Karakterisering av aluminium enligt kemiplanen. Egenskaper hos aluminium. Aluminium: allmänna egenskaper

Skaffa kaliumalun

Aluminium(lat. Aluminium), - i det periodiska systemet är aluminium i den tredje perioden, i den tredje gruppens huvudundergrupp. Core Charge +13. Elektronens struktur för atomen 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Metallatomradien är 0,143 nm, den kovalenta är 0,126 nm, den konventionella radien för Al 3+ -jonen är 0,057 nm. Joniseringsenergi Al - Al + 5,99 eV.

Det mest typiska oxidationstillståndet för aluminiumatomen är +3. Ett negativt oxidationstillstånd är sällsynt. Det finns fria d-undernivåer i atomens yttre elektronskikt. På grund av detta kan dess koordinationsnummer i föreningarna vara lika med inte bara 4 (AlCl 4-, AlH 4-, aluminosilikater), utan också 6 (Al203, 3+).

Historisk referens... Namnet Aluminium kommer från lat. alun - redan 500 f.Kr. kallad aluminiumalun, som användes som betesmedel för färgning av tyger och för garvning av läder. Den danska forskaren H. K. Oersted 1825, som agerade med en amalgam av kalium på vattenfritt AlCl 3 och sedan destillerade bort kvicksilveret, fick relativt rent aluminium. Den första industriella metoden för tillverkning av aluminium föreslogs 1854 av den franska kemisten A.E. Saint-Clair Deville: metoden bestod i reduktion av dubbel aluminiumklorid och natrium Na 3 AlCl 6 med metalliskt natrium. Liknande i färg till silver, var aluminium först mycket dyrt. Från 1855 till 1890 tillverkades endast 200 ton aluminium. Den moderna metoden att producera aluminium genom elektrolys av smält av kryolit-aluminiumoxid utvecklades 1886 samtidigt och oberoende av varandra av Charles Hall i USA och P. Héroux i Frankrike.

Att vara i naturen

Aluminium är den vanligaste metallen i jordskorpan. Den står för 5,5-6,6 mol. andel% eller 8 viktprocent. Dess huvudsakliga massa är koncentrerad till aluminiumsilikater. Lera är en extremt vanlig produkt av förstörelse av de stenar som bildas av dem, vars huvudsakliga sammansättning motsvarar formeln Al 2 O 3. 2SiO 2. 2H 2 O. Av andra naturliga former av aluminium är bauxit Al 2 O 3 av största vikt. xH20 och mineraler korund Al203 och kryolit AlF3. 3NaF.

Tar emot

För närvarande, i industrin, erhålls aluminium genom elektrolys av en lösning av aluminiumoxid Al203 i smält kryolit. Al 2 O 3 måste vara tillräckligt ren, eftersom föroreningar avlägsnas från det smälta aluminiumet med stor svårighet. Smältpunkten för Al203 är cirka 2050 o C, och den för kryolit är 1100 o C. En smält blandning av kryolit och Al203 utsätts för elektrolys, innehållande cirka 10 viktprocent Al203, som smälter vid 960 o C och har elektrisk konduktivitet, densitet och viskositet, den mest gynnsamma för processen. Med tillsats av AlF 3, CaF 2 och MgF 2 är elektrolys möjlig vid 950 ° C.

En elektrolysator för smältning av aluminium är ett järnhölje fodrat med eldfasta tegel inifrån. Dess botten (under), samlad från block av komprimerat kol, fungerar som en katod. Anoderna är placerade ovanpå: dessa är aluminiumramar fyllda med kolbriketter.

Al 2 O 3 = Al 3+ + AlO 3 3-

Flytande aluminium frigörs vid katoden:

Al 3+ + 3е - = Al

Aluminium samlas i botten av ugnen, varifrån det tappas med jämna mellanrum. Syre frigörs vid anoden:

4AlO 3 3- - 12е - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Syre oxiderar grafit till koloxider. När kolet brinner växer anoden.

Aluminium används dessutom som legeringstillägg till många legeringar för att ge dem värmebeständighet.

Fysiska egenskaper hos aluminium... Aluminium kombinerar en mycket värdefull uppsättning egenskaper: låg densitet, hög termisk och elektrisk konduktivitet, hög plasticitet och bra korrosionsbeständighet. Det lämpar sig lätt för smide, stämpling, rullning, teckning. Aluminium svetsas väl av gas, motstånd och andra typer av svetsning. Gitteret av aluminium är kubiskt ansiktscentrerat med en parameter a = 4.0413 Å. Aluminiumets egenskaper, liksom alla metaller, beror därför graden på dess renhet. Egenskaper för aluminium med hög renhet (99,996%): densitet (vid 20 ° C) 2698,9 kg / m 3; t pl 660,24 ° C; t bal ca 2500 ° С; termisk expansionskoefficient (från 20 ° till 100 ° С) 23,86 · 10 -6; värmeledningsförmåga (vid 190 ° C) 343 W / mK, specifik värme (vid 100 ° C) 931,98 J / kgK. ; elektrisk konduktivitet med avseende på koppar (vid 20 ° C) 65,5%. Aluminium har låg hållfasthet (slutstyrka 50–60 MN / m 2), hårdhet (170 MN / m 2 enligt Brinell) och hög plasticitet (upp till 50%). Under kallvalsning ökar aluminiumhållfastheten till 115 MN / m 2, hårdheten - upp till 270 MN / m 2, förlängningen minskar till 5% (1 MN / m 2 och 0,1 kgf / mm 2). Aluminium är mycket polerat, anodiserat och har en hög reflektivitet, nära silver (det reflekterar upp till 90% av den infallande ljusenergin). Med hög affinitet för syre är aluminium i luft täckt med en tunn men mycket stark oxidfilm Al 2 O 3, som skyddar metallen från ytterligare oxidation och bestämmer dess höga korrosionsegenskaper. Oxidfilmens styrka och skyddande åtgärder det reduceras kraftigt i närvaro av föroreningar av kvicksilver, natrium, magnesium, koppar, etc. Aluminium är resistent mot atmosfärisk korrosion, hav och sötvatten, interagerar praktiskt taget inte med koncentrerad eller mycket utspädd salpetersyra, organiska syror och mat.

Kemiska egenskaper

När fint krossat aluminium värms upp, brinner det kraftigt i luften. Dess interaktion med svavel fortskrider på ett liknande sätt. Med klor och brom förekommer föreningen redan vid vanlig temperatur, med jod - vid uppvärmning. Vid mycket höga temperaturer kombinerar aluminium också direkt med kväve och kol. Tvärtom, det interagerar inte med väte.

Aluminium är ganska motståndskraftigt mot vatten. Men om oxidfilmens skyddande effekt avlägsnas mekaniskt eller genom sammanslagning, inträffar en energisk reaktion:

Starkt utspädd, såväl som mycket koncentrerad HNO3 och H2SO4 har nästan ingen effekt på aluminium (i kylan), medan det vid medelstora koncentrationer av dessa syror löser sig gradvis. Ren aluminium är ganska stabil med avseende på saltsyra, men vanlig teknisk metall löses upp i den.

Under verkan av vattenhaltiga lösningar av alkalier på aluminium löses oxidskiktet och aluminater bildas - salter som innehåller aluminium som en del av anjonen:

Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na

Aluminium, utan skyddande film, interagerar med vatten och förskjuter väte från det:

2Al + 6H20 = 2Al (OH) 3 + 3H2

Den resulterande aluminiumhydroxiden reagerar med ett överskott av alkali för att bilda ett hydroxoaluminat:

Al (OH) 3 + NaOH = Na

Den övergripande ekvationen för upplösning av aluminium i en vattenlösning av alkali:

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3H2

Aluminium löses märkbart i lösningar av salter som på grund av deras hydrolys har en sur eller alkalisk reaktion, till exempel i en lösning av Na2CO3.

I spänningsserien ligger den mellan Mg och Zn. I alla dess stabila föreningar är aluminium trivalent.

Kombinationen av aluminium med syre åtföljs av en enorm värmeavgivning (1676 kJ / mol Al 2 O 3), mycket mer än för många andra metaller. Mot bakgrund av detta, när en blandning av en oxid av motsvarande metall med aluminiumpulver upphettas, inträffar en våldsam reaktion, vilket leder till frisättning av den fria metallen från den tagna oxiden. Reduktionsmetoden med Al (alumotermi) används ofta för att erhålla ett antal element (Cr, Mn, V, W, etc.) i fritt tillstånd.

Alumotermi används ibland för svetsning av enskilda ståldelar, i synnerhet spårvägsfogar. Blandningen som används ("termit") består vanligtvis av fina pulver av aluminium och Fe304. Den tänds med en säkring gjord av en blandning av Al och BaO 2. Huvudreaktionen går enligt ekvationen:

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

Dessutom utvecklas en temperatur på cirka 3000 o C.

Aluminiumoxid är en vit, mycket eldfast (smältpunkt 2050 o C) och vattenolöslig massa. Naturligt Al 2 O 3 (korundmineral), liksom artificiellt erhållet och sedan starkt kalcinerat, kännetecknas av hög hårdhet och olöslighet i syror. Al203 (så kallad aluminiumoxid) kan omvandlas till ett lösligt tillstånd genom fusion med alkalier.

Vanligtvis används naturlig korund som är förorenad med järnoxid på grund av dess extrema hårdhet för tillverkning av slipskivor, stenar etc. I en fint krossad form används den, kallad smörjmedel, för rengöring av metallytor och tillverkning av sandpapper. För samma ändamål används ofta Al 2 O 3, som erhålls genom att smälta bauxit (tekniskt namn - alund).

Transparenta färgade kristaller av korund - röd rubin - blandning av krom - och blå safir - blandning av titan och järn - ädelstenar. De erhålls också konstgjort och används för tekniska ändamål, till exempel för tillverkning av delar av precisionsinstrument, stenar i klockor etc. Kristaller av rubiner som innehåller en liten förorening av Cr203 används som kvantgeneratorer - lasrar som skapar en riktad stråle av monokromatisk strålning.

På grund av olösligheten av Al203 i vatten kan hydroxiden Al (OH) 3 som motsvarar denna oxid erhållas endast indirekt från salter. Beredningen av hydroxid kan representeras som följande schema. Under verkan av alkalier med OH -joner ersätts 3+ vattenmolekyler gradvis i vattenkomplex:

3+ + OH - = 2+ + H20

2+ + OH - = + + H20

OH - = 0 + H2O

Al (OH) 3 är ett skrymmande gelatinöst sediment vit, praktiskt taget olöslig i vatten, men lätt löslig i syror och starka alkalier. Den har därför en amfoterisk karaktär. Men dess grundläggande och särskilt sura egenskaper uttrycks ganska svagt. Över NH4 OH är aluminiumhydroxid olösligt. En av formerna av uttorkad hydroxid, alumogel, används inom tekniken som ett adsorbent.

Vid interaktion med starka alkalier bildas motsvarande aluminater:

NaOH + Al (OH) 3 = Na

Aluminater av de mest aktiva envärda metaller är lättlösliga i vatten, men på grund av stark hydrolys är deras lösningar stabila endast i närvaro av ett tillräckligt överskott av alkali. Aluminat som produceras från svagare baser hydrolyseras i lösning nästan helt och kan därför endast erhållas torrt (genom att smälta Al203 med oxiderna av motsvarande metaller). Meta-aluminater bildas, vilka i sin sammansättning framställs av meta-aluminiumsyran HAlO 2. De flesta av dem är olösliga i vatten.

Al (OH) 3 bildar salter med syror. Derivaten av de flesta starka syror är lättlösliga i vatten, men de är ganska betydligt hydrolyserade, och därför visar deras lösningar en sur reaktion. Lösliga salter av aluminium och svaga syror hydrolyseras ännu starkare. På grund av hydrolys kan sulfid, karbonat, cyanid och några andra aluminiumsalter inte erhållas från vattenhaltiga lösningar.

I ett vattenhaltigt medium omges Al 3+ -anjonen direkt av sex vattenmolekyler. En sådan hydratiserad jon dissocieras något enligt följande schema:

3+ + H2O = 2+ + OH 3 +

Dess dissociationskonstant är 1. 10 -5, d.v.s. det är en svag syra (liknande i styrka som ättiksyra). Den oktaedriska miljön i Al 3+ med sex vattenmolekyler finns också kvar i kristallina hydrater av ett antal aluminiumsalter.

Aluminiumsilikater kan betraktas som silikater där en del av kisel-syretetraedra SiO 4 4 ersätts med aluminiumoxid-tetraeder AlO 4 5- Av aluminiumsilikaterna är fältspat de vanligaste, som står för mer än hälften av massan av massan jordskorpan. Deras främsta representanter är mineraler.

ortoklas K 2 Al 2 Si 6 O 16 eller K 2 O. Al 2 O 3. 6SiO 2

albit Na 2 Al 2 Si 6 O 16 eller Na 2 O. Al 2 O 3. 6SiO 2

anortit CaAl2 Si2O8 eller CaO. Al 2 O 3. 2SiO 2

Mineraler från glimmergruppen är mycket vanliga, till exempel muscovite Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Stor praktisk betydelse har mineralet nefelin (Na, K) 2, som används för att erhålla aluminiumoxid soda produkter och cement. Denna produktion består av följande operationer: a) nefelin och kalksten sintras i rörugnar vid 1200 ° C:

(Na, K) 2 + 2CaCO3 = 2CaSiO3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO2

b) den resulterande massan lakas ut med vatten - en lösning av natrium- och kaliumaluminat och CaSiO3 -slam bildas:

NaAlO2 + KAlO2 + 4H20 = Na + K

c) CO2 som bildas vid sintring passeras genom aluminatlösningen:

Na + K + 2CO2 = NaHCO3 + KHCO 3 + 2Al (OH) 3

d) genom upphettning av Al (OH) 3 erhålls aluminiumoxid:

2Al (OH) 3 = Al203 + 3H20

e) genom avdunstning av moderluten släpps läsk och dryck och det tidigare erhållna slammet används för framställning av cement.

Vid framställning av 1 ton Al203 erhålls 1 ton läskprodukter och 7,5 ton cement.

Vissa aluminiumsilikater har en lös struktur och kan jonbyta. Sådana silikater - naturliga och särskilt konstgjorda - används för vattenmjukning. På grund av deras högutvecklade yta används de dessutom som katalysatorbärare, d.v.s. som material impregnerade med en katalysator.

Aluminiumhalogenider under normala förhållanden är färglösa kristallina ämnen. I serien av aluminiumhalogenider skiljer sig AlF 3 mycket i egenskaper från sina motsvarigheter. Det är eldfast, lätt lösligt i vatten, kemiskt inaktivt. Huvudmetoden för framställning av AlF 3 är baserad på verkan av vattenfritt HF på Al203 eller Al:

Al203 + 6HF = 2AlF3 + 3H20

Föreningar av aluminium med klor, brom och jod är smältbara, mycket reaktiva och väl lösliga, inte bara i vatten, utan också i många organiska lösningsmedel. Interaktionen mellan aluminiumhalogenider och vatten åtföljs av en betydande värmeutsläpp. I en vattenlösning är de alla starkt hydrolyserade, men till skillnad från typiska syrahalogenider av icke-metaller är deras hydrolys ofullständig och reversibel. Redan märkbart flyktig under normala förhållanden röker AlCl 3, AlBr 3 och AlI 3 i fuktig luft (på grund av hydrolys). De kan erhållas genom direkt interaktion mellan enkla ämnen.

Ångdensiteten för AlCl3, AlBr3 och AlI3 vid relativt låga temperaturer motsvarar mer eller mindre exakt dubbelformlerna - Al 2 Hal 6. Den rumsliga strukturen för dessa molekyler motsvarar två tetraeder med en gemensam kant. Varje aluminiumatom är bunden till fyra halogenatomer, och var och en av de centrala halogenatomerna är bunden till båda aluminiumatomerna. Av de två bindningarna i den centrala halogenatomen är en donator-acceptor, med aluminium som fungerar som en acceptor.

Med halidsalt av ett antal envärda metaller bildar aluminiumhalogenider komplexa föreningar, huvudsakligen av typerna M 3 och M (där Hal är klor, brom eller jod). Tendensen till additionsreaktioner är generellt starkt uttalad för haliderna som övervägs. Detta är anledningen till den viktigaste tekniska tillämpningen av AlCl 3 som katalysator (i oljeraffinering och i organiska synteser).

Av fluoroaluminaterna har Na3 -kryolit den största tillämpningen (för produktion av Al, F2, emaljer, glas, etc.). Industriell produktion konstgjord kryolit är baserad på behandling av aluminiumhydroxid med fluorvätesyra och läsk:

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

Klor-, brom- och jodaluminat erhålls genom att aluminiumtrihalogenider smälts med motsvarande metallhalogenider.

Även om aluminium inte kemiskt interagerar med väte, kan aluminiumhydrid erhållas indirekt. Det är en vit amorf sammansättningsmassa (AlH3) n. Sönderfaller vid uppvärmning över 105 ° C med vätgas utveckling.

När AlH 3 interagerar med basiska hydrider i en eterisk lösning bildas hydroaluminater:

LiH + AlH 3 = Li

Hydridoaluminater är vita fasta ämnen. De sönderdelas snabbt med vatten. De är kraftfulla restauratörer. De används (särskilt Li) vid organisk syntes.

Aluminiumsulfat Al 2 (SO 4) 3. 18H20 erhålls genom verkan av het svavelsyra på aluminiumoxid eller kaolin. Det används för vattenrening, liksom för beredning av vissa typer av papper.

Kaliumalun KAl (SO 4) 2. 12H 2 O används i stora mängder för garvning av läder, såväl som för färgning som ett betsmedel för bomullstyg. I det senare fallet är alunens verkan baserad på det faktum att aluminiumhydroxiden som bildas till följd av deras hydrolys avsätts i fibrerna i tyget i ett fint dispergerat tillstånd och, genom att adsorbera färgämnet, håller det stadigt på fiber.

Bland andra aluminiumderivat bör nämnas dess acetat (annars - ättikssyrasalt) Al (CH 3 COO) 3, som används i färgning av tyger (som ett betsmedel) och i medicin (lotioner och kompresser). Aluminiumnitrat är lättlösligt i vatten. Aluminiumfosfat är olösligt i vatten och ättiksyra, men lösligt i starka syror och alkalier.

Aluminium i karossen... Aluminium är en del av vävnaderna hos djur och växter; i organen hos däggdjursdjur som finns från 10 -3 till 10 -5% aluminium (råmaterial). Aluminium ackumuleras i levern, bukspottkörteln och sköldkörteln. I växtprodukter varierar aluminiumhalten från 4 mg per 1 kg torrsubstans (potatis) till 46 mg (gul kålrot), i animaliska produkter - från 4 mg (honung) till 72 mg per 1 kg torrsubstans (nötkött) . I den dagliga människokosten når aluminiumhalten 35–40 mg. Det finns kända organismer som koncentrerar aluminium, till exempel lycopodiaceae, som innehåller upp till 5,3% aluminium i aska, blötdjur (Helix och Lithorina), vars aska innehåller 0,2–0,8% aluminium. Genom att bilda olösliga föreningar med fosfater stör aluminium växtnäring (absorption av fosfater med rötter) och djur (absorption av fosfater i tarmen).

Aluminiumgeokemi... De geokemiska egenskaperna hos aluminium bestäms av dess höga affinitet för syre (i mineraler ingår aluminium i syreoktaeder och tetraeder), konstant valens (3) och dålig löslighet för de flesta naturliga föreningar. I endogena processer under stelning av magma och bildandet av magartiga stenar kommer aluminium in i kristallgitteret av fältspat, mikas och andra mineraler - aluminosilikater. I biosfären är aluminium en svag migrant; det är knappt i organismer och hydrosfären. I fuktiga klimat, där de sönderfallande resterna av riklig vegetation bildar många organiska syror, vandrar aluminium i jordar och vatten i form av organominerala kolloidala föreningar; aluminium adsorberas av kolloider och avsätts i jordens botten. Bindningen av aluminium med kisel bryts delvis och på vissa ställen i tropikerna bildas mineraler - aluminiumhydroxider - boehmit, diaspora, hydrargillit. Det mesta av aluminiumet ingår i aluminiumsilikater - kaolinit, beidellit och andra lermineraler. Dålig rörlighet bestämmer den återstående ackumuleringen av aluminium i väderskorpan i de fuktiga tropikerna. Som ett resultat bildas eluviala bauxiter. Tidigare geologiska epoker ackumulerades även bauxiter i sjöar och kustzonen i tropiska regioners hav (till exempel sedimentära bauxiter i Kazakstan). I stäpperna och öknarna, där det finns lite levande materia, och vattnen är neutrala och alkaliska, vandrar aluminium nästan inte. Den mest kraftfulla migrationen av aluminium sker i vulkaniska områden, där starkt sura floder och underjordiska vatten rika på aluminium observeras. På platser där surt vatten rör sig med alkaliska - havsvatten (vid flodmynningar och andra), deponeras aluminium med bildandet av bauxitavlagringar.

Tillämpning av aluminium... Kombinationen av fysikaliska, mekaniska och kemiska egenskaper hos aluminium bestämmer dess utbredda användning inom nästan alla teknikområden, särskilt i form av dess legeringar med andra metaller. Inom elteknik ersätter aluminium framgångsrikt koppar, särskilt vid tillverkning av massiva ledare, till exempel i luftledningar, högspänningskablar, ställbussar, transformatorer (aluminiumets elektriska konduktivitet når 65,5% av kopparens elektriska konduktivitet, och den är mer än tre gånger lättare än koppar; med ett tvärsnitt som ger samma konduktivitet är massan av aluminiumtrådar hälften av koppartrådarna). Ultrarent aluminium används vid tillverkning av elektriska kondensatorer och likriktare, vars verkan är baserad på förmågan hos aluminiumfilmen av aluminium att överföra elektricitet endast i en riktning. Ultrarent aluminium, renat genom zonsmältning, används för syntes av halvledarföreningar av A III B V -typ som används för tillverkning av halvledaranordningar. Ren aluminium används vid tillverkning av alla slags spegelreflektorer. Aluminium med hög renhet används för att skydda metallytor mot atmosfärisk korrosion (beklädnad, aluminiumfärg). Med ett relativt lågt neutronabsorptionstvärsnitt används aluminium som konstruktionsmaterial i kärnreaktorer.

Aluminiumtankar med stor kapacitet lagrar och transporterar flytande gaser (metan, syre, väte, etc.), salpetersyra och ättiksyra, rent vatten, väteperoxid och ätbara oljor... Aluminium används ofta i utrustning och apparater Livsmedelsindustrin, för livsmedelsförpackningar (i form av folie), för tillverkning av alla slags hushållsprodukter. Förbrukningen av aluminium för dekoration av byggnader, arkitektoniska, transport- och sportanläggningar har ökat dramatiskt.

Inom metallurgi är aluminium (förutom legeringar baserade på det) en av de vanligaste legeringstillsatserna i legeringar baserade på Cu, Mg, Ti, Ni, Zn och Fe. Aluminium används också för att avoxidera stål innan det hälls i en form, liksom i processerna för att erhålla vissa metaller med metoden aluminiumoxid. På grundval av aluminium, med metoden för pulvermetallurgi, har SAP (sintrat aluminiumpulver) skapats, som har hög värmebeständighet vid temperaturer över 300 ° C.

Aluminium används vid tillverkning av sprängämnen (ammonal, alumotol). Används i stor utsträckning olika anslutningar Aluminium.

Produktionen och konsumtionen av aluminium ökar ständigt och överträffar betydligt produktionen av stål, koppar, bly och zink när det gäller tillväxttakt.

Lista över begagnad litteratur

1.V.A. Rabinovich, Z. Ya. Khavin "En kort kemisk handbok"

2.L.S. Guzey "Föreläsningar om allmän kemi"

3.N.S. Akhmetov "Allmän och oorganisk kemi"

4. B.V. Nekrasov "Textbook of General Chemistry"

5. N.L. Glinka "Allmän kemi"

Det är den vanligaste metallen i jordskorpan. Den tillhör gruppen lättmetaller, har en låg densitet och smältpunkt. I detta fall är plasticitet och elektrisk konduktivitet vid hög nivå som ger det. Så, låt oss ta reda på vad som är de specifika smältpunkterna för aluminium och dess legeringar (etc. i jämförelse med och), termisk och elektrisk konduktivitet, densitet, andra egenskaper, samt vad som är egenskaperna hos strukturen hos aluminiumlegeringar och deras kemisk sammansättning.

Till att börja med är aluminiumets struktur och kemiska sammansättning föremål för vår övervägande. Draghållfastheten för rent aluminium är extremt liten och uppgår till 90 MPa. Om mangan eller magnesium tillsätts till dess sammansättning i ett litet förhållande kan styrkan öka till 700 MPa. Användningen av en särskild värmebehandling leder till samma resultat.

Metallen med högsta renhet (99,99% aluminium) kan användas för speciella och laboratorieändamål, i andra fall med teknisk renhet. De vanligaste föroreningarna i det kan vara kisel och järn, som praktiskt taget inte löser sig i aluminium. Som ett resultat av deras tillsats minskar duktiliteten och styrkan hos den slutliga metallen ökar.

Strukturen av aluminium representeras av enhetsceller, som i sin tur består av fyra atomer. Den teoretiska densiteten för denna metall är 2698 kg / m 3.

Låt oss nu prata om egenskaperna hos aluminiummetall.

Denna video kommer att berätta om aluminiumkonstruktionen:

Egenskaper och egenskaper

Metallens egenskaper är dess höga värme- och elektrisk konduktivitet, korrosionsbeständighet, hög plasticitet och motståndskraft mot låga temperaturer. Dess främsta egenskap är dess låga densitet (cirka 2,7 g / cm 3.).

Mekaniska, tekniska och fysikalisk -kemiska egenskaper hos denna metall är direkt beroende av dess föroreningar. Dess naturliga komponenter inkluderar och.

huvudparametrar

Aluminiumdensiteten är 2,7 * 103 kg / m 3;
Specifik vikt - 2.7 G/ cm3;
Smältpunkt av aluminium 659 ° C;
Kokpunkt 2000 ° C;
Linjär expansionskoefficient är - 22,9 * 10 6 (1 / deg).

Värmeledningsförmågan och den elektriska ledningsförmågan hos aluminium är nu föremål för hänsyn.

Denna video jämför smältpunkterna för aluminium och andra vanliga metaller:

Elektrisk konduktivitet

En viktig indikator på aluminium är dess elektriska konduktivitet, som bara är guld, silver, etc. Den höga elektriska konduktivitetskoefficienten i kombination med låg densitet ger materialet hög konkurrenskraft inom kablar och ledningar.

Förutom de viktigaste orenheterna påverkas denna indikator också av mangan och krom. Om aluminium är avsett för produktion av strömledare, bör den totala mängden föroreningar inte överstiga 0,01%.

Konduktivitetsindex kan variera beroende på i vilket tillstånd aluminiumet finns. Processen med långvarig glödgning ökar denna indikator, medan arbetshärdning tvärtom minskar den.
Resistivitet vid en temperatur av 20 0 С, beroende på metallkvaliteten, ligger i intervallet 0,0277-0,029 μOhm * m.

Värmeledningsförmåga

Metallens värmeledningsförmåga är cirka 0,50 cal / cm * s * C och ökar med graden av dess renhet.

Detta värde är mindre än silver, men mer än för andra metaller. Tack vare honom används aluminium aktivt vid tillverkning av värmeväxlare och radiatorer.

Korrosionsbeständighet

Metallen i sig är en kemiskt aktiv substans, på grund av vilken den används vid aluminotermi. Vid kontakt med luft bildar den den tunnaste filmen av aluminiumoxid, som har kemisk inertitet och hög hållfasthet. Dess huvudsakliga syfte är att skydda metallen från den efterföljande oxidationsprocessen, samt från effekterna av korrosion.

Om aluminium är av hög renhet, har denna film inga porer, täcker hela ytan och ger tillförlitlig vidhäftning. Som ett resultat är metallen resistent inte bara mot vatten och luft, utan också mot alkalier och oorganiska syror.
Om det finns föroreningar kan filmens skyddande skikt skadas. Sådana platser blir sårbara för korrosion. Därför kan gropkorrosion uppstå på ytan. Om kvaliteten innehåller 99,7% aluminium och mindre än 0,25% järn är korrosionshastigheten 1,1, med en aluminiumhalt på 99,0% ökar denna indikator till 31.
Det innehållna järnet minskar också metallens motståndskraft mot alkalier, men ändrar inte motståndet mot svavelsyra och salpetersyra.

Interaktion med olika ämnen

När aluminium har en temperatur på 100 0 C kan det interagera med klor. Oavsett uppvärmningsgrad löser aluminium väte, men reagerar inte med det. Det är därför det är huvudkomponenten i gaserna som finns i metallen.

I allmänhet är aluminium stabilt i följande miljöer:

Färskt och havsvatten;
Magnesium-, natrium- och ammoniumsalter;
Svavelsyra;
Svaga lösningar av krom och fosfor;
Ammoniaklösning;
Ättiksyra, äppelsyra och andra syror.

Aluminium är inte resistent:

Svavelsyralösning;
Saltsyra;
Kaustiska alkalier och deras lösning;
Oxalsyra.

Läs om toxicitet och miljövänlighet hos aluminium nedan.

Den elektriska konduktiviteten för koppar och aluminium, liksom andra jämförelser av de två metallerna, presenteras i tabellen nedan.

Jämförelse av egenskaper hos aluminium och koppar

Giftighet

Även om aluminium är mycket vanligt, används det inte vid metabolism i någon levande varelse. Det har en liten toxisk effekt, men många av dess oorganiska föreningar, som löser sig i vatten, kan länge sedan stanna i detta tillstånd och påverka levande organismer negativt. De mest giftiga ämnena är acetater, klorider och nitrater.

Enligt standarderna kan vattnet för hushålls- och dricksändamål innehålla 0,2-0,5 mg per 1 liter.

Mycket mer användbar information om egenskaperna hos aluminium innehåller denna video:

(A 1), gallium (Ga), indium (In) och tallium (T 1).

Som du kan se från de tillhandahållna uppgifterna öppnades alla dessa objekt i XIX -talet.

Upptäckt av metaller i huvudundergruppen III grupp

V	Al	Ga	I	Tl
1806 g.	1825 g.	1875 g.	1863 g.	1861 g.
G. Lussac,	G.H. Oersted	L. de Boisbaudran	F.Rich,	W. Crookes
L. Tenard	(Danmark)	(Frankrike)	I. Richter	(England)
(Frankrike)			(Tyskland)

Bor är en icke-metall. Aluminium är en övergångsmetall, medan gallium, indium och talium är högkvalitativa metaller. Med en ökning av atomradierna för element i varje grupp i det periodiska systemet ökar således metalliska egenskaper hos enkla ämnen.

I denna föreläsning kommer vi att titta närmare på egenskaperna hos aluminium.

1. Aluminiumets position i bordet till D.I. Mendelejev. Atomstruktur, uppvisade oxidationstillstånd.

Aluminiumelementet är placerat i III grupp, huvud "A" undergrupp, 3 period av det periodiska systemet, serienummer Nr 13, relativ atommassa Ar (Al ) = 27. Dess granne till vänster i bordet är magnesium - en typisk metall och till höger - kisel - redan en icke -metall. Följaktligen måste aluminium uppvisa egenskaper av viss mellanliggande karaktär och dess föreningar är amfotera.

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

Marktillstånd

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

Upphetsad stat

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

Aluminium uppvisar ett oxidationstillstånd på +3 i föreningar:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fysiska egenskaper

Fri aluminium är en silverfärgad vit metall med hög termisk och elektrisk ledningsförmåga.Smältpunkten är 650 o C. Aluminium har en låg densitet (2,7 g / cm 3) - ungefär tre gånger mindre än järn eller koppar, och samtidigt är det en stark metall.

3. Att vara i naturen

När det gäller prevalens i naturen upptar den 1: a bland metaller och 3: a bland element, näst efter syre och kisel. Andelen aluminium i jordskorpan varierar, enligt olika forskare, från 7,45 till 8,14% av jordskorpans massa.

I naturen finns aluminium endast i föreningar (mineraler).

Några av dem:

· Bauxit - Al 2 O 3 H 2 O (med tillsatser av SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nepheline - KNa 3 4

· Aluniter - KAl (SO 4) 2 2Al (OH) 3

· Aluminiumoxid (blandningar av kaolin med sand SiO 2, kalksten CaCO 3, magnesit MgCO 3)

· Corundum - Al 2 O 3

· Fältspat (ortoklas) - K2O × Al2O3 × 6SiO2

· Kaolinit - Al203 × 2SiO2 × 2H20

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

· Beryl - 3ВеО Al 2 О 3 6SiO 2

Bauxit
Al 2 O 3	Korund
	Rubin
	Safir

4. Kemiska egenskaper hos aluminium och dess föreningar

Aluminium interagerar lätt med syre under normala förhållanden och är täckt med en oxidfilm (det ger ett matt utseende).

OXIDFILMDEMONSTRATION

Dess tjocklek är 0,00001 mm, men tack vare det korroderar inte aluminium. För att studera de kemiska egenskaperna hos aluminium avlägsnas oxidfilmen. (Med sandpapper eller kemiskt: först doppas i en alkalilösning för att avlägsna oxidfilmen och sedan i en lösning av kvicksilversalter för att bilda en legering av aluminium med kvicksilver - amalgam).

I... Interaktion med enkla ämnen

Redan vid rumstemperatur reagerar aluminium aktivt med alla halogener och bildar halogenider. Vid uppvärmning interagerar det med svavel (200 ° C), kväve (800 ° C), fosfor (500 ° C) och kol (2000 ° C), med jod i närvaro av en katalysator - vatten:

2А l + 3 S = А l 2 S 3 (aluminiumsulfid),

2А l + N 2 = 2А lN (aluminiumnitrid),

A l + P = A l P (aluminiumfosfid),

4А l + 3С = А l 4 C 3 (aluminiumkarbid).

2 Аl +3 I 2 = 2 A l I 3 (aluminiumjodid) EN UPPLEVELSE

Alla dessa föreningar hydrolyseras fullständigt för att bilda aluminiumhydroxid och följaktligen vätesulfid, ammoniak, fosfin och metan:

Al2S3 + 6H20 = 2Al (OH) 3 + 3H2S

Al4C3 + 12H20 = 4Al (OH) 3 + 3CH4

I form av spån eller pulver brinner det starkt i luften och avger en stor mängd värme:

4А l + 3 O 2 = 2А l 2 О 3 + 1676 kJ.

FÖRBRÄNNING AV ALUMINIUM I LUFT

EN UPPLEVELSE

II... Interaktion med komplexa ämnen

Interaktion med vatten :

2 Al + 6 H20 = 2 Al (OH) 3 +3 H2

utan oxidfilm

EN UPPLEVELSE

Interaktion med metalloxider:

Aluminium är ett bra reduktionsmedel, eftersom det är en av de aktiva metaller. Står i aktivitetslinjen omedelbart efter jordalkalimetaller. Det är därför återställer metaller från sina oxider ... En sådan reaktion - alumotermi - används för att erhålla rena sällsynta metaller, såsom volfram, vanadin, etc.

3 Fe 3 O 4 +8 Al = 4 Al 2 O 3 +9 Fe + F

Termitblandning av Fe 3 O 4 och Al (pulver) används också vid termitsvetsning.

С r 2 О 3 + 2А l = 2С r + А l 2 О 3

5 interaktioner med syror :

Med svavelsyralösning: 2 Al + 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Reagerar inte med kallt koncentrerat svavelsyra och kvävehaltigt (passiverar). Därför transporteras salpetersyra i aluminiumtankar. Vid uppvärmning kan aluminium reducera dessa syror utan vätgas utveckling:

2А l + 6Н 2 S О 4 (konc) = А l 2 (S О 4) 3 + 3 S О 2 + 6Н 2 О,

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

Interaktion med alkalier .

2 Al + 2 NaOH + 6 H20 = 2 Na [ Al (OH) 4 ] +3 H 2

EN UPPLEVELSE

Na[Al(OH) 4] – natriumtetrahydroxoaluminat

På förslag av kemisten Gorbov, i Rysk-japanska kriget denna reaktion användes för att producera väte för ballonger.

Med saltlösningar:

2 Al + 3 CuSO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3 Cu

Om aluminiumytan gnids med kvicksilversalt sker reaktionen:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Frisatt kvicksilver löser upp aluminium för att bilda amalgam .

Detektion av aluminiumjoner i lösningar : EN UPPLEVELSE

5. Användning av aluminium och dess föreningar

Aluminiums fysikaliska och kemiska egenskaper har lett till dess omfattande användning inom teknik. Flygindustrin är en stor konsument av aluminium.: planet är 2/3 bestående av aluminium och dess legeringar. Ett flygplan av stål skulle vara för tungt och skulle kunna bära mycket färre passagerare. Därför kallas aluminium en bevingad metall. Aluminium används för att tillverka kablar och ledningar: med samma elektriska konduktivitet är deras massa 2 gånger mindre än motsvarande kopparprodukter.

Med tanke på korrosionsbeständigheten hos aluminium, göra delar till enheter och behållare för salpetersyra... Aluminiumpulver är grunden för tillverkning av silverfärg för att skydda järnprodukter från korrosion, samt för att reflektera värmestrålar med denna färg de täcker oljelagringstankar, brandmänskostymer.

Aluminiumoxid används för att producera aluminium och även som eldfast material.

Aluminiumhydroxid är huvudkomponenten i de välkända läkemedlen Maalox, Almagel, som sänker surheten i magsaft.

Aluminiumsalter hydrolyseras starkt. Den här egenskapen används vid vattenrening. Aluminiumsulfat och en liten mängd släckt kalk tillsätts till vattnet som ska behandlas för att neutralisera den resulterande syran. Som ett resultat frigörs en bulkfällning av aluminiumhydroxid, som vid sedimentering bär bort suspenderade partiklar av grumlighet och bakterier.

Således är aluminiumsulfat ett koaguleringsmedel.

6. Skaffa aluminium

1) Den moderna kostnadseffektiva metoden för tillverkning av aluminium uppfanns av American Hall och fransmannen Eroux 1886. Den består i elektrolys av en lösning av aluminiumoxid i smält kryolit. Smält kryolit Na 3 AlF 6 löser Al 2 O 3 som vatten löser socker. Elektrolysen av "lösningen" av aluminiumoxid i smält kryolit sker som om kryolit endast var ett lösningsmedel, och aluminiumoxid var en elektrolyt.

2Al 2 O 3 elektrisk ström → 4Al + 3O 2

I English Encyclopedia for Boys and Girls börjar en artikel om aluminium med följande ord: ”Den 23 februari 1886 började en ny metallålder i civilisationens historia - aluminiumåldern. Den dagen kom Charles Hall, en 22-årig kemist, till sitt första lärarlaboratorium med ett dussin små kulor av silvervitt aluminium i handen och med beskedet att han hade hittat ett sätt att göra denna metall billigt och i stora mängder. ” Således blev Hall grundaren av den amerikanska aluminiumindustrin och den anglosaxiska nationalhjälten, som en man som gjorde ett stort företag av vetenskap.

2) 2Al203 +3 C = 4 Al + 3 CO2

DET ÄR INTRESSANT:

Metalliskt aluminium isolerades första gången 1825 av den danska fysikern Hans Christian Oersted. Hoppar över klorgas genom ett lager av glödhet aluminiumoxid blandat med kol släppte Oersted aluminiumklorid utan minsta spår av fukt. För att återställa metalliskt aluminium behövde Oersted behandla aluminiumklorid med kaliumamalgam. Efter 2 år, den tyska kemisten Friedrich Wöller. Han förbättrade metoden genom att ersätta kaliumamalgam med rent kalium.
På 1700- och 1800 -talen var aluminium den viktigaste smyckemetallen. År 1889 tilldelades D.I. Mendeleev i London för hans meriter i utvecklingen av kemi en värdefull gåva- vikter av guld och aluminium.
År 1855 hade den franska forskaren Saint-Clair Deville utvecklat en metod för tillverkning av metalliskt aluminium i teknisk skala. Men metoden var väldigt dyr. Deville åtnjöt den speciella beskyddningen av Napoleon III, kejsaren av Frankrike. Som ett tecken på hans hängivenhet och tacksamhet gjorde Deville för Napoleons son, den nyfödda prinsen, en utsökt graverad skallra - de första "konsumtionsvarorna" av aluminium. Napoleon tänkte till och med utrusta sina väktare med aluminiumkuirass, men priset visade sig vara oöverkomligt högt. Då kostade 1 kg aluminium 1000 mark, d.v.s. 5 gånger dyrare än silver. Först efter uppfinningen av den elektrolytiska processen blev aluminium lika med konventionella metaller.
Visste du att när aluminium kommer in i människokroppen, orsakar det en störning i nervsystemet.Med sitt överskott störs ämnesomsättningen. A skyddsutrustningär vitamin C, en förening av kalcium, zink.
När aluminium brinner i syre och fluor frigörs mycket värme. Därför används det som tillsats till raketbränsle. Saturn -raketen bränner 36 ton aluminiumpulver under flygningen. Idén att använda metaller som en komponent i raketbränsle uttrycktes först av F. A. Tsander.

SIMULATORER

Simulator nr 1 - Egenskaper hos aluminium efter position i det periodiska elementet av D. I. Mendeleev

Simulator nr 2 - Ekvationer av reaktioner av aluminium med enkla och komplexa ämnen

Simulator nr 3 - Aluminiums kemiska egenskaper

UPPGIFTER

# 1. För att erhålla aluminium från aluminiumklorid kan metalliskt kalcium användas som reduktionsmedel. Gör en ekvation för en given kemisk reaktion, karakterisera denna process med hjälp av elektronisk balans.
Tror! Varför kan inte denna reaktion utföras i vattenlösning?

Nr 2. Slutför de kemiska reaktionsekvationerna:
Al + H 2 SO 4 (lösning ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO 3 ( slutet ) - t ->
Al + NaOH + H20 ->

Nr 3. Gör omvandlingar:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al (OH) 3 -t -> Al 2 O 3 -> Al

Nr 4. Lösa problemet:
Aluminium-kopparlegeringen utsattes för ett överskott av koncentrerad natriumhydroxidlösning vid upphettning. Utsläppte 2,24 liter gas (n.o.). Beräkna procentandelen av legeringen om dess totala vikt var 10 g?

Varje kemiskt element kan betraktas ur tre vetenskapers synvinkel: fysik, kemi och biologi. Och i denna artikel kommer vi att försöka karakterisera aluminium så exakt som möjligt. Det är ett kemiskt element i den tredje gruppen och tredje perioden, enligt det periodiska systemet. Aluminium är en metall med genomsnittlig kemisk aktivitet. Amfoteriska egenskaper kan också observeras i dess föreningar. Atommassan av aluminium är tjugofem gram per mol.

Fysiska egenskaper hos aluminium

Under normala förhållanden är det ett fast ämne. Formeln för aluminium är mycket enkel. Den består av atomer (de kombineras inte till molekyler), som ställs upp med hjälp av ett kristallgitter till en kontinuerlig substans. Aluminiumfärg - silvervit. Dessutom har den en metallisk lyster, liksom alla andra ämnen i denna grupp. Färgen på aluminium som används i industrin kan vara annorlunda på grund av förekomsten av föroreningar i legeringen. Det är en ganska lätt metall.

Dess densitet är 2,7 g / cm3, det vill säga att den är ungefär tre gånger lättare än järn. I detta kan det bara ge magnesium, vilket är ännu lättare än metallen i fråga. Aluminiumets hårdhet är ganska låg. I den är den sämre än de flesta metaller. Aluminiumets hårdhet är bara två. Därför läggs hårdare till legeringar baserade på denna metall för att stärka den.

Smältning av aluminium sker vid en temperatur av endast 660 grader Celsius. Och det kokar när det värms till en temperatur av två tusen fyra hundra femtiotvå grader Celsius. Det är en mycket seg och smält metall. Den fysiska karaktäriseringen av aluminium slutar inte där. Jag vill också notera att denna metall har den bästa elektriska konduktiviteten efter koppar och silver.

Förekomst i naturen

Aluminium, specifikationer som vi just har undersökt är ganska vanligt i miljö... Det kan ses i många mineraler. Elementet aluminium är det fjärde mest förekommande elementet i naturen. Dess i jordskorpan är nästan nio procent. De viktigaste mineralerna som innehåller dess atomer är bauxit, korund, kryolit. Den första är en sten, som består av järnoxider, kisel och metallen i fråga, och vattenmolekyler finns också i strukturen. Den har en ojämn färg: fragment av grått, rödbrunt och andra färger, som beror på förekomsten av olika föroreningar. Från trettio till sextio procent av denna ras är aluminium, vars foto kan ses ovan. Dessutom är korund ett mycket vanligt mineral i naturen.

Detta är aluminiumoxid. Hans kemisk formel- Al2O3. Det kan vara rött, gult, blått eller brun... Dess hårdhet på Mohs -skalan är nio. Sorterna av korund inkluderar välkända safirer och rubiner, leukosafirer och padparadscha (gul safir).

Kryolit är ett mineral med en mer komplex kemisk formel. Den består av aluminium- och natriumfluorider - AlF3.3NaF. Det ser ut som en färglös eller gråaktig sten med låg hårdhet - bara tre på Mohs -skalan. I den moderna världen syntetiseras den artificiellt i laboratoriet. Det används i metallurgi.

Aluminium finns också i naturen i sammansättningen av leror, vars huvudkomponenter är kiseloxider och metallen i fråga, associerade med vattenmolekyler. Dessutom kan detta kemiska element observeras i nepheliners sammansättning, vars kemiska formel är följande: KNa34.

Tar emot

Karakterisering av aluminium möjliggör övervägande av metoder för dess syntes. Det finns flera metoder. Tillverkningen av aluminium enligt den första metoden sker i tre steg. Den sista av dessa är elektrolysproceduren vid katoden och kolanoden. För att utföra en sådan process krävs aluminiumoxid, liksom sådan Hjälpämnen som kryolit (formel - Na3AlF6) och kalciumfluorid (CaF2). För att processen med sönderdelning av aluminiumoxid löst i vatten ska ske, är det nödvändigt att värma den tillsammans med smält kryolit och kalciumfluorid till en temperatur på minst nio hundra och femtio grader Celsius, och sedan passera genom dessa ämnen en ström på åttiotusen ampere och en spänning på fem- åtta volt. Alltså, pga denna process aluminium kommer att sätta sig på katoden och syremolekyler samlas på anoden, vilket i sin tur oxiderar anoden och förvandlar den till koldioxid. Innan denna procedur genomförs renas bauxit, i form av vilken aluminiumoxid bryts, preliminärt från föroreningar och genomgår också dess uttorkningsprocess.

Framställning av aluminium med den metod som beskrivs ovan är mycket vanlig inom metallurgi. Det finns också en metod som uppfanns 1827 av F. Wöhler. Det ligger i det faktum att aluminium kan brytas genom en kemisk reaktion mellan dess klorid och kalium. En liknande process kan endast utföras genom att skapa speciella förhållanden i form av en mycket hög temperatur och vakuum. Så, från en mol klorid och samma volym kalium kan en mol aluminium och tre mol som en biprodukt erhållas. Denna reaktion kan skrivas i form av följande ekvation: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Denna metod har inte vunnit stor popularitet inom metallurgi.

Karakterisering av aluminium ur kemins synvinkel

Som nämnts ovan är detta en enkel substans som består av atomer som inte kombineras till molekyler. Nästan alla metaller bildar liknande strukturer. Aluminium har en ganska hög kemisk aktivitet och starka reducerande egenskaper. Kemisk karakterisering aluminium börjar med en beskrivning av dess reaktioner med andra enkla ämnen, och sedan kommer interaktioner med komplexa oorganiska föreningar att beskrivas.

Aluminium och enkla ämnen

Dessa inkluderar först och främst syre - den vanligaste föreningen på planeten. Tjugoen procent består av jordens atmosfär. Reaktionerna av ett givet ämne med andra kallas oxidation eller förbränning. Det förekommer vanligtvis vid höga temperaturer. Men för aluminium är oxidation möjlig under normala förhållanden - så bildas en oxidfilm. Om denna metall krossas kommer den att brinna medan den släpper ut en stor mängd energi i form av värme. För att utföra reaktionen mellan aluminium och syre behövs dessa komponenter i ett molförhållande av 4: 3, vilket resulterar i att vi erhåller två delar av oxiden.

Denna kemiska interaktion uttrycks som följande ekvation: 4АI + 3О2 = 2АІО3. Reaktioner av aluminium med halogener, som inkluderar fluor, jod, brom och klor, är också möjliga. Namnen på dessa processer kommer från namnen på motsvarande halogener: fluorering, jodering, bromering och klorering. Detta är typiska additionsreaktioner.

Låt oss till exempel ta samspelet mellan aluminium och klor. Denna typ av process kan bara hända i kylan.

Så om vi tar två mol aluminium och tre mol klor får vi som ett resultat två mol klorid av metallen i fråga. Ekvationen för denna reaktion är följande: 2AI + 3CI = 2AICI3. På samma sätt kan du få aluminiumfluorid, dess bromid och jodid.

Ämnet i fråga reagerar endast med svavel vid uppvärmning. För att utföra interaktionen mellan dessa två föreningar måste du ta dem i molförhållanden på två till tre, och en del aluminiumsulfid bildas. Reaktionsekvationen är följande: 2Al + 3S = Al2S3.

Dessutom, vid höga temperaturer, interagerar aluminium med kol, bildar karbid, och med kväve, bildar nitrid. Följande ekvationer av kemiska reaktioner kan nämnas som ett exempel: 4АI + 3C = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Interaktion med komplexa ämnen

Dessa inkluderar vatten, salter, syror, baser, oxider. Aluminium reagerar annorlunda med alla dessa kemiska föreningar. Låt oss titta närmare på varje fall.

Reaktion med vatten

Aluminium interagerar med den vanligaste komplexa substansen på jorden vid uppvärmning. Detta sker endast vid preliminär avlägsnande av oxidfilmen. Som ett resultat av interaktionen bildas amfoter hydroxid och väte släpps också ut i luften. Om vi tar två delar aluminium och sex delar vatten får vi hydroxid och väte i molförhållanden på två till tre. Ekvationen för denna reaktion skrivs enligt följande: 2AI + 6H2O = 2AI (OH) 3 + 3H2.

Interaktion med syror, baser och oxider

Precis som andra aktiva metaller kan aluminium genomgå en substitutionsreaktion. Samtidigt kan det förtränga väte från syran eller katjonen av en mer passiv metall från dess salt. Som ett resultat av sådana interaktioner bildas ett aluminiumsalt, och väte frigörs också (i fallet med en syra) eller en ren metall fälls ut (den som är mindre aktiv än den som anses). I det andra fallet manifesteras de reducerande egenskaper som nämnts ovan. Ett exempel är interaktionen mellan aluminium med vilken aluminiumklorid bildas och väte släpps ut i luften. Denna typ av reaktion uttrycks i form av följande ekvation: 2AI + 6HCI = 2AICI3 + 3H2.

Ett exempel på interaktionen mellan aluminium och ett salt är dess reaktion med Att ta dessa två komponenter, i slutändan får vi rent koppar, som kommer att fälla ut. Med syror som svavelsyra och salpetersyra reagerar aluminium på ett märkligt sätt. Till exempel, när aluminium tillsätts till en utspädd lösning av nitratsyra i ett molförhållande av åtta delar till trettio, åtta delar av nitratet i metallen i fråga, bildas tre delar kväveoxid och femton delar vatten. Ekvationen för denna reaktion är skriven enligt följande: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. Denna process sker endast när det är hög temperatur.

Om du blandar aluminium och svag lösning sulfatsyra i molförhållanden på två till tre, då får vi sulfaten i metallen i fråga och väte i ett förhållande på en till tre. Det vill säga att en vanlig substitutionsreaktion kommer att inträffa, som är fallet med andra syror. För tydlighetens skull presenterar vi ekvationen: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. Men med en koncentrerad lösning av samma syra är allt mer komplicerat. Här, som i fallet med nitrat, bildas en biprodukt, men inte i form av oxid, utan i form av svavel och vatten. Om vi tar de två komponenterna vi behöver i ett molförhållande på två till fyra, får vi som en följd av en del av saltet av metallen i fråga och svavel och fyra delar vatten. Denna kemiska interaktion kan uttryckas med följande ekvation: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O.

Dessutom kan aluminium reagera med alkalilösningar. För att utföra en sådan kemisk interaktion måste du ta två mol av metallen i fråga, samma eller kalium, samt sex mol vatten. Som ett resultat bildas ämnen som natrium- eller kaliumtetrahydroxoaluminat, liksom väte, som frigörs i form av en gas med en skarp lukt i molförhållanden på två till tre. Denna kemiska reaktion kan representeras som följande ekvation: 2AI + 2KON + 6H2O = 2K [AI (OH) 4] + 3H2.

Och det sista att tänka på är regelbundenheten i interaktionen mellan aluminium och några oxider. Det vanligaste och mest använda fallet är Beketov -reaktionen. Det, som många andra diskuterade ovan, förekommer endast vid höga temperaturer. Så för dess genomförande är det nödvändigt att ta två mol aluminium och en mol järnoxid. Som ett resultat av växelverkan mellan dessa två ämnen erhåller vi aluminiumoxid och fritt järn i en mängd av en respektive två mol.

Användningen av den aktuella metallen i industrin

Observera att användningen av aluminium är en mycket vanlig förekomst. Först och främst behöver flygindustrin det. Tillsammans med här används också legeringar baserade på metallen i fråga. Vi kan säga att det genomsnittliga flygplanet består av 50% aluminiumlegeringar och dess motor är 25%. Användning av aluminium utförs också vid tillverkning av ledningar och kablar på grund av dess utmärkta elektriska ledningsförmåga. Dessutom används denna metall och dess legeringar i stor utsträckning inom bilindustrin. Karosser av bilar, bussar, vagnbussar, vissa spårvagnar, samt vagnar av konventionella och elektriska tåg är gjorda av dessa material.

Det används också för mindre ändamål, till exempel för tillverkning av förpackningar för livsmedel och andra produkter, rätter. För att göra en silverfärgad färg behöver du ett pulver av metallen i fråga. Denna färg behövs för att skydda järnet från korrosion. Vi kan säga att aluminium är den näst vanligaste metallen inom industrin efter ferrum. Hans förbindelser och han själv används ofta i kemisk industri... Detta beror på de speciella kemiska egenskaperna hos aluminium, inklusive dess reducerande egenskaper och amfotericiteten hos dess föreningar. Hydroxid av den övervägda kemiskt element nödvändig för vattenrening. Dessutom används det medicinskt vid tillverkning av vacciner. Det finns också i vissa typer av plast och andra material.

Roll i naturen

Som nämnts ovan, aluminium i ett stort antal som finns i jordskorpan. Det är särskilt viktigt för levande organismer. Aluminium deltar i regleringen av tillväxtprocesser, former bindväv, såsom ben, ligament och andra. Tack vare detta mikroelement utförs processerna för regenerering av kroppsvävnader snabbare. Dess brist kännetecknas av följande symtom: utvecklings- och tillväxtstörningar hos barn, hos vuxna - kronisk trötthet, minskad prestanda, försämrad koordination av rörelser, minskad vävnadsregenerering, muskelsvaghet, särskilt i extremiteterna. Detta fenomen kan uppstå om du konsumerar för få livsmedel som innehåller detta mikroelement.

Ett mer vanligt problem är dock överskott av aluminium i kroppen. Samtidigt observeras ofta följande symtom: nervositet, depression, sömnstörningar, minskat minne, stressmotstånd, mjukning av muskuloskeletala systemet, vilket kan leda till frekventa frakturer och stukningar. Med ett långvarigt överskott av aluminium i kroppen uppstår ofta problem i nästan alla organsystem.

Detta fenomen kan leda hela linjen skäl. Först och främst är det här Vetenskapsmän har länge bevisat att rätter gjorda av metallen i fråga är olämpliga för att laga mat i den, eftersom en del av aluminiumet kommer in i mat vid höga temperaturer, och som ett resultat av detta konsumerar du mycket mer av detta spår element än kroppen behöver.

Den andra anledningen är regelbunden användning av kosmetika som innehåller metallen i fråga eller dess salter. Innan du använder någon produkt måste du noggrant läsa dess sammansättning. Kosmetika är inget undantag.

Den tredje anledningen är att ta mediciner som innehåller mycket aluminium under lång tid. Samt felaktig användning av vitaminer och livsmedelstillsatser, som inkluderar detta mikroelement.

Låt oss nu ta reda på vilka livsmedel som innehåller aluminium för att reglera din kost och organisera menyn korrekt. Först och främst är det morötter, bearbetade ostar, vete, alun, potatis. För frukt rekommenderas avokado och persikor. Det är också rikt på aluminium vitkål, ris, många helande örter... Även katjonerna av metallen i fråga kan finnas i dricker vatten... För att undvika höga eller låga nivåer av aluminium i kroppen (dock, precis som alla andra spårämnen), måste du noggrant övervaka din kost och försöka göra den så balanserad som möjligt.

Lektionstyp... Kombinerad.

Uppgifter:

Pedagogisk:

1. För att uppdatera elevernas kunskaper om atomens struktur, de fysiska betydelserna av serienumret, gruppnumret, periodnumret med exempel på aluminium.

2. Att forma elevernas kunskap om att aluminium i fritt tillstånd har speciella, karakteristiska fysikaliska och kemiska egenskaper.

Utvecklande:

1. Stimulera intresset för vetenskapliga studier genom att tillhandahålla korta historiska och vetenskapliga rapporter om aluminiums förflutna, nutid och framtid.

2. Fortsätt bildandet av forskningskunskaper hos studenter när de arbetar med litteratur och utför laboratoriearbete.

3. Utöka begreppet amfotericitet genom att avslöja aluminiumets elektroniska struktur, dess kemiska egenskaper hos dess föreningar.

Pedagogisk:

1. Att främja respekt för miljön genom att tillhandahålla information om eventuell användning av aluminium igår, idag, i morgon.

2. Att bilda förmågan att arbeta i ett team för varje elev, att ta hänsyn till hela gruppens åsikt och försvara sin egen korrekt, utförande laboratoriearbete.

3. Att bekanta elever med vetenskaplig etik, ärlighet och anständighet från naturvetare från det förflutna, ge information om kampen för rätten att vara upptäckaren av aluminium.

HÄMTA PASSAGE efter ämne Alkaline and Alkaline Earth M (REPEAT):

Vad är antalet elektroner vid den yttre energinivån för alkalisk och alkalisk jord M?

Vilka produkter bildas vid interaktion med natrium- eller kaliumsyre? (peroxid), kan litium producera peroxid i reaktion med syre? (nej, reaktionen ger litiumoxid.)

Hur erhålls natrium- och kaliumoxider? (genom att kalcinera peroxider med motsvarande Me, Pr: 2Na + Na202 = 2Na20).

Visar alkali- och jordalkalimetaller negativa oxidationstillstånd? (nej, det gör de inte, eftersom de är starka reduktionsmedel.).

Hur förändras radien för en atom i de viktigaste undergrupperna (uppifrån och ner) i det periodiska systemet? (ökar), vad är det kopplat till? (med en ökning av antalet energinivåer).

Vilken av de studerade metallgrupperna är lättare än vatten? (i alkalisk form).

Under vilka förhållanden bildar jordalkalimetaller hydrider? (vid höga temperaturer).

Vilket ämne, kalcium eller magnesium, reagerar mer aktivt med vatten? (Kalcium reagerar mer aktivt. Magnesium reagerar aktivt med vatten endast när det värms till 100 0 С).

Hur förändras lösligheten för jordalkalimetallhydroxider i vatten, från kalcium till barium? (vattenlösligheten ökar).

Berätta om särdragen i lagring av alkali och jordalkalimetaller, varför lagras de på detta sätt? (eftersom dessa metaller är mycket reaktiva lagras de i en behållare under ett lager fotogen).

KONTROLLARBETE om ämnena alkalisk och alkalisk jord M:

LEKTIONSRESULTAT (LÄRANDE NYTT MATERIAL):

Lärare: Hej killar, idag vänder vi oss till studien av IIIА -undergruppen. Lista de element som finns i IIIA -undergruppen?

Praktikanter: Den innehåller element som bor, aluminium, gallium, indium och talium.

Lärare: Hur många elektroner innehåller de vid den yttre energinivån, oxidationstillståndet?

Praktikanter: Tre elektroner, oxidationstillstånd +3, men för talium är oxidationstillståndet +1 mer stabilt.

Lärare: De metalliska egenskaperna hos elementen i borsubgruppen är mycket svagare än de hos elementen i berylliumundergruppen. Bohr är inte M. Dessutom, inom undergruppen, med en ökning av laddningen av kärnan M, förbättras egenskaperna. Al- redan M, men inte typiskt. Dess hydroxid är amfoter.

Av M -huvudgruppen i grupp III är den viktigaste aluminium, vars egenskaper vi kommer att studera i detalj. Det är intressant för oss eftersom det är ett övergångselement.