku.

Byť v prírode

Hliník je najrozšírenejším kovom v zemskej kôre. Predstavuje 5,5–6,6 mol. podiel % alebo 8 hm. %. Jeho hlavná hmota je koncentrovaná v hlinitokremičitanoch. Mimoriadne bežným produktom deštrukcie nimi tvorených hornín je hlina, ktorej hlavné zloženie zodpovedá vzorcu Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Z ostatných prírodných foriem hliníka má najväčší význam bauxit Al 2 O 3 . xH 2 O a minerály korund Al 2 O 3 a kryolit AlF 3. 3NaF.

Potvrdenie

V súčasnosti sa hliník v priemysle vyrába elektrolýzou roztoku oxidu hlinitého Al 2 O 3 v roztavenom kryolite. Al 2 O 3 musí byť dostatočne čistý, pretože nečistoty sa z taveniny hliníka odstraňujú veľmi ťažko. Teplota topenia Al 2 O 3 je asi 2050 o C a kryolitu - 1 100 o C. Elektrolýza sa podrobí roztavenej zmesi kryolitu a Al 2 O 3 obsahujúcej asi 10 % hmotn. Al 2 O 3, ktorá sa topí pri 960 °C. o C a má elektrickú vodivosť, hustotu a viskozitu, ktoré sú pre proces najpriaznivejšie. Pridaním AlF3, CaF2 a MgF2 je možná elektrolýza pri 950°C.

Elektrolytický článok na tavenie hliníka je železný plášť vyložený žiaruvzdornými tehlami zvnútra. Jeho dno (spodné), zostavené z blokov stlačeného uhlia, slúži ako katóda. Anódy sú umiestnené na vrchu: ide o hliníkové rámy plnené uhoľnými briketami.

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

Na katóde sa uvoľňuje tekutý hliník:

Al 3+ + 3e - \u003d Al

Hliník sa zhromažďuje na dne pece, odkiaľ sa periodicky uvoľňuje. Na anóde sa uvoľňuje kyslík:

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

Kyslík oxiduje grafit na oxidy uhlíka. Keď uhlík horí, anóda sa vytvára.

Hliník sa tiež používa ako legovací prísada do mnohých zliatin, ktoré im poskytujú tepelnú odolnosť.

Fyzikálne vlastnosti hliníka. Hliník spája veľmi cenný súbor vlastností: nízka hustota, vysoká tepelná a elektrická vodivosť, vysoká ťažnosť a dobrá odolnosť proti korózii. Dá sa ľahko kovať, raziť, valcovať, kresliť. Hliník sa dobre zvára plynovým, kontaktným a inými typmi zvárania. Hliníková mriežka je plošne centrovaná kubická s parametrom a = 4,0413 Á. Vlastnosti hliníka, podobne ako vlastnosti všetkých kovov, závisia vo veľkej miere od jeho čistoty. Vlastnosti hliníka vysokej čistoty (99,996 %): hustota (pri 20 °C) 2698,9 kg/m3; tpl 660,24 °C; t balík asi 2500 °C; koeficient tepelnej rozťažnosti (od 20 ° do 100 ° C) 23,86 10 -6; tepelná vodivosť (pri 190 °C) 343 W/m K, merná tepelná kapacita (pri 100 °C) 931,98 J/kg K. ; elektrická vodivosť vzhľadom na meď (pri 20 °C) 65,5 %. Hliník má nízku pevnosť (pevnosť v ťahu 50–60 MN/m2), tvrdosť (170 MN/m2 podľa Brinella) a vysokú ťažnosť (až 50 %). Počas valcovania za studena sa pevnosť v ťahu hliníka zvyšuje na 115 MN/m2, tvrdosť - až 270 MN/m2, relatívne predĺženie klesá na 5% (1 MN/m2~ a 0,1 kgf/mm2). Hliník je dobre leštený, eloxovaný a má vysokú odrazivosť blízku striebru (odráža až 90% dopadajúcej svetelnej energie). Hliník, ktorý má vysokú afinitu ku kyslíku, je pokrytý tenkým, ale veľmi silným oxidovým filmom Al 2 O 3 , ktorý chráni kov pred ďalšou oxidáciou a určuje jeho vysoké antikorózne vlastnosti. Pevnosť oxidového filmu a jeho ochranný účinok výrazne klesá v prítomnosti nečistôt ortuti, sodíka, horčíka, medi atď. Hliník je odolný voči atmosférickej korózii, morskej a sladkej vode, prakticky neinteraguje s koncentrovanou alebo silne zriedenou dusičnou kyselina, s organickými kyselinami, potravinárske výrobky.

Chemické vlastnosti

Keď sa jemne rozdrvený hliník zahrieva, na vzduchu prudko horí. Jeho interakcia so sírou prebieha podobne. S chlórom a brómom sa kombinácia vyskytuje už pri bežnej teplote, s jódom - pri zahrievaní. Pri veľmi vysokých teplotách sa hliník priamo spája aj s dusíkom a uhlíkom. Naopak, s vodíkom neinteraguje.

Hliník je celkom odolný voči vode. Ak sa však ochranný účinok oxidového filmu odstráni mechanicky alebo amalgamáciou, dôjde k energetickej reakcii:

Vysoko zriedená, ako aj veľmi koncentrovaná HNO3 a H2SO4 na hliník (v chlade) takmer nepôsobia, pričom pri stredných koncentráciách týchto kyselín sa postupne rozpúšťa. Čistý hliník je pomerne stabilný vzhľadom na kyselinu chlorovodíkovú, ale bežný technický kov sa v ňom rozpúšťa.

Pôsobením alkalických vodných roztokov na hliník sa oxidová vrstva rozpúšťa a vytvárajú sa hlinitany - soli obsahujúce hliník v zložení aniónu:

Al203 + 2NaOH + 3H20 \u003d 2Na

Hliník bez ochranného filmu interaguje s vodou a vytláča z nej vodík:

2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH)3 + 3H2

Výsledný hydroxid hlinitý reaguje s nadbytkom alkálií za vzniku hydroxoaluminátu:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Celková rovnica pre rozpúšťanie hliníka vo vodnom roztoku zásady:

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3H 2

Hliník sa zreteľne rozpúšťa v roztokoch solí, ktoré majú kyslú alebo alkalickú reakciu v dôsledku ich hydrolýzy, napríklad v roztoku Na2C03.

V sérii napätí sa nachádza medzi Mg a Zn. Vo všetkých svojich stabilných zlúčeninách je hliník trojmocný.

Kombinácia hliníka s kyslíkom je sprevádzaná enormným uvoľňovaním tepla (1676 kJ/mol Al 2 O 3), oveľa väčším ako u mnohých iných kovov. Vzhľadom na to, keď sa zmes oxidu zodpovedajúceho kovu s hliníkovým práškom zahreje, dôjde k prudkej reakcii, ktorá vedie k uvoľneniu voľného kovu z použitého oxidu. Redukčná metóda s Al (hliník) sa často používa na získanie množstva prvkov (Cr, Mn, V, W atď.) vo voľnom stave.

Aluminotermia sa niekedy používa na zváranie jednotlivých oceľových dielov, najmä spojov električkových koľajníc. Použitá zmes ("termit") zvyčajne pozostáva z jemných práškov hliníka a Fe304. Zapaľuje sa zápalnicou zo zmesi Al a BaO 2. Hlavná reakcia prebieha podľa rovnice:

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

Okrem toho sa teplota vyvíja okolo 3000 o C.

Oxid hlinitý je biela, veľmi žiaruvzdorná (t.t. 2050 °C) a vo vode nerozpustná hmota. Prírodný Al 2 O 3 (minerál korund), ako aj umelo získaný a potom silne kalcinovaný, sa vyznačuje vysokou tvrdosťou a nerozpustnosťou v kyselinách. Al 2 O 3 (tzv. oxid hlinitý) možno premeniť do rozpustného stavu fúziou s alkáliami.

Prírodný korund, bežne kontaminovaný oxidom železa, sa pre svoju extrémnu tvrdosť používa na výrobu brúsnych kotúčov, tyčí atď. V jemne drvenej forme sa nazýva šmirgeľ a používa sa na čistenie kovových povrchov a výrobu brúsneho papiera. Na rovnaké účely sa často používa Al 2 O 3, získaný tavením bauxitu (odborný názov - alund).

Transparentné farebné kryštály korundu - červený rubín - prímes chrómu - a modrý zafír - prímes titánu a železa - drahé kamene. Získavajú sa aj umelo a používajú sa na technické účely, napríklad na výrobu dielov pre presné prístroje, kameňov v hodinkách atď. Rubínové kryštály obsahujúce malú prímes Cr 2 O 3 sa používajú ako kvantové generátory - lasery, ktoré vytvárajú smerovaný lúč monochromatického žiarenia.

Vzhľadom na nerozpustnosť Al 2 O 3 vo vode je možné hydroxid Al(OH) 3 zodpovedajúci tomuto oxidu získať len nepriamo zo solí. Výroba hydroxidu môže byť znázornená ako nasledujúca schéma. Pôsobením zásad OH ióny postupne nahrádzajú 3+ molekuly vody v aquokomplexoch:

3+ + OH - \u003d 2+ + H20

2+ + OH- = + + H20

OH - \u003d 0 + H20

Al(OH) 3 je objemná biela želatínová zrazenina, prakticky nerozpustná vo vode, ale ľahko rozpustná v kyselinách a silných zásadách. Má teda amfotérny charakter. Jeho zásadité a najmä kyslé vlastnosti sa však prejavujú dosť slabo. V nadbytku NH 4 OH je hydroxid hlinitý nerozpustný. Jedna forma dehydratovaného hydroxidu, hliníkový gél, sa používa v strojárstve ako adsorbent.

Pri interakcii so silnými alkáliami sa vytvárajú zodpovedajúce hlinitany:

NaOH + Al(OH)3 = Na

Hlinitany najaktívnejších jednomocných kovov sú vysoko rozpustné vo vode, ale v dôsledku silnej hydrolýzy sú ich roztoky stabilné len v prítomnosti dostatočného nadbytku alkálií. Hlinitany vyrábané zo slabších zásad sú v roztoku takmer úplne hydrolyzované, a preto sa dajú získať len suchou cestou (legovaním Al 2 O 3 s oxidmi príslušných kovov). Vznikajú metahlinitany, ktoré sa svojím zložením vyrábajú z metahlinitej kyseliny HAlO 2 . Väčšina z nich je nerozpustná vo vode.

Al(OH) 3 tvorí soli s kyselinami. Deriváty väčšiny silných kyselín sú vysoko rozpustné vo vode, sú však skôr hydrolyzované, a preto ich roztoky vykazujú kyslú reakciu. Rozpustné soli hliníka a slabé kyseliny sú ešte silnejšie hydrolyzované. Kvôli hydrolýze nemožno z vodných roztokov získať sulfid, uhličitan, kyanid a niektoré ďalšie soli hliníka.

Vo vodnom prostredí je anión Al 3+ priamo obklopený šiestimi molekulami vody. Takýto hydratovaný ión je trochu disociovaný podľa schémy:

3+ + H20 \u003d 2+ + OH3+

Jeho disociačná konštanta je 1. 10-5 t.j. je to slabá kyselina (podobná sile ako kyselina octová). Oktaedrické prostredie Al 3+ so šiestimi molekulami vody je zachované aj v kryštalických hydrátoch množstva hliníkových solí.

Za silikáty možno považovať hlinitokremičitany, v ktorých je časť kremičito-kyslíkových tetraérov SiO 4 4 - nahradená hliníkovo-kyslíkovými tetraédrami AlO 4 5- Z hlinitokremičitanov sú najrozšírenejšie živce, ktoré tvoria viac ako polovicu hmotnosti zemská kôra. Ich hlavnými predstaviteľmi sú minerály

ortoklas K2Al2Si6016 alebo K20. Al203. 6SiO2

albit Na2Al2Si6016 alebo Na20. Al203. 6SiO2

anortit CaAl 2 Si 2 O 8 alebo CaO. Al203. 2SiO2

Veľmi rozšírené sú minerály sľudovej skupiny, napríklad muskovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Veľký praktický význam má minerál nefelín (Na, K) 2, ktorý sa používa na získavanie oxidu hlinitého, produktov sódy a cementu. Táto výroba pozostáva z nasledujúcich operácií: a) nefelín a vápenec sa spekajú v rúrových peciach pri 1200°C:

(Na, K)2 + 2CaC03 = 2CaSi03 + NaAl02 + KAl02 + 2C02

b) vzniknutá hmota sa vylúhuje vodou - vznikne roztok hlinitanov sodných a draselných a kal CaSiO 3:

NaAl02 + KAl02 + 4H20 \u003d Na + K

c) CO 2 vznikajúci pri spekaní prechádza cez roztok hlinitanov:

Na + K + 2C02 = NaHC03 + KHC03 + 2Al(OH)3

d) zahrievaním sa získa oxid hlinitý Al(OH)3:

2Al(OH)3 \u003d Al203 + 3H20

e) odparením matečného lúhu sa izoluje sóda a výluh a predtým získaný kal sa použije na výrobu cementu.

Pri výrobe 1 t Al 2 O 3 sa získa 1 t sódy a 7,5 t cementu.

Niektoré hlinitokremičitany majú voľnú štruktúru a sú schopné iónovej výmeny. Takéto silikáty - prírodné a najmä umelé - sa používajú na zmäkčovanie vody. Okrem toho sa vďaka svojmu vysoko vyvinutému povrchu používajú ako nosiče katalyzátorov, t.j. ako materiály impregnované katalyzátorom.

Halogenidy hliníka sú za normálnych podmienok bezfarebné kryštalické látky. V rade halogenidov hliníka sa AlF 3 svojimi vlastnosťami výrazne líši od svojich náprotivkov. Je žiaruvzdorný, málo rozpustný vo vode, chemicky neaktívny. Hlavná metóda získania AlF 3 je založená na pôsobení bezvodého HF na Al 2 O 3 alebo Al:

Al203 + 6HF = 2AlF3 + 3H20

Zlúčeniny hliníka s chlórom, brómom a jódom sú taviteľné, vysoko reaktívne a dobre rozpustné nielen vo vode, ale aj v mnohých organických rozpúšťadlách. Interakcia halogenidov hliníka s vodou je sprevádzaná výrazným uvoľňovaním tepla. Vo vodnom roztoku sú všetky vysoko hydrolyzované, ale na rozdiel od typických halogenidov nekovových kyselín je ich hydrolýza neúplná a reverzibilná. AlCl 3 , AlBr 3 a Al 3, ktoré sú značne prchavé už za normálnych podmienok, dymia vo vlhkom vzduchu (v dôsledku hydrolýzy). Možno ich získať priamou interakciou jednoduchých látok.

Hustoty pár AlCl3, AlBr3 a AlI3 pri relatívne nízkych teplotách viac-menej presne zodpovedajú zdvojeným vzorcom - Al2Hal6. Priestorová štruktúra týchto molekúl zodpovedá dvom tetraédrom so spoločným okrajom. Každý atóm hliníka je naviazaný na štyri atómy halogénu a každý z centrálnych atómov halogénu je naviazaný na oba atómy hliníka. Z dvoch väzieb centrálneho atómu halogénu je jedna donor-akceptorová, pričom hliník funguje ako akceptor.

S halogenidovými soľami mnohých jednomocných kovov tvoria halogenidy hliníka komplexné zlúčeniny, najmä typu M3 a M (kde Hal je chlór, bróm alebo jód). Tendencia k adičným reakciám je všeobecne silne výrazná v uvažovaných halogenidoch. To je dôvod pre najdôležitejšie technické využitie AlCl 3 ako katalyzátora (pri rafinácii ropy a organických syntézach).

Z fluorohlinitanov má najväčšie uplatnenie kryolit Na 3 (na výrobu Al, F 2, emailov, skla a pod.). Priemyselná výroba umelého kryolitu je založená na úprave hydroxidu hlinitého kyselinou fluorovodíkovou a sódou:

2Al(OH)3 + 12HF + 3Na2C03 = 2Na3 + 3C02 + 9H20

Chlór-, bróm- a jódhlinitany sa získavajú tavením trihalogenidov hliníka s halogenidmi zodpovedajúcich kovov.

Hoci hliník chemicky nereaguje s vodíkom, hydrid hlinitý možno získať nepriamo. Je to biela amorfná hmota zloženia (AlH 3) n . Pri zahriatí nad 105 °C sa rozkladá za uvoľňovania vodíka.

Keď AlH3 interaguje s bázickými hydridmi v éterovom roztoku, tvoria sa hydrohlinitany:

LiH + AlH3 = Li

Hydridoalumináty sú biele pevné látky. Rýchlo sa rozkladá vodou. Sú to silní reštaurátori. Používa sa (najmä Li) v organickej syntéze.

Síran hlinitý Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O sa získava pôsobením horúcej kyseliny sírovej na oxid hlinitý alebo kaolín. Používa sa na čistenie vody, ako aj pri príprave niektorých druhov papiera.

Kamenec draselný KAl(SO4)2. 12H 2 O sa vo veľkom množstve používajú na činenie kože, ako aj pri farbení ako moridlo do bavlnených látok. V druhom prípade je účinok kamenca založený na skutočnosti, že hydroxid hlinitý vznikajúci v dôsledku ich hydrolýzy sa ukladá vo vláknach tkaniny v jemne rozptýlenom stave a adsorbujúc farbivo ho pevne drží na vlákne.

Z ďalších derivátov hliníka spomeňme jeho acetát (inak octová soľ) Al(CH 3 COO) 3, používaný pri farbení látok (ako moridlo) a v medicíne (vody a obklady). Dusičnan hlinitý je ľahko rozpustný vo vode. Fosforečnan hlinitý je nerozpustný vo vode a kyseline octovej, ale rozpustný v silných kyselinách a zásadách.

hliník v tele. Hliník je súčasťou tkanív zvierat a rastlín; v orgánoch cicavcov sa našlo od 10 -3 do 10 -5 % hliníka (na surovú látku). Hliník sa hromadí v pečeni, pankrease a štítnej žľaze. V rastlinných produktoch sa obsah hliníka pohybuje od 4 mg na 1 kg sušiny (zemiaky) do 46 mg (žltá repa), v živočíšnych produktoch - od 4 mg (med) do 72 mg na 1 kg sušiny (hovädzie mäso) . V dennej ľudskej strave dosahuje obsah hliníka 35-40 mg. Známe sú organizmy - koncentrátory hliníka, napríklad machovky (Lycopodiaceae), obsahujúce až 5,3 % hliníka v popole, mäkkýše (Helix a Lithorina), v popole 0,2–0,8 % hliníka. Hliník vytvára nerozpustné zlúčeniny s fosfátmi a narúša výživu rastlín (absorpcia fosfátov koreňmi) a živočíchov (absorpcia fosfátov v črevách).

Geochémia hliníka. Geochemické vlastnosti hliníka sú určené jeho vysokou afinitou ku kyslíku (v mineráloch je hliník obsiahnutý v kyslíkových oktaedrónoch a tetraédroch), konštantnou valenciou (3) a nízkou rozpustnosťou väčšiny prírodných zlúčenín. Pri endogénnych procesoch pri tuhnutí magmy a vzniku vyvrelín sa hliník dostáva do kryštálovej mriežky živcov, sľudy a iných minerálov – hlinitokremičitanov. V biosfére je hliník slabým migrantom, v organizmoch a hydrosfére je ho málo. Vo vlhkom podnebí, kde rozkladajúce sa zvyšky bohatej vegetácie tvoria množstvo organických kyselín, hliník migruje do pôdy a vôd vo forme organominerálnych koloidných zlúčenín; hliník je adsorbovaný koloidmi a vyzrážaný v spodnej časti pôd. Väzba medzi hliníkom a kremíkom je čiastočne porušená a miestami v trópoch vznikajú minerály - hydroxidy hliníka - boehmit, diaspór, hydrargilit. Väčšina hliníka je súčasťou hlinitokremičitanov – kaolinitu, beidelitu a iných ílových minerálov. Slabá pohyblivosť určuje zvyškovú akumuláciu hliníka vo zvetrávacej kôre vlhkých trópov. V dôsledku toho vznikajú eluviálne bauxity. V minulých geologických epochách sa bauxity hromadili aj v jazerách a pobrežnej zóne morí tropických oblastí (napríklad sedimentárne bauxity Kazachstanu). V stepiach a púšťach, kde je málo živej hmoty a vody sú neutrálne a zásadité, hliník takmer nemigruje. Migrácia hliníka je najintenzívnejšia vo vulkanických oblastiach, kde sú pozorované vysoko kyslé riečne a podzemné vody bohaté na hliník. V miestach vytláčania kyslých vôd s alkalickými - morskými (pri ústiach riek a iných) sa hliník ukladá s tvorbou bauxitových ložísk.

Aplikácia hliníka. Kombinácia fyzikálnych, mechanických a chemických vlastností hliníka predurčuje jeho široké uplatnenie takmer vo všetkých oblastiach techniky, najmä vo forme jeho zliatin s inými kovmi. V elektrotechnike hliník úspešne nahrádza meď, najmä pri výrobe masívnych vodičov, napríklad v nadzemných vedeniach, kábloch vysokého napätia, prípojniciach rozvádzačov, transformátoroch (elektrická vodivosť hliníka dosahuje 65,5 % elektrickej vodivosti medi, resp. je viac ako trikrát ľahší ako meď; s prierezom, ktorý poskytuje rovnakú vodivosť, je hmotnosť hliníkových drôtov polovičná v porovnaní s medenými drôtmi). Ultra čistý hliník sa používa pri výrobe elektrických kondenzátorov a usmerňovačov, ktorých činnosť je založená na schopnosti filmu oxidu hlinitého prenášať elektrický prúd iba jedným smerom. Ultračistý hliník, čistený zónovým tavením, sa používa na syntézu polovodičových zlúčenín typu A III B V používaných na výrobu polovodičových súčiastok. Čistý hliník sa používa pri výrobe rôznych zrkadlových reflektorov. Vysoko čistý hliník sa používa na ochranu kovových povrchov pred atmosférickou koróziou (opláštenie, hliníková farba). Hliník má relatívne nízky prierez absorpcie neutrónov a používa sa ako konštrukčný materiál v jadrových reaktoroch.

Veľkokapacitné hliníkové nádrže skladujú a prepravujú kvapalné plyny (metán, kyslík, vodík atď.), kyseliny dusičné a octové, čistú vodu, peroxid vodíka a jedlé oleje. Hliník je široko používaný v zariadeniach a zariadeniach potravinárskeho priemyslu, na balenie potravín (vo forme fólie), na výrobu rôznych výrobkov pre domácnosť. Prudko sa zvýšila spotreba hliníka na dokončovacie práce budov, architektonických, dopravných a športových zariadení.

V metalurgii je hliník (okrem zliatin na jeho báze) jednou z najbežnejších legujúcich prísad do zliatin na báze Cu, Mg, Ti, Ni, Zn a Fe. Hliník sa tiež používa na deoxidáciu ocele pred jej naliatím do formy, ako aj v procesoch získavania určitých kovov aluminotermou. Na báze hliníka bol práškovou metalurgiou vytvorený SAP (sintrovaný hliníkový prášok), ktorý má vysokú tepelnú odolnosť pri teplotách nad 300 °C.

Hliník sa používa pri výrobe výbušnín (amonal, alumotol). Široko používané sú rôzne zlúčeniny hliníka.

Výroba a spotreba hliníka neustále rastie a výrazne predstihuje výrobu ocele, medi, olova a zinku z hľadiska miery rastu.

Zoznam použitej literatúry

1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin "Stručný chemický odkaz"

2. L.S. Guzey "Prednášky o všeobecnej chémii"

3. N.S. Achmetov "Všeobecná a anorganická chémia"

4. B.V. Nekrasov "Učebnica všeobecnej chémie"

5. N.L. Glinka "Všeobecná chémia"



Sekcie