Comparația proprietăților aluminiului cu elementele învecinate. Caracteristicile compoziției, proprietățile și caracteristicile aluminiului

Metalele sunt unul dintre cele mai convenabile materiale de prelucrat. Au și propriii lor lideri. De exemplu, proprietățile de bază ale aluminiului sunt cunoscute oamenilor de mult timp. Sunt atât de potrivite pentru utilizarea de zi cu zi încât acest metal a devenit foarte popular. Ce sunt atât o substanță simplă, cât și un atom, vom lua în considerare în acest articol.

Istoria descoperirii aluminiului

De mult timp, omul cunoaște compusul metalului în cauză - a fost folosit ca mijloc care putea umfla și lega componentele amestecului; acest lucru a fost necesar și la fabricarea produselor din piele. Existența oxidului de aluminiu în formă pură a devenit cunoscută în secolul al XVIII-lea, în a doua jumătate a acestuia. Cu toate acestea, nu a fost primit.

Omul de știință H. K. Ørsted a fost primul care a izolat metalul de clorura sa. El a fost cel care a tratat sarea cu amalgam de potasiu și a izolat pulbere cenușie din amestec, care era aluminiu în formă pură.

Apoi a devenit clar că proprietățile chimice ale aluminiului se manifestă prin activitatea sa ridicată și capacitatea de reducere puternică. Prin urmare, nimeni altcineva nu a lucrat cu el mult timp.

Cu toate acestea, în 1854, francezul Deville a reușit să obțină lingouri de metal prin electroliza topiturii. Această metodă este valabilă și astăzi. În special producția de masă de material valoros a început în secolul al XX-lea, când au fost rezolvate problemele generării de cantități mari de energie electrică în întreprinderi.

Astăzi, acest metal este unul dintre cele mai populare și utilizate în construcții și în industria casnică.

Caracteristicile generale ale atomului de aluminiu

Dacă caracterizăm elementul în cauză prin poziția sa în tabelul periodic, atunci se pot distinge mai multe puncte.

1. Număr de serie - 13.
2. Situat în a treia perioadă mică, a treia grupă, subgrupa principală.
3. Masa atomică - 26,98.
4. Numărul de electroni de valență este 3.
5. Configurația stratului exterior este exprimată prin formula 3s 2 3p 1.
6. Numele elementului este aluminiu.
7. puternic exprimat.
8. Nu are izotopi în natură; există doar într-o singură formă, cu un număr de masă de 27.
9. Simbolul chimic este AL, citit ca „aluminiu” în formule.
10. Starea de oxidare este una, egală cu +3.

Proprietățile chimice ale aluminiului sunt pe deplin confirmate de structura electronică a atomului său, deoarece având o rază atomică mare și afinitate electronică scăzută, este capabil să acționeze ca un agent reducător puternic, ca toate metalele active.

Aluminiul ca substanță simplă: proprietăți fizice

Dacă vorbim despre aluminiu ca o substanță simplă, atunci este un metal strălucitor alb-argintiu. În aer se oxidează rapid și se acoperă cu o peliculă densă de oxid. Același lucru se întâmplă atunci când sunt expuse la acizi concentrați.

Prezența unei astfel de caracteristici face ca produsele din acest metal să fie rezistente la coroziune, ceea ce, în mod natural, este foarte convenabil pentru oameni. De aceea, aluminiul este atât de utilizat pe scară largă în construcții. De asemenea, sunt interesante pentru că acest metal este foarte ușor, dar durabil și moale. Combinația de astfel de caracteristici nu este disponibilă pentru fiecare substanță.

Există mai multe proprietăți fizice de bază care sunt caracteristice aluminiului.

1. Grad ridicat de maleabilitate și ductilitate. Din acest metal este fabricată o folie ușoară, puternică și foarte subțire și, de asemenea, este rulată în sârmă.
2. Punct de topire - 660 0 C.
3. Punct de fierbere - 2450 0 C.
4. Densitate - 2,7 g/cm3.
5. Rețeaua cristalină este volumetrică centrată pe față, metal.
6. Tip de conexiune - metal.

Proprietățile fizice și chimice ale aluminiului determină domeniile de aplicare și utilizare a acestuia. Dacă vorbim despre aspectele cotidiene, atunci caracteristicile despre care am discutat deja mai sus joacă un rol important. Fiind un metal ușor, durabil și anticoroziv, aluminiul este utilizat în avioane și construcții navale. Prin urmare, aceste proprietăți sunt foarte importante de cunoscut.

Proprietățile chimice ale aluminiului

Din punct de vedere chimic, metalul în cauză este un agent reducător puternic care este capabil să prezinte o activitate chimică ridicată în timp ce este o substanță pură. Principalul lucru este să îndepărtați pelicula de oxid. În acest caz, activitatea crește brusc.

Proprietățile chimice ale aluminiului ca substanță simplă sunt determinate de capacitatea sa de a reacționa cu:

• acizi;
• alcalii;
• halogeni;
• sulf.

Nu interacționează cu apa în condiții normale. În acest caz, al halogenilor, fără încălzire, reacţionează doar cu iod. Alte reacții necesită temperatură.

Pot fi date exemple pentru a ilustra proprietățile chimice ale aluminiului. Ecuații ale reacțiilor de interacțiune cu:

• acizi- AL + HCL = ACI3 + H2;
• alcalii- 2Al + 6H20 + 2NaOH = Na + 3H2;
• halogeni- AL + Hal = ALHal 3 ;
• gri- 2AL + 3S = AL 2 S 3.

În general, cea mai importantă proprietate a substanței în cauză este capacitatea sa ridicată de a restabili alte elemente din compușii lor.

Capacitate regenerativă

Proprietățile reducătoare ale aluminiului sunt clar vizibile în reacțiile de interacțiune cu oxizii altor metale. Le extrage cu ușurință din compoziția substanței și le permite să existe într-o formă simplă. De exemplu: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

În metalurgie, există o întreagă metodă de producere a substanțelor bazate pe reacții similare. Se numește aluminotermie. Prin urmare, în industria chimică acest element este utilizat în mod specific pentru producerea altor metale.

Distribuția în natură

În ceea ce privește prevalența printre alte elemente metalice, aluminiul se află pe primul loc. Este conținut în scoarța terestră 8,8%. Dacă îl comparăm cu nemetale, atunci locul lui va fi al treilea, după oxigen și siliciu.

Datorită activității sale chimice ridicate, nu se găsește sub formă pură, ci doar ca parte a diferiților compuși. De exemplu, există multe minereuri, minerale și roci cunoscute care conțin aluminiu. Cu toate acestea, este extras doar din bauxită, al cărei conținut în natură nu este foarte mare.

Cele mai comune substanțe care conțin metalul în cauză:

• feldspați;
• bauxită;
• granite;
• silice;
• aluminosilicați;
• bazalt si altele.

În cantități mici, aluminiul se găsește în mod necesar în celulele organismelor vii. Unele specii de mușchi și locuitori marini sunt capabile să acumuleze acest element în corpul lor de-a lungul vieții.

Chitanță

Proprietățile fizice și chimice ale aluminiului fac posibilă obținerea acestuia doar într-un singur mod: prin electroliza unei topituri a oxidului corespunzător. Cu toate acestea, acest proces este complex din punct de vedere tehnologic. Punctul de topire al AL 2 O 3 depăşeşte 2000 0 C. Din această cauză, nu poate fi supus electrolizei direct. Prin urmare, procedați după cum urmează.

Randamentul produsului este de 99,7%. Cu toate acestea, este posibil să se obțină metal și mai pur, care este folosit în scopuri tehnice.

Aplicație

Proprietățile mecanice ale aluminiului nu sunt atât de bune încât să poată fi utilizat în forma sa pură. Prin urmare, aliajele pe bază de această substanță sunt cele mai des folosite. Există multe dintre acestea, le puteți numi pe cele mai de bază.

1. Duraluminiu.
2. Aluminiu-mangan.
3. Aluminiu-magneziu.
4. Aluminiu-cupru.
5. Silumini.
6. Avial.

Principala lor diferență este, în mod natural, aditivii de la terți. Toate sunt pe bază de aluminiu. Alte metale fac materialul mai durabil, mai rezistent la coroziune, mai rezistent la uzură și mai ușor de prelucrat.

Există mai multe domenii principale de aplicare a aluminiului, atât sub formă pură, cât și sub formă de compuși (aliaje) ai acestuia.

Împreună cu fierul și aliajele sale, aluminiul este cel mai important metal. Acești doi reprezentanți ai tabelului periodic au găsit cea mai extinsă aplicație industrială în mâinile omului.

Proprietățile hidroxidului de aluminiu

Hidroxidul este cel mai comun compus pe care îl formează aluminiul. Proprietățile sale chimice sunt aceleași cu cele ale metalului în sine - este amfoter. Aceasta înseamnă că este capabil să prezinte o natură dublă, reacționând atât cu acizii, cât și cu alcalii.

Hidroxidul de aluminiu în sine este un precipitat gelatinos alb. Se obține ușor prin reacția unei sări de aluminiu cu un alcali sau prin reacția cu acizi, acest hidroxid dă sarea și apa corespunzătoare obișnuite. Dacă reacția are loc cu un alcalin, se formează hidroxocomplecși de aluminiu, în care numărul său de coordonare este 4. Exemplu: Na - tetrahidroxoaluminat de sodiu.

Prepararea alaunului de potasiu

Aluminiu(latină: aluminiu), – în tabelul periodic, aluminiul se află în a treia perioadă, în subgrupul principal al celui de-al treilea grup. Încărcare de bază +13. Structura electronică a atomului este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Raza atomică metalică este de 0,143 nm, raza covalentă este de 0,126 nm, raza convențională a ionului Al 3+ este de 0,057 nm. Energia de ionizare Al – Al + 5,99 eV.

Cea mai caracteristică stare de oxidare a atomului de aluminiu este +3. Stările de oxidare negativă apar rar. Există subniveluri d libere în stratul exterior de electroni al atomului. Datorită acestui fapt, numărul său de coordonare în compuși poate fi nu numai 4 (AlCl 4-, AlH 4-, aluminosilicați), ci și 6 (Al 2 O 3, 3+).

Referință istorică. Denumirea Aluminiu provine din latină. alumen - deci în 500 î.Hr. numit alaun de aluminiu, care era folosit ca mordant pentru vopsirea țesăturilor și pentru tăbăcirea pieilor. Omul de știință danez H. K. Oersted în 1825, acționând cu amalgam de potasiu pe AlCl 3 anhidru și apoi distilând mercurul, a obținut aluminiu relativ pur. Prima metodă industrială de producere a aluminiului a fost propusă în 1854 de chimistul francez A.E. Sainte-Clair Deville: metoda a constat în reducerea clorurii duble de aluminiu și sodiu Na 3 AlCl 6 cu sodiu metalic. Asemănător ca culoare cu argintul, aluminiul a fost foarte scump la început. Din 1855 până în 1890, au fost produse doar 200 de tone de aluminiu. Metoda modernă de producere a aluminiului prin electroliza topiturii criolit-alumină a fost dezvoltată în 1886 simultan și independent de C. Hall în SUA și P. Heroux în Franța.

Fiind în natură

Aluminiul este cel mai comun metal din scoarța terestră. Reprezintă 5,5–6,6 mol. fracție% sau 8% în greutate Masa sa principală este concentrată în aluminosilicați. Un produs extrem de comun al distrugerii rocilor formate de acestea este argila, a cărei compoziție principală corespunde formulei Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Dintre celelalte forme naturale de aluminiu, bauxita Al 2 O 3 are cea mai mare importanță. xH 2 O și minerale corindon Al 2 O 3 și criolit AlF 3 . 3NaF.

Chitanță

În prezent, în industrie, aluminiul este produs prin electroliza unei soluții de alumină Al 2 O 3 în criolitul topit. Al 2 O 3 trebuie să fie destul de pur, deoarece impuritățile sunt greu de îndepărtat din aluminiul topit. Punctul de topire al Al 2 O 3 este de aproximativ 2050 o C, iar criolitul este de 1100 o C. Un amestec topit de criolit și Al 2 O 3 care conține aproximativ 10% în greutate Al 2 O 3 este supus electrolizei, care se topește la 960°C. o C și are conductivitate electrică, densitate și vâscozitate, cele mai favorabile procesului. Odată cu adăugarea de AlF 3, CaF 2 și MgF 2, electroliza devine posibilă la 950 o C.

Electrolizorul pentru topirea aluminiului este o carcasă de fier căptușită cu cărămizi refractare pe interior. Fundul său (dedesubt), asamblat din blocuri de cărbune comprimat, servește drept catod. Anozii sunt amplasați deasupra: acestea sunt cadre de aluminiu umplute cu brichete de cărbune.

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

Aluminiul lichid este eliberat la catod:

Al 3+ + 3е - = Al

Aluminiul este colectat la fundul cuptorului, de unde este eliberat periodic. Oxigenul este eliberat la anod:

4AlO 3 3- – 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Oxigenul oxidează grafitul în oxizi de carbon. Pe măsură ce carbonul arde, anodul este construit.

Aluminiul este, de asemenea, utilizat ca aditiv de aliere pentru multe aliaje pentru a le conferi rezistență la căldură.

Proprietățile fizice ale aluminiului. Aluminiul combină un set foarte valoros de proprietăți: densitate scăzută, conductivitate termică și electrică ridicată, ductilitate ridicată și rezistență bună la coroziune. Poate fi ușor forjat, ștanțat, rulat, desenat. Aluminiul este bine sudat prin gaz, contact și alte tipuri de sudare. Rețeaua de aluminiu este centrată pe față cubică cu parametrul a = 4,0413 Å. Proprietățile aluminiului, ca toate metalele, depind, prin urmare, de puritatea acestuia. Proprietăți ale aluminiului de înaltă puritate (99,996%): densitate (la 20 °C) 2698,9 kg/m 3 ; tpl 660,24 °C; punctul de fierbere aproximativ 2500 °C; coeficient de dilatare termică (de la 20° la 100 °C) 23,86·10 -6; conductivitate termică (la 190 °C) 343 W/m·K, capacitate termică specifică (la 100 °С) 931,98 J/kg·K. ; conductivitate electrică în raport cu cuprul (la 20 °C) 65,5%. Aluminiul are rezistență scăzută (rezistență la tracțiune 50–60 Mn/m2), duritate (170 Mn/m2 conform Brinell) și ductilitate ridicată (până la 50%). În timpul laminarii la rece, rezistența la tracțiune a aluminiului crește la 115 Mn/m2, duritatea - până la 270 Mn/m2, alungirea relativă scade la 5% (1 Mn/m2 ~ și 0,1 kgf/mm2). Aluminiul este foarte lustruit, anodizat și are o reflectivitate ridicată aproape de argint (reflectează până la 90% din energia luminii incidente). Având o mare afinitate pentru oxigen, aluminiul din aer este acoperit cu o peliculă subțire, dar foarte puternică de oxid de Al 2 O 3, care protejează metalul de oxidarea ulterioară și determină proprietățile sale anticorozive ridicate. Rezistența filmului de oxid și efectul său protector scad foarte mult în prezența impurităților de mercur, sodiu, magneziu, cupru etc. Aluminiul este rezistent la coroziune atmosferică, mare și apa dulce, practic nu interacționează cu nitric concentrat sau foarte diluat. acid, acizi organici, produse alimentare.

Proprietăți chimice

Când aluminiul mărunțit fin este încălzit, arde viguros în aer. Interacțiunea sa cu sulful se desfășoară în mod similar. Combinația cu clor și brom are loc la temperaturi obișnuite, iar cu iod - la încălzire. La temperaturi foarte ridicate, aluminiul se combină și direct cu azotul și carbonul. Dimpotrivă, nu interacționează cu hidrogenul.

Aluminiul este destul de rezistent la apă. Dar dacă efectul protector al peliculei de oxid este îndepărtat mecanic sau prin amalgamare, are loc o reacție viguroasă:

HNO3 și H2SO4 foarte diluate și foarte concentrate nu au aproape niciun efect asupra aluminiului (la rece), în timp ce la concentrații medii ale acestor acizi se dizolvă treptat. Aluminiul pur este destul de rezistent la acidul clorhidric, dar metalul industrial obișnuit se dizolvă în el.

Când aluminiul este expus la soluții apoase de alcalii, stratul de oxid se dizolvă și se formează aluminați - săruri care conțin aluminiu ca parte a anionului:

Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na

Aluminiul, lipsit de peliculă de protecție, interacționează cu apa, înlocuind hidrogenul din aceasta:

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

Hidroxidul de aluminiu rezultat reacţionează cu excesul de alcali, formând hidroxoaluminat:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Ecuația generală pentru dizolvarea aluminiului într-o soluție alcalină apoasă:

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

Aluminiul se dizolvă vizibil în soluții de săruri care, datorită hidrolizei lor, au o reacție acidă sau alcalină, de exemplu, într-o soluție de Na2CO3.

În seria de stres este situat între Mg și Zn. În toți compușii săi stabili, aluminiul este trivalent.

Combinația dintre aluminiu și oxigen este însoțită de o degajare enormă de căldură (1676 kJ/mol Al 2 O 3 ), semnificativ mai mare decât cea a multor alte metale. Având în vedere acest lucru, atunci când un amestec de oxid al metalului corespunzător cu pulbere de aluminiu este încălzit, are loc o reacție violentă, care duce la eliberarea de metal liber din oxidul preluat. Metoda de reducere folosind Al (aluminotermie) este adesea folosită pentru a obține un număr de elemente (Cr, Mn, V, W etc.) în stare liberă.

Aluminotermia este uneori utilizată pentru sudarea pieselor individuale din oțel, în special a îmbinărilor șinelor de tramvai. Amestecul folosit („termit”) constă de obicei din pulberi fine de aluminiu și Fe 3 O 4 . Se aprinde cu ajutorul unei siguranțe făcute dintr-un amestec de Al și BaO2. Reacția principală urmează ecuația:

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

În plus, temperatura se dezvoltă în jurul a 3000 o C.

Oxidul de aluminiu este alb, foarte refractar (p.t. 2050 o C) și insolubil în masă de apă. Al 2 O 3 natural (corindon mineral), precum și cele obținute artificial și apoi puternic calcinate, se remarcă prin duritate ridicată și insolubilitate în acizi. Al 2 O 3 (așa-numita alumină) poate fi transformată într-o stare solubilă prin fuziune cu alcalii.

În mod obișnuit, corindonul natural contaminat cu oxid de fier, datorită durității sale extreme, este folosit pentru a face roți de șlefuit, pietre de coacere etc. În formă mărunțită fin, se numește șmirghel și se folosește la curățarea suprafețelor metalice și la fabricarea hârtiei abrazive. În aceleași scopuri se folosește adesea Al 2 O 3, obținut prin topirea bauxitei (denumire tehnică - alundum).

Cristale de corindon colorate transparente - rubin roșu - un amestec de crom - și safir albastru - un amestec de titan și fier - pietre prețioase. De asemenea, sunt obținute artificial și utilizate în scopuri tehnice, de exemplu, pentru fabricarea de piese pentru instrumente de precizie, pietre de ceas etc. Cristalele de rubin care conțin un mic amestec de Cr 2 O 3 sunt folosite ca generatoare cuantice - lasere care creează un fascicul direcționat de radiație monocromatică.

Datorită insolubilităţii Al 2 O 3 în apă, hidroxidul Al(OH) 3 corespunzător acestui oxid poate fi obţinut numai indirect din săruri. Prepararea hidroxidului poate fi reprezentată ca următoarea schemă. Sub acțiunea alcalinelor, ionii OH – sunt înlocuiți treptat cu 3+ molecule de apă în complexe acvatice:

3+ + OH- = 2+ + H2O

2+ + OH - = + + H2O

OH- = 0 + H2O

Al(OH) 3 este un precipitat alb gelatinos voluminos, practic insolubil în apă, dar ușor solubil în acizi și baze puternice. Are deci un caracter amfoter. Cu toate acestea, proprietățile sale de bază și în special acide sunt destul de slab exprimate. Hidroxidul de aluminiu este insolubil în exces de NH4OH. Una dintre formele de hidroxid deshidratat, gelul de aluminiu, este folosită în tehnologie ca adsorbant.

Când interacționează cu alcalii puternici, se formează aluminații corespunzători:

NaOH + Al(OH)3 = Na

Aluminații celor mai active metale monovalente sunt foarte solubili în apă, dar datorită hidrolizei puternice, soluțiile lor sunt stabile numai în prezența unui exces suficient de alcali. Aluminații, produși din baze mai slabe, sunt aproape complet hidrolizați în soluție și, prin urmare, pot fi obținuți numai uscat (prin fuzionarea Al 2 O 3 cu oxizi ai metalelor corespunzătoare). Se formează metaaluminați, a căror compoziție este derivată din acidul metaaluminiu HAlO2. Cele mai multe dintre ele sunt insolubile în apă.

Al(OH) 3 formează săruri cu acizii. Derivații majorității acizilor puternici sunt foarte solubili în apă, dar sunt hidrolizați destul de semnificativ și, prin urmare, soluțiile lor prezintă o reacție acidă. Sărurile de aluminiu solubile și acizii slabi sunt și mai hidrolizați. Datorită hidrolizei, sulfura, carbonatul, cianura și unele alte săruri de aluminiu nu pot fi obținute din soluții apoase.

Într-un mediu apos, anionul Al 3+ este înconjurat direct de șase molecule de apă. Un astfel de ion hidratat este oarecum disociat conform schemei:

3+ + H20 = 2+ + OH3+

Constanta sa de disociere este 1. 10 -5, adică este un acid slab (apropiat ca putere de acidul acetic). Mediul octaedric al Al 3+ cu șase molecule de apă este, de asemenea, conservat în hidrați cristalini ai unui număr de săruri de aluminiu.

Aluminosilicații pot fi considerați ca silicați în care o parte a tetraedrelor de siliciu-oxigen SiO 4 4 - este înlocuită cu tetraedre de aluminiu-oxigen AlO 4 5. Dintre aluminosilicați, cei mai des întâlniți sunt feldspații, care reprezintă mai mult de jumătate din masa Scoarta terestra. Principalii lor reprezentanți sunt mineralele

ortoclaza K2Al2Si6O16 sau K2O. Al203. 6SiO2

albit Na2Al2Si6O16 sau Na2O. Al203. 6SiO2

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

Mineralele din grupa mica sunt foarte comune, de exemplu moscovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Mineralul nefelina (Na, K) 2, care este folosit pentru a produce alumină, produse de sodă și ciment, are o importanță practică deosebită. Această producție constă în următoarele operațiuni: a) nefelina și calcarul sunt sinterizate în cuptoare tubulare la 1200 o C:

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

b) masa rezultată este levigată cu apă - se formează o soluție de aluminați de sodiu și potasiu și suspensie de CaSiO 3:

NaAlO2 + KAlO2 + 4H2O = Na + K

c) CO2 format în timpul sinterizării este trecut prin soluția de aluminat:

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

d) prin încălzirea Al(OH)3 se obține alumină:

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

e) prin evaporarea lichidului mamă se separă sifonul și potajul, iar nămolul obținut anterior este utilizat pentru producerea cimentului.

La producerea a 1 tona de Al 2 O 3 se obtine 1 tona de produse sifonate si 7,5 tone de ciment.

Unii aluminosilicați au o structură liberă și sunt capabili de schimb ionic. Astfel de silicați – naturali și mai ales artificiali – sunt utilizați pentru dedurizarea apei. În plus, datorită suprafeței lor foarte dezvoltate, ele sunt utilizate ca suport de catalizator, adică. ca materiale impregnate cu catalizator.

Halogenurile de aluminiu în condiții normale sunt substanțe cristaline incolore. În seria de halogenuri de aluminiu, AlF 3 este foarte diferit în proprietăți de analogii săi. Este refractar, ușor solubil în apă și inactiv din punct de vedere chimic. Principala metodă de producere a AlF 3 se bazează pe acțiunea HF anhidru asupra Al 2 O 3 sau Al:

Al203 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O

Compușii de aluminiu cu clor, brom și iod sunt fuzibili, foarte reactivi și foarte solubili nu numai în apă, ci și în mulți solvenți organici. Interacțiunea halogenurilor de aluminiu cu apa este însoțită de o eliberare semnificativă de căldură. În soluție apoasă, toate sunt puternic hidrolizate, dar spre deosebire de halogenurile nemetalice acide tipice, hidroliza lor este incompletă și reversibilă. Fiind vizibil volatil chiar și în condiții normale, AlCl 3, AlBr 3 și AlI 3 fumează în aer umed (datorită hidrolizei). Ele pot fi obținute prin interacțiunea directă a unor substanțe simple.

Densitățile de vapori ale AlCl 3, AlBr 3 și AlI 3 la temperaturi relativ scăzute corespund mai mult sau mai puțin exact formulelor duble - Al 2 Hal 6. Structura spațială a acestor molecule corespunde cu două tetraedre cu o margine comună. Fiecare atom de aluminiu este legat de patru atomi de halogen, iar fiecare dintre atomii de halogen central este legat de ambii atomi de aluminiu. Dintre cele două legături ale atomului central de halogen, una este donor-acceptor, aluminiul funcționând ca acceptor.

Cu sărurile halogenură ale unui număr de metale monovalente, halogenurile de aluminiu formează compuși complecși, în principal de tipuri M 3 și M (unde Hal este clor, brom sau iod). Tendința la reacții de adiție este în general foarte pronunțată la halogenurile luate în considerare. Acesta este tocmai motivul pentru cea mai importantă utilizare tehnică a AlCl 3 ca catalizator (în rafinarea petrolului și în sinteze organice).

Dintre fluoroaluminați, cea mai mare utilizare (pentru producerea de Al, F2, emailuri, sticlă etc.) este criolitul de Na3. Producția industrială de criolit artificial se bazează pe tratarea hidroxidului de aluminiu cu acid fluorhidric și sodă:

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

Cloro-, bromo- și iodoaluminați se obțin prin topirea trihalogenurilor de aluminiu cu halogenuri ale metalelor corespunzătoare.

Deși aluminiul nu reacționează chimic cu hidrogenul, hidrura de aluminiu poate fi obținută indirect. Este o masă amorfă albă de compoziție (AlH 3) n. Se descompune la încălzire peste 105 o C cu eliberare de hidrogen.

Când AlH 3 interacționează cu hidruri bazice într-o soluție eterică, se formează hidroaluminați:

LiH + AlH3 = Li

Hidroaluminații sunt solide albe. Se descompune rapid cu apă. Sunt agenți reducători puternici. Sunt utilizate (în special Li) în sinteza organică.

Sulfat de aluminiu Al2 (SO4) 3. 18H 2 O se obţine prin acţiunea acidului sulfuric fierbinte asupra oxidului de aluminiu sau caolinului. Este folosit pentru purificarea apei, precum și la prepararea anumitor tipuri de hârtie.

Potasiu aluminiu alaun KAl(SO 4) 2. 12H 2 O este folosit în cantități mari pentru tăbăcirea pieilor și, de asemenea, în industria vopsirii ca mordant pentru țesăturile de bumbac. În acest din urmă caz, efectul alaunului se bazează pe faptul că hidroxidul de aluminiu format ca urmare a hidrolizei sale se depune în fibrele țesăturii într-o stare fin dispersată și, adsorbând colorantul, îl ține ferm pe fibră.

Dintre ceilalți derivați de aluminiu, trebuie menționat acetatul acestuia (altfel sare de acid acetic) Al(CH 3 COO) 3, utilizat la vopsirea țesăturilor (ca mordant) și în medicină (loțiuni și comprese). Nitratul de aluminiu este ușor solubil în apă. Fosfatul de aluminiu este insolubil în apă și acid acetic, dar solubil în acizi puternici și alcalii.

Aluminiu în corp. Aluminiul face parte din țesuturile animalelor și plantelor; în organele mamiferelor, s-a găsit de la 10 -3 până la 10 -5% aluminiu (pe bază brută). Aluminiul se acumulează în ficat, pancreas și glandele tiroide. În produsele vegetale, conținutul de aluminiu variază de la 4 mg la 1 kg de substanță uscată (cartofi) la 46 mg (napi galbeni), în produsele de origine animală - de la 4 mg (miere) la 72 mg la 1 kg de substanță uscată ( vită). În dieta umană zilnică, conținutul de aluminiu ajunge la 35-40 mg. Sunt cunoscute organisme care concentrează aluminiu, de exemplu mușchi (Lycopodiaceae), care conțin până la 5,3% aluminiu în cenușa lor și moluște (Helix și Lithorina), care conțin 0,2-0,8% aluminiu în cenușa lor. Prin formarea de compuși insolubili cu fosfații, aluminiul perturbă alimentația plantelor (absorbția fosfaților de către rădăcini) și a animalelor (absorbția fosfaților în intestine).

Geochimia aluminiului. Caracteristicile geochimice ale aluminiului sunt determinate de afinitatea sa mare pentru oxigen (în minerale, aluminiul este inclus în octaedre și tetraedre de oxigen), valență constantă (3) și solubilitatea scăzută a majorității compușilor naturali. În procesele endogene din timpul solidificării magmei și formării rocilor magmatice, aluminiul intră în rețeaua cristalină a feldspaților, mica și alte minerale - aluminosilicați. În biosferă, aluminiul este un migrant slab; este rar în organisme și hidrosferă. Într-un climat umed, unde resturile în descompunere ale vegetației abundente formează mulți acizi organici, aluminiul migrează în soluri și ape sub formă de compuși coloidali organominerale; aluminiul este adsorbit de coloizi și depus în partea inferioară a solurilor. Legătura dintre aluminiu și siliciu este parțial ruptă și în unele locuri la tropice se formează minerale - hidroxizi de aluminiu - boehmit, diaspore, hidrargilit. Majoritatea aluminiului face parte din aluminosilicați - caolinit, beidelit și alte minerale argiloase. Mobilitatea slabă determină acumularea reziduală de aluminiu în crusta de intemperii a tropicelor umede. Ca urmare, se formează bauxită eluvială. În epocile geologice trecute, bauxita s-a acumulat și în lacuri și zonele de coastă ale mărilor din regiunile tropicale (de exemplu, bauxite sedimentare din Kazahstan). În stepe și deșerturi, unde există puțină materie vie și apele sunt neutre și alcaline, aluminiul aproape că nu migrează. Migrația aluminiului este cea mai energică în zonele vulcanice, unde se observă râuri foarte acide și apele subterane bogate în aluminiu. În locurile în care apele acide se amestecă cu apele marine alcaline (la gurile râurilor și altele), aluminiul precipită cu formarea de depozite de bauxită.

Aplicarea aluminiului. Combinația de proprietăți fizice, mecanice și chimice ale aluminiului determină utilizarea sa pe scară largă în aproape toate domeniile tehnologiei, în special sub forma aliajelor sale cu alte metale. În inginerie electrică, aluminiul înlocuiește cu succes cuprul, în special în producția de conductori masivi, de exemplu, în linii aeriene, cabluri de înaltă tensiune, magistrale de comutație, transformatoare (conductivitatea electrică a aluminiului atinge 65,5% din conductibilitatea electrică a cuprului și este de peste trei ori mai ușor decât cuprul; cu o secțiune transversală care oferă aceeași conductivitate, masa firelor de aluminiu este jumătate din cea a cuprului). Aluminiul ultra-pur este utilizat în producția de condensatoare și redresoare electrice, a căror acțiune se bazează pe capacitatea peliculei de oxid de aluminiu de a trece curentul electric într-o singură direcție. Aluminiul ultrapur, purificat prin topire în zone, este utilizat pentru sinteza compușilor semiconductori de tip A III B V, utilizați pentru producerea dispozitivelor semiconductoare. Aluminiul pur este utilizat la producerea diferitelor tipuri de reflectoare de oglindă. Aluminiul de înaltă puritate este utilizat pentru a proteja suprafețele metalice împotriva coroziunii atmosferice (placare, vopsea din aluminiu). Având o secțiune transversală de absorbție a neutronilor relativ scăzută, aluminiul este folosit ca material structural în reactoarele nucleare.

Rezervoarele din aluminiu de mare capacitate stochează și transportă gaze lichide (metan, oxigen, hidrogen etc.), acizi azotic și acetic, apă curată, peroxid de hidrogen și uleiuri comestibile. Aluminiul este utilizat pe scară largă în echipamentele și aparatele din industria alimentară, pentru ambalarea alimentelor (sub formă de folie) și pentru producerea diferitelor tipuri de produse de uz casnic. Consumul de aluminiu pentru finisarea clădirilor, structurilor arhitecturale, de transport și sportive a crescut brusc.

În metalurgie, aluminiul (în plus față de aliajele pe bază de acesta) este unul dintre cei mai obișnuiți aditivi de aliaj în aliajele pe bază de Cu, Mg, Ti, Ni, Zn și Fe. Aluminiul este, de asemenea, folosit pentru dezoxidarea oțelului înainte de a-l turna într-o matriță, precum și în procesele de producere a anumitor metale prin metoda aluminotermiei. Pe baza de aluminiu, SAP (pulbere de aluminiu sinterizat) a fost creat folosind metalurgia pulberilor, care are o rezistență ridicată la căldură la temperaturi de peste 300 °C.

Aluminiul este folosit la producerea de explozivi (amonial, alumotol). Diferiți compuși de aluminiu sunt utilizați pe scară largă.

Producția și consumul de aluminiu este în continuă creștere, depășind semnificativ rata de creștere a producției de oțel, cupru, plumb și zinc.

Lista literaturii folosite

1. V.A. Rabinovici, Z.Ya. Khavin „O scurtă carte de referință chimică”

2. L.S. Guzey „Prelegeri despre chimie generală”

3. N.S. Akhmetov „Chimie generală și anorganică”

4. B.V. Nekrasov „Manual de chimie generală”

5. N.L. Glinka „Chimie generală”

Fiecare element chimic poate fi considerat din punctul de vedere a trei științe: fizică, chimie și biologie. Și în acest articol vom încerca să caracterizăm aluminiul cât mai exact posibil. Acesta este un element chimic situat în a treia grupă și a treia perioadă, conform tabelului periodic. Aluminiul este un metal care are reactivitate chimică medie. Proprietățile amfotere pot fi observate și în compușii săi. Masa atomică a aluminiului este de douăzeci și șase de grame pe mol.

Caracteristicile fizice ale aluminiului

În condiții normale este un solid. Formula aluminiului este foarte simplă. Este format din atomi (nu combinați în molecule), care sunt aranjați folosind o rețea cristalină într-o substanță solidă. Culoarea aluminiului este alb-argintiu. În plus, are un luciu metalic, ca toate celelalte substanțe din acest grup. Culoarea aluminiului utilizat în industrie poate varia din cauza prezenței impurităților în aliaj. Acesta este un metal destul de ușor.

Densitatea sa este de 2,7 g/cm3, adică este de aproximativ trei ori mai ușoară decât fierul. În aceasta nu poate fi decât inferior magneziului, care este chiar mai ușor decât metalul în cauză. Duritatea aluminiului este destul de scăzută. În ea este inferior majorității metalelor. Duritatea aluminiului este de doar două.De aceea, pentru a-l întări, aliajelor pe bază de acest metal se adaugă altele mai dure.

Aluminiul se topește la o temperatură de doar 660 de grade Celsius. Și fierbe când este încălzit la o temperatură de două mii patru sute cincizeci și două de grade Celsius. Este un metal foarte ductil și fuzibil. Caracteristicile fizice ale aluminiului nu se opresc aici. Aș dori, de asemenea, să remarc că acest metal are cea mai bună conductivitate electrică după cupru și argint.

Prevalența în natură

Aluminiul, ale cărui caracteristici tehnice tocmai le-am trecut în revistă, este destul de comun în mediul înconjurător. Se poate observa în compoziția multor minerale. Elementul aluminiu este al patrulea cel mai abundent element din natură. Este aproape nouă la sută în scoarța terestră. Principalele minerale care îi conțin atomii sunt bauxita, corindonul și criolitul. Prima este o rocă care constă din oxizi de fier, siliciu și metalul în cauză, iar în structură sunt prezente și molecule de apă. Are o culoare eterogenă: fragmente de gri, maro-roșcat și alte culori, care depind de prezența diferitelor impurități. De la treizeci la șaizeci la sută din această rocă este aluminiu, a cărei fotografie poate fi văzută mai sus. În plus, corindonul este un mineral foarte comun în natură.

Acesta este oxid de aluminiu. Formula sa chimică este Al2O3. Poate fi roșu, galben, albastru sau maro. Duritatea sa pe scara Mohs este de nouă. Varietățile de corindon includ binecunoscutele safire și rubine, leucosafir, precum și padparadscha (safir galben).

Criolitul este un mineral cu o formulă chimică mai complexă. Constă din fluoruri de aluminiu și sodiu - AlF3.3NaF. Apare ca o piatră incoloră sau cenușie cu o duritate scăzută de doar trei pe scara Mohs. În lumea modernă, este sintetizat artificial în condiții de laborator. Este folosit în metalurgie.

Aluminiul poate fi găsit și în natură în argile, ale căror componente principale sunt oxizii de siliciu și metalul în cauză, asociate cu moleculele de apă. În plus, acest element chimic poate fi observat în compoziția nefelinelor, a cărei formulă chimică este următoarea: KNa34.

Chitanță

Caracteristicile aluminiului includ luarea în considerare a metodelor de sinteză a acestuia. Există mai multe metode. Producția de aluminiu folosind prima metodă are loc în trei etape. Ultima dintre acestea este procedura de electroliză pe catod și anod de carbon. Pentru a efectua un astfel de proces, este necesar oxid de aluminiu, precum și substanțe auxiliare precum criolitul (formula - Na3AlF6) și fluorură de calciu (CaF2). Pentru ca procesul de descompunere a oxidului de aluminiu dizolvat în apă să aibă loc, este necesară încălzirea acestuia, împreună cu criolitul topit și fluorură de calciu, la o temperatură de cel puțin nouă sute cincizeci de grade Celsius, apoi trecerea unui curent de optzeci de mii de amperi și o tensiune de cinci prin aceste substanțe.opt volți. Astfel, ca urmare a acestui proces, aluminiul se va depune pe catod, iar pe anod se vor aduna molecule de oxigen, care, la rândul lor, oxidează anodul și îl transformă în dioxid de carbon. Înainte de această procedură, bauxita, sub forma căreia este extras oxidul de aluminiu, este mai întâi purificată de impurități și, de asemenea, suferă un proces de deshidratare.

Producția de aluminiu prin metoda descrisă mai sus este foarte comună în metalurgie. Există și o metodă inventată în 1827 de F. Wöhler. Constă în faptul că aluminiul poate fi extras folosind o reacție chimică între clorura sa și potasiu. Un astfel de proces poate fi realizat numai prin crearea unor condiții speciale sub formă de temperatură foarte ridicată și vid. Deci, dintr-un mol de clorură și același volum de potasiu, se poate obține un mol de aluminiu și trei moli ca produs secundar. Această reacție poate fi scrisă sub forma următoarei ecuații: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Această metodă nu a câștigat prea multă popularitate în metalurgie.

Caracteristicile aluminiului din punct de vedere chimic

După cum am menționat mai sus, aceasta este o substanță simplă care constă din atomi care nu sunt combinați în molecule. Aproape toate metalele formează structuri similare. Aluminiul are o activitate chimică destul de mare și proprietăți reducătoare puternice. Caracterizarea chimică a aluminiului va începe cu o descriere a reacțiilor sale cu alte substanțe simple, iar apoi vor fi descrise interacțiunile cu compuși anorganici complecși.

Aluminiu și substanțe simple

Acestea includ, în primul rând, oxigenul - cel mai comun compus de pe planetă. Douăzeci și unu la sută din atmosfera Pământului este formată din ea. Reacția unei substanțe date cu oricare alta se numește oxidare sau ardere. Apare de obicei la temperaturi ridicate. Dar în cazul aluminiului, oxidarea este posibilă în condiții normale - așa se formează o peliculă de oxid. Dacă acest metal este zdrobit, va arde, eliberând o cantitate mare de energie sub formă de căldură. Pentru a realiza reacția dintre aluminiu și oxigen, aceste componente sunt necesare într-un raport molar de 4:3, rezultând două părți de oxid.

Această interacțiune chimică este exprimată sub forma următoarei ecuații: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Reacțiile aluminiului cu halogenii, care includ fluor, iod, brom și clor, sunt de asemenea posibile. Denumirile acestor procese provin de la denumirile halogenilor corespunzători: fluorurare, iodare, bromurare și clorurare. Acestea sunt reacții de adiție tipice.

Ca exemplu, să luăm în considerare interacțiunea aluminiului cu clorul. Acest tip de proces se poate întâmpla doar în frig.

Deci, luând doi moli de aluminiu și trei moli de clor, rezultă doi moli de clorură ai metalului în cauză. Ecuația acestei reacții este următoarea: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. În același mod puteți obține fluorura de aluminiu, bromura și iodura acesteia.

Substanța în cauză reacționează cu sulful numai atunci când este încălzită. Pentru a efectua reacția dintre acești doi compuși, trebuie să le luați în proporții molare de doi până la trei și se formează o parte de sulfură de aluminiu. Ecuația reacției arată astfel: 2Al + 3S = Al2S3.

În plus, la temperaturi ridicate, aluminiul reacţionează atât cu carbonul, formând carbură, cât şi cu azotul, formând nitrură. Următoarele ecuații ale reacțiilor chimice pot fi citate ca exemplu: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Interacțiunea cu substanțe complexe

Acestea includ apă, săruri, acizi, baze, oxizi. Aluminiul reacționează diferit cu toți acești compuși chimici. Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare caz.

Reacția cu apa

Aluminiul reacționează cu cea mai comună substanță complexă de pe Pământ atunci când este încălzit. Acest lucru se întâmplă numai dacă filmul de oxid este mai întâi îndepărtat. Ca rezultat al interacțiunii, se formează un hidroxid amfoter, iar hidrogenul este de asemenea eliberat în aer. Luând două părți aluminiu și șase părți apă, obținem hidroxid și hidrogen în proporții molare de două până la trei. Ecuația acestei reacții se scrie după cum urmează: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Interacțiune cu acizi, baze și oxizi

Ca și alte metale active, aluminiul este capabil să sufere reacții de substituție. Procedând astfel, poate înlocui hidrogenul din acid sau un cation al unui metal mai pasiv din sarea acestuia. În urma unor astfel de interacțiuni, se formează o sare de aluminiu și se eliberează și hidrogen (în cazul unui acid) sau se precipită un metal pur (unul care este mai puțin activ decât cel în cauză). În al doilea caz apar proprietățile de restaurare menționate mai sus. Un exemplu este interacțiunea aluminiului cu care se formează clorura de aluminiu și hidrogenul este eliberat în aer. Acest tip de reacție este exprimat sub forma următoarei ecuații: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Un exemplu de interacțiune a aluminiului cu sare este reacția acestuia cu Luând aceste două componente, vom obține în cele din urmă cupru pur, care va precipita. Aluminiul reacționează într-un mod unic cu acizi precum sulfuric și nitric. De exemplu, atunci când se adaugă aluminiu la o soluție diluată de acid azotat într-un raport molar de opt părți la treizeci, se formează opt părți de azotat din metalul în cauză, trei părți de oxid nitric și cincisprezece de apă. Ecuația acestei reacții se scrie după cum urmează: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Acest proces are loc numai în prezența temperaturii ridicate.

Dacă amestecăm aluminiu și o soluție slabă de acid sulfat în proporții molare de două până la trei, obținem sulfat de metal în cauză și hidrogen într-un raport de unu la trei. Adică, va avea loc o reacție obișnuită de substituție, așa cum este cazul altor acizi. Pentru claritate, prezentăm ecuația: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Cu toate acestea, cu o soluție concentrată din același acid, totul este mai complicat. Aici, la fel ca și în cazul nitratului, se formează un produs secundar, dar nu sub formă de oxid, ci sub formă de sulf și apă. Dacă luăm cele două componente de care avem nevoie într-un raport molar de doi la patru, atunci rezultatul va fi câte o parte din sarea metalului în cauză și sulf, precum și patru părți de apă. Această interacțiune chimică poate fi exprimată folosind următoarea ecuație: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

În plus, aluminiul este capabil să reacționeze cu soluții alcaline. Pentru a realiza o astfel de interacțiune chimică, trebuie să luați doi moli de metal în cauză, aceeași cantitate de potasiu și, de asemenea, șase moli de apă. Ca urmare, se formează substanțe precum tetrahidroxialuminatul de sodiu sau potasiu, precum și hidrogenul, care este eliberat sub formă de gaz cu miros înțepător în proporții molare de două până la trei. Această reacție chimică poate fi reprezentată sub forma următoarei ecuații: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

Și ultimul lucru care trebuie luat în considerare este modelele de interacțiune a aluminiului cu anumiți oxizi. Cel mai frecvent și folosit caz este reacția Beketov. Ea, ca multe altele discutate mai sus, are loc numai la temperaturi ridicate. Deci, pentru a-l implementa, trebuie să luați doi moli de aluminiu și un mol de oxid de fer. În urma interacțiunii acestor două substanțe, obținem oxid de aluminiu și fier liber în cantități de unu, respectiv doi moli.

Utilizarea metalului în cauză în industrie

Rețineți că utilizarea aluminiului este o întâmplare foarte comună. În primul rând, industria aviației are nevoie de el. Alături de aceasta se mai folosesc aliaje pe bază de metal în cauză. Putem spune că aeronava medie este formată din aliaje de aluminiu 50%, iar motorul său - 25%. Aluminiul este, de asemenea, utilizat în fabricarea de fire și cabluri datorită conductibilității sale electrice excelente. În plus, acest metal și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în industria auto. Din aceste materiale sunt realizate caroseriile mașinilor, autobuzelor, troleibuzelor, unor tramvaie, precum și vagoanelor de tren convenționale și electrice.

Este, de asemenea, utilizat în scopuri la scară mai mică, de exemplu, pentru producția de ambalaje pentru alimente și alte produse și vase. Pentru a face vopsea argintie, aveți nevoie de pulbere din metalul în cauză. Această vopsea este necesară pentru a proteja fierul de coroziune. Putem spune că aluminiul este al doilea cel mai des utilizat metal în industrie, după ferrum. Compușii săi și însuși sunt adesea utilizați în industria chimică. Acest lucru se explică prin proprietățile chimice speciale ale aluminiului, inclusiv proprietățile sale reducătoare și proprietățile amfotere ale compușilor săi. Hidroxidul elementului chimic în cauză este necesar pentru purificarea apei. În plus, este folosit în medicină în procesul de producție a vaccinului. Poate fi găsit și în unele tipuri de plastic și alte materiale.

Rol în natură

După cum am scris deja mai sus, aluminiul se găsește în cantități mari în scoarța terestră. Este deosebit de important pentru organismele vii. Aluminiul este implicat în reglarea proceselor de creștere, formează țesuturi conjunctive precum osul, ligamentul și altele. Datorită acestui microelement, procesele de regenerare a țesuturilor corpului se desfășoară mai rapid. Deficiența sa se caracterizează prin următoarele simptome: tulburări de dezvoltare și creștere la copii; la adulți - oboseală cronică, scăderea performanței, coordonarea defectuoasă a mișcărilor, scăderea ratei de regenerare a țesuturilor, slăbirea mușchilor, în special la nivelul extremităților. Acest fenomen poate apărea dacă mănânci prea puține alimente care conțin acest microelement.

Cu toate acestea, o problemă mai frecventă este excesul de aluminiu în organism. În acest caz, se observă adesea următoarele simptome: nervozitate, depresie, tulburări de somn, scăderea memoriei, rezistență la stres, înmuierea sistemului musculo-scheletic, care poate duce la fracturi și entorse frecvente. Cu un exces pe termen lung de aluminiu în organism, apar adesea probleme în funcționarea aproape a oricărui sistem de organe.

O serie de motive pot duce la acest fenomen. În primul rând, oamenii de știință au demonstrat de mult timp că ustensilele fabricate din metalul în cauză sunt nepotrivite pentru gătirea alimentelor în ele, deoarece la temperaturi ridicate o parte din aluminiu intră în alimente și, ca urmare, consumați mult mai mult din acest microelement decât organismul are nevoie.

Al doilea motiv este utilizarea regulată a produselor cosmetice care conțin metalul în cauză sau sărurile acestuia. Înainte de a utiliza orice produs, ar trebui să citiți cu atenție compoziția acestuia. Cosmeticele nu fac excepție.

Al treilea motiv este să luați medicamente care conțin mult aluminiu pentru o perioadă lungă de timp. Precum și utilizarea necorespunzătoare a vitaminelor și aditivilor alimentari care conțin acest microelement.

Acum să ne dăm seama ce produse conțin aluminiu pentru a-ți regla dieta și a-ți organiza corect meniul. În primul rând, acestea sunt morcovi, brânzeturi procesate, grâu, alaun, cartofi. Avocado și piersici sunt fructe recomandate. În plus, varza albă, orezul și multe ierburi medicinale sunt bogate în aluminiu. De asemenea, cationii metalului în cauză pot fi conținuti în apa de băut. Pentru a evita nivelurile ridicate sau scăzute de aluminiu în organism (precum și orice alt oligoelement), trebuie să vă monitorizați cu atenție dieta și să încercați să o faceți cât mai echilibrată posibil.

DEFINIȚIE

Aluminiu- al treisprezecelea element al tabelului periodic. Denumirea - Al din latinescul „aluminiu”. Situat în a treia perioadă, grupa IIIA. Se referă la metale. Sarcina nucleară este 13.

Aluminiul este cel mai comun metal din scoarța terestră. Este o componentă a argilelor, feldspaților, micii și a multor alte minerale. Conținutul total de aluminiu din scoarța terestră este de 8% (masă).

Aluminiul este un metal ușor alb-argintiu (Fig. 1). Se trage ușor în sârmă și se rulează în foi subțiri.

La temperatura camerei, aluminiul nu se schimbă în aer, ci doar pentru că suprafața sa este acoperită cu o peliculă subțire de oxid, care are un efect protector foarte puternic.

Orez. 1. Aluminiu. Aspect.

Masa atomică și moleculară a aluminiului

Masa moleculară relativă a substanței (Mr) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element(A r) - de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă aluminiul există sub formă de molecule monoatomice de Al, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 26,9815.

Izotopi ai aluminiului

Se știe că în natură aluminiul poate fi găsit sub forma unui izotop stabil 27 Al. Numărul de masă este 27. Nucleul unui atom al izotopului de aluminiu 27 Al conține treisprezece protoni și paisprezece neutroni.

Există izotopi radioactivi ai aluminiului cu numere de masă de la 21 la 42, printre care cel mai longeviv izotop 26 Al, al cărui timp de înjumătățire este de 720 de mii de ani.

Ioni de aluminiu

La nivelul energetic exterior al atomului de aluminiu există trei electroni, care sunt de valență:

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

Ca rezultat al interacțiunii chimice, aluminiul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Al 0 -3e → Al 3+ .

Moleculă și atom de aluminiu

În stare liberă, aluminiul există sub formă de molecule monoatomice de Al. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de aluminiu:

Aliaje de aluminiu

Principala utilizare a aluminiului este producerea de aliaje pe baza acestuia. Aditivii de aliere (de exemplu, cupru, siliciu, magneziu, zinc, mangan) sunt adăugați la aluminiu în principal pentru a crește rezistența acestuia.

Duraluminii care conțin cupru și magneziu, siluminii în care aditivul principal este siliciul, magnaliul (un aliaj de aluminiu cu 9,5-11,5% magneziu) sunt utilizate pe scară largă.

Aluminiul este unul dintre cei mai des întâlniți aditivi în aliajele pe bază de cupru, magneziu, titan, nichel, zinc și fier.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Pentru sudarea șinelor prin metoda aluminotermă se folosește un amestec de aluminiu și oxid de fier Fe 3 O 4. Întocmește o ecuație termochimică pentru reacție dacă formarea fierului cu o greutate de 1 kg (1000 g) eliberează 6340 kJ de căldură.
Soluţie	Să scriem ecuația pentru reacția de producere a fierului prin metoda aluminotermă: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe+ 4Al 2 O 3. Să aflăm masa teoretică a fierului (calculată folosind ecuația reacției termochimice): n(Fe) = 9 mol; m(Fe) = n(Fe) ×M(Fe); m(Fe) = 9 × 56 = 504 g. Fie eliberați x kJ de căldură în timpul reacției. Să facem o proporție: 1000 g - 6340 kJ; 504 g - x kJ. Prin urmare, x va fi egal cu: x = 540 ×6340 / 1000 = 3195. Aceasta înseamnă că în timpul reacției de producere a fierului prin metoda aluminotermă, se eliberează 3195 kJ de căldură. Ecuația termochimică a reacției este: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe+ 4Al 2 O 3 + 3195 kJ.
Răspuns	În timpul reacției, se eliberează 3195 kJ de căldură.

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Aluminiul a fost tratat cu 200 g de soluție de acid azotic 16% și a fost eliberat gaz. Determinați masa și volumul gazului eliberat.
Soluţie	Să scriem ecuația pentru reacția de dizolvare a aluminiului în acid azotic: 2Al + 6HNO3 = 2Al(N03)3 + 3H2-. Să calculăm masa substanței dizolvate a acidului azotic: m(HNO3) = m soluție (HNO3)×w(HNO3) / 100%; m(HNO3) = 20 ×96% / 100% = 19,2 g. Să aflăm cantitatea de acid azotic: M(HNO3) = Ar(H) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 1 + 14 + 3×16 = 63 g/mol. n(HNO3) = m (HNO3) / M(HNO3); n(HNO3) = 19,2 / 63 = 0,3 mol. Conform ecuației reacției n(HNO3) : n(H2) = 6:3, adică. n(H2) = 3×n(HNO3) / 6 = ½ ×n(HNO3) = ½ × 0,3 = 0,15 mol. Apoi masa și volumul hidrogenului eliberat vor fi egale: M(H2) = 2×Ar(H) = 2×1 = 2 g/mol. m(H2) = n(H2) ×M(H2) = 0,15 × 2 = 0,3 g. V(H2) = n(H2) ×V m; V(H 2) = 0,15 × 22,4 = 3,36 l.
Răspuns	Ca rezultat al reacției, hidrogenul este eliberat cu o masă de 0,3 g și un volum de 3,36 litri.

Aluminiul natural este format dintr-un singur nuclid, 27Al. Configurația stratului electronic exterior este 3s2p1. În aproape toți compușii, starea de oxidare a aluminiului este +3 (valența III).

Raza atomului neutru de aluminiu este de 0,143 nm, raza ionului Al3+ este de 0,057 nm. Energiile de ionizare secvențială a unui atom neutru de aluminiu sunt, respectiv, 5,984, 18,828, 28,44 și, respectiv, 120 eV. Conform scalei Pauling, electronegativitatea aluminiului este de 1,5.

Substanța simplă aluminiu este un metal moale, ușor, alb-argintiu.

Proprietăți

Aluminiul este un metal tipic, rețeaua cristalină cubică centrată pe față, parametrul a = 0,40403 nm. Punctul de topire al metalului pur este de 660°C, punctul de fierbere este de aproximativ 2450°C și densitatea este de 2,6989 g/cm3. Coeficientul termic de dilatare liniară a aluminiului este de aproximativ 2,5·10-5 K-1.Potențialul standard al electrodului Al 3+/Al este de 1,663V.

Din punct de vedere chimic, aluminiul este un metal destul de activ. În aer, suprafața sa este acoperită instantaneu cu o peliculă densă de oxid de Al 2 O 3, care împiedică accesul suplimentar al oxigenului (O) la metal și duce la încetarea reacției, ceea ce determină proprietățile anticorozive ridicate ale aluminiului. . Se formează și o peliculă de suprafață de protecție pe aluminiu dacă este plasată în acid azotic concentrat.

Aluminiul reacționează activ cu alți acizi:

6HCl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,

3H2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.

Aluminiul reacţionează cu soluţiile alcaline. În primul rând, filmul protector de oxid se dizolvă:

Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na.

Apoi apar reacțiile:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2,

NaOH + Al(OH) 3 = Na,

sau in total:

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

iar ca urmare se formează aluminați: Na - aluminat de sodiu (Na) (tetrahidroxoaluminat de sodiu), K - aluminat de potasiu (K) (tetrahidroxoaluminat de potasiu), sau alții.Deoarece atomul de aluminiu din acești compuși se caracterizează printr-un număr de coordonare de 6, nu 4, atunci formulele actuale ale acestor compuși tetrahidroxo sunt după cum urmează:

Na și K.

Când este încălzit, aluminiul reacţionează cu halogenii:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3,

2Al + 3 Br 2 = 2AlBr 3.

Interesant este că reacția dintre pulberile de aluminiu și iod (I) începe la temperatura camerei dacă la amestecul inițial se adaugă câteva picături de apă, care în acest caz joacă rolul unui catalizator:

2Al + 3I 2 = 2AlI 3.

Interacțiunea aluminiului cu sulful (S) atunci când este încălzit duce la formarea sulfurei de aluminiu:

2Al + 3S = Al 2 S 3,

care se descompune ușor de apă:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S.

Aluminiul nu interacționează direct cu hidrogenul (H), cu toate acestea, în moduri indirecte, de exemplu, folosind compuși organoaluminiu, este posibil să se sintetizeze hidrură de aluminiu polimerică solidă (AlH 3) x - un agent reducător foarte puternic.

Sub formă de pulbere, aluminiul poate fi ars în aer și se formează o pulbere albă, refractară, de oxid de aluminiu Al 2 O 3.

Rezistența ridicată a legăturii în Al 2 O 3 determină căldura ridicată a formării sale din substanțe simple și capacitatea aluminiului de a reduce multe metale din oxizii lor, de exemplu:

3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe și chiar

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca.

Această metodă de obținere a metalelor se numește aluminotermie.

Oxidului amfoter Al 2 O 3 corespunde hidroxidului amfoter - un compus polimeric amorf care nu are o compoziție constantă. Compoziția hidroxidului de aluminiu poate fi exprimată prin formula xAl 2 O 3 · yH 2 O; atunci când se studiază chimia la școală, formula hidroxidului de aluminiu este cel mai adesea indicată ca Al(OH) 3.

În laborator, hidroxidul de aluminiu poate fi obținut sub formă de precipitat gelatinos prin reacții de schimb:

Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4,

sau prin adăugarea de sifon în soluția de sare de aluminiu:

2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3CO2,

precum și adăugarea unei soluții de amoniac la o soluție de sare de aluminiu:

AlCI3 + 3NH3.H2O = Al(OH)3 + 3H20 + 3NH4CI.

Denumirea și istoria descoperirii: latinescul aluminiu provine din latinescul alumen, adică alaun (sulfat de aluminiu și potasiu (K) KAl(SO 4) 2 12H 2 O), care a fost folosit mult timp în tăbăcirea pieilor și ca astringent. Datorită activității chimice ridicate, descoperirea și izolarea aluminiului pur a durat aproape 100 de ani. Concluzia că „pământul” (o substanță refractară, în termeni moderni - oxid de aluminiu) poate fi obținut din alaun a fost făcută încă din 1754 de chimistul german A. Marggraf. Mai târziu s-a dovedit că același „pământ” poate fi izolat din lut și a început să fie numit alumină. Abia în 1825 fizicianul danez H. K. Ørsted a reușit să obțină aluminiu metalic. A tratat clorură de aluminiu AlCl 3, care poate fi obținută din alumină, cu amalgam de potasiu (un aliaj de potasiu (K) cu mercur (Hg)), iar după distilarea mercurului (Hg), a izolat pulberea de aluminiu gri.

Doar un sfert de secol mai târziu această metodă a fost ușor modernizată. În 1854, chimistul francez A.E. Saint-Clair Deville a propus utilizarea sodiului metalic (Na) pentru a produce aluminiu și a obținut primele lingouri ale noului metal. Costul aluminiului era foarte mare la acea vreme, iar din el se făceau bijuterii.

O metodă industrială de producere a aluminiului prin electroliza topiturii amestecurilor complexe, inclusiv oxid de aluminiu, fluorură și alte substanțe, a fost dezvoltată independent în 1886 de P. Héroux (Franța) și C. Hall (SUA). Producția de aluminiu este asociată cu un consum mare de energie, așa că a fost implementată pe scară largă abia în secolul al XX-lea. În Uniunea Sovietică, primul aluminiu industrial a fost produs la 14 mai 1932 la uzina de aluminiu Volhov, construită lângă centrala hidroelectrică Volhov.