Hogyan olvassuk az alumíniumot a kémiában. Alumínium: kémiai és fizikai tulajdonságok

Alumínium

ALUMÍNIUM-ÉN; m.[a lat. timsó (aluminis) - timsó]. Vegyi elem (Al), ezüstfehér, könnyű, nagy elektromos vezetőképességű formálható fém (repülésben, elektrotechnikában, építőiparban, mindennapi életben stb. használják). Alumínium-szulfát. Alumíniumötvözetek.

alumínium

(Latin Alumínium, alumenből - timsó), a periódusos rendszer III. csoportjába tartozó kémiai elem. Ezüstfehér fém, könnyű (2,7 g/cm3), képlékeny, nagy elektromos vezetőképességgel, t pl 660ºC. Kémiailag aktív (levegőben védő oxidfilmmel borítja). A természetben való elterjedtségét tekintve az elemek között a 4., a fémek között az 1. helyen áll (a földkéreg tömegének 8,8%-a). Több száz alumínium ásvány (alumínium-szilikátok, bauxitok, alunitok stb.) ismert. Al 2 O 3 alumínium-oxid elektrolízisével nyerik Na 3 AlF 6 kriolit olvadékban 960 °C-on. Felhasználják a repülésben, az építőiparban (szerkezeti anyagok, főleg más fémekkel ötvözött formában), az elektrotechnikában (a réz helyettesítője a kábelgyártásban stb.), az élelmiszeriparban (fólia), a kohászatban (ötvöző adalék) , aluminotermia stb.

ALUMÍNIUM

ALUMÍNIUM (lat. Alumínium), Al (értsd: „alumínium”), kémiai elem 13-as rendszámmal, atomtömege 26,98154. A természetes alumínium egyetlen nuklidból áll, 27 Al. Mengyelejev elemeinek periódusos rendszerének IIIA csoportjában a harmadik periódusban található. 3. külső elektronréteg konfiguráció s 2 p 1 . Szinte minden vegyületben az alumínium oxidációs állapota +3 (III. vegyérték).
A semleges alumínium atom sugara 0,143 nm, az Al 3+ ioné 0,057 nm. A semleges alumíniumatom szekvenciális ionizációs energiája rendre 5,984, 18,828, 28,44 és 120 eV. A Pauling-skála szerint az alumínium elektronegativitása 1,5.
Az egyszerű alumínium anyag puha, könnyű, ezüstös-fehér fém.
A felfedezés története
A latin alumínium a latin alumen szóból származik, ami timsót jelent (cm. TIMSÓ)(alumínium és kálium-szulfát KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), amelyeket régóta használnak bőrcserzésben és összehúzó szerként. A magas kémiai aktivitás miatt a tiszta alumínium felfedezése és izolálása csaknem 100 évig tartott. A következtetés az, hogy a „föld” (tűzálló anyag, modern szóhasználattal - alumínium-oxid) nyerhető timsóból (cm. ALUMÍNIUM-OXID)) A. Marggraff német kémikus készítette még 1754-ben (cm. MARGGRAF Andreas Zsigmond). Később kiderült, hogy ugyanaz a „föld” elkülöníthető az agyagból, és timföldnek kezdték nevezni. H. K. Ørsted dán fizikus csak 1825-ben tudott fémes alumíniumot előállítani. (cm.Ørsted Hans Christian). A timföldből nyerhető alumínium-klorid AlCl 3-at kálium-amalgámmal (kálium és higany ötvözete) kezelte, majd a higany lepárlása után szürke alumíniumport izolált.
Csak negyed évszázaddal később ezt a módszert kissé modernizálták. A. E. Sainte-Clair Deville francia kémikus (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) 1854-ben javasolta nátrium-fém felhasználását alumínium előállítására (cm. NÁTRIUM), és megkapta az új fém első rúdjait. Az alumínium ára akkoriban nagyon magas volt, ékszereket készítettek belőle.
P. Eru 1886-ban önállóan kifejlesztett egy ipari eljárást alumínium előállítására összetett keverékek, köztük alumínium-oxid, fluorid és egyéb anyagok olvadékának elektrolízisével. (cm. ERU Paul Louis Toussaint)(Franciaország) és C. Hall (USA). Az alumíniumgyártás nagy energiafelhasználással jár, ezért csak a XX. A Szovjetunióban az első ipari alumíniumot 1932. május 14-én állították elő a volhovi vízierőmű mellett épült volhovi alumíniumgyárban.
A természetben lenni
A földkéregben előforduló bőség tekintetében az alumínium a fémek között az első, az összes elem között pedig a harmadik (az oxigén és a szilícium után), a földkéreg tömegének körülbelül 8,8%-át teszi ki. Az alumínium rengeteg ásvány, főleg alumínium-szilikát része (cm. ALUMÍNIUM-SZILIKÁTOK), és sziklák. Az alumíniumvegyületek gránitot tartalmaznak (cm. GRÁNIT), bazaltok (cm. BAZALT), agyag (cm. AGYAG), földpátok (cm. FÉPPARÁK) stb. De van egy paradoxon: rengeteg ásvány és alumíniumot tartalmazó kőzet, bauxit lerakódások (cm. BOXIT)- az alumínium ipari előállításának fő nyersanyaga, meglehetősen ritkák. Oroszországban Szibériában és az Urálban vannak bauxitlelőhelyek. Az alunitok ipari jelentőségűek is. (cm. ALUNITE)és nefelinek (cm. NEPHELIN).
Az alumínium nyomelemként jelen van a növények és állatok szöveteiben. Vannak olyan koncentráló organizmusok, amelyek alumíniumot halmoznak fel szerveikben – egyes mohák és puhatestűek.
Ipari termelés
Az ipari termelés során a bauxitot először vegyi feldolgozásnak vetik alá, eltávolítva a szilícium- és vas-oxidok és egyéb elemek szennyeződéseit. Az ilyen feldolgozás eredményeként tiszta alumínium-oxid Az Al 2 O 3 a fő nyersanyag az elektrolízissel történő fémgyártás során. Mivel azonban az Al 2 O 3 olvadáspontja nagyon magas (több mint 2000 °C), olvadékát nem lehet elektrolízisre felhasználni.
A tudósok és mérnökök a következő megoldást találták. A kriolit először elektrolizáló fürdőben olvasztják meg (cm. kriolit) Na 3 AlF 6 (olvadási hőmérséklet valamivel 1000 °C alatt). A kriolit például a Kola-félszigetről származó nefelinek feldolgozásával nyerhető. Ezután egy kevés Al 2 O 3-ot (legfeljebb 10 tömeg%-ban) és néhány más anyagot adnak ehhez az olvadékhoz, hogy javítsák a következő folyamat feltételeit. Ennek az olvadéknak az elektrolízise során az alumínium-oxid lebomlik, az olvadékban kriolit marad, a katódon pedig olvadt alumínium képződik:
2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2.
Mivel az elektrolízis során a grafit anódként szolgál, az anódon felszabaduló oxigén reakcióba lép a grafittal, és szén-dioxid CO 2 képződik.
Az elektrolízis körülbelül 99,7% alumíniumtartalmú fémet állít elő. A technológiában sokkal tisztább alumíniumot is használnak, amelyben ennek az elemnek a tartalma eléri a 99,999%-ot vagy még többet.
Fizikai és kémiai tulajdonságok
Az alumínium egy tipikus fém, felületközpontú köbös kristályrács, paraméter A= 0,40403 nm. A tiszta fém olvadáspontja 660 °C, forráspontja körülbelül 2450 °C, sűrűsége 2,6989 g/cm 3 . Az alumínium lineáris tágulási hőmérsékleti együtthatója körülbelül 2,5·10 -5 K -1. Standard elektródapotenciál Al 3+ /Al –1,663V.
Kémiailag az alumínium meglehetősen aktív fém. Levegőben felületét azonnal beborítja egy sűrű Al 2 O 3 oxid film, amely megakadályozza az oxigén további hozzáférését a fémhez, és a reakció leállásához vezet, ami meghatározza az alumínium magas korróziógátló tulajdonságait. Tömény salétromsavba helyezve védőfelületi film az alumíniumon is keletkezik.
Az alumínium aktívan reagál más savakkal:
6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3H 2SO 4 + 2Al = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.
Az alumínium reakcióba lép lúgos oldatokkal. Először a védő oxidfilm feloldódik:
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na.
Ezután a reakciók következnek be:
2Al + 6H 2O = 2Al(OH)3 + 3H2,
NaOH + Al(OH) 3 = Na,
vagy összesen:
2Al + 6H 2O + 2NaOH = Na + 3H 2,
és ennek eredményeként aluminátok keletkeznek (cm. ALUMINÁTOK): Na - nátrium-aluminát (nátrium-tetrahidroxoaluminát), K - kálium-aluminát (kálium-tetrahidroxoaluminát) vagy mások Mivel ezekben a vegyületekben az alumíniumatomot koordinációs szám jellemzi (cm. KOORDINÁCIÓS SZÁM) 6, és nem 4, akkor ezeknek a tetrahidroxo-vegyületeknek a tényleges képlete a következő: Na és K.
Melegítéskor az alumínium reakcióba lép halogénekkel:
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3,
2Al + 3 Br2 = 2AlBr 3.
Érdekes módon az alumínium és a jódporok reakciója (cm. IOD) szobahőmérsékleten kezdődik, ha néhány csepp vizet adunk a kezdeti keverékhez, amely ebben az esetben a katalizátor szerepét tölti be:
2Al + 3I 2 = 2AlI 3.
Az alumínium és a kén kölcsönhatása hevítéskor alumínium-szulfid képződéséhez vezet:
2Al + 3S = Al 2 S 3,
amely víz hatására könnyen lebomlik:
Al 2S3 + 6H 2O = 2Al(OH)3 + 3H2S.
Az alumínium nem közvetlenül lép kölcsönhatásba a hidrogénnel, hanem közvetett módon, például szerves alumíniumvegyületek segítségével (cm. SZERVES ALUMÍNIUM VEGYÜLETEK), lehetséges szilárd polimer alumínium-hidrid (AlH 3) x - erős redukálószer szintetizálása.
Por formájában az alumínium levegőn elégethető, és fehér, tűzálló alumínium-oxid Al 2 O 3 por keletkezik.
Az Al 2 O 3 nagy kötési szilárdsága határozza meg az egyszerű anyagokból történő képződésének magas hőjét és az alumínium azon képességét, hogy számos fémet redukáljon oxidjaiból, például:
3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe és páros
3CaO + 2Al = Al 2O 3 + 3Ca.
A fémek előállításának ezt a módszerét aluminotermiának nevezik. (cm. ALUMINOthermy).
Az amfoter oxid Al 2 O 3 megfelel az amfoter hidroxidnak - egy amorf polimer vegyületnek, amelynek nincs állandó összetétele. Az alumínium-hidroxid összetétele az xAl 2 O 3 ·yH 2 O képlettel fejezhető ki; az iskolai kémia tanulmányozása során az alumínium-hidroxid képletét leggyakrabban Al(OH) 3-ként jelölik.
A laboratóriumban az alumínium-hidroxidot zselatinos csapadék formájában cserereakciókkal lehet előállítani:
Al 2(SO 4) 3 + 6NaOH = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4,
vagy szóda hozzáadásával az alumíniumsó oldathoz:
2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 Ї + 6NaCl + 3CO 2,
valamint ammóniaoldat hozzáadása alumíniumsó-oldathoz:
AlCl 3 + 3NH 3 ·H 2 O = Al(OH) 3 Ї + 3H 2 O + 3NH 4 Cl.
Alkalmazás
Alkalmazási skáláját tekintve az alumínium és ötvözetei a második helyet foglalják el a vas és ötvözetei után. Az alumínium széleskörű elterjedése a technológia különböző területein és a mindennapi életben fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságainak kombinációjával függ össze: alacsony sűrűség, korrózióállóság a légköri levegőben, magas hő- és elektromos vezetőképesség, rugalmasság és viszonylag nagy szilárdság. Az alumínium könnyen feldolgozható különféle módokon - kovácsolás, sajtolás, hengerlés stb. Tiszta alumíniumból huzal készül (az alumínium elektromos vezetőképessége a réz elektromos vezetőképességének 65,5%-a, de az alumínium több mint háromszor könnyebb, mint a réz, így az alumínium gyakran helyettesíti a rezet az elektrotechnikában) és a csomagolóanyagként használt fóliát. Az olvasztott alumínium nagy részét különféle ötvözetek előállítására fordítják. Az alumíniumötvözeteket alacsony sűrűség, megnövekedett (a tiszta alumíniumhoz képest) korrózióállóság és magas technológiai tulajdonságok jellemzik: magas hő- és elektromos vezetőképesség, hőállóság, szilárdság és hajlékonyság. A védő- és dekorációs bevonatok könnyen felvihetők az alumíniumötvözetek felületére.
Az alumíniumötvözetek tulajdonságainak változatossága annak köszönhető, hogy különféle adalékanyagokat visznek be az alumíniumba, amelyek szilárd oldatokat vagy intermetallikus vegyületeket képeznek vele. Az alumínium nagy részét könnyű ötvözetek - duralumínium - gyártására használják (cm. DURALUMINE)(94% Al, 4% Cu, 0,5% Mg, Mn, Fe és Si egyenként), szilumin (85-90% Al, 10-14% Si, 0,1% Na) stb. Az alumíniumot a kohászatban nem csak ötvözetek alapja, de a réz-, magnézium-, vas-, nikkel- stb. alapú ötvözetek egyik széles körben használt ötvöző adalékaként is.
Az alumíniumötvözeteket széles körben használják a mindennapi életben, az építőiparban és az építészetben, az autóiparban, a hajógyártásban, a repülésben és az űrtechnológiában. Különösen az első mesterséges földi műhold alumíniumötvözetből készült. Az alumínium és cirkónium ötvözetét - cirkóniumot - széles körben használják az atomreaktorok építésében. Az alumíniumot robbanóanyagok gyártásához használják.
Különös figyelmet érdemelnek a fémes alumínium felületén elektrokémiai úton előállított színes alumínium-oxid filmek. Az ilyen filmekkel bevont fémes alumíniumot eloxált alumíniumnak nevezik. Különféle ékszerek készülnek eloxált alumíniumból, amely megjelenésében aranyra emlékeztet.
Az alumínium mindennapi életben való kezelésekor szem előtt kell tartania, hogy csak semleges (savas) folyadékok melegíthetők és tárolhatók alumínium edényben (például forraljon vizet). Ha például egy alumínium serpenyőben savanyú káposztalevest főzünk, akkor az alumínium bekerül az ételbe, és kellemetlen „fémes” ízt kap. Mivel az oxidfilm a mindennapi életben nagyon könnyen megsérül, az alumínium edények használata továbbra sem kívánatos.
Alumínium a testben
Az emberi szervezet naponta kap alumíniumot élelmiszerből (kb. 2-3 mg), de biológiai szerepe még nem tisztázott. Az emberi test (70 kg) átlagosan körülbelül 60 mg alumíniumot tartalmaz a csontokban és az izmokban.

enciklopédikus szótár. 2009 .

Szinonimák:

- (Al szimbólum), ezüstfehér fém, a periódusos rendszer harmadik csoportjának eleme. Tiszta formájában először 1827-ben nyerték ki. A földkéreg leggyakoribb féme; Fő forrása a bauxitérc. Folyamat…… Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár

ALUMÍNIUM- ALUMÍNIUM, Alumínium (kémiai jele A1, 27,1 tömegű), a földfelszínen a leggyakoribb fém, és az O és a szilícium után a földkéreg legfontosabb alkotóeleme. Az A. a természetben elsősorban kovasavsók (szilikátok) formájában fordul elő;... ... Nagy Orvosi Enciklopédia

Alumínium- egy kékesfehér fém, amely különösen könnyű. Nagyon képlékeny, könnyen hengerelhető, húzható, kovácsolható, bélyegezhető, önthető stb. Más lágy fémekhez hasonlóan az alumínium is nagyon jól áll... ... Hivatalos terminológia

Alumínium- (Alumínium), Al, a periódusos rendszer III. csoportjába tartozó kémiai elem, 13-as rendszám, 26,98154 atomtömeg; könnyűfém, olvadáspont 660 °C. A földkéreg tartalom 8,8 tömeg%. Az alumíniumot és ötvözeteit szerkezeti anyagként használják... ... Illusztrált enciklopédikus szótár

ALUMÍNIUM, alumínium hím, vegyszer alkálifém agyag, alumínium-oxid bázis, agyag; valamint a rozsda, vas alapja; és rezet éget. Aluminit hím timsóhoz hasonló kövület, víztartalmú alumínium-oxid-szulfát. Alunit férj. egy őskövület nagyon közel... Dahl magyarázó szótára

- (ezüst, könnyű, szárnyas) fém Orosz szinonimák szótára. alumínium főnév, szinonimák száma: 8 agyag (2) ... Szinonima szótár

- (Latin alumínium alumen timsóból), Al, a periódusos rendszer III. csoportjába tartozó kémiai elem, 13-as rendszám, 26,98154 atomtömeg. Ezüstfehér fém, könnyű (2,7 g/cm³), képlékeny, nagy elektromos vezetőképességgel, olvadáspontja 660°C.... Nagy enciklopédikus szótár

Al (a latin alumen timsó nevéből, az ókorban festő- és cserzőanyagként használták * a. alumínium; n. Alumínium; f. alumínium; i. aluminio), vegyi anyag. eleme a III. csoport periodikus. Mengyelejev rendszer, at. n. 13, at. m. 26,9815 ... Földtani enciklopédia

ALUMÍNIUM, alumínium, sok. nem, férjem (a latin alumen alum szóból). Ezüstfehér alakítható könnyűfém. Ushakov magyarázó szótára. D.N. Ushakov. 1935 1940... Ushakov magyarázó szótára

A kálium timsó előállítása

Alumínium(latinul: Alumínium), – a periódusos rendszerben az alumínium a harmadik periódusban, a harmadik csoport fő alcsoportjában található. Alaptöltés +13. Az atom elektronszerkezete 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. A fém atomsugár 0,143 nm, a kovalens sugara 0,126 nm, az Al 3+ ion hagyományos sugara 0,057 nm. Ionizációs energia Al – Al + 5,99 eV.

Az alumíniumatom legjellemzőbb oxidációs állapota +3. Negatív oxidációs állapot ritkán fordul elő. Az atom külső elektronrétegében szabad d-alszintek találhatók. Ennek köszönhetően a koordinációs száma vegyületekben nemcsak 4 (AlCl 4-, AlH 4-, alumínium-szilikátok), hanem 6 (Al 2 O 3, 3+) is lehet.

Történelmi hivatkozás. Az alumínium név a latinból származik. alumen – tehát Kr.e. 500-ban. alumínium timsónak nevezett, amelyet maróanyagként használtak szövetek festésére és bőr cserzésére. A dán tudós, H. K. Oersted 1825-ben, kálium-amalgámmal vízmentes AlCl 3-ra hatva, majd a higanyt ledesztillálta, viszonylag tiszta alumíniumot kapott. Az alumínium előállításának első ipari módszerét 1854-ben egy francia vegyész, A.E. javasolta. Sainte-Clair Deville: a módszer kettős alumínium és nátrium-klorid Na 3 AlCl 6 redukálásából állt fémes nátriummal. Az ezüsthöz hasonló színű alumínium kezdetben nagyon drága volt. 1855 és 1890 között mindössze 200 tonna alumíniumot gyártottak. Az alumínium kriolit-alumínium-oxid olvadék elektrolízisével történő előállításának modern módszerét 1886-ban egyidejűleg és egymástól függetlenül fejlesztette ki C. Hall az USA-ban és P. Heroux Franciaországban.

A természetben lenni

Az alumínium a leggyakoribb fém a földkéregben. 5,5–6,6 mol mennyiséget tesz ki. frakció% vagy 8 tömeg%. Fő tömege alumínium-szilikátokban koncentrálódik. Az általuk képződött kőzetek pusztulásának rendkívül gyakori terméke az agyag, amelynek fő összetétele az Al 2 O 3 képletnek felel meg. 2SiO2. 2H 2 O. Az alumínium egyéb természetes formái közül a bauxit Al 2 O 3 a legnagyobb jelentőségű. xH 2 O és ásványok korund Al 2 O 3 és kriolit AlF 3. 3NaF.

Nyugta

Jelenleg az iparban az alumíniumot alumínium-oxid Al 2 O 3 olvadt kriolitban oldott oldatának elektrolízisével állítják elő. Az Al 2 O 3-nak meglehetősen tisztanak kell lennie, mivel a szennyeződéseket nehéz eltávolítani az olvasztott alumíniumból. Az Al 2 O 3 olvadáspontja körülbelül 2050 o C, a kriolité pedig 1100 o C. A kriolit és Al 2 O 3 olvadt keverékét, amely körülbelül 10 tömeg% Al 2 O 3 -ot tartalmaz, elektrolízisnek vetjük alá, amely 960 °C-on olvad. o C és elektromos vezetőképessége , sűrűsége és viszkozitása a folyamat szempontjából a legkedvezőbb. AlF 3, CaF 2 és MgF 2 hozzáadásával az elektrolízis 950 o C-on válik lehetővé.

Az alumínium olvasztására szolgáló elektrolizátor egy belül tűzálló téglával bélelt vasház. A tömörített széntömbökből összeállított alja katódként szolgál. Az anódok felül találhatók: ezek szénbrikettel töltött alumínium keretek.

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

A katódon folyékony alumínium szabadul fel:

Al 3+ + 3е - = Al

Az alumíniumot a kemence alján gyűjtik össze, ahonnan időszakosan kiengedik. Oxigén szabadul fel az anódon:

4AlO 3 3 - 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Az oxigén a grafitot szén-oxidokká oxidálja. Ahogy a szén ég, az anód felépül.

Az alumíniumot számos ötvözethez ötvöző adalékként is használják, hogy hőállóságot kölcsönözzenek nekik.

Az alumínium fizikai tulajdonságai. Az alumínium egy nagyon értékes tulajdonságkészletet egyesít: alacsony sűrűség, magas hő- és elektromos vezetőképesség, nagy alakíthatóság és jó korrózióállóság. Könnyen kovácsolható, bélyegezhető, hengerelhető, húzható. Az alumínium jól hegeszthető gáz-, kontakt- és más típusú hegesztéssel. Az alumíniumrács köbös felületű, a paraméter a = 4,0413 Å. Az alumínium tulajdonságai tehát, mint minden fém, a tisztaságától függenek. A nagy tisztaságú alumínium (99,996%) tulajdonságai: sűrűség (20 °C-on) 2698,9 kg/m 3; tpl 660,24 °C; forráspontja körülbelül 2500 °C; hőtágulási együttható (20°-tól 100°C-ig) 23,86·10 -6; hővezető képesség (190 °C-on) 343 W/m·K, fajlagos hőkapacitás (100 °С-on) 931,98 J/kg·K. ; elektromos vezetőképesség rézre vonatkoztatva (20 °C-on) 65,5%. Az alumínium szilárdsága alacsony (szakítószilárdság 50-60 Mn/m2), keménysége (Brinell szerint 170 Mn/m2) és nagy a rugalmassága (akár 50%). A hideghengerlés során az alumínium szakítószilárdsága 115 Mn/m2-re, keménysége 270 Mn/m2-re, relatív nyúlása 5%-ra csökken (1 Mn/m2 ~ és 0,1 kgf/mm2). Az alumínium erősen polírozott, eloxált, és az ezüsthöz közeli nagy fényvisszaverő képességgel rendelkezik (a beeső fényenergia akár 90%-át is visszaveri). Az oxigénnel szembeni nagy affinitású alumíniumot a levegőben vékony, de nagyon erős Al 2 O 3 oxid film borítja, amely megvédi a fémet a további oxidációtól, és meghatározza annak magas korróziógátló tulajdonságait. Az oxidfilm szilárdsága és védőhatása nagymértékben csökken higany, nátrium, magnézium, réz stb. szennyeződések jelenlétében. Az alumínium ellenáll a légköri korróziónak, a tengervíznek és az édesvíznek, gyakorlatilag nem lép kölcsönhatásba tömény vagy erősen hígított salétromsavval savak, szerves savak, élelmiszeripari termékek.

Kémiai tulajdonságok

A finomra zúzott alumíniumot hevítve erőteljesen ég a levegőben. Kénnel való kölcsönhatása hasonlóan megy végbe. A klórral és brómmal való kombináció normál hőmérsékleten, jóddal pedig melegítéskor történik. Nagyon magas hőmérsékleten az alumínium is közvetlenül egyesül nitrogénnel és szénnel. Éppen ellenkezőleg, nem lép kölcsönhatásba a hidrogénnel.

Az alumínium meglehetősen vízálló. De ha az oxidfilm védő hatását mechanikusan vagy összeolvadással eltávolítják, erőteljes reakció lép fel:

Az erősen hígított és nagyon tömény HNO3 és H2SO4 szinte nincs hatással az alumíniumra (hidegben), míg ezeknek a savaknak közepes koncentrációban fokozatosan oldódik. A tiszta alumínium meglehetősen ellenáll a sósavnak, de a közönséges ipari fém feloldódik benne.

Amikor az alumíniumot lúgok vizes oldatának teszik ki, az oxidréteg feloldódik, és aluminátok képződnek - az anion részeként alumíniumot tartalmazó sók:

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

A védőfólia nélküli alumínium kölcsönhatásba lép a vízzel, és kiszorítja belőle a hidrogént:

2Al + 6H 2O = 2Al(OH)3 + 3H2

A keletkező alumínium-hidroxid reakcióba lép feleslegben lévő lúggal, hidroxoaluminátot képezve:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Az alumínium vizes lúgoldatban való oldódásának általános egyenlete:

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

Az alumínium észrevehetően oldódik olyan sók oldatában, amelyek hidrolízisük miatt savas vagy lúgos reakcióba lépnek, például Na 2 CO 3 oldatban.

A feszültségsorokban Mg és Zn között helyezkedik el. Az alumínium minden stabil vegyületében háromértékű.

Az alumínium és az oxigén kombinációját hatalmas hőleadás (1676 kJ/mol Al 2 O 3) kíséri, ami lényegesen nagyobb, mint sok más fémé. Ennek fényében, amikor a megfelelő fém oxidjának alumíniumporral való elegyét hevítik, heves reakció lép fel, ami a felvett oxidból szabad fém felszabadulásához vezet. Az Al-t alkalmazó redukciós módszert (aluminotermia) gyakran alkalmazzák számos elem (Cr, Mn, V, W stb.) szabad állapotú kinyerésére.

Az aluminotermiát néha egyes acél alkatrészek, különösen a villamossínek kötéseinek hegesztésére használják. Az alkalmazott keverék („termit”) általában alumínium és Fe 3 O 4 finom porából áll. Al és BaO 2 keverékéből készült biztosítékkal gyújtják meg. A fő reakció a következő egyenletet követi:

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

Ráadásul a hőmérséklet 3000 o C körül alakul.

Az alumínium-oxid fehér, nagyon tűzálló (olvadáspont: 2050 o C), vízben nem oldódik. A természetes Al 2 O 3 (ásványi korund), valamint a mesterségesen előállított, majd erősen kalcinált anyagokat nagy keménység és savakban való oldhatatlanság jellemzi. Az Al 2 O 3 (ún. alumínium-oxid) lúgokkal való fúzióval oldható állapotba hozható.

Jellemzően a vas-oxiddal szennyezett természetes korundból rendkívül keménysége miatt csiszolókorongokat, fenőköveket stb. Finomra zúzott formában smirglinek nevezik, és fémfelületek tisztítására és csiszolópapír készítésére használják. Ugyanezen célokra gyakran használják az Al 2 O 3-at, amelyet bauxit olvasztásával nyernek (műszaki név - alundum).

Átlátszó színű korund kristályok - vörös rubin - króm keveréke - és kék zafír - titán és vas keveréke - drágakövek. Mesterségesen is nyerik, és műszaki célokra használják fel, például precíziós műszerek alkatrészeinek gyártásához, órakövekhez stb. A kis mennyiségű Cr 2 O 3 keveréket tartalmazó rubinkristályokat kvantumgenerátorként használják - lézerek, amelyek irányított monokromatikus sugárzást hoznak létre.

Az Al 2 O 3 vízben való oldhatatlansága miatt ennek az oxidnak megfelelő Al(OH) 3 hidroxid csak közvetve nyerhető sókból. A hidroxid előállítása a következő séma szerint ábrázolható. Lúgok hatására az OH-ionokat fokozatosan 3+ vízmolekulák váltják fel a vízkomplexekben:

3+ + OH- = 2+ + H 2 O

2+ + OH - = + + H 2 O

OH- = 0 + H2O

Az Al(OH) 3 egy terjedelmes zselatinos fehér csapadék, vízben gyakorlatilag nem oldódik, de savakban és erős lúgokban könnyen oldódik. Emiatt amfoter jellegű. Bázikus és különösen savas tulajdonságai azonban meglehetősen gyengén fejeződnek ki. Az alumínium-hidroxid feleslegben lévő NH 4 OH-ban oldhatatlan. A dehidratált hidroxid egyik formáját, az alumíniumgélt adszorbensként használják a technikában.

Erős lúgokkal való kölcsönhatás során a megfelelő aluminátok képződnek:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

A legaktívabb egyértékű fémek aluminátjai jól oldódnak vízben, de az erős hidrolízis miatt oldataik csak megfelelő lúgfelesleg jelenlétében stabilak. A gyengébb bázisokból előállított aluminátok oldatban szinte teljesen hidrolizálódnak, ezért csak szárazon nyerhetők (Al 2 O 3 összeolvasztásával a megfelelő fémek oxidjaival). Metaaluminátok keletkeznek, amelyek összetétele HAlO 2 metaalumíniumsavból származik. Legtöbbjük vízben oldhatatlan.

Az Al(OH)3 savakkal sókat képez. A legtöbb erős sav származékai jól oldódnak vízben, de jelentős mértékben hidrolizálódnak, ezért oldataik savas reakciót mutatnak. Az oldható alumíniumsók és a gyenge savak még jobban hidrolizálódnak. A hidrolízis miatt vizes oldatokból nem nyerhető szulfid, karbonát, cianid és néhány más alumíniumsó.

Vizes környezetben az Al 3+ aniont közvetlenül hat vízmolekula veszi körül. Az ilyen hidratált ion a séma szerint némileg disszociál:

3+ + H 2 O = 2+ + OH 3 +

Disszociációs állandója 1. 10 -5, azaz ez egy gyenge sav (erősségében közel áll az ecetsavhoz). Az Al 3+ hat vízmolekulát tartalmazó oktaéderes környezete számos alumíniumsó kristályos hidrátjaiban is megmarad.

Az alumínium-szilikátok olyan szilikátoknak tekinthetők, amelyekben a szilícium-oxigén-tetraéder SiO 4 4 - egy részét alumínium-oxigén-tetraéder AlO 4 5 helyettesíti. Az alumínium-szilikátok közül a legelterjedtebbek a földpátok, amelyek tömegének több mint felét teszik ki. földkéreg. Fő képviselőik az ásványok

ortokláz K 2 Al 2 Si 6 O 16 vagy K 2 O . Al 2O 3. 6SiO2

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

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

Nagyon gyakoriak a csillámcsoport ásványai, például a muszkovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. A timföld, szódatermékek és cement előállításához használt ásványi nefelin (Na, K) 2 nagy gyakorlati jelentőséggel bír. Ez a gyártás a következő műveletekből áll: a) a nefelint és a mészkövet csőkemencékben 1200 o C-on szinterelik:

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

b) a kapott masszát vízzel kilúgozzuk - nátrium- és kálium-aluminát oldat, valamint CaSiO 3 iszap keletkezik:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O = Na + K

c) A szinterezés során keletkező CO 2 áthalad az aluminát oldaton:

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

d) Al(OH) 3 hevítéssel alumínium-oxidot kapunk:

2Al(OH)3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O

e) az anyalúg elpárologtatásával a szódát és a főzetet leválasztják, és a korábban keletkezett iszapot cementgyártáshoz használják fel.

1 tonna Al 2 O 3 előállítása során 1 tonna szódaterméket és 7,5 tonna cementet kapunk.

Egyes alumínium-szilikátok laza szerkezetűek és ioncserére képesek. Az ilyen természetes és különösen mesterséges szilikátokat vízlágyításra használják. Ezen kívül magasan fejlett felületük miatt katalizátor hordozóként használják, pl. mint katalizátorral impregnált anyagok.

Az alumínium-halogenidek normál körülmények között színtelen kristályos anyagok. Az alumínium-halogenidek sorozatában az AlF 3 tulajdonságaiban nagyon különbözik analógjaitól. Tűzálló, vízben gyengén oldódik és kémiailag inaktív. Az AlF 3 előállításának fő módszere a vízmentes HF Al 2 O 3-ra vagy Al-ra gyakorolt ​​hatásán alapul:

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

A klórral, brómmal és jóddal alkotott alumíniumvegyületek olvadékonyak, nagyon reakcióképesek és nem csak vízben, hanem számos szerves oldószerben is jól oldódnak. Az alumínium-halogenidek vízzel való kölcsönhatása jelentős hőkibocsátással jár. Vizes oldatban mindegyik erősen hidrolizált, de a tipikus savas nemfém-halogenidekkel ellentétben hidrolízisük nem teljes és reverzibilis. Mivel normál körülmények között is észrevehetően illékony, az AlCl 3, AlBr 3 és AlI 3 nedves levegőben füstölög (a hidrolízis következtében). Egyszerű anyagok közvetlen kölcsönhatásával nyerhetők.

Az AlCl 3, AlBr 3 és AlI 3 gőzsűrűsége viszonylag alacsony hőmérsékleten többé-kevésbé pontosan megfelel a kettős képleteknek - Al 2 Hal 6. Ezeknek a molekuláknak a térszerkezete két közös élű tetraédernek felel meg. Mindegyik alumíniumatom négy halogénatomhoz, a központi halogénatomok mindegyike pedig mindkét alumíniumatomhoz kapcsolódik. A központi halogénatom két kötése közül az egyik donor-akceptor, az alumínium pedig akceptorként működik.

Számos egyértékű fém halogenid sóival az alumínium-halogenidek összetett vegyületeket képeznek, főleg M 3 és M típusúak (ahol Hal jelentése klór, bróm vagy jód). Az addíciós reakciókra való hajlam általában nagyon hangsúlyos a szóban forgó halogenideknél. Pontosan ez az oka az AlCl 3 katalizátorként történő legfontosabb technikai felhasználásának (az olajfinomításban és a szerves szintézisekben).

A fluoraluminátok közül a legnagyobb felhasználás (Al, F 2, zománcok, üvegek stb. gyártásához) a Na 3 kriolit. A mesterséges kriolit ipari gyártása az alumínium-hidroxid hidrogén-fluoriddal és szódával történő kezelésén alapul:

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

A klór-, bróm- és jód-aluminátokat alumínium-trihalogenideknek a megfelelő fémek halogenideivel való olvasztásával állítják elő.

Bár az alumínium nem lép kémiai reakcióba hidrogénnel, közvetett módon alumínium-hidridet lehet előállítani. Ez egy fehér amorf tömeg, amelynek összetétele (AlH 3) n. 105 o C fölé hevítve hidrogén felszabadulásával bomlik.

Amikor az AlH3 kölcsönhatásba lép bázikus hidridekkel éteres oldatban, hidroaluminátok képződnek:

LiH + AlH3 = Li

A hidroaluminátok fehér szilárd anyagok. Vízzel gyorsan lebomlik. Erős redukálószerek. Szerves szintézisben használják őket (különösen a Li-t).

Alumínium-szulfát Al 2 (SO 4) 3. A 18H 2 O-t forró kénsav alumínium-oxidon vagy kaolinon történő hatására kapják. Víztisztításra, valamint bizonyos papírfajták elkészítésére használják.

Kálium-alumínium timsó KAl(SO 4) 2. A 12H 2 O-t nagy mennyiségben használják bőr cserzésére, valamint a festőiparban pamutszövetek maróanyagaként. Ez utóbbi esetben a timsó hatása azon alapszik, hogy a hidrolízise eredményeként keletkező alumínium-hidroxid finoman diszpergált állapotban rakódik le a szövetszálakban, és a festéket adszorbeálva szilárdan a szálon tartja.

A többi alumíniumszármazék közül meg kell említeni acetátját (egyébként ecetsav sója) Al(CH 3 COO) 3, amelyet textíliák festésére (maradóként) és gyógyászatban (vizek és borogatások) használnak. Az alumínium-nitrát vízben könnyen oldódik. Az alumínium-foszfát vízben és ecetsavban oldhatatlan, de erős savakban és lúgokban oldódik.

Alumínium a testben. Az alumínium az állatok és növények szöveteinek része; emlősök szerveiben 10-3-10-5% alumíniumot találtak (nyers alapon). Az alumínium a májban, a hasnyálmirigyben és a pajzsmirigyben halmozódik fel. Növényi termékekben az alumíniumtartalom 4 mg/1 kg szárazanyag (burgonya) és 46 mg (sárga fehérrépa), állati eredetű termékekben - 4 mg (méz) és 72 mg/1 kg szárazanyag között ( marhahús). A napi emberi étrendben az alumíniumtartalom eléri a 35-40 mg-ot. Az alumíniumot koncentráló szervezetek ismertek, például a mohák (Lycopodiaceae), amelyek hamuban legfeljebb 5,3% alumíniumot tartalmaznak, és a puhatestűek (Helix és Lithorina), amelyek hamuban 0,2–0,8% alumíniumot tartalmaznak. Azáltal, hogy foszfátokkal oldhatatlan vegyületeket képez, az alumínium megzavarja a növények (a foszfátok felszívódása a gyökerekben) és az állatok táplálkozását (a foszfátok felszívódása a belekben).

Az alumínium geokémiája. Az alumínium geokémiai jellemzőit az oxigénnel szembeni nagy affinitása (ásványokban az alumínium az oxigénoktaéderekben és a tetraéderekben), az állandó vegyérték (3) és a legtöbb természetes vegyület alacsony oldhatósága határozza meg. Az endogén folyamatokban a magma megszilárdulása és a magmás kőzetek képződése során az alumínium belép a földpátok, csillámok és más ásványok - alumínium-szilikátok - kristályrácsába. A bioszférában az alumínium gyenge vándorló, az élőlényekben és a hidroszférában ritka. Nedves éghajlaton, ahol a bőséges növényzet lebomló maradványai sok szerves savat képeznek, az alumínium szerves ásványi kolloid vegyületek formájában vándorol a talajban és a vizekben; Az alumíniumot kolloidok adszorbeálják, és a talajok alsó részében rakódnak le. Az alumínium és a szilícium közötti kötés részben megszakad és a trópusokon helyenként ásványok képződnek - alumínium-hidroxidok - böhmit, diaszpórák, hidrargillit. Az alumínium nagy része az alumínium-szilikátok - kaolinit, beidellit és más agyagásványok - része. A gyenge mobilitás meghatározza az alumínium maradék felhalmozódását a nedves trópusok mállási kérgében. Ennek eredményeként eluviális bauxit képződik. A múlt geológiai korszakaiban a bauxit a tavakban és a tengerek part menti övezeteiben is felhalmozódott a trópusi régiókban (például Kazahsztán üledékes bauxitjai). A sztyeppeken és sivatagokban, ahol kevés az élőanyag, a vizek semlegesek és lúgosak, az alumínium szinte nem vándorol. Az alumínium vándorlása a vulkanikus területeken a legerősebb, ahol erősen savas folyó- és alumíniumban gazdag talajvíz figyelhető meg. Azokon a helyeken, ahol a savas vizek lúgos tengervízzel keverednek (a folyók és egyebek torkolatánál), az alumínium kicsapódik bauxitlerakódások képződésével.

Alumínium alkalmazása. Az alumínium fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságainak kombinációja meghatározza széles körű alkalmazását a technológia szinte minden területén, különösen más fémekkel alkotott ötvözetek formájában. Az elektrotechnikában az alumínium sikeresen helyettesíti a rezet, különösen a masszív vezetők gyártásában, például felsővezetékekben, nagyfeszültségű kábelekben, kapcsolóberendezési buszokban, transzformátorokban (az alumínium elektromos vezetőképessége eléri a réz elektromos vezetőképességének 65,5%-át, ill. több mint háromszor könnyebb a réznél; azonos vezetőképességű keresztmetszet mellett az alumíniumhuzalok tömege fele a réz tömegének). Az ultratiszta alumíniumot elektromos kondenzátorok és egyenirányítók gyártásához használják, amelyek működése az alumínium-oxid film azon képességén alapul, hogy az elektromos áramot csak egy irányba vezeti át. A zóna olvasztással tisztított ultratiszta alumíniumot A III B V típusú félvezető vegyületek szintézisére használják, amelyeket félvezető eszközök gyártásához használnak. A tiszta alumíniumot különféle típusú tükörreflektorok gyártásához használják. A nagy tisztaságú alumíniumot a fémfelületek légköri korrózió elleni védelmére használják (burkolat, alumíniumfesték). Viszonylag alacsony neutronabszorpciós keresztmetszetével az alumíniumot atomreaktorok szerkezeti anyagaként használják.

A nagy kapacitású alumínium tartályok folyékony gázokat (metán, oxigén, hidrogén stb.), salétrom- és ecetsavakat, tiszta vizet, hidrogén-peroxidot és étkezési olajokat tárolnak és szállítanak. Az alumíniumot széles körben használják élelmiszeripari berendezésekben és készülékekben, élelmiszerek csomagolására (fólia formájában), valamint különféle háztartási cikkek gyártására. Az épületek, építészeti, közlekedési és sportépítmények befejezéséhez használt alumínium felhasználása meredeken nőtt.

A kohászatban az alumínium (a rajta alapuló ötvözetek mellett) az egyik legelterjedtebb ötvöző adalék a réz-, magnézium-, titán-, nikkel-, cink- és vasalapú ötvözetekben. Az alumíniumot az acél dezoxidálására is használják a formába öntés előtt, valamint bizonyos fémek alumíniumtermikus eljárással történő előállítási folyamataiban. Alumínium alapú porkohászattal hozták létre az SAP-t (szinterezett alumíniumpor), amely 300 °C feletti hőmérsékleten nagy hőállósággal rendelkezik.

Az alumíniumot robbanóanyagok (ammonál, alumotol) gyártásához használják. Különféle alumíniumvegyületeket széles körben alkalmaznak.

Az alumínium termelése és felhasználása folyamatosan növekszik, jelentősen meghaladva az acél-, réz-, ólom- és cinktermelés növekedési ütemét.

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin "Egy rövid kémiai kézikönyv"

2. L.S. Guzey "Előadások az általános kémiáról"

3. N.S. Akhmetov „Általános és szervetlen kémia”

4. B.V. Nekrasov „Általános kémia tankönyv”

5. N.L. Glinka „Általános kémia”

Az alumínium kémiai tulajdonságait a kémiai elemek periódusos rendszerében elfoglalt helye határozza meg.

Az alábbiakban bemutatjuk az alumínium fő kémiai reakcióit más kémiai elemekkel. Ezek a reakciók határozzák meg az alumínium alapvető kémiai tulajdonságait.

Mivel reagál az alumínium?

Egyszerű anyagok:

• halogének (fluor, klór, bróm és jód)
• foszfor
• szén
• oxigén (égés)

Komplex anyagok:

• ásványi savak (sósav, foszforsav)
• kénsav
• Salétromsav
• lúgok
• oxidálószerek
• kevésbé aktív fémek oxidjai (aluminotermia)

Mivel nem reagál az alumínium?

Az alumínium nem reagál:

• hidrogénnel
• normál körülmények között - tömény kénsavval (a passziváció miatt - sűrű oxidfilm képződése)
• normál körülmények között - tömény salétromsavval (a passziváció miatt is)

Alumínium és levegő

Jellemzően az alumínium felületét mindig vékony alumínium-oxid réteggel vonják be, ami megvédi a levegőtől, pontosabban az oxigéntől. Ezért úgy gondolják, hogy az alumínium nem lép reakcióba a levegővel. Ha ez az oxidréteg megsérül vagy eltávolítják, a friss alumínium felület reakcióba lép a levegő oxigénjével. Az alumínium vakító fehér lánggal oxigénben éghet Al2O3 alumínium-oxidot képezve.

Alumínium reakciója oxigénnel:

• 4Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3

Alumínium és víz

Az alumínium a következő reakciókban lép reakcióba vízzel:

• 2Al + 6H 2O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (1)
• 2Al + 4H 2O = 2AlO(OH) + 3H 2 (2)
• 2Al + 3H 2O = Al 2 O 3 + 3H 2 (3)

E reakciók eredményeként a következők képződnek:

• alumínium-hidroxid-bayerit és hidrogén módosítása (1)
• alumínium-hidroxid-bohemit és hidrogén módosítása (2)
• alumínium-oxid és hidrogén (3)

Ezek a reakciók egyébként nagy érdeklődésre tartanak számot a hidrogénnel üzemelő járművek hidrogén előállítására alkalmas kompakt üzemek kifejlesztésében.

Mindezek a reakciók termodinamikailag szobahőmérséklettől az alumínium 660 ºС olvadáspontjáig terjedő hőmérsékleten lehetségesek. Mindegyik exoterm is, azaz hőkibocsátással fordul elő:

• Szobahőmérséklet és 280 ºС közötti hőmérsékleten a legstabilabb reakciótermék az Al(OH) 3.
• 280 és 480 ºС közötti hőmérsékleten a legstabilabb reakciótermék az AlO(OH).
• 480 ºС feletti hőmérsékleten a legstabilabb reakciótermék az Al 2 O 3.

Így az alumínium-oxid Al 2 O 3 magasabb hőmérsékleten termodinamikailag stabilabbá válik, mint az Al(OH) 3. Az alumínium szobahőmérsékleten vízzel való reakciójának terméke alumínium-hidroxid Al(OH) 3 lesz.

Az (1) reakció azt mutatja, hogy az alumíniumnak spontán reagálnia kell vízzel szobahőmérsékleten. A gyakorlatban azonban egy vízbe merített alumíniumdarab szobahőmérsékleten, de még forrásban lévő vízben sem reagál vízzel. Az a tény, hogy az alumínium felületén vékony, összefüggő alumínium-oxid Al 2 O 3 réteg van. Ez az oxidfilm szilárdan tapad az alumínium felületére, és megakadályozza, hogy a vízzel reagáljon. Ezért az alumínium és a víz reakciójának szobahőmérsékleten történő elindításához és fenntartásához folyamatosan el kell távolítani vagy meg kell semmisíteni ezt az oxidréteget.

Alumínium és halogének

Az alumínium heves reakcióba lép az összes halogénnel – ezek a következők:

• fluor F
• klór Cl
• bróm Br és
• jód (jód) I,

végzettséggel, ill.

• fluorid AlF 3
• AlCl3-klorid
• bromid Al 2 Br 6 és
• Al 2 Br 6 jodid.

A hidrogén reakciói fluorral, klórral, brómmal és jóddal:

• 2Al + 3F 2 → 2AlF 3
• 2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3
• 2Al + 3Br 2 → Al 2 Br 6
• 2Al + 3l 2 → Al 2 I 6

Alumínium és savak

Az alumínium aktívan reagál híg savakkal: kénsavval, sósavval és salétromsavval, a megfelelő sók képződésével: alumínium-szulfát Al 2 SO 4, alumínium-klorid AlCl 3 és alumínium-nitrát Al(NO 3) 3.

Alumínium reakciói híg savakkal:

• 2Al + 3H 2SO 4 -> Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
• 2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H 2
• 2Al + 6HNO 3 -> 2Al(NO 3) 3 + 3H 2

Szobahőmérsékleten nem lép kölcsönhatásba tömény kénsavval és sósavval, hevítés hatására sókat, oxidokat és vizet képez.

Alumínium és lúgok

Az alumínium lúg - nátrium-hidroxid - vizes oldatában nátrium-aluminátot képezve reagál.

Az alumínium és a nátrium-hidroxid reakciója a következő formában történik:

• 2Al + 2NaOH + 10H 2O -> 2Na + 3H 2

Források:

1. Kémiai elemek. Az első 118 elem, ábécé sorrendben / szerk. Wikipédisták – 2018

2. Alumínium és víz reakciója hidrogén előállítására /John Petrovic és George Thomas, U.S. Energiaügyi Minisztérium, 2008

A bolygó egyik leggyakoribb eleme az alumínium. Az alumínium fizikai és kémiai tulajdonságait az iparban használják fel. Cikkünkben mindent megtalál, amit erről a fémről tudni kell.

Atomszerkezet

Az alumínium a periódusos rendszer 13. eleme. A harmadik periódusban, a III. csoport, a fő alcsoport.

Az alumínium tulajdonságai és felhasználása az elektronikus szerkezetéhez kötődik. Az alumíniumatom pozitív töltésű magja (+13) és 13 negatív töltésű elektronja van, amelyek három energiaszinten helyezkednek el. Az atom elektronikus konfigurációja 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

A külső energiaszint három elektront tartalmaz, amelyek meghatározzák a III. állandó vegyértékét. Az anyagokkal való reakciók során az alumínium gerjesztett állapotba kerül, és képes mindhárom elektront feladni, kovalens kötéseket képezve. Más aktív fémekhez hasonlóan az alumínium is erős redukálószer.

Rizs. 1. Az alumínium atom szerkezete.

Az alumínium egy amfoter fém, amely amfoter oxidokat és hidroxidokat képez. A körülményektől függően a vegyületek savas vagy bázikus tulajdonságokat mutatnak.

Fizikai leírás

Az alumínium rendelkezik:

• világosság (sűrűség 2,7 g/cm 3);
• ezüst-szürke szín;
• magas elektromos vezetőképesség;
• alakíthatóság;
• plaszticitás;
• olvadáspont - 658 °C;
• forráspont - 2518,8 °C.

Az óntartályok, a fólia, a huzal és az ötvözetek fémből készülnek. Az alumíniumot mikroáramkörök, tükrök és kompozit anyagok gyártásához használják.

Rizs. 2. Bádogtartályok.

Az alumínium paramágneses. A fém csak mágneses tér jelenlétében vonzódik a mágneshez.

Kémiai tulajdonságok

Levegőben az alumínium gyorsan oxidálódik, és oxidfilm borítja. Megvédi a fémet a korróziótól és megakadályozza a tömény savakkal (salétromsav, kénsav) való kölcsönhatást. Ezért a savakat alumínium tartályokban tárolják és szállítják.

Normál körülmények között az alumíniummal való reakció csak az oxidfilm eltávolítása után lehetséges. A legtöbb reakció magas hőmérsékleten megy végbe.

Az elem fő kémiai tulajdonságait a táblázat írja le.

Reakció	Leírás	Az egyenlet
Oxigénnel	Magas hőmérsékleten ég, hőt bocsát ki	4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Nem fémmel	Reagál kénnel 200°C felett, foszforral - 500°C-on, nitrogénnel - 800°C-on, szénnel - 2000°C-on	2Al + 3S → Al 2S 3; Al + P → AlP; 2Al + N2 → 2AlN; 4Al + 3C → Al 4 C 3
Halogénekkel	Normál körülmények között reagál jóddal - katalizátor (víz) jelenlétében melegítve	2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3; 2Al + 3I 2 → 2AlI 3; 2Al + 3Br 2 → 2AlBr 3
Savakkal	Normál körülmények között híg savakkal, hevítéskor tömény savakkal reagál	2Al + 3H 2SO 4 (hígított) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2; Al + 6HNO 3 (tömény) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
Lúgokkal	Reagál lúgok vizes oldataival és olvadáskor	2Al + 2NaOH + 10H20 → 2Na + 3H2; 2Al + 6KOH → 2KAlO 2 + 2K 2O + 3H 2
Oxidokkal	Kiszorítja a kevésbé aktív fémeket	2Al + Fe 2 O 3 → 2Fe + Al 2 O 3

Az alumínium nem reagál közvetlenül a hidrogénnel. Az oxidfilm eltávolítása után a vízzel való reakció lehetséges.

Rizs. 3. Alumínium reakciója vízzel.

Mit tanultunk?

Az alumínium amfoter aktív fém, állandó vegyértékkel. Alacsony sűrűségű, nagy elektromos vezetőképességgel és plaszticitással rendelkezik. Mágnes csak mágneses tér jelenlétében vonzza. Az alumínium reakcióba lép az oxigénnel, védőfóliát képezve, amely megakadályozza a reakciókat vízzel, tömény salétromsavval és kénsavval. Melegítéskor kölcsönhatásba lép nemfémekkel és koncentrált savakkal, normál körülmények között pedig halogénekkel és híg savakkal. Oxidokban kiszorítja a kevésbé aktív fémeket. Hidrogénnel nem reagál.

Teszt a témában

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.3. Összes értékelés: 74.

Az alumínium olyan fém, amelynek a természetben a legmagasabb tartalma az ismertek közül. Használatának késői kezdete annak tudható be, hogy nagy kémiai aktivitása miatt csak különféle kémiai vegyületek részeként található meg a földkéregben. A tiszta fém visszanyerése számos nehézséggel jár, amelyek leküzdése csak a fémbányászati ​​technológiák fejlődésével vált lehetségessé.

A tiszta alumínium egy puha, alakítható fém, ezüstös-fehér színű. Ez az egyik legkönnyebb fém, amely ráadásul kiválóan alkalmas különféle mechanikai megmunkálásra, sajtolásra, hengerlésre és öntésre. A szabadban szinte azonnal vékony és tartós oxidréteg borítja, amely ellensúlyozza a további oxidációt.

Az alumínium mechanikai tulajdonságai, mint a lágyság, a sajtoláshoz való alakíthatóság, a könnyű feldolgozhatóság, számos iparágban elterjedtek. Az alumíniumot különösen gyakran használják más fémekkel alkotott ötvözetekben.

Az alumíniumötvözetek fizikai és kémiai tulajdonságai miatt széles körben elterjedtek olyan szerkezeti anyagokként, amelyek csökkentik a szerkezet teljes tömegét anélkül, hogy veszélyeztetnék annak szilárdsági tulajdonságait.

Fizikai tulajdonságok

Az alumínium nem rendelkezik egyedi fizikai tulajdonságokkal, de kombinációjuk miatt a fém az egyik legkeresettebb.

A tiszta alumínium Mohs-keménysége három, ami lényegesen alacsonyabb, mint a legtöbb fémé. Ez a tény gyakorlatilag az egyetlen akadálya a tiszta fém használatának.

Ha alaposan átgondolja az alumínium fizikai tulajdonságainak táblázatát, a következő tulajdonságokat emelheti ki:

• Alacsony sűrűségű (2,7 g/cm3);
• Magas plaszticitás;
• Alacsony elektromos ellenállás (0,027 Ohm mm 2 /m);
• Magas hővezető képesség (203,5 W/(m K));
• Magas fényvisszaverő képesség;
• Alacsony olvadáspont (660°C).

Az alumínium olyan fizikai tulajdonságai, mint a nagy képlékenység, alacsony olvadáspont, kiváló öntési tulajdonságok, lehetővé teszik ennek a fémnek a tiszta formájában és az azon alapuló ötvözetek részeként történő felhasználását bármilyen összetett konfigurációjú termék előállításához.

Ugyanakkor azon kevés fémek közé tartozik, amelyek törékenysége nem növekszik ultraalacsony hőmérsékletre hűtve. Ez a tulajdonság meghatározta az egyik alkalmazási területet a kriogén technológia és berendezések szerkezeti elemeiben.

Az alumínium alapú ötvözetek lényegesen nagyobb szilárdsággal rendelkeznek, amely bizonyos típusú acélok szilárdságához hasonlítható. A legelterjedtebbek a magnézium-, réz- és mangán-duralumíniumötvözetek és szilícium-sziluminok hozzáadásával készült ötvözetek. Az első csoportot nagy szilárdság jellemzi, az utóbbi pedig az egyik legjobb öntési tulajdonsággal rendelkezik.

Az alacsony olvadáspont csökkenti a gyártási költségeket és a technológiai folyamatok költségeit az alumínium és ötvözetei alapú szerkezeti anyagok gyártása során.

A tükrök gyártásához olyan tulajdonságokat használnak, mint az ezüstéhez hasonló magas visszaverési együttható, valamint az alumínium fóliák vákuumleválasztásának egyszerűsége és gyárthatósága különféle teherviselő felületekre (műanyag, fém, üveg).

Az alumínium olvasztásakor és az öntés során különös figyelmet fordítanak az olvadék hidrogénelnyelő képességére. Anélkül, hogy kémiai szinten bármilyen hatást gyakorolna, a hidrogén segít csökkenteni a sűrűséget és szilárdságot, mivel az olvadék megszilárdulásakor mikroszkopikus pórusok képződnek.

Alacsony sűrűségük és alacsony elektromos ellenállásuk (a réznél nem sokkal nagyobb) miatt a tiszta alumíniumhuzalokat elsősorban az elektromos vezetékek elektromos átvitelére használják, az elektrotechnikában az áramok és feszültségek teljes tartományában, a rézenergia és a tekercselés alternatívájaként. vezetékek. A réz ellenállása valamivel kisebb, ezért nagyobb keresztmetszetű alumíniumhuzalokat kell használni, de a termék végső tömege és költsége többszöröse. Az egyetlen korlát az alumínium valamivel kisebb szilárdsága és a felületen lévő oxidfilm miatt a forrasztással szembeni nagy ellenállás. Fémekkel, például rézzel való érintkezéskor erős elektrokémiai potenciál jelenléte fontos szerepet játszik. Ennek eredményeként a réz és az alumínium közötti mechanikai érintkezés helyén erős, nagy elektromos ellenállású oxidfilm képződik. Ez a jelenség a csomópont felmelegedéséhez vezet, amíg a vezetők megolvadnak. Szigorú korlátozások és ajánlások vonatkoznak az alumínium elektrotechnikai felhasználására.

A nagy rugalmasság lehetővé teszi vékony fólia előállítását, amelyet nagy kapacitású kondenzátorok gyártásához használnak.

Az alumínium és ötvözeteinek könnyűsége alapvetővé vált, amikor a repülőgépiparban a legtöbb repülőgép szerkezeti elemének gyártása során alkalmazzák: a teherhordó szerkezetektől a burkolatokig, műszerházakig és berendezésekig.

Kémiai tulajdonságok

Mivel meglehetősen reaktív fém, az alumínium aktívan ellenáll a korróziónak. Ez annak köszönhető, hogy a külső felületén oxigén hatására nagyon erős oxidfilm képződik.

A tartós oxidfilm jól védi a felületet még az olyan erős savaktól is, mint a salétromsav és a kénsav. Ez a minőség elterjedt a kémiában és az iparban a tömény salétromsav szállítására.

A film elpusztítható erősen hígított salétromsavval, lúgokkal hevítéskor, vagy higannyal érintkezve, ha amalgám képződik a felületen. Ezekben az esetekben az oxidfilm nem védőfaktor, és az alumínium aktívan kölcsönhatásba lép savakkal, lúgokkal és oxidálószerekkel. Az oxidfilm halogének (klór, bróm) jelenlétében is könnyen tönkremegy. Így a sósav-HCl bármilyen körülmények között jól kölcsönhatásba lép az alumíniummal.

Az alumínium kémiai tulajdonságai a fém tisztaságától függenek. Bizonyos fémek, különösen a mangán ötvöző adalékainak alkalmazása lehetővé teszi a védőfólia szilárdságának növelését, ezáltal növelve az alumínium korrózióállóságát. Egyes fémek, például a nikkel és a vas, csökkentik a korrózióállóságot, de növelik az ötvözetek hőállóságát.

Az alumíniumtermékek felületén lévő oxidréteg negatív szerepet játszik a hegesztési munkák során. Az olvadt fémmedence hegesztés közbeni pillanatnyi oxidációja nem teszi lehetővé hegesztési varrat kialakulását, mivel az alumínium-oxid olvadáspontja nagyon magas. Az alumínium hegesztéséhez speciális hegesztőgépeket használnak nem fogyó elektródával (volfrám). Magát a folyamatot inert gáz környezetben - argonban - hajtják végre. Oxidációs folyamat hiányában a hegesztési varrat erős és monolitikus. Az ötvözetek egyes ötvöző adalékai tovább javítják az alumínium hegesztési tulajdonságait.

A tiszta alumínium gyakorlatilag nem képez mérgező vegyületeket, ezért az élelmiszeriparban aktívan használják konyhai eszközök, élelmiszer-csomagolások, italtartályok gyártásában. Csak egyes szervetlen vegyületeknek lehet negatív hatása. A kutatások azt is megállapították, hogy az alumíniumot az élőlények anyagcseréjében nem használják fel, életben betöltött szerepe elhanyagolható.