Kako brati aluminij v kemiji. Aluminij: kemijske in fizikalne lastnosti

17.12.2023

Aluminij

ALUMINIJ-JAZ; m.[iz lat. alumen (aluminis) - galun]. Kemični element (Al), srebrno bela lahka temprana kovina z visoko električno prevodnostjo (uporablja se v letalstvu, elektrotehniki, gradbeništvu, vsakdanjem življenju itd.). Aluminijev sulfat. Aluminijeve zlitine.

aluminij

(latinski aluminij, iz alumen - galun), kemični element III. skupine periodičnega sistema. Srebrno bela kovina, lahka (2,7 g/cm3), duktilna, z visoko električno prevodnostjo, t pl 660ºC. Kemično aktiven (na zraku se prekrije z zaščitnim oksidnim filmom). Po razširjenosti v naravi se uvršča na 4. mesto med elementi in na 1. mesto med kovinami (8,8% mase zemeljske skorje). Znanih je nekaj sto aluminijevih mineralov (aluminosilikati, boksiti, aluniti itd.). Pridobiva se z elektrolizo aluminijevega oksida Al 2 O 3 v talini kriolita Na 3 AlF 6 pri 960 ºC. Uporabljajo se v letalstvu, gradbeništvu (konstrukcijski material, predvsem v obliki zlitin z drugimi kovinami), elektrotehniki (nadomestek za baker pri izdelavi kablov itd.), prehrambeni industriji (folije), metalurgiji (legirni dodatek) , aluminotermija itd.

ALUMINIJ

ALUMINIJ (lat. Aluminium), Al (beri »aluminij«), kemični element z atomskim številom 13, atomsko maso 26,98154. Naravni aluminij je sestavljen iz enega samega nuklida, 27 Al. Nahaja se v tretji periodi v skupini IIIA Mendelejevega periodnega sistema elementov. Konfiguracija zunanje elektronske plasti 3 s 2 str 1. V skoraj vseh spojinah je oksidacijsko stanje aluminija +3 (valenca III).
Polmer nevtralnega atoma aluminija je 0,143 nm, polmer iona Al 3+ je 0,057 nm. Energije sekvenčne ionizacije nevtralnega atoma aluminija so 5,984, 18,828, 28,44 in 120 eV. Po Paulingovi lestvici je elektronegativnost aluminija 1,5.
Preprosta snov aluminij je mehka, lahka, srebrno bela kovina.
Zgodovina odkritja
Latinski aluminij izhaja iz latinskega alumen, kar pomeni galun (cm. ALUM)(aluminijev in kalijev sulfat KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), ki se že dolgo uporabljata pri strojenju usnja in kot adstringent. Zaradi visoke kemijske aktivnosti je odkritje in izolacija čistega aluminija trajalo skoraj 100 let. Zaključek je, da je "zemljo" (ognjevzdržno snov, v sodobnem smislu - aluminijev oksid) mogoče pridobiti iz galuna (cm. ALUMINIJEV OKSID)) je leta 1754 izdelal nemški kemik A. Marggraff (cm. MARGGRAF Andreas Sigismund). Kasneje se je izkazalo, da je isto "zemljo" mogoče izolirati iz gline in začeli so jo imenovati aluminijev oksid. Šele leta 1825 je danskemu fiziku H. K. Ørstedu uspelo pridobiti kovinski aluminij. (cm.Ørsted Hans Christian). Aluminijev klorid AlCl 3, ki ga je bilo mogoče dobiti iz glinice, je obdelal s kalijevim amalgamom (zlitina kalija in živega srebra) in po oddestilaciji živega srebra izoliral siv aluminijev prah.
Šele četrt stoletja kasneje je bila ta metoda nekoliko posodobljena. Francoski kemik A. E. Sainte-Clair Deville (cm. SAINT-CLAIR DEVILLE Henri Etienne) leta 1854 je predlagal uporabo kovinskega natrija za proizvodnjo aluminija (cm. NATRIJ), in prejeli prve ingote nove kovine. Cena aluminija je bila takrat zelo visoka in iz njega so izdelovali nakit.
Industrijsko metodo za proizvodnjo aluminija z elektrolizo taline kompleksnih mešanic, vključno z aluminijevim oksidom, fluoridom in drugimi snovmi, je leta 1886 neodvisno razvil P. Eru (cm. ERU Paul Louis Toussaint)(Francija) in C. Hall (ZDA). Proizvodnja aluminija je povezana z visoko porabo energije, zato se je začela v večjem obsegu izvajati šele v 20. stoletju. V Sovjetski zvezi je bil prvi industrijski aluminij proizveden 14. maja 1932 v tovarni aluminija Volkhov, zgrajeni poleg hidroelektrarne Volkhov.
Biti v naravi
Po razširjenosti v zemeljski skorji je aluminij na prvem mestu med kovinami in na tretjem mestu med vsemi elementi (za kisikom in silicijem) in predstavlja približno 8,8 % mase zemeljske skorje. Aluminij je del velikega števila mineralov, predvsem aluminosilikatov (cm. ALUMINIJEVI SILIKATI), in kamenje. Aluminijeve spojine vsebujejo granite (cm. GRANIT), bazalti (cm. BAZALT), glina (cm. GLINA), glinenci (cm. FELDSPARS) itd. Toda tukaj je paradoks: z ogromnim številom mineralov in kamnin, ki vsebujejo aluminij, nahajališča boksita (cm. BOXITE)- glavna surovina za industrijsko proizvodnjo aluminija, so precej redke. V Rusiji so nahajališča boksita v Sibiriji in na Uralu. Aluniti so tudi industrijskega pomena. (cm. ALUNIT) in nefelini (cm. NEFELIN).
Kot element v sledovih je aluminij prisoten v tkivih rastlin in živali. Obstajajo koncentrirani organizmi, ki kopičijo aluminij v svojih organih - nekateri plavasti mahovi in mehkužci.
Industrijska proizvodnja
V industrijski proizvodnji je boksit najprej izpostavljen kemični obdelavi, odstranitvi nečistoč silicijevih in železovih oksidov ter drugih elementov. Kot rezultat takšne obdelave, čist aluminijev oksid Al 2 O 3 je glavna surovina pri proizvodnji kovin z elektrolizo. Ker pa je tališče Al 2 O 3 zelo visoko (več kot 2000 °C), njegove taline ni mogoče uporabiti za elektrolizo.
Znanstveniki in inženirji so našli rešitev na naslednji način. Kriolit se najprej stopi v elektrolizni kopeli (cm. KRIOLIT) Na 3 AlF 6 (temperatura taline malo pod 1000 °C). Kriolit je mogoče pridobiti na primer s predelavo nefelinov s polotoka Kola. Nato tej talini dodamo malo Al 2 O 3 (do 10 mas. %) in nekatere druge snovi, da izboljšamo pogoje za nadaljnji proces. Pri elektrolizi te taline se aluminijev oksid razgradi, kriolit ostane v talini, na katodi pa nastane staljeni aluminij:
2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2.
Ker grafit med elektrolizo služi kot anoda, kisik, ki se sprosti na anodi, reagira z grafitom in nastane ogljikov dioksid CO 2 .
Z elektrolizo se proizvede kovina z vsebnostjo aluminija približno 99,7%. V tehniki se uporablja tudi veliko čistejši aluminij, v katerem vsebnost tega elementa dosega 99,999 % ali več.
Fizikalne in kemijske lastnosti
Aluminij je tipična kovina, parameter kubične kristalne mreže s središčem na obrazu A= 0,40403 nm. Tališče čiste kovine je 660 °C, vrelišče je približno 2450 °C, gostota pa 2,6989 g/cm 3 . Temperaturni koeficient linearne ekspanzije aluminija je približno 2,5·10 -5 K -1. Standardni elektrodni potencial Al 3+ /Al –1,663V.
Kemično je aluminij precej aktivna kovina. Na zraku je njegova površina v trenutku prekrita z gostim filmom Al 2 O 3 oksida, ki preprečuje nadaljnji dostop kisika do kovine in vodi do prenehanja reakcije, kar določa visoke protikorozijske lastnosti aluminija. Zaščitna površinska folija na aluminiju nastane tudi, če ga damo v koncentrirano dušikovo kislino.
Aluminij aktivno reagira z drugimi kislinami:
6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3H 2 SO 4 + 2Al = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.
Aluminij reagira z raztopinami alkalij. Najprej se zaščitni oksidni film raztopi:
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na.
Nato pride do reakcij:
2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2,
NaOH + Al(OH) 3 = Na,
ali skupaj:
2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3H 2,
in posledično nastanejo aluminati (cm. ALUMINATI): Na - natrijev aluminat (natrijev tetrahidroksoaluminat), K - kalijev aluminat (kalijev tetrahidroksoaluminat) ali drugi Ker je aluminijev atom v teh spojinah označen s koordinacijskim številom (cm. KOORDINACIJSKA ŠTEVILKA) 6 in ne 4, potem so dejanske formule teh tetrahidrokso spojin naslednje: Na in K.
Pri segrevanju aluminij reagira s halogeni:
2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3,
2Al + 3 Br 2 = 2AlBr 3.
Zanimiva je reakcija med aluminijevim in jodovim prahom (cm. IOD) se začne pri sobni temperaturi, če začetni mešanici dodate nekaj kapljic vode, ki v tem primeru igra vlogo katalizatorja:
2Al + 3I 2 = 2AlI 3.
Interakcija aluminija z žveplom pri segrevanju povzroči nastanek aluminijevega sulfida:
2Al + 3S = Al 2 S 3,
ki se zlahka razgradi z vodo:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S.
Aluminij ne sodeluje neposredno z vodikom, ampak posredno, na primer z uporabo organoaluminijevih spojin (cm. ORGANALUMINIJEVE SPOJINE), je mogoče sintetizirati trden polimer aluminijev hidrid (AlH 3) x - močno redukcijsko sredstvo.
V obliki prahu lahko aluminij zgori na zraku in nastane bel, ognjevaren prah aluminijevega oksida Al 2 O 3 .
Visoka trdnost vezi v Al 2 O 3 določa visoko toploto njegove tvorbe iz preprostih snovi in sposobnost aluminija, da reducira številne kovine iz njihovih oksidov, na primer:
3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe in celo
3CaO + 2Al = Al 2 O 3 + 3Ca.
Ta metoda pridobivanja kovin se imenuje aluminotermija. (cm. ALUMINOthermy).
Amfoterni oksid Al 2 O 3 ustreza amfoternemu hidroksidu - amorfni polimerni spojini, ki nima stalne sestave. Sestavo aluminijevega hidroksida lahko izrazimo s formulo xAl 2 O 3 · yH 2 O; pri študiju kemije v šoli je formula aluminijevega hidroksida najpogosteje navedena kot Al (OH) 3.
V laboratoriju lahko aluminijev hidroksid dobimo v obliki želatinaste oborine z reakcijami izmenjave:
Al 2 (SO 4) 3 + 6NaOH = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4,
ali z dodajanjem sode raztopini aluminijeve soli:
2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O = 2Al(OH) 3 Ї + 6NaCl + 3CO 2,
kot tudi dodajanje raztopine amoniaka raztopini aluminijeve soli:
AlCl 3 + 3NH 3 ·H 2 O = Al(OH) 3 Ї + 3H 2 O + 3NH 4 Cl.
Aplikacija
Po obsegu uporabe so aluminij in njegove zlitine na drugem mestu za železom in njegovimi zlitinami. Široka uporaba aluminija na različnih področjih tehnologije in vsakdanjega življenja je povezana s kombinacijo njegovih fizikalnih, mehanskih in kemijskih lastnosti: nizke gostote, odpornosti proti koroziji v atmosferskem zraku, visoke toplotne in električne prevodnosti, duktilnosti in relativno visoke trdnosti. Aluminij se zlahka obdeluje na različne načine - kovanje, vtiskovanje, valjanje itd. Čisti aluminij se uporablja za izdelavo žice (električna prevodnost aluminija je 65,5% električne prevodnosti bakra, vendar je aluminij več kot trikrat lažji od bakra, tako aluminij pogosto nadomešča baker v elektrotehniki) in folijo, ki se uporablja kot embalažni material. Glavnina taljenega aluminija se porabi za proizvodnjo različnih zlitin. Za aluminijeve zlitine je značilna nizka gostota, povečana (v primerjavi s čistim aluminijem) odpornost proti koroziji in visoke tehnološke lastnosti: visoka toplotna in električna prevodnost, toplotna odpornost, trdnost in duktilnost. Zaščitni in dekorativni premazi se enostavno nanašajo na površine aluminijevih zlitin.
Raznolikost lastnosti aluminijevih zlitin je posledica vnosa različnih dodatkov v aluminij, ki z njim tvorijo trdne raztopine ali intermetalne spojine. Večji del aluminija se uporablja za proizvodnjo lahkih zlitin - duraluminij (cm. DURALUMIN)(94% Al, 4% Cu, po 0,5% Mg, Mn, Fe in Si), silumin (85-90% Al, 10-14% Si, 0,1% Na) itd. Aluminij se v metalurgiji ne uporablja samo kot osnova za zlitine, ampak tudi kot eden izmed široko uporabljenih legirnih dodatkov v zlitinah na osnovi bakra, magnezija, železa, niklja itd.
Aluminijeve zlitine se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju, v gradbeništvu in arhitekturi, v avtomobilski industriji, ladjedelništvu, letalstvu in vesoljski tehnologiji. Zlasti prvi umetni zemeljski satelit je bil narejen iz aluminijeve zlitine. Zlitina aluminija in cirkonija - cirkaloj - se pogosto uporablja pri gradnji jedrskih reaktorjev. Aluminij se uporablja pri proizvodnji eksplozivov.
Posebej velja omeniti barvne filme aluminijevega oksida na površini kovinskega aluminija, pridobljene z elektrokemijskimi sredstvi. Kovinski aluminij, prevlečen s takimi filmi, se imenuje eloksiran aluminij. Iz eloksiranega aluminija izdelujejo raznovrsten nakit, ki po videzu spominja na zlato.
Pri ravnanju z aluminijem v vsakdanjem življenju je treba upoštevati, da se v aluminijastih posodah lahko segrevajo in hranijo samo nevtralne (kisle) tekočine (na primer prekuhavanje vode). Če na primer kuhamo kislo zeljno juho v aluminijasti posodi, potem aluminij preide v hrano in ta dobi neprijeten »kovinski« okus. Ker se oksidni film v vsakdanjem življenju zelo hitro poškoduje, je uporaba aluminijaste posode še vedno nezaželena.
Aluminij v karoseriji
Človeško telo prejme aluminij dnevno s hrano (približno 2-3 mg), vendar njegova biološka vloga ni ugotovljena. V povprečju človeško telo (70 kg) vsebuje približno 60 mg aluminija v kosteh in mišicah.

enciklopedični slovar. 2009 .

Sopomenke:

- (simbol Al), srebrno bela kovina, element tretje skupine periodnega sistema. Prvič je bila pridobljena v čisti obliki leta 1827. Najpogostejša kovina v zemeljski skorji; Njegov glavni vir je boksitna ruda. Proces…… Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

ALUMINIJ- ALUMINIJ, Aluminij (kemični simbol A1, pri teži 27,1), najpogostejša kovina na zemeljskem površju in za O in silicijem najpomembnejša sestavina zemeljske skorje. A. se v naravi pojavlja predvsem v obliki soli silicijeve kisline (silikatov);... ... Velika medicinska enciklopedija

Aluminij- je modrikasto bela kovina, ki je še posebej lahka. Je zelo duktilen in ga je mogoče enostavno valjati, vlečeti, kovati, žigosati in ulivati itd. Tako kot druge mehke kovine se tudi aluminij zelo dobro poda... ... Uradna terminologija

Aluminij- (aluminij), Al, kemični element III. skupine periodnega sistema, atomsko število 13, atomska masa 26,98154; lahka kovina, tališče 660 °C. Vsebnost v zemeljski skorji je 8,8% teže. Aluminij in njegove zlitine se uporabljajo kot konstrukcijski materiali v... ... Ilustrirani enciklopedični slovar

ALUMINIJ, aluminij moški, kem glina alkalijske kovine, osnova glinice, glina; pa tudi osnova rje, železo; in žgati baker. Aluminitni moški fosil, podoben galunu, hidrosulfat aluminijevega oksida. Alunit mož. fosil zelo blizu ... ... Dahlov razlagalni slovar

- (srebrna, lahka, krilata) kovina Slovar ruskih sinonimov. aluminij samostalnik, število sinonimov: 8 glina (2) ... Slovar sinonimov

- (latinsko Aluminij iz alumen alum), Al, kemični element III. skupine periodnega sistema, atomsko število 13, atomska masa 26,98154. Srebrno bela kovina, lahka (2,7 g/cm³), duktilna, z visoko električno prevodnostjo, tališče 660.C.... ... Veliki enciklopedični slovar

Al (iz latinskega alumen ime galuna, ki so ga v starih časih uporabljali kot jedko za barvanje in strojenje * a. aluminij; n. Aluminij; f. aluminij; i. aluminio), kem. element skupine III periodični. Mendelejev sistem, pri. n. 13, pri. m. 26,9815 ... Geološka enciklopedija

ALUMINIJ, aluminij, mn. ne, mož (iz latinščine alumen alum). Srebrno bela temperirana lahka kovina. Ushakovov razlagalni slovar. D.N. Ushakov. 1935 1940 … Razlagalni slovar Ušakova

Priprava kalijevega galuna

Aluminij(latinsko: Aluminium), – v periodnem sistemu je aluminij v tretji periodi, v glavni podskupini tretje skupine. Polnjenje jedra +13. Elektronska zgradba atoma je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Kovinski atomski polmer je 0,143 nm, kovalentni polmer je 0,126 nm, konvencionalni radij iona Al 3+ je 0,057 nm. Energija ionizacije Al – Al + 5,99 eV.

Najbolj značilno oksidacijsko stanje atoma aluminija je +3. Negativna oksidacijska stanja se redko pojavijo. V zunanji elektronski plasti atoma so prosti d-podravni. Zaradi tega je njegovo koordinacijsko število v spojinah lahko ne samo 4 (AlCl 4-, AlH 4-, aluminosilikati), ampak tudi 6 (Al 2 O 3, 3+).

Zgodovinska referenca. Ime aluminij izvira iz latinščine. alumen – torej že leta 500 pr. imenovan aluminijev alum, ki so ga uporabljali kot jedkalno sredstvo za barvanje tkanin in strojenje usnja. Danski znanstvenik H. K. Oersted je leta 1825 z delovanjem s kalijevim amalgamom na brezvodni AlCl 3 in nato z destilacijo živega srebra dobil razmeroma čist aluminij. Prvo industrijsko metodo pridobivanja aluminija je leta 1854 predlagal francoski kemik A.E. Sainte-Clair Deville: metoda je vključevala redukcijo dvojnega aluminijevega in natrijevega klorida Na 3 AlCl 6 s kovinskim natrijem. Po barvi podoben srebru je bil aluminij sprva zelo drag. Od leta 1855 do 1890 je bilo proizvedenih le 200 ton aluminija. Sodobno metodo pridobivanja aluminija z elektrolizo taline kriolit-aluminijev oksid sta leta 1886 istočasno in neodvisno razvila C. Hall v ZDA in P. Heroux v Franciji.

Biti v naravi

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

potrdilo o prejemu

Trenutno se v industriji aluminij proizvaja z elektrolizo raztopine aluminijevega oksida Al 2 O 3 v staljenem kriolitu. Al 2 O 3 mora biti dokaj čist, saj je iz taljenega aluminija težko odstraniti nečistoče. Tališče Al 2 O 3 je približno 2050 o C, kriolita pa 1100 o C. Staljeno mešanico kriolita in Al 2 O 3, ki vsebuje približno 10 mas. % Al 2 O 3, podvržemo elektrolizi, ki se tali pri 960 °C. o C in ima električno prevodnost, gostoto in viskoznost, ki je najbolj ugodna za proces. Z dodatkom AlF 3, CaF 2 in MgF 2 postane možna elektroliza pri 950 o C.

Elektrolizer za taljenje aluminija je železno ohišje, znotraj obloženo z ognjevzdržnimi opekami. Njegovo dno (spodaj), sestavljeno iz blokov stisnjenega premoga, služi kot katoda. Anode se nahajajo na vrhu: to so aluminijasti okvirji, napolnjeni s premogovimi briketi.

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

Na katodi se sprošča tekoči aluminij:

Al 3+ + 3e - = Al

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

4AlO 3 3- – 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Kisik oksidira grafit v ogljikove okside. Ko ogljik zgori, nastane anoda.

Aluminij se uporablja tudi kot legirni dodatek številnim zlitinam, da jim zagotovi toplotno odpornost.

Fizikalne lastnosti aluminija. Aluminij združuje zelo dragocen niz lastnosti: nizko gostoto, visoko toplotno in električno prevodnost, visoko duktilnost in dobro odpornost proti koroziji. Z lahkoto ga je mogoče kovati, žigosati, valjati, vlečeti. Aluminij je dobro varjen s plinskim, kontaktnim in drugimi vrstami varjenja. Aluminijasta mreža je kubična, centrirana na ploskvi s parametrom a = 4,0413 Å. Lastnosti aluminija, kot vseh kovin, so torej odvisne od njegove čistosti. Lastnosti aluminija visoke čistosti (99,996 %): gostota (pri 20 °C) 2698,9 kg/m 3 ; t pl 660,24 °C; vrelišče okoli 2500 °C; koeficient toplotne razteznosti (od 20° do 100 °C) 23,86·10 -6; toplotna prevodnost (pri 190 °C) 343 W/m·K, specifična toplotna kapaciteta (pri 100 °С) 931,98 J/kg·K. ; električna prevodnost glede na baker (pri 20 °C) 65,5 %. Aluminij ima nizko trdnost (natezna trdnost 50–60 Mn/m2), trdoto (170 Mn/m2 po Brinellu) in visoko duktilnost (do 50 %). Med hladnim valjanjem se natezna trdnost aluminija poveča na 115 Mn/m2, trdota - do 270 Mn/m2, relativni raztezek se zmanjša na 5% (1 Mn/m2 ~ in 0,1 kgf/mm2). Aluminij je visoko poliran, anodiziran in ima visoko odbojnost, ki je blizu srebru (odbije do 90 % energije vpadne svetlobe). Zaradi visoke afinitete do kisika je aluminij v zraku prekrit s tankim, a zelo močnim filmom Al 2 O 3 oksida, ki ščiti kovino pred nadaljnjo oksidacijo in določa njene visoke protikorozijske lastnosti. Trdnost oksidnega filma in njegov zaščitni učinek se močno zmanjšata v prisotnosti nečistoč živega srebra, natrija, magnezija, bakra itd. Aluminij je odporen na atmosfersko korozijo, morsko in sladko vodo, praktično ne deluje s koncentriranim ali močno razredčenim dušikom kislina, organske kisline, prehrambeni izdelki.

Kemijske lastnosti

Ko drobno zdrobljen aluminij segrejemo, na zraku močno gori. Njegova interakcija z žveplom poteka podobno. Kombinacija s klorom in bromom se pojavi pri običajnih temperaturah, z jodom pa pri segrevanju. Pri zelo visokih temperaturah se aluminij tudi neposredno poveže z dušikom in ogljikom. Nasprotno, ne deluje z vodikom.

Aluminij je precej odporen na vodo. Če pa zaščitni učinek oksidnega filma odstranimo mehansko ali z amalgamacijo, pride do močne reakcije:

Visoko razredčeni in zelo koncentrirani HNO3 in H2SO4 na aluminij (v mrazu) skoraj ne delujeta, medtem ko se pri srednjih koncentracijah teh kislin postopoma raztaplja. Čisti aluminij je precej odporen proti klorovodikovi kislini, toda navadna industrijska kovina se v njem raztopi.

Ko je aluminij izpostavljen vodnim raztopinam alkalij, se oksidna plast raztopi in nastanejo aluminati - soli, ki vsebujejo aluminij kot del aniona:

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

Aluminij, brez zaščitne folije, komunicira z vodo in iz nje izpodriva vodik:

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

Nastali aluminijev hidroksid reagira s presežkom alkalije in tvori hidroksoaluminat:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Celotna enačba za raztapljanje aluminija v vodni raztopini alkalije:

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

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

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

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

Aluminotermija se včasih uporablja za varjenje posameznih jeklenih delov, zlasti spojev tramvajskih tirnic. Uporabljena mešanica (»termit«) je običajno sestavljena iz finega prahu aluminija in Fe 3 O 4 . Prižge se z vžigalno vrvico iz mešanice Al in BaO 2. Glavna reakcija sledi enačbi:

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

Poleg tega se temperatura dvigne okoli 3000 o C.

Aluminijev oksid je bela, zelo ognjevarna (tt 2050 o C) in v vodi netopna masa. Naravni Al 2 O 3 (mineral korund), pa tudi umetno pridobljeni in nato močno žgani, se odlikujejo po visoki trdoti in netopnosti v kislinah. Al 2 O 3 (tako imenovani aluminijev oksid) lahko s fuzijo z alkalijami pretvorimo v topno stanje.

Običajno se naravni korund, onesnažen z železovim oksidom, zaradi svoje izjemne trdote uporablja za izdelavo brusov, brusilnih kamnov itd. V drobno zdrobljeni obliki se imenuje smirkovina in se uporablja za čiščenje kovinskih površin in izdelavo brusnega papirja. Za iste namene se pogosto uporablja Al 2 O 3, pridobljen s taljenjem boksita (tehnično ime - alundum).

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

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

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

2+ + OH - = + + H 2 O

OH - = 0 + H 2 O

Al(OH) 3 je voluminozna želatinasta bela oborina, praktično netopna v vodi, vendar zlahka topna v kislinah in močnih alkalijah. Zato ima amfoteren značaj. Vendar pa so njegove bazične in zlasti kisle lastnosti precej šibko izražene. Aluminijev hidroksid je netopen v presežku NH 4 OH. Ena od oblik dehidriranega hidroksida, aluminijev gel, se v tehnologiji uporablja kot adsorbent.

Pri interakciji z močnimi alkalijami nastanejo ustrezni aluminati:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Aluminati najbolj aktivnih enovalentnih kovin so dobro topni v vodi, vendar so zaradi močne hidrolize njihove raztopine stabilne le v prisotnosti zadostnega presežka alkalij. Aluminati, proizvedeni iz šibkejših baz, so skoraj popolnoma hidrolizirani v raztopini in jih je zato mogoče dobiti samo suho (s taljenjem Al 2 O 3 z oksidi ustreznih kovin). Nastanejo metaaluminati, katerih sestava izhaja iz metaaluminijeve kisline HAlO 2. Večina jih je netopnih v vodi.

Al(OH) 3 tvori soli s kislinami. Derivati večine močnih kislin so dobro topni v vodi, vendar so precej hidrolizirani, zato imajo njihove raztopine kislo reakcijo. Topne aluminijeve soli in šibke kisline so še bolj hidrolizirane. Zaradi hidrolize iz vodnih raztopin ni mogoče dobiti sulfidnih, karbonatnih, cianidnih in nekaterih drugih aluminijevih soli.

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

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

Njegova disociacijska konstanta je 1. 10 -5, tj. je šibka kislina (po jakosti blizu ocetni kislini). Oktaedrsko okolje Al 3+ s šestimi molekulami vode je ohranjeno tudi v kristalnih hidratih številnih aluminijevih soli.

Aluminosilikate lahko štejemo za silikate, v katerih je del silicij-kisikovih tetraedrov SiO 4 4 - nadomeščen z aluminijevo-kisikovimi tetraedri AlO 4 5. Med aluminosilikati so najpogostejši glinenci, ki predstavljajo več kot polovico mase zemeljska skorja. Njihovi glavni predstavniki so minerali

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

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

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

Zelo pogosti so minerali iz skupine sljude, na primer muskovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Velik praktični pomen ima mineral nefelin (Na, K) 2, ki se uporablja za proizvodnjo aluminijevega oksida, sode in cementa. Ta proizvodnja je sestavljena iz naslednjih postopkov: a) nefelin in apnenec se sintrata v cevnih pečeh pri 1200 o C:

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

b) nastalo maso izlužimo z vodo - nastane raztopina natrijevih in kalijevih aluminatov ter gošča CaSiO 3:

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

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

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

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

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

e) z izhlapevanjem matične lužnice ločimo sodo in potaž, predhodno pridobljeno blato pa uporabimo za proizvodnjo cementa.

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

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

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

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

Aluminijeve spojine s klorom, bromom in jodom so taljive, zelo reaktivne in dobro topne ne le v vodi, temveč tudi v številnih organskih topilih. Medsebojno delovanje aluminijevih halogenidov z vodo spremlja znatno sproščanje toplote. V vodni raztopini so vsi močno hidrolizirani, vendar je za razliko od tipičnih kislih nemetalnih halogenidov njihova hidroliza nepopolna in reverzibilna. AlCl 3, AlBr 3 in AlI 3, ki so opazno hlapljivi tudi v normalnih pogojih, kadijo v vlažnem zraku (zaradi hidrolize). Lahko jih pridobimo z neposredno interakcijo enostavnih snovi.

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

S halogenidnimi solmi številnih enovalentnih kovin tvorijo aluminijevi halogenidi kompleksne spojine, predvsem tipa M 3 in M (kjer je Hal klor, brom ali jod). Nagnjenost k adicijskim reakcijam je na splošno zelo izrazita pri obravnavanih halogenih. Prav to je razlog za najpomembnejšo tehnično uporabo AlCl 3 kot katalizatorja (pri rafiniranju nafte in v organskih sintezah).

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

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

Kloro-, bromo- in jodoaluminati se pridobivajo s taljenjem aluminijevih trihalidov s halogenidi ustreznih kovin.

Čeprav aluminij kemično ne reagira z vodikom, lahko aluminijev hidrid pridobimo posredno. Je bela amorfna masa sestave (AlH 3) n. Pri segrevanju nad 105 o C razpade s sproščanjem vodika.

Pri interakciji AlH 3 z bazičnimi hidridi v eterični raztopini nastanejo hidroaluminati:

LiH + AlH 3 = Li

Hidroaluminati so bele trdne snovi. Hitro razpade z vodo. So močna redukcijska sredstva. Uporabljajo se (zlasti Li) v organski sintezi.

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

Kalijev aluminijev galun KAl(SO 4) 2. 12H 2 O se uporablja v velikih količinah za strojenje usnja in tudi v industriji barvanja kot jedkal za bombažne tkanine. V slednjem primeru učinek galuna temelji na dejstvu, da se aluminijev hidroksid, ki nastane kot posledica njegove hidrolize, odloži v vlakna tkanine v fino razpršenem stanju in ga z adsorbiranjem barvila trdno drži na vlaknu.

Od drugih derivatov aluminija je treba omeniti njegov acetat (sicer sol ocetne kisline) Al(CH 3 COO) 3, ki se uporablja pri barvanju tkanin (kot jedkal) in v medicini (losjoni in obkladki). Aluminijev nitrat je lahko topen v vodi. Aluminijev fosfat je netopen v vodi in ocetni kislini, vendar topen v močnih kislinah in alkalijah.

Aluminij v karoseriji. Aluminij je del tkiv živali in rastlin; v organih sesalcev je bilo ugotovljeno od 10 -3 do 10 -5 % aluminija (na surovi osnovi). Aluminij se kopiči v jetrih, trebušni slinavki in ščitnici. V rastlinskih proizvodih se vsebnost aluminija giblje od 4 mg na 1 kg suhe snovi (krompir) do 46 mg (rumena repa), v izdelkih živalskega izvora - od 4 mg (med) do 72 mg na 1 kg suhe snovi ( govedina). V dnevni prehrani človeka vsebnost aluminija doseže 35–40 mg. Znani so organizmi, ki koncentrirajo aluminij, na primer mahovi (Lycopodiaceae), ki vsebujejo do 5,3% aluminija v pepelu, in mehkužci (Helix in Lithorina), ki vsebujejo 0,2-0,8% aluminija v pepelu. S tvorbo netopnih spojin s fosfati aluminij moti prehrano rastlin (absorpcija fosfatov s koreninami) in živali (absorpcija fosfatov v črevesju).

Geokemija aluminija. Geokemične lastnosti aluminija določajo njegova visoka afiniteta do kisika (v mineralih je aluminij vključen v kisikove oktaedre in tetraedre), konstantna valenca (3) in nizka topnost večine naravnih spojin. V endogenih procesih med strjevanjem magme in nastajanjem magmatskih kamnin vstopi aluminij v kristalno mrežo glinencev, sljude in drugih mineralov – aluminosilikatov. V biosferi je aluminij šibek migrant, v organizmih in hidrosferi ga je malo. V vlažnem podnebju, kjer razpadajoči ostanki bogate vegetacije tvorijo številne organske kisline, aluminij migrira v tleh in vodah v obliki organomineralnih koloidnih spojin; aluminij adsorbirajo koloidi in se odlagajo v spodnjem delu tal. Vez med aluminijem in silicijem se delno prekine in ponekod v tropih nastanejo minerali - aluminijevi hidroksidi - boemit, diaspore, hidrargilit. Večina aluminija je del aluminosilikatov - kaolinita, beidelita in drugih mineralov gline. Šibka mobilnost določa preostalo kopičenje aluminija v preperevalni skorji vlažnih tropov. Posledično nastane eluvialni boksit. V preteklih geoloških obdobjih se je boksit kopičil tudi v jezerih in obalnih območjih morij v tropskih regijah (na primer sedimentni boksiti Kazahstana). V stepah in puščavah, kjer je malo žive snovi in so vode nevtralne in alkalne, se aluminij skoraj ne seli. Migracija aluminija je najbolj energična v vulkanskih območjih, kjer opazimo močno kisle rečne in podzemne vode, bogate z aluminijem. Na mestih, kjer se kisle vode mešajo z alkalnimi morskimi vodami (ob ustjih rek in drugo), se aluminij izloča s tvorbo nahajališč boksita.

Uporaba aluminija. Kombinacija fizikalnih, mehanskih in kemijskih lastnosti aluminija določa njegovo široko uporabo na skoraj vseh področjih tehnologije, zlasti v obliki njegovih zlitin z drugimi kovinami. V elektrotehniki aluminij uspešno nadomešča baker, predvsem pri izdelavi masivnih prevodnikov, na primer v nadzemnih vodih, visokonapetostnih kablih, stikalnih vodilih, transformatorjih (električna prevodnost aluminija dosega 65,5 % električne prevodnosti bakra in je več kot trikrat lažji od bakra; pri preseku, ki zagotavlja enako prevodnost, je masa aluminijastih žic polovica mase bakrenih). Ultra čist aluminij se uporablja v proizvodnji električnih kondenzatorjev in usmernikov, katerih delovanje temelji na zmožnosti filma aluminijevega oksida, da prepušča električni tok samo v eno smer. Ultra čist aluminij, prečiščen s conskim taljenjem, se uporablja za sintezo polprevodniških spojin tipa A III B V, ki se uporabljajo za proizvodnjo polprevodniških naprav. Čisti aluminij se uporablja pri izdelavi različnih vrst zrcalnih reflektorjev. Aluminij visoke čistosti se uporablja za zaščito kovinskih površin pred atmosfersko korozijo (obloga, aluminijeva barva). Aluminij, ki ima razmeroma nizek absorpcijski presek nevtronov, se uporablja kot konstrukcijski material v jedrskih reaktorjih.

Aluminijasti rezervoarji velike prostornine hranijo in prevažajo tekoče pline (metan, kisik, vodik itd.), dušikovo in ocetno kislino, čisto vodo, vodikov peroksid in jedilna olja. Aluminij se pogosto uporablja v opremi in aparatih za živilsko industrijo, za pakiranje hrane (v obliki folije) in za proizvodnjo različnih vrst gospodinjskih izdelkov. Poraba aluminija za dodelavo zgradb, arhitekturnih, prometnih in športnih objektov se je močno povečala.

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

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

Proizvodnja in poraba aluminija nenehno rasteta in močno prehitevata rast proizvodnje jekla, bakra, svinca in cinka.

Seznam uporabljene literature

1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin "Kratka kemijska referenčna knjiga"

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

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

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

5. N.L. Glinka "Splošna kemija"

Kemijske lastnosti aluminija so določene z njegovim položajem v periodnem sistemu kemičnih elementov.

Spodaj so glavne kemijske reakcije aluminija z drugimi kemičnimi elementi. Te reakcije določajo osnovne kemijske lastnosti aluminija.

S čim reagira aluminij?

Enostavne snovi:

halogeni (fluor, klor, brom in jod)
fosfor
ogljik
kisik (zgorevanje)

Kompleksne snovi:

mineralne kisline (klorovodikova, fosforna)
žveplova kislina
Dušikova kislina
alkalije
oksidanti
oksidi manj aktivnih kovin (aluminotermija)

S čim aluminij ne reagira?

Aluminij ne reagira:

z vodikom
pri normalnih pogojih - s koncentrirano žveplovo kislino (zaradi pasivacije - nastanek gostega oksidnega filma)
pri normalnih pogojih - s koncentrirano dušikovo kislino (tudi zaradi pasivacije)

Aluminij in zrak

Običajno je površina aluminija vedno prevlečena s tanko plastjo aluminijevega oksida, ki jo ščiti pred izpostavljenostjo zraku ali natančneje kisiku. Zato velja, da aluminij ne reagira z zrakom. Če se ta oksidna plast poškoduje ali odstrani, sveža aluminijasta površina reagira s kisikom v zraku. Aluminij lahko gori v kisiku s slepečim belim plamenom in tvori aluminijev oksid Al2O3.

Reakcija aluminija s kisikom:

4Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3

Aluminij in voda

Aluminij reagira z vodo v naslednjih reakcijah:

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

Kot rezultat teh reakcij nastanejo:

modifikacija aluminijevega hidroksida bajerita in vodika (1)
modifikacija aluminijevega hidroksida bohemita in vodika (2)
aluminijev oksid in vodik (3)

Mimogrede, te reakcije so zelo zanimive za razvoj kompaktnih obratov za proizvodnjo vodika za vozila, ki delujejo na vodik.

Vse te reakcije so termodinamično možne pri temperaturah od sobne temperature do tališča aluminija 660 ºС. Vsi so tudi eksotermni, to pomeni, da se pojavijo s sproščanjem toplote:

Pri temperaturah od sobne temperature do 280 ºС je najbolj stabilen reakcijski produkt Al(OH) 3.
Pri temperaturah od 280 do 480 ºС je najbolj stabilen produkt reakcije AlO(OH).
Pri temperaturah nad 480 ºС je najbolj stabilen reakcijski produkt Al 2 O 3.

Tako postane aluminijev oksid Al 2 O 3 pri povišanih temperaturah termodinamsko stabilnejši od Al(OH) 3. Produkt reakcije aluminija z vodo pri sobni temperaturi bo aluminijev hidroksid Al(OH) 3.

Reakcija (1) kaže, da mora aluminij spontano reagirati z vodo pri sobni temperaturi. Vendar v praksi kos aluminija, potopljen v vodo, ne reagira z vodo pri sobni temperaturi ali celo v vreli vodi. Dejstvo je, da ima aluminij na površini tanko koherentno plast aluminijevega oksida Al 2 O 3 . Ta oksidni film se trdno oprime površine aluminija in preprečuje, da bi ta reagiral z vodo. Zato je za začetek in vzdrževanje reakcije aluminija z vodo pri sobni temperaturi potrebno to oksidno plast nenehno odstranjevati ali uničevati.

Aluminij in halogeni

Aluminij burno reagira z vsemi halogeni - to so:

fluor F
klor Cl
brom Br in
jod (jod) I,

z izobrazbo oziroma:

fluorid AlF 3
AlCl3 klorid
bromid Al 2 Br 6 in
Al 2 Br 6 jodid.

Reakcije vodika s fluorom, klorom, bromom in jodom:

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

Aluminij in kisline

Aluminij aktivno reagira z razredčenimi kislinami: žveplovo, klorovodikovo in dušikovo, pri čemer nastanejo ustrezne soli: aluminijev sulfat Al 2 SO 4, aluminijev klorid AlCl 3 in aluminijev nitrat Al (NO 3) 3.

Reakcije aluminija z razredčenimi kislinami:

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

Pri sobni temperaturi ne deluje s koncentrirano žveplovo in klorovodikovo kislino, pri segrevanju reagira s tvorbo soli, oksidov in vode.

Aluminij in alkalije

Aluminij v vodni raztopini alkalije - natrijevega hidroksida - reagira v natrijev aluminat.

Reakcija aluminija z natrijevim hidroksidom ima obliko:

2Al + 2NaOH + 10H 2 O -> 2Na + 3H 2

Viri:

1. Kemijski elementi. Prvih 118 elementov, razvrščenih po abecedi / ur. Wikipedisti - 2018

2. Reakcija aluminija z vodo za nastanek vodika /John Petrovic in George Thomas, ZDA Ministrstvo za energetiko, 2008

Eden najpogostejših elementov na planetu je aluminij. Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija se uporabljajo v industriji. V našem članku boste našli vse, kar morate vedeti o tej kovini.

Atomska zgradba

Aluminij je 13. element periodnega sistema. Je v tretjem obdobju, skupina III, glavna podskupina.

Lastnosti in uporaba aluminija so povezane z njegovo elektronsko strukturo. Atom aluminija ima pozitivno nabito jedro (+13) in 13 negativno nabitih elektronov, ki se nahajajo na treh energijskih nivojih. Elektronska konfiguracija atoma je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

Zunanji energijski nivo vsebuje tri elektrone, ki določajo konstantno valenco III. Pri reakcijah s snovmi aluminij preide v vzbujeno stanje in lahko odda vse tri elektrone ter tvori kovalentne vezi. Tako kot druge aktivne kovine je aluminij močno redukcijsko sredstvo.

riž. 1. Zgradba atoma aluminija.

Aluminij je amfoterna kovina, ki tvori amfoterne okside in hidrokside. Odvisno od pogojev imajo spojine kisle ali bazične lastnosti.

Fizični opis

Aluminij ima:

lahkotnost (gostota 2,7 g / cm 3);
srebrno siva barva;
visoka električna prevodnost;
gnetljivost;
plastičnost;
tališče - 658°C;
vrelišče - 2518,8°C.

Iz kovine so izdelane pločevinaste posode, folije, žice in zlitine. Aluminij se uporablja pri izdelavi mikrovezij, ogledal in kompozitnih materialov.

riž. 2. Posode iz pločevine.

Aluminij je paramagneten. Kovino magnet privlači samo v prisotnosti magnetnega polja.

Kemijske lastnosti

Na zraku aluminij hitro oksidira in se prekrije z oksidnim filmom. Ščiti kovino pred korozijo in preprečuje interakcijo s koncentriranimi kislinami (dušikova, žveplova). Zato se kisline skladiščijo in prevažajo v aluminijastih posodah.

V normalnih pogojih so reakcije z aluminijem možne šele po odstranitvi oksidnega filma. Večina reakcij poteka pri visokih temperaturah.

Glavne kemijske lastnosti elementa so opisane v tabeli.

*Reakcija*	*Opis*	*Enačba*
S kisikom	Gori pri visokih temperaturah in sprošča toploto	4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Z nekovinskimi	Reagira z žveplom pri temperaturah nad 200 °C, s fosforjem - pri 500 °C, z dušikom - pri 800 °C, z ogljikom - pri 2000 °C.	2Al + 3S → Al 2 S 3 ; Al + P → AlP; 2Al + N 2 → 2AlN; 4Al + 3C → Al 4 C 3
S halogeni	Reagira pri normalnih pogojih z jodom - pri segrevanju v prisotnosti katalizatorja (voda)	2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3 ; 2Al + 3I 2 → 2AlI 3 ; 2Al + 3Br 2 → 2AlBr 3
S kislinami	Pri normalnih pogojih reagira z razredčenimi kislinami, pri segrevanju pa s koncentriranimi kislinami	2Al + 3H 2 SO 4 (razredčen) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2; Al + 6HNO 3 (konc.) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
Z alkalijami	Reagira z vodnimi raztopinami alkalij in pri taljenju	2Al + 2NaOH + 10H 2 O → 2Na + 3H 2; 2Al + 6KOH → 2KAlO 2 + 2K 2 O + 3H 2
Z oksidi	Izpodriva manj aktivne kovine	2Al + Fe 2 O 3 → 2Fe + Al 2 O 3

Aluminij ne reagira neposredno z vodikom. Reakcija z vodo je možna po odstranitvi oksidnega filma.

riž. 3. Reakcija aluminija z vodo.

Kaj smo se naučili?

Aluminij je amfoterno aktivna kovina s konstantno valenco. Ima nizko gostoto, visoko električno prevodnost in plastičnost. Magnet ga privlači samo v prisotnosti magnetnega polja. Aluminij reagira s kisikom in tvori zaščitni film, ki preprečuje reakcije z vodo, koncentrirano dušikovo in žveplovo kislino. Pri segrevanju medsebojno deluje z nekovinami in koncentriranimi kislinami, v normalnih pogojih pa s halogeni in razredčenimi kislinami. V oksidih izpodriva manj aktivne kovine. Ne reagira z vodikom.

Test na temo

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4.3. Skupaj prejetih ocen: 74.

Aluminij je kovina, katere vsebnost v naravi je najvišja med vsemi znanimi. Pozen začetek njegove uporabe je posledica dejstva, da se zaradi visoke kemične aktivnosti nahaja v zemeljski skorji le kot del različnih kemičnih spojin. Pridobivanje čiste kovine je povezano s številnimi težavami, ki jih je bilo mogoče premagati šele z razvojem tehnologij rudarjenja kovin.

Čisti aluminij je mehka, temprana kovina srebrno bele barve. To je ena najlažjih kovin, ki je poleg tega primerna za različne mehanske obdelave, vtiskovanje, valjanje in litje. Na prostem se skoraj v trenutku prekrije s tanko in trpežno plastjo oksida, ki preprečuje nadaljnjo oksidacijo.

Mehanske lastnosti aluminija, kot so mehkoba, kovnost za vtiskovanje, enostavnost obdelave, so postale razširjene v številnih panogah. Aluminij se še posebej pogosto uporablja v zlitinah z drugimi kovinami.

Fizikalne in kemijske lastnosti aluminijevih zlitin so povzročile njihovo široko uporabo kot strukturnih materialov, ki zmanjšajo skupno težo konstrukcije, ne da bi pri tem ogrozili njene trdnostne lastnosti.

Fizične lastnosti

Aluminij nima edinstvenih fizikalnih lastnosti, vendar je zaradi njihove kombinacije kovina ena najbolj iskanih.

Čisti aluminij ima Mohsovo trdoto tri, kar je bistveno nižje od večine kovin. To dejstvo je praktično edina ovira za uporabo čiste kovine.

Če natančno preučite tabelo fizikalnih lastnosti aluminija, lahko poudarite naslednje lastnosti:

Nizka gostota (2,7 g/cm3);
Visoka plastičnost;
Nizka električna upornost (0,027 Ohm mm 2 /m);
Visoka toplotna prevodnost (203,5 W/(m K));
Visoka odbojnost;
Nizko tališče (660°C).

Takšne fizikalne lastnosti aluminija, kot so visoka duktilnost, nizko tališče, odlične lastnosti litja, omogočajo uporabo te kovine v čisti obliki in kot del zlitin na njeni osnovi za proizvodnjo izdelkov katere koli kompleksne konfiguracije.

Hkrati je ena redkih kovin, katere krhkost se ne poveča pri ohlajanju na ultranizke temperature. Ta lastnost je določila eno od področij uporabe v strukturnih elementih kriogene tehnologije in opreme.

Zlitine na osnovi aluminija imajo bistveno večjo trdnost, primerljivo z trdnostjo nekaterih vrst jekla. Najbolj razširjene so zlitine z dodatkom magnezija, bakra in mangana - zlitine duraluminija in z dodatkom silicija - silumini. Prvo skupino odlikuje visoka trdnost, slednja pa ima eno najboljših lastnosti litja.

Nizko tališče znižuje proizvodne stroške in stroške tehnoloških postopkov pri proizvodnji konstrukcijskih materialov na osnovi aluminija in njegovih zlitin.

Za izdelavo ogledal se uporabljajo lastnosti, kot so visok odbojni koeficient, primerljiv s srebrom, ter enostavnost in izdelljivost vakuumskega nanašanja aluminijastih filmov na različne nosilne površine (plastika, kovina, steklo).

Pri taljenju aluminija in litju je posebna pozornost namenjena sposobnosti taline, da absorbira vodik. Ne da bi imel kakršen koli učinek na kemični ravni, vodik pomaga zmanjšati gostoto in trdnost zaradi tvorbe mikroskopskih por, ko se talina strdi.

Zaradi nizke gostote in nizkega električnega upora (ne dosti večjega od bakrenega) se žice iz čistega aluminija uporabljajo predvsem za prenos električne energije v daljnovodih, v celotnem razponu tokov in napetosti v elektrotehniki, kot alternativa bakrenemu napajanju in navijanju. žice. Odpornost bakra je nekoliko nižja, zato je treba uporabiti aluminijaste žice z večjim prerezom, vendar sta končna masa izdelka in njegova cena nekajkrat manjša. Edina omejitev je nekoliko manjša trdnost aluminija in visoka odpornost na spajkanje zaradi oksidnega filma na površini. Prisotnost močnega elektrokemičnega potenciala ob stiku s kovino, kot je baker, ima pomembno vlogo. Posledično se na mestu mehanskega stika med bakrom in aluminijem oblikuje močan oksidni film z visokim električnim uporom. Ta pojav povzroči segrevanje stičišča, dokler se vodniki ne stopijo. Za uporabo aluminija v elektrotehniki veljajo stroge omejitve in priporočila.

Visoka duktilnost omogoča izdelavo tanke folije, ki se uporablja pri proizvodnji kondenzatorjev visoke zmogljivosti.

Lahkotnost aluminija in njegovih zlitin je postala temeljna pri uporabi v letalski in vesoljski industriji pri izdelavi večine strukturnih elementov letal: od nosilnih struktur do elementov obloge, ohišij instrumentov in opreme.

Kemijske lastnosti

Ker je aluminij dokaj reaktivna kovina, se aktivno upira koroziji. To se zgodi zaradi tvorbe zelo močnega oksidnega filma na njegovi zunanji površini pod vplivom kisika.

Trajni oksidni film dobro ščiti površino tudi pred močnimi kislinami, kot sta dušikova in žveplova kislina. Ta kakovost je zelo razširjena v kemiji in industriji za transport koncentrirane dušikove kisline.

Film lahko uničimo z močno razredčeno dušikovo kislino, alkalijami pri segrevanju ali v stiku z živim srebrom, ko na površini nastane amalgam. V teh primerih oksidni film ni zaščitni faktor in aluminij aktivno sodeluje s kislinami, alkalijami in oksidanti. Oksidni film se zlahka uniči tudi v prisotnosti halogenov (klor, brom). Tako klorovodikova kislina HCl dobro sodeluje z aluminijem v vseh pogojih.

Kemične lastnosti aluminija so odvisne od čistosti kovine. Uporaba legirnih dodatkov nekaterih kovin, zlasti mangana, omogoča povečanje trdnosti zaščitne folije in s tem povečanje odpornosti aluminija proti koroziji. Nekatere kovine, na primer nikelj in železo, pomagajo zmanjšati odpornost proti koroziji, vendar povečajo toplotno odpornost zlitin.

Oksidni film na površini aluminijastih izdelkov igra negativno vlogo pri varjenju. Takojšnja oksidacija bazena staljene kovine med varjenjem ne omogoča tvorbe zvara, saj ima aluminijev oksid zelo visoko tališče. Za varjenje aluminija se uporabljajo posebni varilni stroji z neuporabno elektrodo (volfram). Sam postopek se izvaja v okolju inertnega plina - argona. V odsotnosti oksidacijskega procesa je varilni šiv močan in monoliten. Nekateri legirni dodatki v zlitinah dodatno izboljšajo varilne lastnosti aluminija.

Čisti aluminij praktično ne tvori strupenih spojin, zato se aktivno uporablja v živilski industriji pri proizvodnji kuhinjske posode, embalaže za hrano in posode za pijačo. Le nekatere anorganske spojine imajo lahko negativen učinek. Raziskave so tudi ugotovile, da se aluminij ne uporablja pri presnovi živih bitij, njegova vloga v življenju je zanemarljiva.

pogledi

Shrani VKontakte