doma
Oskrba s hladno vodo
Karakterizacija aluminija po njegovem položaju v periodnem sistemu. Struktura atoma aluminija

Karakterizacija aluminija po njegovem položaju v periodnem sistemu. Struktura atoma aluminija

>> Kemija: aluminij

Struktura in lastnosti atomov. Aluminij Al je element glavne podskupine skupine III periodnega sistema D. I. Mendelejeva. Atom aluminij vsebuje tri elektrone na zunanji energijski ravni, ki se jim med kemičnimi interakcijami zlahka odpove. Prednik podskupine in zgornji sosed aluminija, bor, ima manjši atomski polmer (pri boru je 0,080 nm, pri aluminiju 0,143 nm). Poleg tega ima atom aluminija eno vmesno osemelektronsko plast (2e-; 8e-; Ze-), ki preprečuje privlačnost zunanjih elektronov v jedro. Zato so redukcijske lastnosti atomov aluminija veliko bolj izrazite kot pri atomih bora, ki kažejo nekovinske lastnosti.

V skoraj vseh spojinah ima aluminij oksidacijsko stanje +3.

aluminij je preprosta snov. Srebrno bela lahka kovina. Tali se pri 660 °C. Je zelo plastičen, zlahka vlečen v žico in zvit v folijo debeline 0,01 mm. Ima zelo visoko električno in toplotno prevodnost. Tvori lahke in močne zlitine z drugimi kovinami.

Katero kemično reakcijo je njen avtor N. Nosov uporabil kot osnovo za zgodbo "Bengalske luči"?

Na katerih fizikalnih in kemijskih lastnostih temelji uporaba aluminija in njegovih zlitin v tehnologiji?

Napišite v ionski obliki enačbe reakcij med raztopinami aluminijevega sulfata in kalijevega hidroksida s pomanjkanjem in presežkom slednjega.

Napišite reakcijske enačbe za naslednje transformacije: Al -> AlCl3 -> Al(0H)3 -> Al2O3 -> NaAl02 -> Al2(SO4)3 -> Al(OH)3 -> AlCl3 -> NaAlO2

Reakcije, ki vključujejo elektrolite, zapišite v ionski obliki. Prvo reakcijo obravnavajte kot redoks proces.

Vsebina lekcije povzetek lekcije podpora okvir predstavitev lekcije pospeševalne metode interaktivne tehnologije Vadite naloge in vaje samopreverjanje delavnice, treningi, primeri, naloge domača naloga razprava vprašanja retorična vprašanja študentov Ilustracije avdio, video posnetke in večpredstavnost fotografije, slike, grafike, tabele, sheme humor, anekdote, šale, stripi, prispodobe, izreki, križanke, citati Dodatki povzetkičlanki čipi za radovedne varalice učbeniki osnovni in dodatni slovarček izrazov drugo Izboljšanje učbenikov in poukapopravljanje napak v učbeniku posodabljanje fragmenta v učbeniku elementi inovativnosti v lekciji zamenjava zastarelo znanje z novim Samo za učitelje popolne lekcije koledarski načrt za leto metodološka priporočila razpravnega programa Integrirane lekcije

Značilnost aluminija

industrija kakovosti aluminija kovine

Aluminij je najpogostejša kovina v zemeljski skorji. Njegova vsebnost je ocenjena na 7,45 % (več kot železo, ki je le 4,2 %). Aluminij kot element je bil odkrit pred kratkim, leta 1825, ko so bile pridobljene prve majhne kepe te kovine. Začetek njegovega industrijskega razvoja sega v konec prejšnjega stoletja. Zagon za to je bil razvoj leta 1886 metode za njeno proizvodnjo z elektrolizo glinice, raztopljene v kriolitu. Načelo metode je osnova sodobne industrijske ekstrakcije aluminija iz glinice v vseh državah sveta.

Po videzu je aluminij sijoča, srebrno bela kovina. Na zraku hitro oksidira in se prekrije s tankim belim mat filmom AlO. Ta film ima visoke zaščitne lastnosti, zato je aluminij, pokrit s takšno folijo, odporen proti koroziji.

Aluminij zlahka uničijo raztopine kavstičnih alkalij, klorovodikove in žveplove kisline. V koncentrirani dušikovi kislini in organskih kislinah ima visoko odpornost.

Najbolj značilne fizikalne lastnosti aluminija so njegova nizka relativna gostota 2,7 ter razmeroma visoka toplotna in električna prevodnost. Pri 0C se električna prevodnost aluminija, t.j. električna prevodnost aluminijaste žice s presekom 1 mm in dolžino 1 m je 37 1 ohm.

Korozijska odpornost in predvsem električna prevodnost aluminija je višja, čim bolj je čist, manj nečistoč vsebuje.

Tališče aluminija je nizko, približno 660C. Vendar je njegova latentna talilna toplota zelo velika - približno 100 cal g, zato je za taljenje aluminija potrebna velika količina toplote kot za taljenje enake količine, na primer ognjevzdržnega bakra, ki ima tališče 1083 C, latentna talilna toplota 43 cal g.

Za mehanske lastnosti aluminija je značilna visoka duktilnost in nizka trdnost. Valjan in žarjen aluminij ima = 10 kg mm, trdoto HB25, = 80 % in = 35 %.

Kristalna rešetka aluminija je obrazno osredotočena kocka s parametrom (velikost strani) 4,04 pri 20 C. Aluminij nima alotropnih transformacij.

V naravi se aluminij nahaja v obliki aluminijevih rud: boksitov, nefelinov, alunitov in kaolinov. Najpomembnejša ruda, na kateri temelji večina svetovne industrije aluminija, je boksit.

Pridobivanje aluminija iz rud je sestavljeno iz dveh zaporednih stopenj - najprej se proizvaja aluminijev oksid (AlO), nato pa iz njega pridobiva aluminij.

Trenutno znane metode za pridobivanje glinice lahko razdelimo v tri skupine: alkalne, kisle in elektrotermične. Najpogosteje uporabljene alkalne metode.

Pri nekaterih vrstah alkalnih metod se boksit, dehidriran pri 1000 C, zmelje v krogličnih mlinih, pomeša v določenih razmerjih s kredo in sodo ter sintrano, da z reakcijo dobimo v vodi topen trdni natrijev aluminat.

AlO + NaCO = AlO NaO + CO

Sintrano maso zdrobimo in izlužimo z vodo, natrijev aluminat pa gre v raztopino.

Pri drugih različicah alkalne metode se aluminijev oksid, ki ga vsebuje boksit, veže v natrijev aluminat z neposredno obdelavo rude z alkalijami. V tem primeru takoj dobimo raztopino aluminata v vodi.

V obeh primerih nastajanje vodne raztopine natrijevega aluminata vodi do njene ločitve od netopnih sestavin rude, ki so predvsem oksidi in hidroksidi silicija, železa in titana. Ločitev raztopine od netopne oborine, imenovane rdeče blato, poteka v usedalnikih.

Dobljeni raztopini pri 125 C in tlaku 5 am dodamo apno, kar vodi do desilikonizacije - CaSiO se obori in tvori belo blato. Raztopino, prečiščeno iz silicija, po ločitvi od belega blata obdelamo z ogljikovim dioksidom pri 60-80 C, zaradi česar se obori kristalni aluminijev hidrat:

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

Operemo, posušimo in žgamo. Kalcinacija vodi do tvorbe aluminijevega oksida:

2Al(OH) = AlO + 3H2O.

Opisana metoda zagotavlja dokaj popolno ekstrakcijo glinice iz boksita - približno 80%.

Pridobivanje kovinskega aluminija iz aluminijevega oksida je njegova elektrolitska razgradnja na njegove sestavne dele - na aluminij in kisik. Elektrolit v tem procesu je raztopina aluminijevega oksida v kriolitu (AlF 3NaF). Kriolit, ki ima sposobnost raztapljanja aluminijevega oksida, hkrati znižuje njegovo tališče. Aluminijev oksid se tali pri temperaturi približno 2000 C, tališče raztopine, ki je sestavljena na primer iz 85 % kriolita in 15 % glinice, pa je 935 C.

Shema elektrolize aluminijevega oksida je precej preprosta, vendar je tehnološko ta proces zapleten in zahteva velike količine električne energije.

Na dnu kopeli z dobro toplotno izolacijo 1 in karbonsko embalažo 2 so nameščene katodne pnevmatike 3, povezane z negativnim polom vira električnega toka. Elektrode 5 so pritrjene na anodno vodilo 4. Pred začetkom elektrolize se na dno kopeli vlije tanek sloj koksa, elektrode spustimo, dokler ne pridejo v stik z njim, in vklopimo tok. Ko se ogljikova embalaža segreje, se postopoma uvaja kriolit. Ko je debelina plasti staljenega kriolita 200-300 mm, se aluminijev oksid naloži s hitrostjo 15% na količino kriolita. Postopek poteka pri 950-1000 C.

Aluminijev oksid pod delovanjem električnega toka razgradi aluminij in kisik. Tekoči aluminij 6 se nabira na dnu premoga (dno premogovne kopeli), ki je katoda, kisik pa se združuje z ogljikom anod in jih postopoma sežiga. Kriolit se porabi neznatno. Občasno se dodaja aluminijev oksid, elektrode se postopoma spuščajo navzdol, da se nadomesti zgoreli del, nakopičeni tekoči aluminij pa se v določenih intervalih spušča v zajemalko 8.

Pri elektrolizi se na 1 tono aluminija porabi približno 2 toni glinice, 0,6 tone ogljikovih elektrod, ki služijo kot anode, 0,1 tone kriolita in od 17.000 do 18.000 kWh električne energije.

Surovi aluminij, pridobljen z elektrolizo glinice, vsebuje kovinske nečistoče (železo, silicij, titan in natrij), raztopljene pline, med katerimi je glavni vodik, in nekovinske vključke, ki so delci glinice, premoga in kriolita. V tem stanju je neprimeren za uporabo, saj ima nizke lastnosti, zato ga je treba oplemenititi. Nekovinske in plinaste nečistoče odstranimo s pretalitvijo in čiščenjem kovine s klorom. Kovinske nečistoče je mogoče odstraniti le s kompleksnimi elektrolitskimi metodami.

Po rafiniranju dobimo komercialne razrede aluminija.

Čistost aluminija je odločilni pokazatelj, ki vpliva na vse njegove lastnosti, zato je kemična sestava osnova za razvrstitev aluminija.

Železo in silicij sta neizogibna nečistoča pri proizvodnji aluminija. Oba sta škodljiva v aluminiju. Železo se v aluminiju ne raztopi, ampak z njim tvori krhke kemične spojine FeAl in Fe2Al. Aluminij tvori evtektično mehansko zmes s silicijem pri 11,7 % Si. Ker je topnost silicija pri sobni temperaturi zelo nizka (0,05 %), tudi z majhno količino silicija tvori evtektiko Fe + Si in vključke zelo trdih (HB 800) krhkih kristalov silicija, ki zmanjšujejo duktilnost aluminija. . Ob skupni prisotnosti silicija in železa nastaneta ternarna kemična spojina in ternarni evtektik, ki prav tako zmanjšata plastičnost.

Nadzorovane nečistoče v aluminiju so železo, silicij, baker in titan.

Aluminij vseh razredov vsebuje več kot 99 % Al. Količinski presežek te vrednosti v stotinkah ali desetinkah odstotka je naveden v imenu blagovne znamke za začetni črki A. Torej, znamka A85 vsebuje 99,85 % Al. Izjema od tega načela označevanja so stopnje A AE, pri katerih je vsebnost aluminija enaka kot v razredih A0 in A5, vendar je v sestavi drugačno razmerje nečistoč železa in silicija.

Črka E v blagovni znamki AE pomeni, da je aluminij te znamke namenjen proizvodnji električnih žic. Dodatna zahteva za lastnosti aluminija je nizka električna upornost, ki za žico, izdelano iz njega, ne sme biti večja od 0,0280 ohm mm m pri 20 C.

Aluminij se uporablja za proizvodnjo izdelkov in zlitin na njegovi osnovi, katerih lastnosti zahtevajo visoko stopnjo čistosti.

Glede na namen se lahko aluminij proizvaja v različnih oblikah. Aluminij vseh razredov (visoke in tehnične čistosti), namenjen za pretakanje, se uliva v obliki ingotov, ki tehtajo 5; 15 in 1000 kg. Njihove mejne vrednosti so naslednje: višina od 60 do 600 mm, širina od 93 do 800 mm in dolžina od 415 do 1000 mm.

Če je aluminij namenjen za valjanje pločevine in trakov, se ploski ingoti sedemnajstih velikosti ulivajo po neprekinjenem ali polkontinuirnem postopku. Njihova debelina se giblje od 140 do 400 mm, širina - od 560 do 2025 mm, teža 1 m dolžine ingotov - od 210 do 2190 kg. Dolžina ingota je dogovorjena s stranko.

Glavna vrsta kontrole aluminija, tako v ingotih kot v ravnih ingotih, je preverjanje kemične sestave in njene skladnosti z blagovno znamko. Za ingote in ingote, namenjene obdelavi pod tlakom, veljajo dodatne zahteve, kot so odsotnost lupin, plinskih mehurčkov, razpok, žlindre in drugih tujih vključkov.

Za deoksidacijo jekla pri njegovem taljenju, pa tudi za proizvodnjo ferolitin in za aluminotermijo se lahko uporablja cenejši aluminij nižje čistosti, kot je navedeno v tabeli »Čistost aluminija različnih razredov«. V ta namen industrija proizvaja šest razredov aluminija v ingotih, težkih od 3 do 16,5 kg, ki vsebujejo od 98,0 do 87,0 % Al. V njih vsebnost železa doseže 2,5%, silicija in bakra pa do 5%.

Uporaba aluminija je posledica posebnosti njegovih lastnosti. Kombinacija lahkotnosti z dovolj visoko električno prevodnostjo omogoča uporabo aluminija kot prevodnika električnega toka in ga nadomesti z dražjim bakrom. Razlika v električni prevodnosti bakra (631 ohmov) in aluminija (371 ohmov) se kompenzira s povečanjem preseka aluminijaste žice. Majhna masa aluminijastih žic omogoča izvedbo njihovega obešanja z veliko večjo razdaljo med nosilci kot pri bakrenih žicah, brez strahu pred zlomom žice pod vplivom lastne teže. Iz njega so izdelani tudi kabli, pnevmatike, kondenzatorji, usmerniki. Zaradi visoke odpornosti proti koroziji je aluminij v nekaterih primerih nepogrešljiv material v kemijskem inženirstvu, na primer za izdelavo opreme, ki se uporablja pri proizvodnji, shranjevanju in transportu dušikove kisline in njenih derivatov.

Veliko se uporablja tudi v živilski industriji - iz njega izdelujejo različne pripomočke za kuhanje. V tem primeru se uporablja ne le njegova odpornost na organske kisline, ampak tudi visoka toplotna prevodnost.

Visoka duktilnost omogoča valjanje aluminija v folijo, ki je zdaj popolnoma nadomestila dražjo kositrno folijo, ki smo jo uporabljali prej. Folija služi kot embalaža za najrazličnejše prehrambene izdelke: čaj, čokolado, tobak, sir itd.

Aluminij se uporablja na enak način kot protikorozijska prevleka drugih kovin in zlitin. Nanaša se lahko z oblaganjem, difuzijskim premazom in drugimi metodami, vključno z barvanjem aluminija z barvami in laki. Posebno razširjena je aluminijasta obloga ploščato valjanih izdelkov iz manj korozijsko odpornih aluminijevih zlitin.

Kemična aktivnost aluminija glede na kisik se uporablja za deoksidacijo pri proizvodnji poltišnega in mirnega jekla ter za proizvodnjo težko obnovljivih kovin z izpodrivanjem aluminija iz njihovih kisikovih spojin.

Aluminij se uporablja kot legirni element v različnih jeklih in zlitinah. To jim daje posebne lastnosti. Na primer, poveča toplotno odpornost zlitin na osnovi železa, bakra, titana in nekaterih drugih kovin.

Lahko navedete druga področja uporabe aluminija različnih stopenj čistosti, vendar se največ porabi za pridobivanje različnih lahkih zlitin na njegovi osnovi. Podrobnosti o glavnih so navedene spodaj.

Na splošno je uporaba aluminija v različnih gospodarskih sektorjih na primeru razvitih kapitalističnih držav ocenjena z naslednjimi številkami: transportni inženiring 20-23% (vključno z avtomobilsko industrijo 15%), gradbeništvo 17-18%, elektrotehnika 10-12%, proizvodnja embalaže 9-10%, proizvodnja trajnih potrošniških dobrin 9-10%, splošna tehnika 8-10%.

Aluminij pridobiva vedno več novih področij uporabe, kljub konkurenci drugih materialov in predvsem plastike.

Glavne industrijske rude, ki vsebujejo aluminij, so boksit, nefelin, alunit in kaolin.

Kakovost teh rud ocenjujemo po vsebnosti glinice Al O, ki vsebuje 53 % Al. Od ostalih kazalcev kakovosti aluminijevih rud je najpomembnejša sestava nečistoč, katerih škodljivost in uporabnost določata uporaba rude.

Boksit je najboljša in glavna surovina za proizvodnjo aluminija na svetu. Uporablja se tudi za proizvodnjo umetnega korunda, visoko ognjevzdržnih izdelkov in za druge namene. Po kemični sestavi je ta sedimentna kamnina mešanica hidratov aluminijevega oksida AlO nH2O z oksidi železa, silicija, titana in drugih elementov. Najpogostejši hidrati aluminijevega oksida, ki sestavljajo boksite, so minerali diaspora, bemit in hidrargelit. Vsebnost aluminijevega oksida v boksitu se tudi v enem nahajališču giblje v zelo širokem razponu, od 35 do 70 %.

Minerali, ki so vključeni v sestavo boksita, tvorijo zelo tanko zmes, kar otežuje obogatitev. V industriji se uporablja predvsem surova ruda. Postopek pridobivanja aluminija iz rude je kompleksen, zelo energetsko intenziven in je sestavljen iz dveh stopenj: najprej se pridobiva aluminijev oksid, nato pa iz njega pridobiva aluminij.

Predmet svetovne trgovine je tako sam boksit kot iz njega pridobljeni aluminijev oksid ali druge rude.

Na ozemlju CIS so nahajališča boksita neenakomerno razporejena, boksit iz različnih nahajališč pa je neenake kakovosti. Na Uralu se nahajajo nahajališča najkakovostnejših boksitov. Velike zaloge boksita so tudi v evropskem delu SND in v Zahodnem Kazahstanu.

Od industrializiranih držav je zdaj praktično zagotovljena le Francija, kjer se je njen razvoj prvič začel. Njegove zanesljive in verjetne zaloge v tej skupini držav so bile leta 1975 ocenjene na 4,8 milijarde ton (vključno s 4,6 milijarde ton v Avstraliji), v državah v razvoju pa na 12,5 milijarde ton, predvsem v Afriki in Latinski Ameriki (najbogatejše so Gvineja, Kamerun, Brazilija, Jamajka).

V povojnem obdobju se je krog držav, kjer se koplje boksit in proizvaja primarni aluminij, močno razširil. Leta 1950 so boksit kopali le v 11 državah, brez ZSSR, vključno s tremi, ki presegajo milijon ton (Surinam, Gvajana, ZDA) in štirimi po več kot 0,1 milijona ton (Francija, Indonezija, Italija, Gana). Do leta 1977 se je obseg proizvodnje povečal za 12-krat in njena geografija se je dramatično spremenila (več kot polovica proizvodnje kapitalističnega sveta je prihajala iz držav v razvoju).

Za razliko od držav v razvoju Avstralija, ki je bogata z gorivom, predela večino izkopanega boksita (predvsem na polotoku York, največjem nahajališču boksita na svetu) v aluminijev oksid, ki ima odločilno vlogo pri njenem svetovnem izvozu. Ni zgled zanjo, karibske in zahodnoafriške države večinoma izvažajo boksit. To vpliva tako na politične razloge (svetovni aluminijevi monopoli raje proizvajajo aluminijev oksid izven rudarskih, odvisnih držav boksita), kot na povsem ekonomske: boksiti so za razliko od rud težkih barvnih kovin prevozni (vsebujejo 35-65% aluminijevega dioksida). ), proizvodnja glinice pa zahteva znatne specifične stroške, ki jih velika večina držav proizvajalk boksita nima.

V prizadevanju, da bi se uprle diktatu svetovnih monopolov na aluminij, so države izvoznice boksita leta 1973 ustanovile organizacijo "International Association of Boxite Mining Countries" (IABS). Vključevala je Avstralijo, Gvinejo, Gvajano, Jamajko in Jugoslavijo; kasneje so se pridružile Dominikanska republika, Haiti, Gana, Sierra Leone, Surinam, Grčija in Indija pa sta postali državi opazovalki. V letu nastanka so te države predstavljale približno 85 % rudarjenja boksita v nesocialističnih državah.

Za aluminijevo industrijo je značilna teritorialna vrzel tako med pridobivanjem boksita in proizvodnjo glinice ter med slednjo in taljenjem primarnega aluminija. Največja proizvodnja glinice (do 1-1,3 milijona ton na leto) je lokalizirana tako v talilnicah aluminija (na primer v kanadski tovarni v Arvida v Quebecu, ki zavzema 0,4 milijona ton aluminija na leto glede na proizvodne zmogljivosti) in v pristaniščih za izvoz boksita (na primer Paranam v Surinamu), pa tudi na poteh boksita od drugega do prvega - na primer v ZDA na obali Mehiškega zaliva (Corpus Christi, Point Comfort).

Pri nas so vsi izkopani boksiti razdeljeni na deset razredov. Glavna razlika med boksiti različnih razredov je v tem, da vsebujejo različne količine glavne ekstrakcijske komponente, aluminijevega oksida, in imajo različne vrednosti modula silicija, t.j. različna vsebnost aluminijevega oksida od vsebnosti nečistoč silicijevega dioksida, škodljivih v boksitih (AlO SiO). Modul silicija je zelo pomemben kazalnik kakovosti boksitov, od katerega je v veliki meri odvisna njihova uporaba in tehnologija predelave.

Vsebnost vlage v boksitih vseh razredov je določena glede na njihovo nahajališče: najnižja vsebnost vlage (ne več kot 7%) je določena za boksite nahajališč južnega Urala ter za nahajališča Severnega Urala, Kamensk-Urala in Tikhvina. , ne več kot 12, 16 in 22 %. Indikator vlažnosti ni znak zavrnitve in služi samo za obračune s potrošnikom.

Boksit se dobavlja v kosih, ki niso večji od 500 mm. V razsutem stanju se prevaža na ploščadih ali v gondolah.

Lastnosti 13 Al.

Atomska masa

26,98

Clarke, at.%

(prevalenca v naravi)

5,5

Elektronska konfiguracija*

Agregacijsko stanje

(dobro.).

trdna

0,143

Barva

srebrno bela

0,057

695

Ionizacijska energija

5,98

2447

Relativna elektronegativnost

1,5

Gostota

2,698

Možna oksidacijska stanja

1, +2,+3

Standardni potencial elektrode

1,69

*Podana je konfiguracija zunanjih elektronskih nivojev atoma elementa. Konfiguracija preostalih elektronskih nivojev sovpada s konfiguracijo žlahtnega plina, ki zaključi prejšnje obdobje in je navedena v oklepajih.

aluminij- glavni predstavnik kovin glavne podskupine skupine III periodnega sistema. Lastnosti njegovih analogov - galij, Indija in talij - v marsičem spominjajo na lastnosti aluminija, saj imajo vsi ti elementi enako elektronsko konfiguracijo zunanje ravni ns 2 np 1 in zato imajo vsi oksidacijsko stanje 3+.

fizične lastnosti. Aluminij je srebrno bela kovina z visoka toplotna in električna prevodnost. Kovinska površina je prekrita s tankim, a zelo močnim filmom iz aluminijevega oksida Al 2 Oz.

Kemijske lastnosti. Aluminij je zelo aktiven, če ni zaščitnega filma Al 2 Oz. Ta film preprečuje interakcijo aluminija z vodo. Če se zaščitni film odstrani kemično (na primer z alkalno raztopino), potem kovina začne močno sodelovati z vodo, pri čemer se sprošča vodik:

Aluminij v obliki ostružkov ali prahu močno gori na zraku in sprošča veliko količino energije:

Ta lastnost aluminija se pogosto uporablja za pridobivanje različnih kovin iz njihovih oksidov z redukcijo z aluminijem. Metoda se imenuje aluminotermijo . Aluminotermija lahko proizvede le tiste kovine, pri katerih je toplota tvorbe oksidov manjša od toplote tvorbe Al 2 Oz, na primer:

Pri segrevanju aluminij reagira s halogeni žveplom, dušikom in ogljikom in tvori oz. halogenidi:

Aluminijev sulfid in aluminijev karbid sta popolnoma hidrolizirana s tvorbo aluminijevega hidroksida in s tem vodikovega sulfida in metana.

Aluminij je lahko topen v klorovodikovi kislini katere koli koncentracije:

Koncentrirane žveplove in dušikove kisline na mrazu ne delujejo na aluminij (pasivirajo). Pri ogrevanje aluminij lahko zmanjša te kisline brez razvoja vodika:

AT razredčenžveplova kislina raztopi aluminij s sproščanjem vodika:

AT razredčen dušikove kisline, reakcija poteka s sproščanjem dušikovega oksida (II):

Aluminij se raztopi v raztopinah alkalij in karbonatov alkalijskih kovin, da nastane tetrahidroksoaluminati:

Aluminijev oksid. Al 2 O 3 ima 9 kristalnih modifikacij. Najpogostejši a je modifikacija. Je najbolj kemično inerten, na njegovi osnovi se gojijo monokristali različnih kamnov za uporabo v industriji in tehnologiji nakita.

V laboratoriju se aluminijev oksid pridobi s sežiganjem aluminijevega prahu v kisiku ali s kalciniranjem njegovega hidroksida:

aluminijev oksid, ki je amfoterično lahko reagira ne samo s kislinami, ampak tudi z alkalijami, pa tudi pri zlitju s karbonati alkalijskih kovin, medtem ko daje metaaluminati:

in s kislinskimi solmi:

aluminijev hidroksid- bela želatinasta snov, praktično netopna v vodi, ki ima amfoterično lastnosti. Aluminijev hidroksid lahko pridobimo z obdelavo aluminijevih soli z alkalijami ali amonijevim hidroksidom. V prvem primeru se je treba izogibati presežku alkalij, saj se v nasprotnem primeru aluminijev hidroksid raztopi s tvorbo kompleksa tetrahidroksoaluminati[Al(OH) 4]`:

Pravzaprav je v zadnji reakciji tetrahidroksodikvaaluminatni ioni, vendar se za pisanje reakcij običajno uporablja poenostavljena oblika [Al(OH) 4 ]`. S šibkim zakisanjem se tetrahidroksoaluminati uničijo:

aluminijeve soli. Skoraj vse aluminijeve soli je mogoče pridobiti iz aluminijevega hidroksida. Skoraj vse soli aluminija in močnih kislin so zelo topne v vodi in so močno hidrolizirane.

Aluminijevi halogenidi so zelo topni v vodi in so v svoji strukturi dimeri:

2AlCl 3 є Al 2 Cl 6

Aluminijevi sulfati se zlahka hidrolizirajo, tako kot vse njegove soli:

Kalij-aluminijev galun je znan tudi: KAl(SO 4) 2H 12H 2 O.

aluminijev acetat Al(CH 3 COO) 3 uporablja se v medicini kot losjon.

Aluminosilikati. V naravi se aluminij pojavlja v obliki spojin s kisikom in silicijem - aluminosilikati. Njihova splošna formula je: (Na, K) 2 Al 2 Si 2 O 8-nefelin.

Naravne aluminijeve spojine so tudi: Al2O3- korund, aluminijev oksid; in spojine s splošnimi formulami Al 2 O 3 H nH 2 O in Al(OH) 3H nH2O- boksiti.

Potrdilo o prejemu. Aluminij se pridobiva z elektrolizo taline Al 2 O 3.

(A l ), ​​galij (Ga ), indij (In ) in talij (T l ).

Kot je razvidno iz podanih podatkov, so bili vsi ti elementi odprti v XIX stoletja.

Odkritje kovin glavne podskupine III skupine

AT

Al

Ga

V

Tl

1806

1825

1875

1863

1861

G. Lussac,

G.H. Oersted

L. de Boisbaudran

F. Reich,

W. Crooks

L. Tenard

(Danska)

(Francija)

I. Richter

(Anglija)

(Francija)

(Nemčija)

Bor je nekovina. Aluminij je prehodna kovina, medtem ko so galij, indij in talij polne kovine. Tako se s povečanjem atomskih polmerov elementov vsake skupine periodnega sistema povečajo kovinske lastnosti preprostih snovi.

V tem predavanju si bomo podrobneje ogledali lastnosti aluminija.

1. Položaj aluminija v tabeli D. I. Mendelejeva. Struktura atoma, prikazana oksidacijska stanja.

Aluminijasti element se nahaja v III skupina, glavna podskupina "A", 3. obdobje periodnega sistema, zaporedna številka 13, relativna atomska masa Ar (Al ) = 27. Njegov sosed na levi v tabeli je magnezij, tipična kovina, na desni pa silicij, ki ni več kovina. Zato mora aluminij pokazati lastnosti neke vmesne narave in njegove spojine so amfoterne.

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

Osnovno stanje

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

vznemirjeno stanje

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

Aluminij ima oksidacijsko stanje +3 v spojinah:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fizikalne lastnosti

Aluminij proste oblike je srebrno bela kovina z visoko toplotno in električno prevodnostjo.Temperatura taljenja je 650 ° C. Aluminij ima nizko gostoto (2,7 g / cm 3) - približno trikrat manj kot železo ali baker, hkrati pa je trpežna kovina.

3. Biti v naravi

Glede na razširjenost v naravi zaseda 1. med kovinami in 3. med elementi drugi le kisik in silicij. Odstotek vsebnosti aluminija v zemeljski skorji se po mnenju različnih raziskovalcev giblje od 7,45 do 8,14 % mase zemeljske skorje.

V naravi se aluminij pojavlja le v spojinah (minerali).

Nekateri od njih:

· boksiti - Al 2 O 3 H 2 O (z nečistočami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefelini - KNa 3 4

· Aluniti - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Aluminijev oksid (mešanice kaolinov s peskom SiO 2, apnencem CaCO 3, magnezitom MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Feldspar (ortoklaz) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

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

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

· Beril - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

boksit

Al2O3

Korund

Ruby

safir

4. Kemijske lastnosti aluminija in njegovih spojin

Aluminij v normalnih pogojih zlahka komunicira s kisikom in je prekrit z oksidnim filmom (daje mat videz).

DEMONSTRACIJA OKSIDNEGA FILMA

Njegova debelina je 0,00001 mm, zahvaljujoč temu pa aluminij ne korodira. Za preučevanje kemičnih lastnosti aluminija se odstrani oksidni film. (Z brusnim papirjem ali kemično: najprej s spuščanjem v alkalno raztopino, da odstranimo oksidni film, nato pa v raztopino živosrebrovih soli, da se tvori zlitina aluminija in živega srebra - amalgam).

jaz. Interakcija s preprostimi snovmi

Aluminij že pri sobni temperaturi aktivno reagira z vsemi halogeni in tvori halogenide. Pri segrevanju sodeluje z žveplom (200 °C), dušikom (800 °C), fosforjem (500 °C) in ogljikom (2000 °C), z jodom v prisotnosti katalizatorja - vode:

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

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

A l + P = A l P (aluminijev fosfid),

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

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (aluminijev jodid) IZKUŠNJE

Vse te spojine so popolnoma hidrolizirane s tvorbo aluminijevega hidroksida in s tem vodikovega sulfida, amoniaka, fosfina in metana:

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

V obliki ostružkov ali prahu močno gori na zraku in sprošča veliko toplote:

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

ZGORENJE ALUMINIJA V ZRAKU

IZKUŠNJE

II. Interakcija s kompleksnimi snovmi

Interakcija z vodo :

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

brez oksidnega filma

IZKUŠNJE

Interakcija s kovinskimi oksidi:

Aluminij je dobro redukcijsko sredstvo, saj je ena izmed aktivnih kovin. Je v seriji aktivnosti takoj za zemeljskoalkalijskimi kovinami. Torej obnavlja kovine iz njihovih oksidov . Takšna reakcija - aluminotermija - se uporablja za pridobivanje čistih redkih kovin, kot so volfram, vanadij itd.

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

Termitna mešanica Fe 3 O 4 in Al (prah) se uporablja tudi pri termitnem varjenju.

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

Interakcija s kislinami :

Z raztopino žveplove kisline: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Ne reagira s hladno koncentrirano žveplovo in dušiko (pasivira). Zato se dušikova kislina prevaža v aluminijastih rezervoarjih. Pri segrevanju lahko aluminij zmanjša te kisline brez sproščanja vodika:

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

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

Interakcija z alkalijami .

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

IZKUŠNJE

Na[AMPAKl(OH) 4] – natrijev tetrahidroksoaluminat

Na predlog kemika Gorbova so med rusko-japonsko vojno to reakcijo uporabili za proizvodnjo vodika za balone.

S solnimi raztopinami:

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

Če površino aluminija podrgnemo z živosrebrno soljo, pride do naslednje reakcije:

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

Sproščeno živo srebro raztopi aluminij in tvori amalgam .

Detekcija aluminijevih ionov v raztopinah : IZKUŠNJE


5. Uporaba aluminija in njegovih spojin

Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija so privedle do njegove široke uporabe v tehnologiji. Letalska industrija je glavni porabnik aluminija.: 2/3 letala je izdelano iz aluminija in njegovih zlitin. Letalo iz jekla bi bilo pretežko in bi lahko prevažalo veliko manj potnikov. Zato se aluminij imenuje krilata kovina. Kabli in žice so izdelani iz aluminija: z enako električno prevodnostjo je njihova masa 2-krat manjša od ustreznih bakrenih izdelkov.

Glede na korozijsko odpornost aluminija je proizvodnja delov aparatov in posod za dušikovo kislino. Aluminijev prah je osnova za izdelavo srebrne barve za zaščito železnih izdelkov pred korozijo, pa tudi za odbijanje toplotnih žarkov, s takšno barvo prekrivajo skladišča nafte in gasilske obleke.

Aluminijev oksid se uporablja za proizvodnjo aluminija in tudi kot ognjevzdržni material.

Aluminijev hidroksid je glavna sestavina znanih zdravil Maalox, Almagel, ki znižujejo kislost želodčnega soka.

Aluminijeve soli so močno hidrolizirane. Ta lastnost se uporablja v procesu čiščenja vode. Vodi, ki jo je treba očistiti, dodamo aluminijev sulfat in majhno količino gašenega apna, da nevtraliziramo nastalo kislino. Posledično se sprosti volumetrična oborina aluminijevega hidroksida, ki, ko se usede, odnese s seboj suspendirane delce motnosti in bakterij.

Tako je aluminijev sulfat koagulant.

6. Pridobivanje aluminija

1) Sodobno stroškovno učinkovito metodo za proizvodnjo aluminija sta leta 1886 izumila Ameriška dvorana in Francoz Héroux. Sestoji iz elektrolize raztopine aluminijevega oksida v staljenem kriolitu. Staljeni kriolit Na 3 AlF 6 raztopi Al 2 O 3 kot voda raztopi sladkor. Elektroliza "raztopine" aluminijevega oksida v staljenem kriolitu poteka, kot da bi bil kriolit le topilo, aluminijev oksid pa elektrolit.

2Al 2 O 3 električni tok → 4Al + 3O 2

V angleški enciklopediji za dečke in dekleta se članek o aluminiju začne z naslednjimi besedami: »23. februarja 1886 se je v zgodovini civilizacije začela nova kovinska doba - doba aluminija. Na ta dan se je Charles Hall, 22-letni kemik, pojavil v laboratoriju svojega prvega učitelja z ducatom majhnih kroglic srebrno belega aluminija v roki in z novico, da je našel način za izdelavo te kovine. poceni in v velikih količinah. Tako je Hall postal ustanovitelj ameriške industrije aluminija in anglosaksonski narodni heroj, kot človek, ki je iz znanosti naredil velik posel.

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

ZANIMIVO JE:

  • Kovinski aluminij je leta 1825 prvič izoliral danski fizik Hans Christian Oersted. S prehajanjem plinastega klora skozi plast vroče glinice, pomešane s premogom, je Oersted izoliral aluminijev klorid brez najmanjše sledi vlage. Za obnovitev kovinskega aluminija je moral Oersted obdelati aluminijev klorid s kalijevim amalgamom. Po 2 letih je nemški kemik Friedrich Wöller. Metodo je izboljšal tako, da je zamenjal kalijev amalgam s čistim kalijem.
  • V 18. in 19. stoletju je bil aluminij glavna kovina za nakit. Leta 1889 je bil D. I. Mendelejev v Londonu za svoje zasluge pri razvoju kemije nagrajen z dragocenim darilom - tehtnicami iz zlata in aluminija.
  • Do leta 1855 je francoski znanstvenik Saint-Clair Deville razvil postopek za proizvodnjo kovine aluminija v industrijskem obsegu. Toda metoda je bila zelo draga. Deville je užival posebno pokroviteljstvo Napoleona III., francoskega cesarja. V znak svoje predanosti in hvaležnosti je Deville za Napoleonovega sina, novorojenega princa, izdelal elegantno gravirano klopotec – prvi »potrošniški izdelek« iz aluminija. Napoleon je nameraval svoje gardiste celo opremiti z aluminijastimi kirasami, vendar je bila cena previsoka. Takrat je 1 kg aluminija stal 1000 mark, t.j. 5-krat dražji od srebra. Šele z izumom elektrolitskega postopka je aluminij postal tako dragocen kot običajne kovine.
  • Ali ste vedeli, da aluminij, ko vstopi v človeško telo, povzroči motnjo v živčnem sistemu, pri presežku pa se moti metabolizem. In zaščitna sredstva so vitamin C, kalcij, cinkove spojine.
  • Ko aluminij gori v kisiku in fluoru, se sprosti veliko toplote. Zato se uporablja kot dodatek raketnemu gorivu. Raketa Saturn med svojim letom požge 36 ton aluminijevega prahu. Zamisel o uporabi kovin kot sestavine raketnega goriva je prvi predlagal F.A. Zander.

SIMULATORJI

Simulator št. 1 - Značilnosti aluminija po položaju v periodnem sistemu elementov D. I. Mendelejeva

Simulator št. 2 - enačbe za reakcije aluminija s preprostimi in kompleksnimi snovmi

Simulator št. 3 - Kemijske lastnosti aluminija

NALOGE ZA Okrepitev

št. 1 Za pridobivanje aluminija iz aluminijevega klorida se lahko kot redukcijsko sredstvo uporabi kovinski kalcij. Naredite enačbo za to kemično reakcijo, okarakterizirajte ta proces z uporabo elektronskega ravnotežja.
Pomislite! Zakaj te reakcije ni mogoče izvesti v vodni raztopini?

št. 2. Dokončajte enačbe kemijskih reakcij:
Al + H2SO4 (raztopina ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 ( konc )-t ->
Al + NaOH + H2O ->

št. 3 Izvedite transformacije:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

št. 4. Rešiti problem:
Aluminij-bakrova zlitina je bila med segrevanjem izpostavljena presežku koncentrirane raztopine natrijevega hidroksida. Izpuščeno je bilo 2,24 litra plina (n.o.s.). Izračunajte odstotno sestavo zlitine, če je bila njena skupna masa 10 g?

Pridobivanje kalijevega aluma

aluminij(lat. Aluminij), - v periodnem sistemu je aluminij v tretji periodi, v glavni podskupini tretje skupine. Core Charge +13. Elektronska struktura atoma je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Atomski polmer kovine je 0,143 nm, kovalentni je 0,126 nm, pogojni polmer iona Al 3+ je 0,057 nm. Energija ionizacije Al - Al + 5,99 eV.

Najbolj značilno oksidacijsko stanje atoma aluminija je +3. Negativno oksidacijsko stanje je redko. V zunanji elektronski plasti atoma so proste d-podnivi. Zaradi tega je njegova koordinacijska številka v spojinah lahko ne le 4 (AlCl 4-, AlH 4-, aluminosilikati), ampak tudi 6 (Al 2 O 3, 3+).

Sklic na zgodovino. Ime aluminij izhaja iz lat. alumen – torej nazaj v 500 pr.n.št. imenovani aluminij alum, ki so ga uporabljali kot jedko pri barvanju tkanin in strojenju usnja. Danski znanstvenik H. K. Oersted je leta 1825, ki je deloval z amalgamom kalija na brezvodni AlCl 3 in nato odgnal živo srebro, dobil razmeroma čist aluminij. Prvo industrijsko metodo za proizvodnjo aluminija je leta 1854 predlagal francoski kemik A.E. St. Clair Deville: metoda je bila redukcija aluminija in natrijevega dvojnega klorida Na 3 AlCl 6 s kovinskim natrijem. Podobno barve kot srebro, je bil aluminij sprva zelo drag. Od leta 1855 do 1890 je bilo proizvedenih le 200 ton aluminija. Sodobno metodo pridobivanja aluminija z elektrolizo taline kriolita in glinice sta leta 1886 sočasno in neodvisno drug od drugega razvila C. Hall v ZDA in P. Héroux v Franciji.

Biti v naravi

Aluminij je najbolj razširjena kovina v zemeljski skorji. Predstavlja 5,5–6,6 mol. delež % ali 8 mas.%. Njegova glavna masa je koncentrirana v alumosilikatih. Izjemno pogost produkt uničenja kamnin, ki jih tvorijo, je glina, katere glavna sestava ustreza formuli Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Od ostalih naravnih oblik aluminija je največji pomen boksit Al 2 O 3. xH 2 O in minerali korund Al 2 O 3 in kriolit AlF 3 . 3NaF.

Potrdilo o prejemu

Trenutno se aluminij v industriji proizvaja z elektrolizo raztopine aluminijevega oksida Al 2 O 3 v staljenem kriolitu. Al 2 O 3 mora biti dovolj čist, saj se nečistoče iz taljenega aluminija zelo težko odstranijo. Temperatura taljenja Al 2 O 3 je približno 2050 o C, kriolita pa 1100 o C. Elektroliza je podvržena staljeni zmesi kriolita in Al 2 O 3, ki vsebuje približno 10 mas. % Al 2 O 3, ki se tali pri 960 °C. o C in ima električno prevodnost, gostoto in viskoznost, kar je najbolj ugodno za proces. Z dodatkom AlF 3 , CaF 2 in MgF 2 je možna elektroliza pri 950°C.

Elektrolitska celica za taljenje aluminija je ohišje iz železa, ki je od znotraj obloženo z ognjevzdržnimi opekami. Njegovo dno (pod), sestavljeno iz blokov stisnjenega premoga, služi kot katoda. Anode so nameščene na vrhu: to so aluminijasti okvirji, napolnjeni s premogovnimi briketi.

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

Na katodi se sprošča tekoči aluminij:

Al 3+ + 3e - \u003d Al

Aluminij se zbira na dnu peči, od koder se občasno sprošča. Na anodi se sprošča kisik:

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

Kisik oksidira grafit v ogljikove okside. Ko ogljik gori, se anoda zgradi.

Aluminij se uporablja tudi kot legirni dodatek številnim zlitinam, ki jim daje toplotno odpornost.

Fizikalne lastnosti aluminija. Aluminij združuje zelo dragocene lastnosti: nizko gostoto, visoko toplotno in električno prevodnost, visoko duktilnost in dobro odpornost proti koroziji. Z lahkoto ga je mogoče kovati, žigosati, valjati, risati. Aluminij je dobro varjen s plinskim, kontaktnim in drugimi vrstami varjenja. Aluminijasta rešetka je plosko-centrirana kubična s parametrom a = 4,0413 Å. Lastnosti aluminija, tako kot lastnosti vseh kovin, so v veliki meri odvisne od njegove čistosti. Lastnosti aluminija visoke čistosti (99,996%): gostota (pri 20 °C) 2698,9 kg/m 3 ; t pl 660,24 °C; t bale približno 2500 °C; koeficient toplotnega raztezanja (od 20 ° do 100 ° C) 23,86 10 -6; toplotna prevodnost (pri 190 °C) 343 W/m K, specifična toplotna zmogljivost (pri 100 °C) 931,98 J/kg K. ; električna prevodnost glede na baker (pri 20 °C) 65,5 %. Aluminij ima nizko trdnost (natezna trdnost 50–60 MN/m2), trdoto (170 MN/m2 po Brinellu) in visoko duktilnost (do 50 %). Med hladnim valjanjem se natezna trdnost aluminija poveča na 115 MN/m 2 , trdota - do 270 MN/m 2 , relativni raztezek se zmanjša na 5 % (1 MN/m 2 ~ in 0,1 kgf/mm 2). Aluminij je dobro poliran, anodiziran in ima visoko odbojnost blizu srebra (odseva do 90 % vpadne svetlobne energije). Z visoko afiniteto do kisika je aluminij v zraku prekrit s tankim, a zelo močnim oksidnim filmom Al 2 O 3 , ki ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo in določa njene visoke protikorozijske lastnosti. Moč oksidnega filma in njegov zaščitni učinek se močno zmanjšata v prisotnosti nečistoč živega srebra, natrija, magnezija, bakra itd. Aluminij je odporen na atmosfersko korozijo, morsko in sladko vodo, praktično ne sodeluje s koncentriranim ali močno razredčenim dušikom. kislina, z organskimi kislinami, živilski izdelki.

Kemijske lastnosti

Ko se fino razdrobljen aluminij segreje, močno gori na zraku. Njegova interakcija z žveplom poteka podobno. S klorom in bromom se kombinacija pojavi že pri običajni temperaturi, z jodom - pri segrevanju. Pri zelo visokih temperaturah se aluminij neposredno poveže tudi z dušikom in ogljikom. Nasprotno, ne sodeluje z vodikom.

Aluminij je precej odporen na vodo. Toda če se zaščitni učinek oksidnega filma odstrani mehansko ali z združitvijo, pride do energijske reakcije:

Zelo razredčena, pa tudi zelo koncentrirana HNO3 in H2SO4, skoraj ne vplivata na aluminij (na mrazu), medtem ko se pri srednjih koncentracijah teh kislin postopoma raztopi. Čisti aluminij je precej stabilen glede na klorovodikovo kislino, vendar se v njem raztopi običajna tehnična kovina.

Pod delovanjem alkalijskih vodnih raztopin na aluminij se oksidna plast raztopi in nastanejo aluminati - soli, ki vsebujejo aluminij v sestavi aniona:

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

Aluminij, brez zaščitnega filma, sodeluje z vodo in iz nje izpodriva vodik:

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

Nastali aluminijev hidroksid reagira s presežkom alkalij in tvori hidroksoaluminat:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Celotna enačba za raztapljanje aluminija v vodni raztopini alkalij:

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

Aluminij se opazno raztopi v raztopinah soli, ki imajo kislo ali alkalno reakcijo zaradi hidrolize, na primer v raztopini Na 2 CO 3 .

V nizu napetosti se nahaja med Mg in Zn. V vseh svojih stabilnih spojinah je aluminij trivalenten.

Kombinacijo aluminija s kisikom spremlja ogromno sproščanje toplote (1676 kJ/mol Al 2 O 3), veliko večje kot pri mnogih drugih kovinah. Glede na to, ko se segreje mešanica ustreznega kovinskega oksida z aluminijevim prahom, pride do burne reakcije, ki vodi do sproščanja proste kovine iz odvzetega oksida. Metoda redukcije z Al (aluminij) se pogosto uporablja za pridobivanje številnih elementov (Cr, Mn, V, W itd.) v prostem stanju.

Aluminotermijo včasih uporabljamo za varjenje posameznih jeklenih delov, zlasti spojev tramvajskih tirnic. Uporabljena mešanica ("termit") je običajno sestavljena iz finih praškov aluminija in Fe 3 O 4 . Vžge se z varovalko iz mešanice Al in BaO 2. Glavna reakcija poteka po enačbi:

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

Poleg tega se temperatura razvije okoli 3000 o C.

Aluminijev oksid je bela, zelo ognjevzdržna (temp. 2050 o C) in v vodi netopna masa. Naravni Al 2 O 3 (mineral korunda), pa tudi umetno pridobljen in nato močno žgan, se odlikujeta po visoki trdoti in netopnosti v kislinah. Al 2 O 3 (tako imenovani aluminijev oksid) se lahko s fuzijo z alkalijami pretvori v topno stanje.

Naravni korund, običajno onesnažen z železovim oksidom, se zaradi svoje izjemne trdote uporablja za izdelavo brusnih plošč, palic itd. V fino zdrobljeni obliki se imenuje smirk in se uporablja za čiščenje kovinskih površin in izdelavo brusnega papirja. Za iste namene se pogosto uporablja Al 2 O 3, pridobljen s taljenjem boksita (tehnično ime - alund).

Prozorni obarvani kristali korunda - rdeči rubin - primes kroma - in modri safir - primes titana in železa - dragi kamni. Pridobivajo se tudi umetno in se uporabljajo v tehnične namene, na primer za izdelavo delov za precizne instrumente, kamnov v urah itd. Kristali rubina, ki vsebujejo majhno nečistočo Cr 2 O 3, se uporabljajo kot kvantni generatorji - laserji, ki ustvarjajo usmerjen snop monokromatskega sevanja.

Zaradi netopnosti Al 2 O 3 v vodi lahko hidroksid Al(OH) 3, ki ustreza temu oksidu, pridobimo le posredno iz soli. Proizvodnja hidroksida je lahko predstavljena kot naslednja shema. Pod delovanjem alkalij ioni OH postopoma nadomestijo 3+ molekule vode v vodnih kompleksih:

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

2+ + OH - = + + H 2 O

OH - \u003d 0 + H 2 O

Al(OH) 3 je obsežna bela želatinasta oborina, praktično netopna v vodi, vendar lahko topen v kislinah in močnih alkalijah. Zato ima amfoterni značaj. Vendar so njegove bazične in predvsem kisle lastnosti precej šibko izražene. V presežku NH 4 OH je aluminijev hidroksid netopen. Ena oblika dehidriranega hidroksida, aluminijev gel, se uporablja v inženirstvu kot adsorbent.

Pri interakciji z močnimi alkalijami nastanejo ustrezni aluminati:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Aluminati najbolj aktivnih enovalentnih kovin so zelo topni v vodi, vendar so zaradi močne hidrolize njihove raztopine stabilne le v prisotnosti zadostnega presežka alkalij. Aluminati, proizvedeni iz šibkejših baz, so v raztopini skoraj popolnoma hidrolizirani in jih je zato mogoče pridobiti le na suh način (z legiranjem Al 2 O 3 z oksidi ustreznih kovin). Nastanejo metaaluminati, ki so v svoji sestavi proizvedeni iz metaaluminijeve kisline HAlO 2 . Večina jih je netopnih v vodi.

Al(OH) 3 tvori soli s kislinami. Derivati ​​večine močnih kislin so zelo topni v vodi, vendar so precej hidrolizirani, zato njihove raztopine kažejo kislo reakcijo. Še močneje se hidrolizirajo topne soli aluminija in šibkih kislin. Zaradi hidrolize iz vodnih raztopin ni mogoče pridobiti sulfidnih, karbonatnih, cianidnih in nekaterih drugih aluminijevih soli.

V vodnem mediju je anion Al 3+ neposredno obdan s šestimi molekulami vode. Tak hidrirani ion je nekoliko disociiran po shemi:

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

Njegova disociacijska konstanta je 1. 10 -5 t.j. je šibka kislina (po jakosti podobna ocetni kislini). Oktaedrsko okolje Al 3+ s šestimi molekulami vode se ohranja tudi v kristalnih hidratih številnih aluminijevih soli.

Aluminosilikate lahko štejemo za silikate, v katerih je del silicijevo-kisikovega tetraedra SiO 4 4 - nadomeščen z aluminijevo-kiskovim tetraedrom AlO 4 5- Od aluminosilikatov so najpogostejši feldsparti, ki predstavljajo več kot polovico mase zemeljsko skorjo. Njihovi glavni predstavniki so minerali

ortoklaz K 2 Al 2 Si 6 O 16 ali K 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO2

albit Na 2 Al 2 Si 6 O 16 ali Na 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO2

anortit CaAl 2 Si 2 O 8 ali CaO. Al 2 O 3 . 2SiO2

Minerali iz skupine sljude so zelo pogosti, na primer muskovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Velik praktičen pomen je mineral nefelin (Na, K) 2, ki se uporablja za pridobivanje glinice, sode in cementa. Ta proizvodnja je sestavljena iz naslednjih postopkov: a) nefelin in apnenec se sintrata v cevnih pečeh pri 1200°C:

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

b) nastalo maso izlužimo z vodo - nastane raztopina natrijevega in kalijevih aluminatov in mulj CaSiO 3:

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

c) CO 2 , ki nastane med sintranjem, prehaja skozi raztopino aluminatov:

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

d) s segrevanjem Al (OH) 3 aluminijev oksid dobimo:

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

e) z izhlapevanjem matične lužnice se izolira soda in potaž, predhodno pridobljeno blato pa se uporabi za proizvodnjo cementa.

Pri proizvodnji 1 t Al 2 O 3 dobimo 1 t sode in 7,5 t cementa.

Nekateri aluminosilikati imajo ohlapno strukturo in so sposobni ionske izmenjave. Takšni silikati - naravni in predvsem umetni - se uporabljajo za mehčanje vode. Poleg tega se zaradi zelo razvite površine uporabljajo kot nosilci katalizatorja, t.j. kot materiali, impregnirani s katalizatorjem.

Aluminijevi halogenidi v normalnih pogojih so brezbarvne kristalne snovi. V seriji aluminijevih halogenidov se AlF 3 po lastnostih močno razlikuje od svojih analogov. Je ognjevzdržen, rahlo topen v vodi, kemično neaktiven. Glavna metoda za pridobivanje AlF 3 temelji na delovanju brezvodnega HF na Al 2 O 3 ali Al:

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

Aluminijeve spojine s klorom, bromom in jodom so topljive, zelo reaktivne in zelo topne ne le v vodi, ampak tudi v številnih organskih topilih. Interakcija aluminijevih halogenidov z vodo spremlja znatno sproščanje toplote. V vodni raztopini so vsi močno hidrolizirani, vendar je za razliko od tipičnih nekovinskih kislinskih halogenidov njihova hidroliza nepopolna in reverzibilna. AlCl 3 , AlBr 3 in AlI 3 se v vlažnem zraku (zaradi hidrolize), ki so že v normalnih pogojih opazno hlapni, kadijo. Dobimo jih lahko z neposredno interakcijo preprostih snovi.

Parne gostote AlCl 3 , AlBr 3 in AlI 3 pri relativno nizkih temperaturah bolj ali manj natančno ustrezajo podvojenim formulam - Al 2 Hal 6 . Prostorska struktura teh molekul ustreza dvema tetraedrom s skupnim robom. Vsak atom aluminija je vezan na štiri atome halogena, vsak od osrednjih atomov halogena pa je vezan na oba atoma aluminija. Od dveh vezi osrednjega atoma halogena je ena donorsko-akceptorska, pri čemer aluminij deluje kot akceptor.

S halogenidnimi solmi številnih enovalentnih kovin aluminijevi halogenidi tvorijo kompleksne spojine, predvsem vrste M 3 in M ​​(kjer je Hal klor, brom ali jod). Nagnjenost k reakcijam adicije je na splošno močno izražena pri obravnavanih halogenidih. To je razlog za najpomembnejšo tehnično uporabo AlCl 3 kot katalizatorja (pri rafiniranju nafte in v organskih sintezah).

Od fluoroaluminatov ima največjo uporabo kriolit Na 3 (za proizvodnjo Al, F 2 , emajlov, stekla itd.). Industrijska proizvodnja umetnega kriolita temelji na obdelavi aluminijevega hidroksida s fluorovodikovo kislino in sodo:

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

Kloro-, bromo- in jodoaluminate pridobivamo s spajanjem aluminijevih trihalidov s halogenidi ustreznih kovin.

Čeprav aluminij ne reagira kemično z vodikom, je aluminijev hidrid mogoče dobiti posredno. Je bela amorfna masa sestave (AlH 3) n. Pri segrevanju nad 105 ° C se razgradi s sproščanjem vodika.

Ko AlH 3 interagira z bazičnimi hidridi v raztopini etra, nastanejo hidroaluminati:

LiH + AlH 3 = Li

Hidroaluminati so bele trdne snovi. Hitro se razgradi z vodo. So močni restavratorji. Uporablja se (zlasti Li) v organski sintezi.

Aluminijev sulfat Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O dobimo z delovanjem vroče žveplove kisline na aluminijev oksid ali kaolin. Uporablja se za čiščenje vode, pa tudi pri pripravi nekaterih vrst papirja.

Kalijev galun KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O se v velikih količinah uporabljajo za strojenje usnja, pa tudi pri barvanju kot jedkalo za bombažne tkanine. V slednjem primeru učinek aluma temelji na dejstvu, da se aluminijev hidroksid, ki nastane kot posledica njihove hidrolize, odloži v vlakna tkanine v fino razpršenem stanju in ga, adsorbira barvilo, trdno drži na vlaknu. .

Od ostalih aluminijevih derivatov je treba omeniti njegov acetat (sicer ocetno sol) Al(CH 3 COO) 3, ki se uporablja pri barvanju tkanin (kot jedkalo) in v medicini (losjoni in obkladki). Aluminijev nitrat je zlahka topen v vodi. Aluminijev fosfat je netopen v vodi in ocetni kislini, vendar je topen v močnih kislinah in alkalijah.

aluminij v telesu. Aluminij je del tkiv živali in rastlin; v organih sesalcev je bilo najdenih od 10 -3 do 10 -5 % aluminija (na surovo snov). Aluminij se kopiči v jetrih, trebušni slinavki in ščitnici. V rastlinskih proizvodih se vsebnost aluminija giblje od 4 mg na 1 kg suhe snovi (krompir) do 46 mg (rumena repa), v živalskih proizvodih - od 4 mg (med) do 72 mg na 1 kg suhe snovi (goveje meso). . V dnevni prehrani ljudi vsebnost aluminija doseže 35-40 mg. Znani so organizmi - koncentratorji aluminija, na primer mahovi (Lycopodiaceae), ki vsebujejo do 5,3% aluminija v pepelu, mehkužci (Helix in Lithorina), v pepelu katerih 0,2–0,8% aluminija. Aluminij, ki tvori netopne spojine s fosfati, moti prehrano rastlin (absorpcija fosfatov s koreninami) in živali (absorpcija fosfatov v črevesju).

Geokemija aluminija. Geokemijske značilnosti aluminija določajo njegova visoka afiniteta do kisika (v mineralih je aluminij vključen v kisikove oktaedre in tetraedre), konstantna valenca (3) in nizka topnost večine naravnih spojin. V endogenih procesih med strjevanjem magme in nastajanjem magmatskih kamnin aluminij vstopi v kristalno mrežo feldspars, sljude in drugih mineralov - aluminosilikatov. V biosferi je aluminij šibek migrant, v organizmih in hidrosferi ga je malo. V vlažnem podnebju, kjer propadajoči ostanki bogate vegetacije tvorijo veliko organskih kislin, se aluminij seli v tla in vode v obliki organomineralnih koloidnih spojin; aluminij se adsorbira s koloidi in se obori v spodnjem delu tal. Vez med aluminijem in silicijem je delno prekinjena in ponekod v tropih nastajajo minerali - aluminijevi hidroksidi - bemit, diaspora, hidrargilit. Večina aluminija je del aluminosilikatov - kaolinita, beidelita in drugih glinenih mineralov. Šibka mobilnost določa preostalo kopičenje aluminija v vremenski skorji vlažnih tropov. Posledično nastanejo eluvialni boksiti. V preteklih geoloških obdobjih so se boksiti kopičili tudi v jezerih in obalnem območju morij tropskih regij (na primer sedimentni boksiti Kazahstana). V stepah in puščavah, kjer je malo žive snovi, vode pa so nevtralne in alkalne, aluminij skoraj ne migrira. Migracija aluminija je najbolj živahna na vulkanskih območjih, kjer opazimo močno kisle rečne in podzemne vode, bogate z aluminijem. Na mestih izpodrivanja kislih voda z alkalnimi - morskimi (ob ustjih rek in drugih) se aluminij odlaga s tvorbo boksitnih usedlin.

Uporaba aluminija. Kombinacija fizikalnih, mehanskih in kemičnih lastnosti aluminija določa njegovo široko uporabo na skoraj vseh področjih tehnologije, zlasti v obliki njegovih zlitin z drugimi kovinami. V elektrotehniki aluminij uspešno nadomešča baker, zlasti pri proizvodnji masivnih prevodnikov, na primer v nadzemnih vodih, visokonapetostnih kablih, stikalnih zbiralnikih, transformatorjih (električna prevodnost aluminija doseže 65,5 % električne prevodnosti bakra in je več kot trikrat lažja od bakra; s prečnim prerezom, ki zagotavlja enako prevodnost, je masa aluminijastih žic polovica manjša od mase bakrenih žic). Ultra čisti aluminij se uporablja pri proizvodnji električnih kondenzatorjev in usmernikov, katerih delovanje temelji na sposobnosti filma iz aluminijevega oksida, da prenaša električni tok samo v eni smeri. Ultra čisti aluminij, očiščen z conskim taljenjem, se uporablja za sintezo polprevodniških spojin tipa A III B V, ki se uporabljajo za proizvodnjo polprevodniških naprav. Čisti aluminij se uporablja pri izdelavi različnih zrcalnih reflektorjev. Aluminij visoke čistosti se uporablja za zaščito kovinskih površin pred atmosfersko korozijo (obloga, aluminijasta barva). Aluminij se zaradi relativno nizkega absorpcijskega preseka nevtronov uporablja kot konstrukcijski material v jedrskih reaktorjih.

Aluminijasti rezervoarji velike prostornine hranijo in prevažajo tekoče pline (metan, kisik, vodik itd.), dušikovo in ocetno kislino, čisto vodo, vodikov peroksid in jedilna olja. Aluminij se pogosto uporablja v opremi in aparatih živilske industrije, za embalažo hrane (v obliki folije), za proizvodnjo različnih gospodinjskih izdelkov. Močno se je povečala poraba aluminija za dodelavo stavb, arhitekturnih, prometnih in športnih objektov.

V metalurgiji je aluminij (poleg zlitin na njegovi osnovi) eden najpogostejših legirnih dodatkov v zlitinah na osnovi Cu, Mg, Ti, Ni, Zn in Fe. Aluminij se uporablja tudi za deoksidacijo jekla pred vlivanjem v kalup, pa tudi v postopkih pridobivanja nekaterih kovin z aluminotermijo. Na osnovi aluminija je s prašno metalurgijo ustvarjen SAP (sintrani aluminijev prah), ki ima visoko toplotno odpornost pri temperaturah nad 300 °C.

Aluminij se uporablja pri proizvodnji eksplozivov (amonal, alumotol). Različne aluminijeve spojine se pogosto uporabljajo.

Proizvodnja in poraba aluminija nenehno rasteta in po stopnjah rasti bistveno prehitevata proizvodnjo jekla, bakra, svinca in cinka.

Seznam uporabljene literature

1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin "Jedrnata kemijska referenca"

2. L.S. Guzey "Predavanja o splošni kemiji"

3. N.S. Akhmetov "Splošna in anorganska kemija"

4. B.V. Nekrasov "Učbenik splošne kemije"

5. N.L. Glinka "Splošna kemija"



Razdelki