Porovnanie vlastností hliníka so susednými prvkami. Vlastnosti zloženia, vlastnosti a vlastnosti hliníka

Kovy sú jedným z najpohodlnejších materiálov na spracovanie. Majú aj vlastných vodcov. Napríklad základné vlastnosti hliníka sú ľuďom známe už dlho. Sú tak vhodné na každodenné použitie, že sa tento kov stal veľmi obľúbeným. Čo sú jednoduchá látka aj atóm, zvážime v tomto článku.

História objavu hliníka

Človek už dlho poznal zlúčeninu predmetného kovu - používal sa ako prostriedok, ktorý napúčal a spojil zložky zmesi, čo bolo potrebné aj pri výrobe kožených výrobkov. Existencia oxidu hlinitého vo svojej čistej forme sa stala známou v 18. storočí, v jeho druhej polovici. Tá však nebola prijatá.

Vedec H. K. Ørsted ako prvý izoloval kov z jeho chloridu. Bol to on, kto ošetril soľ amalgámom draslíka a zo zmesi izoloval šedý prášok, ktorým bol hliník v čistej forme.

Potom sa ukázalo, že chemické vlastnosti hliníka sa prejavujú v jeho vysokej aktivite a silnej redukčnej schopnosti. Preto s ním dlho nikto iný nepracoval.

V roku 1854 však Francúz Deville dokázal elektrolýzou taveniny získať kovové ingoty. Táto metóda je aktuálna aj dnes. Najmä masová výroba cenného materiálu sa začala v 20. storočí, keď sa riešili problémy výroby veľkého množstva elektriny v podnikoch.

Dnes je tento kov jedným z najpopulárnejších a najpoužívanejších v stavebníctve a domácom priemysle.

Všeobecné charakteristiky atómu hliníka

Ak charakterizujeme predmetný prvok podľa jeho polohy v periodickej tabuľke, potom možno rozlíšiť niekoľko bodov.

1. Sériové číslo - 13.
2. Nachádza sa v treťom malom období, tretej skupine, hlavnej podskupine.
3. Atómová hmotnosť - 26,98.
4. Počet valenčných elektrónov je 3.
5. Konfigurácia vonkajšej vrstvy je vyjadrená vzorcom 3s 2 3p 1.
6. Názov prvku je hliník.
7. silne vyjadrené.
8. V prírode nemá žiadne izotopy, existuje iba v jednej forme, s hmotnostným číslom 27.
9. Chemická značka je AL, vo vzorcoch sa číta ako „hliník“.
10. Oxidačný stav je jedna, rovný +3.

Chemické vlastnosti hliníka sú plne potvrdené elektrónovou štruktúrou jeho atómu, pretože má veľký atómový polomer a nízku elektrónovú afinitu a je schopný pôsobiť ako silné redukčné činidlo, ako všetky aktívne kovy.

Hliník ako jednoduchá látka: fyzikálne vlastnosti

Ak hovoríme o hliníku ako o jednoduchej látke, tak ide o strieborno-biely lesklý kov. Na vzduchu rýchlo oxiduje a pokryje sa hustým oxidovým filmom. To isté sa deje pri vystavení koncentrovaným kyselinám.

Prítomnosť takejto vlastnosti robí výrobky vyrobené z tohto kovu odolnými voči korózii, čo je, samozrejme, pre ľudí veľmi výhodné. To je dôvod, prečo je hliník tak široko používaný v stavebníctve. Sú zaujímavé aj tým, že tento kov je veľmi ľahký, no napriek tomu odolný a mäkký. Kombinácia takýchto vlastností nie je dostupná pre každú látku.

Existuje niekoľko základných fyzikálnych vlastností, ktoré sú charakteristické pre hliník.

1. Vysoký stupeň kujnosti a ťažnosti. Z tohto kovu je vyrobená ľahká, pevná a veľmi tenká fólia, ktorá je tiež zvinutá do drôtu.
2. Teplota topenia - 660 °C.
3. Bod varu - 2450 0 C.
4. Hustota - 2,7 g / cm3.
5. Krištáľová mriežka je objemová plošne centrovaná, kovová.
6. Typ pripojenia - kov.

Fyzikálne a chemické vlastnosti hliníka určujú oblasti jeho použitia a použitia. Ak hovoríme o každodenných aspektoch, potom veľkú úlohu zohrávajú vlastnosti, o ktorých sme už hovorili vyššie. Ako ľahký, odolný a antikorózny kov sa hliník používa pri stavbe lietadiel a lodí. Preto je veľmi dôležité poznať tieto vlastnosti.

Chemické vlastnosti hliníka

Z chemického hľadiska je príslušný kov silné redukčné činidlo, ktoré je schopné vykazovať vysokú chemickú aktivitu, pričom je čistou látkou. Hlavná vec je odstrániť oxidový film. V tomto prípade sa aktivita prudko zvyšuje.

Chemické vlastnosti hliníka ako jednoduchej látky sú určené jeho schopnosťou reagovať s:

• kyseliny;
• alkálie;
• halogény;
• síra.

Za normálnych podmienok neinteraguje s vodou. V tomto prípade z halogénov bez zahrievania reaguje iba s jódom. Ostatné reakcie vyžadujú teplotu.

Na ilustráciu chemických vlastností hliníka možno uviesť príklady. Rovnice reakcií interakcie s:

• kyseliny- AL + HCL = A1CL3 + H2;
• alkálie- 2Al + 6H20 + 2NaOH = Na + 3H2;
• halogény- AL + Hal = ALHal3;
• sivá- 2AL + 3S = AL 2 S 3.

Vo všeobecnosti je najdôležitejšou vlastnosťou predmetnej látky jej vysoká schopnosť obnoviť ďalšie prvky z ich zlúčenín.

Regeneračná kapacita

Redukčné vlastnosti hliníka sú jasne viditeľné pri reakciách interakcie s oxidmi iných kovov. Ľahko ich extrahuje zo zloženia látky a umožňuje im existovať v jednoduchej forme. Napríklad: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

V metalurgii existuje celý spôsob výroby látok založených na podobných reakciách. Hovorí sa tomu aluminotermia. Preto sa v chemickom priemysle tento prvok používa špeciálne na výrobu iných kovov.

Distribúcia v prírode

Z hľadiska prevalencie medzi ostatnými kovovými prvkami je hliník na prvom mieste. V zemskej kôre je obsiahnutých 8,8 %. Ak ho porovnáme s nekovmi, tak jeho miesto bude tretie, po kyslíku a kremíku.

Pre svoju vysokú chemickú aktivitu sa nenachádza v čistej forme, ale len ako súčasť rôznych zlúčenín. Napríklad existuje veľa známych rúd, minerálov a hornín, ktoré obsahujú hliník. Extrahuje sa však len z bauxitu, ktorého obsah v prírode nie je príliš vysoký.

Najbežnejšie látky obsahujúce príslušný kov:

• živce;
• bauxit;
• žuly;
• oxid kremičitý;
• hlinitokremičitany;
• bazalty a iné.

V malých množstvách sa hliník nevyhnutne nachádza v bunkách živých organizmov. Niektoré druhy machov a morských obyvateľov sú schopné akumulovať tento prvok vo svojom tele počas svojho života.

Potvrdenie

Fyzikálne a chemické vlastnosti hliníka umožňujú získať ho iba jedným spôsobom: elektrolýzou taveniny zodpovedajúceho oxidu. Tento proces je však technologicky zložitý. Teplota topenia AL 2 O 3 presahuje 2000 0 C. Z tohto dôvodu nemôže byť priamo podrobený elektrolýze. Preto postupujte nasledovne.

Výťažok produktu je 99,7 %. Je však možné získať ešte čistejší kov, ktorý sa používa na technické účely.

Aplikácia

Mechanické vlastnosti hliníka nie sú také dobré, aby sa dal použiť v čistej forme. Preto sa najčastejšie používajú zliatiny na báze tejto látky. Tých je veľa, môžete vymenovať tie najzákladnejšie.

1. duralové.
2. Hliník-mangán.
3. Hliník-horčík.
4. Hliník-meď.
5. Silumíny.
6. Aviál.

Ich hlavným rozdielom sú, prirodzene, prísady tretích strán. Všetky sú na báze hliníka. Ostatné kovy robia materiál trvanlivejším, odolnejším voči korózii, opotrebeniu a ľahko sa spracováva.

Existuje niekoľko hlavných oblastí použitia hliníka, a to ako v čistej forme, tak aj vo forme jeho zlúčenín (zliatin).

Spolu so železom a jeho zliatinami je hliník najdôležitejším kovom. Práve títo dvaja zástupcovia periodickej tabuľky našli najrozsiahlejšie priemyselné uplatnenie v ľudských rukách.

Vlastnosti hydroxidu hlinitého

Hydroxid je najbežnejšou zlúčeninou, ktorú tvorí hliník. Jeho chemické vlastnosti sú rovnaké ako vlastnosti samotného kovu – je amfotérny. To znamená, že je schopný vykazovať dvojakú povahu, reagovať s kyselinami aj zásadami.

Samotný hydroxid hlinitý je biela želatínová zrazenina. Ľahko sa získa reakciou hlinitej soli s alkáliou alebo reakciou s kyselinami, pričom tento hydroxid poskytuje obvyklú zodpovedajúcu soľ a vodu. Ak reakcia prebieha s alkáliou, tak vznikajú hydroxokomplexy hliníka, v ktorých je jeho koordinačné číslo 4. Príklad: Na - tetrahydroxoaluminát sodný.

Príprava kamenca draselného

hliník(lat. hliník), – v periodickej tabuľke je hliník v tretej perióde, v hlavnej podskupine tretej skupiny. Základný náboj +13. Elektrónová štruktúra atómu je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Kovový atómový polomer je 0,143 nm, kovalentný polomer je 0,126 nm, konvenčný polomer iónu Al 3+ je 0,057 nm. Ionizačná energia Al – Al + 5,99 eV.

Najcharakteristickejší oxidačný stav atómu hliníka je +3. Negatívne oxidačné stavy sa vyskytujú zriedkavo. Vo vonkajšej elektrónovej vrstve atómu sú voľné d-podúrovne. Vďaka tomu môže byť jeho koordinačné číslo v zlúčeninách nielen 4 (AlCl 4-, AlH 4-, hlinitokremičitany), ale aj 6 (Al 2 O 3, 3+).

Historický odkaz. Názov hliník pochádza z latinčiny. alumen – teda ešte v roku 500 pred Kr. nazývaný hliníkový kamenec, ktorý sa používal ako moridlo na farbenie látok a na činenie kože. Dánsky vedec H. K. Oersted v roku 1825 pôsobením amalgámu draslíka na bezvodý AlCl 3 a následným oddestilovaním ortuti získal relatívne čistý hliník. Prvý priemyselný spôsob výroby hliníka navrhol v roku 1854 francúzsky chemik A.E. Sainte-Clair Deville: metóda spočívala v redukcii dvojitého hliníka a chloridu sodného Na3AlCl6 kovovým sodíkom. Farba podobná striebru, hliník bol spočiatku veľmi drahý. Od roku 1855 do roku 1890 sa vyrobilo iba 200 ton hliníka. Moderný spôsob výroby hliníka elektrolýzou taveniny kryolit-oxid hlinitý vyvinuli v roku 1886 súčasne a nezávisle C. Hall v USA a P. Heroux vo Francúzsku.

Byť v prírode

Hliník je najbežnejším kovom v zemskej kôre. Predstavuje 5,5–6,6 mol. zlomok % alebo 8 % hmotn. Jeho hlavná hmota je koncentrovaná v hlinitokremičitanoch. Mimoriadne bežným produktom deštrukcie nimi tvorených hornín je hlina, ktorej hlavné zloženie zodpovedá vzorcu Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Z ostatných prírodných foriem hliníka má najväčší význam bauxit Al 2 O 3 . xH 2 O a minerály korund Al 2 O 3 a kryolit AlF 3. 3NaF.

Potvrdenie

V súčasnosti sa v priemysle hliník vyrába elektrolýzou roztoku oxidu hlinitého Al 2 O 3 v roztavenom kryolite. Al203 musí byť dosť čistý, pretože nečistoty sa z taveniny hliníka ťažko odstraňujú. Teplota topenia Al 2 O 3 je asi 2 050 oC a kryolitu 1 100 o C. Roztavená zmes kryolitu a Al 2 O 3 obsahujúca asi 10 % hmotn. Al 2 O 3 sa podrobí elektrolýze, ktorá sa topí pri 960 o C a má elektrickú vodivosť, hustotu a viskozitu, ktoré sú pre tento proces najpriaznivejšie. S pridaním AlF3, CaF2 a MgF2 je možná elektrolýza pri 950 °C.

Elektrolyzér na tavenie hliníka je železný plášť vyložený žiaruvzdornými tehlami zvnútra. Jeho dno (spodné), zostavené z blokov stlačeného uhlia, slúži ako katóda. Anódy sú umiestnené na vrchu: ide o hliníkové rámy plnené uhoľnými briketami.

Al203 = Al3+ + Al033-

Na katóde sa uvoľňuje tekutý hliník:

Al3+ + 3e - = Al

Hliník sa zhromažďuje na dne pece, odkiaľ sa periodicky uvoľňuje. Na anóde sa uvoľňuje kyslík:

4AlO 3 3- – 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Kyslík oxiduje grafit na oxidy uhlíka. Keď uhlík horí, anóda sa vytvára.

Hliník sa tiež používa ako legovacia prísada do mnohých zliatin, aby im dodal tepelnú odolnosť.

Fyzikálne vlastnosti hliníka. Hliník spája veľmi cenný súbor vlastností: nízka hustota, vysoká tepelná a elektrická vodivosť, vysoká ťažnosť a dobrá odolnosť proti korózii. Dá sa ľahko kovať, raziť, valcovať, kresliť. Hliník sa dobre zvára plynovým, kontaktným a inými typmi zvárania. Hliníková mriežka je kubická plošne centrovaná s parametrom a = 4,0413 Å. Vlastnosti hliníka, ako všetkých kovov, preto závisia od jeho čistoty. Vlastnosti vysoko čistého hliníka (99,996 %): hustota (pri 20 °C) 2698,9 kg/m3; tpl 660,24 °C; teplota varu asi 2500 °C; koeficient tepelnej rozťažnosti (od 20° do 100 °C) 23,86·10 -6; tepelná vodivosť (pri 190 °C) 343 W/m·K, merná tepelná kapacita (pri 100 °С) 931,98 J/kg·K. ; elektrická vodivosť vzhľadom na meď (pri 20 °C) 65,5 %. Hliník má nízku pevnosť (pevnosť v ťahu 50–60 Mn/m2), tvrdosť (170 Mn/m2 podľa Brinella) a vysokú ťažnosť (až 50 %). Počas valcovania za studena sa pevnosť v ťahu hliníka zvyšuje na 115 Mn / m2, tvrdosť - až 270 Mn / m2, relatívne predĺženie klesá na 5% (1 Mn / m2 ~ a 0,1 kgf / mm2). Hliník je vysoko leštený, eloxovaný a má vysokú odrazivosť blízku striebru (odráža až 90% dopadajúcej svetelnej energie). S vysokou afinitou ku kyslíku je hliník vo vzduchu pokrytý tenkým, ale veľmi silným filmom oxidu Al 2 O 3, ktorý chráni kov pred ďalšou oxidáciou a určuje jeho vysoké antikorózne vlastnosti. Pevnosť oxidového filmu a jeho ochranný účinok výrazne klesá v prítomnosti nečistôt ortuti, sodíka, horčíka, medi atď. Hliník je odolný voči atmosférickej korózii, morskej a sladkej vode, prakticky neinteraguje s koncentrovanou alebo silne zriedenou dusičnou kyselina, organické kyseliny, potravinárske výrobky.

Chemické vlastnosti

Keď sa jemne drvený hliník zahrieva, na vzduchu prudko horí. Jeho interakcia so sírou prebieha podobne. Kombinácia s chlórom a brómom sa vyskytuje pri bežných teplotách a s jódom - pri zahrievaní. Pri veľmi vysokých teplotách sa hliník priamo spája aj s dusíkom a uhlíkom. Naopak, s vodíkom neinteraguje.

Hliník je celkom odolný voči vode. Ak sa však ochranný účinok oxidového filmu odstráni mechanicky alebo amalgamáciou, dôjde k prudkej reakcii:

Silne zriedená a veľmi koncentrovaná HNO3 a H2SO4 nemá na hliník (v chlade) takmer žiadny vplyv, pričom pri stredných koncentráciách týchto kyselín sa postupne rozpúšťa. Čistý hliník je celkom odolný voči kyseline chlorovodíkovej, ale bežný priemyselný kov sa v ňom rozpúšťa.

Keď je hliník vystavený vodným roztokom alkálií, vrstva oxidu sa rozpúšťa a vytvárajú sa hlinitany - soli obsahujúce hliník ako súčasť aniónu:

Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na

Hliník bez ochranného filmu interaguje s vodou a vytláča z nej vodík:

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

Výsledný hydroxid hlinitý reaguje s prebytkom alkálií za vzniku hydroxoaluminátu:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Celková rovnica pre rozpúšťanie hliníka vo vodnom alkalickom roztoku:

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

Hliník sa zreteľne rozpúšťa v roztokoch solí, ktoré v dôsledku svojej hydrolýzy reagujú kyslo alebo alkalicky, napríklad v roztoku Na2C03.

V rade napätí sa nachádza medzi Mg a Zn. Vo všetkých svojich stabilných zlúčeninách je hliník trojmocný.

Kombinácia hliníka s kyslíkom je sprevádzaná enormným uvoľňovaním tepla (1676 kJ/mol Al 2 O 3), podstatne väčším ako u mnohých iných kovov. Vzhľadom na to, keď sa zmes oxidu zodpovedajúceho kovu s hliníkovým práškom zahreje, dôjde k prudkej reakcii, ktorá vedie k uvoľneniu voľného kovu z použitého oxidu. Na získanie množstva prvkov (Cr, Mn, V, W atď.) vo voľnom stave sa často používa redukčná metóda pomocou Al (aluminotermia).

Aluminotermia sa niekedy používa na zváranie jednotlivých oceľových častí, najmä spojov električkových koľajníc. Použitá zmes („termit“) zvyčajne pozostáva z jemných práškov hliníka a Fe304. Zapaľuje sa pomocou zápalnice vyrobenej zo zmesi Al a BaO2. Hlavná reakcia sa riadi rovnicou:

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

Okrem toho sa teplota vyvíja okolo 3000 o C.

Oxid hlinitý je biely, veľmi žiaruvzdorný (t.t. 2050 °C) a nerozpustný vo vode. Prírodný Al 2 O 3 (minerálny korund), ako aj tie, ktoré sa získavajú umelo a následne vysoko kalcinované, sa vyznačujú vysokou tvrdosťou a nerozpustnosťou v kyselinách. Al 2 O 3 (tzv. oxid hlinitý) možno premeniť do rozpustného stavu fúziou s alkáliami.

Prírodný korund kontaminovaný oxidom železa sa pre svoju extrémnu tvrdosť zvyčajne používa na výrobu brúsnych kotúčov, brúsnych kameňov atď. V jemne drvenej forme sa nazýva šmirgeľ a používa sa na čistenie kovových povrchov a výrobu brúsneho papiera. Na rovnaké účely sa často používa Al 2 O 3, získaný tavením bauxitu (odborný názov - alundum).

Transparentné farebné kryštály korundu - červený rubín - prímes chrómu - a modrý zafír - prímes titánu a železa - drahé kamene. Získavajú sa aj umelo a používajú sa na technické účely, napríklad na výrobu dielov pre presné prístroje, kamienky do hodiniek atď. Kryštály rubínu obsahujúce malú prímes Cr 2 O 3 sa používajú ako kvantové generátory - lasery, ktoré vytvárajú smerovaný lúč monochromatického žiarenia.

Vzhľadom na nerozpustnosť Al 2 O 3 vo vode možno hydroxid Al(OH) 3 zodpovedajúci tomuto oxidu získať len nepriamo zo solí. Prípravu hydroxidu je možné znázorniť podľa nasledujúcej schémy. Pôsobením alkálií sú OH – ióny postupne nahradené 3+ molekulami vody v akvakomplexoch:

3+ + OH- = 2+ + H20

2+ + OH- = + + H20

OH- = 0 + H20

Al(OH) 3 je objemná želatínová biela zrazenina, prakticky nerozpustná vo vode, ale ľahko rozpustná v kyselinách a silných zásadách. Má teda amfotérny charakter. Jeho zásadité a najmä kyslé vlastnosti sa však prejavujú pomerne slabo. Hydroxid hlinitý je nerozpustný v nadbytku NH4OH. Jedna z foriem dehydratovaného hydroxidu, hlinitý gél, sa v technológii používa ako adsorbent.

Pri interakcii so silnými alkáliami sa vytvárajú zodpovedajúce hlinitany:

NaOH + Al(OH)3 = Na

Hlinitany najaktívnejších jednomocných kovov sú vysoko rozpustné vo vode, ale v dôsledku silnej hydrolýzy sú ich roztoky stabilné len v prítomnosti dostatočného nadbytku alkálií. Hlinitany, vyrábané zo slabších zásad, sú takmer úplne hydrolyzované v roztoku, a preto sa dajú získať len suchým spôsobom (fúziou Al 2 O 3 s oxidmi príslušných kovov). Vznikajú metahlinitany, ktorých zloženie je odvodené od kyseliny metahlinitej HAlO 2. Väčšina z nich je nerozpustná vo vode.

Al(OH) 3 tvorí soli s kyselinami. Deriváty väčšiny silných kyselín sú vysoko rozpustné vo vode, sú však pomerne výrazne hydrolyzované, a preto ich roztoky vykazujú kyslú reakciu. Rozpustné hlinité soli a slabé kyseliny sú ešte viac hydrolyzované. Kvôli hydrolýze nemožno z vodných roztokov získať sulfid, uhličitan, kyanid a niektoré ďalšie soli hliníka.

Vo vodnom prostredí je anión Al 3+ priamo obklopený šiestimi molekulami vody. Takýto hydratovaný ión je trochu disociovaný podľa schémy:

3+ + H20 = 2+ + OH3+

Jeho disociačná konštanta je 1. 10-5, t.j. je to slabá kyselina (v sile blízka kyseline octovej). Oktaedrické prostredie Al 3+ so šiestimi molekulami vody je zachované aj v kryštalických hydrátoch množstva hliníkových solí.

Za hlinitokremičitany možno považovať silikáty, v ktorých je časť kremičito-kyslíkových tetraérov SiO 4 4 - nahradená hliníkovo-kyslíkovými tetraédrami AlO 4 5. Z hlinitokremičitanov sú najrozšírenejšie živce, ktoré tvoria viac ako polovicu hmotnosti zemská kôra. Ich hlavnými predstaviteľmi sú minerály

ortoklas K2Al2Si6016 alebo K20. Al203. 6SiO2

albit Na2Al2Si6016 alebo Na20. Al203. 6SiO2

anortit CaAl2Si208 alebo CaO. Al203. 2SiO2

Veľmi rozšírené sú minerály sľudovej skupiny, napríklad muskovit Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Veľký praktický význam má minerál nefelín (Na, K) 2, ktorý sa používa na výrobu oxidu hlinitého, produktov sódy a cementu. Táto výroba pozostáva z nasledujúcich operácií: a) nefelín a vápenec sa spekajú v rúrových peciach pri 1200 o C:

(Na, K)2 + 2CaC03 = 2CaSi03 + NaAl02 + KAl02 + 2C02

b) vzniknutá hmota sa vylúhuje vodou - vznikne roztok hlinitanov sodných a draselných a suspenzia CaSiO 3:

NaAl02 + KAl02 + 4H20 = Na + K

c) CO 2 vznikajúci pri spekaní prechádza cez roztok hlinitanu:

Na + K + 2C02 = NaHC03 + KHC03 + 2Al(OH)3

d) zahrievaním Al(OH)3 sa získa oxid hlinitý:

2Al(OH)3 = A1203 + 3H20

e) odparením matečného lúhu sa oddelí sóda a výluh a predtým získaný kal sa použije na výrobu cementu.

Pri výrobe 1 tony Al 2 O 3 sa získa 1 tona sódy a 7,5 tony cementu.

Niektoré hlinitokremičitany majú voľnú štruktúru a sú schopné iónovej výmeny. Takéto silikáty – prírodné a najmä umelé – sa používajú na zmäkčovanie vody. Okrem toho sa vďaka svojmu vysoko vyvinutému povrchu používajú ako nosiče katalyzátorov, t.j. ako materiály impregnované katalyzátorom.

Halogenidy hliníka sú za normálnych podmienok bezfarebné kryštalické látky. V rade halogenidov hliníka má AlF 3 veľmi odlišné vlastnosti od svojich analógov. Je žiaruvzdorný, málo rozpustný vo vode a chemicky neaktívny. Hlavná metóda výroby AlF3 je založená na pôsobení bezvodého HF na Al203 alebo Al:

Al203 + 6HF = 2AlF3 + 3H20

Zlúčeniny hliníka s chlórom, brómom a jódom sú taviteľné, veľmi reaktívne a vysoko rozpustné nielen vo vode, ale aj v mnohých organických rozpúšťadlách. Interakcia halogenidov hliníka s vodou je sprevádzaná výrazným uvoľňovaním tepla. Vo vodnom roztoku sú všetky vysoko hydrolyzované, ale na rozdiel od typických kyslých nekovových halogenidov je ich hydrolýza neúplná a reverzibilná. AlCl 3, AlBr 3 a Al 3, ktoré sú výrazne prchavé aj za normálnych podmienok, dymia vo vlhkom vzduchu (v dôsledku hydrolýzy). Možno ich získať priamou interakciou jednoduchých látok.

Hustoty pár AlCl3, AlBr3 a AlI3 pri relatívne nízkych teplotách viac-menej presne zodpovedajú dvojitým vzorcom - Al2Hal6. Priestorová štruktúra týchto molekúl zodpovedá dvom tetraédrom so spoločným okrajom. Každý atóm hliníka je naviazaný na štyri atómy halogénu a každý z centrálnych atómov halogénu je naviazaný na oba atómy hliníka. Z dvoch väzieb centrálneho atómu halogénu je jedna donor-akceptorová, pričom hliník funguje ako akceptor.

S halogenidovými soľami mnohých jednomocných kovov tvoria halogenidy hliníka komplexné zlúčeniny, najmä typu M3 a M (kde Hal je chlór, bróm alebo jód). Sklon k adičným reakciám je všeobecne veľmi výrazný v uvažovaných halogenidoch. To je presne dôvod pre najdôležitejšie technické využitie AlCl 3 ako katalyzátora (pri rafinácii ropy a organických syntézach).

Z fluorohlinitanov má najväčšie využitie (na výrobu Al, F 2, emailov, skla a pod.) Na 3 kryolit. Priemyselná výroba umelého kryolitu je založená na úprave hydroxidu hlinitého kyselinou fluorovodíkovou a sódou:

2Al(OH)3 + 12HF + 3Na2C03 = 2Na3 + 3C02 + 9H20

Chlór-, bróm- a jódhlinitany sa získavajú tavením trihalogenidov hliníka s halogenidmi zodpovedajúcich kovov.

Hoci hliník chemicky nereaguje s vodíkom, hydrid hlinitý možno získať nepriamo. Je to biela amorfná hmota zloženia (AlH 3) n. Pri zahrievaní nad 105 o C sa rozkladá za uvoľňovania vodíka.

Keď AlH3 interaguje s bázickými hydridmi v éterickom roztoku, tvoria sa hydrohlinitany:

LiH + A1H3 = Li

Hydridohlinitany sú biele pevné látky. Rýchlo sa rozkladá vodou. Sú to silné redukčné činidlá. Používajú sa (najmä Li) v organickej syntéze.

Síran hlinitý Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O sa získava pôsobením horúcej kyseliny sírovej na oxid hlinitý alebo kaolín. Používa sa na čistenie vody, ako aj pri príprave určitých druhov papiera.

Kamenec draselno-hlinitý KAl(SO 4) 2. 12H 2 O sa používa vo veľkých množstvách na činenie kože a tiež vo farbiarskom priemysle ako moridlo na bavlnené tkaniny. V druhom prípade je účinok kamenca založený na skutočnosti, že hydroxid hlinitý vznikajúci ako výsledok jeho hydrolýzy sa ukladá vo vláknach tkaniny v jemne rozptýlenom stave a adsorbujúc farbivo ho pevne drží na vlákne.

Z ďalších derivátov hliníka treba spomenúť jeho acetát (inak soľ kyseliny octovej) Al(CH 3 COO) 3, používaný pri farbení látok (ako moridlo) a v medicíne (vody a obklady). Dusičnan hlinitý je ľahko rozpustný vo vode. Fosforečnan hlinitý je nerozpustný vo vode a kyseline octovej, ale rozpustný v silných kyselinách a zásadách.

Hliník v tele. Hliník je súčasťou tkanív zvierat a rastlín; v orgánoch cicavcov sa našlo od 10 -3 do 10 -5 % hliníka (na surovej báze). Hliník sa hromadí v pečeni, pankrease a štítnej žľaze. V rastlinných produktoch sa obsah hliníka pohybuje od 4 mg na 1 kg sušiny (zemiaky) do 46 mg (žltá repa), v produktoch živočíšneho pôvodu - od 4 mg (med) do 72 mg na 1 kg sušiny ( hovädzie mäso). V dennej ľudskej strave dosahuje obsah hliníka 35–40 mg. Známe sú organizmy, ktoré koncentrujú hliník, napríklad machy (Lycopodiaceae), ktoré obsahujú v popole až 5,3 % hliníka a mäkkýše (Helix a Lithorina), ktoré obsahujú v popole 0,2–0,8 % hliníka. Tvorením nerozpustných zlúčenín s fosfátmi hliník narúša výživu rastlín (absorpcia fosfátov koreňmi) a živočíchov (absorpcia fosfátov v črevách).

Geochémia hliníka. Geochemické vlastnosti hliníka sú určené jeho vysokou afinitou ku kyslíku (v mineráloch je hliník súčasťou kyslíkových oktaérov a štvorstenov), konštantnou valenciou (3) a nízkou rozpustnosťou väčšiny prírodných zlúčenín. Pri endogénnych procesoch pri tuhnutí magmy a vzniku vyvrelín sa hliník dostáva do kryštálovej mriežky živcov, sľudy a iných minerálov – hlinitokremičitanov. V biosfére je hliník slabým migrantom, v organizmoch a hydrosfére je ho málo. Vo vlhkom podnebí, kde rozkladajúce sa zvyšky bohatej vegetácie tvoria mnohé organické kyseliny, hliník migruje v pôdach a vodách vo forme organominerálnych koloidných zlúčenín; hliník je adsorbovaný koloidmi a ukladá sa v spodnej časti pôd. Väzba medzi hliníkom a kremíkom je čiastočne porušená a na niektorých miestach v trópoch vznikajú minerály - hydroxidy hliníka - boehmit, diaspóry, hydrargilit. Väčšina hliníka je súčasťou hlinitokremičitanov – kaolinitu, beidelitu a iných ílových minerálov. Slabá pohyblivosť určuje zvyškovú akumuláciu hliníka vo zvetrávacej kôre vlhkých trópov. V dôsledku toho vzniká eluviálny bauxit. V minulých geologických epochách sa bauxit hromadil aj v jazerách a pobrežných zónach morí v tropických oblastiach (napríklad sedimentárne bauxity v Kazachstane). V stepiach a púšťach, kde je málo živej hmoty a vody sú neutrálne a zásadité, hliník takmer nemigruje. Migrácia hliníka je najenergickejšia vo vulkanických oblastiach, kde sú pozorované vysoko kyslé riečne a podzemné vody bohaté na hliník. V miestach, kde sa miešajú kyslé vody s alkalickými morskými vodami (pri ústiach riek a iných), sa zráža hliník s tvorbou bauxitových usadenín.

Aplikácia hliníka. Kombinácia fyzikálnych, mechanických a chemických vlastností hliníka určuje jeho široké využitie takmer vo všetkých oblastiach techniky, najmä vo forme jeho zliatin s inými kovmi. V elektrotechnike hliník úspešne nahrádza meď, najmä pri výrobe masívnych vodičov, napríklad v nadzemných vedeniach, vysokonapäťových kábloch, rozvádzačových zberniciach, transformátoroch (elektrická vodivosť hliníka dosahuje 65,5 % elektrickej vodivosti medi, resp. je viac ako trikrát ľahší ako meď; s prierezom poskytujúcim rovnakú vodivosť je hmotnosť hliníkových drôtov polovičná ako hmotnosť medi). Ultra čistý hliník sa používa pri výrobe elektrických kondenzátorov a usmerňovačov, ktorých pôsobenie je založené na schopnosti vrstvy oxidu hlinitého prepúšťať elektrický prúd iba jedným smerom. Ultračistý hliník, čistený zónovým tavením, sa používa na syntézu polovodičových zlúčenín typu A III B V, používaných na výrobu polovodičových súčiastok. Čistý hliník sa používa pri výrobe rôznych typov zrkadlových reflektorov. Vysoko čistý hliník sa používa na ochranu kovových povrchov pred atmosférickou koróziou (obloženie, hliníková farba). Hliník, ktorý má relatívne nízky prierez absorpcie neutrónov, sa používa ako konštrukčný materiál v jadrových reaktoroch.

Veľkokapacitné hliníkové nádrže skladujú a prepravujú kvapalné plyny (metán, kyslík, vodík atď.), kyseliny dusičné a octové, čistú vodu, peroxid vodíka a jedlé oleje. Hliník je široko používaný v zariadeniach a zariadeniach potravinárskeho priemyslu, na balenie potravín (vo forme fólie) a na výrobu rôznych druhov výrobkov pre domácnosť. Prudko sa zvýšila spotreba hliníka na dokončovanie budov, architektonických, dopravných a športových stavieb.

V metalurgii je hliník (okrem zliatin na jeho báze) jednou z najbežnejších legujúcich prísad do zliatin na báze Cu, Mg, Ti, Ni, Zn a Fe. Hliník sa tiež používa na deoxidáciu ocele pred jej naliatím do formy, ako aj v procesoch výroby určitých kovov pomocou aluminotermickej metódy. Na báze hliníka bol práškovou metalurgiou vytvorený SAP (sintrovaný hliníkový prášok), ktorý má vysokú tepelnú odolnosť pri teplotách nad 300 °C.

Hliník sa používa pri výrobe výbušnín (amonal, alumotol). Široko sa používajú rôzne zlúčeniny hliníka.

Výroba a spotreba hliníka neustále rastie a výrazne prevyšuje tempo rastu výroby ocele, medi, olova a zinku.

Zoznam použitej literatúry

1. V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin „Krátka chemická referenčná kniha“

2. L.S. Guzey "Prednášky o všeobecnej chémii"

3. N.S. Achmetov „Všeobecná a anorganická chémia“

4. B.V. Nekrasov „Učebnica všeobecnej chémie“

5. N.L. Glinka „Všeobecná chémia“

Každý chemický prvok možno posudzovať z hľadiska troch vied: fyziky, chémie a biológie. A v tomto článku sa pokúsime čo najpresnejšie charakterizovať hliník. Ide o chemický prvok nachádzajúci sa v tretej skupine a tretej perióde podľa periodickej tabuľky. Hliník je kov, ktorý má priemernú chemickú reaktivitu. V jeho zlúčeninách možno pozorovať aj amfotérne vlastnosti. Atómová hmotnosť hliníka je dvadsaťšesť gramov na mól.

Fyzikálne vlastnosti hliníka

Za normálnych podmienok je pevná. Vzorec hliníka je veľmi jednoduchý. Pozostáva z atómov (nespojených do molekúl), ktoré sú pomocou kryštálovej mriežky usporiadané do pevnej látky. Farba hliníka je strieborno-biela. Navyše má kovový lesk, ako všetky ostatné látky z tejto skupiny. Farba hliníka používaného v priemysle sa môže líšiť v dôsledku prítomnosti nečistôt v zliatine. Ide o pomerne ľahký kov.

Jeho hustota je 2,7 g/cm3, to znamená, že je približne trikrát ľahší ako železo. V tomto môže byť iba horší ako horčík, ktorý je ešte ľahší ako príslušný kov. Tvrdosť hliníka je pomerne nízka. V ňom je nižšia ako väčšina kovov. Tvrdosť hliníka je len dva.Pre jeho spevnenie sa preto do zliatin na báze tohto kovu pridávajú tvrdšie.

Hliník sa topí pri teplote iba 660 stupňov Celzia. A vrie pri zahriatí na teplotu dvetisíc štyristopäťdesiatdva stupňov Celzia. Je to veľmi ťažný a taviteľný kov. Fyzikálne vlastnosti hliníka tu nekončia. Chcel by som tiež poznamenať, že tento kov má najlepšiu elektrickú vodivosť po medi a striebre.

Prevalencia v prírode

Hliník, ktorého technické vlastnosti sme práve preskúmali, je v životnom prostredí celkom bežný. Dá sa pozorovať v zložení mnohých minerálov. Prvok hliník je štvrtým najrozšírenejším prvkom v prírode. V zemskej kôre je takmer deväť percent. Hlavnými minerálmi obsahujúcimi jeho atómy sú bauxit, korund a kryolit. Prvým je hornina, ktorá pozostáva z oxidov železa, kremíka a príslušného kovu a v štruktúre sú prítomné aj molekuly vody. Má heterogénnu farbu: fragmenty šedej, červenohnedej a iných farieb, ktoré závisia od prítomnosti rôznych nečistôt. Od tridsiatich do šesťdesiatich percent tejto horniny je hliník, ktorého fotografiu môžete vidieť vyššie. Okrem toho je korund v prírode veľmi bežným minerálom.

Toto je oxid hlinitý. Jeho chemický vzorec je Al2O3. Môže byť červená, žltá, modrá alebo hnedá. Jeho tvrdosť na Mohsovej stupnici je deväť. Medzi odrody korundu patria známe zafíry a rubíny, leukozafíry, ako aj padparadscha (žltý zafír).

Kryolit je minerál so zložitejším chemickým vzorcom. Skladá sa z fluoridov hliníka a sodíka – AlF3.3NaF. Vyzerá ako bezfarebný alebo sivastý kameň s nízkou tvrdosťou iba tri na Mohsovej stupnici. V modernom svete sa syntetizuje umelo v laboratórnych podmienkach. Používa sa v hutníctve.

Hliník možno v prírode nájsť aj v íloch, ktorých hlavnými zložkami sú oxidy kremíka a príslušný kov spojený s molekulami vody. Okrem toho možno tento chemický prvok pozorovať v zložení nefelínov, ktorých chemický vzorec je nasledujúci: KNa34.

Potvrdenie

Medzi vlastnosti hliníka patrí zváženie spôsobov jeho syntézy. Spôsobov je viacero. Výroba hliníka pomocou prvej metódy prebieha v troch etapách. Posledným z nich je elektrolýza na katóde a uhlíkovej anóde. Na uskutočnenie takéhoto procesu je potrebný oxid hlinitý, ako aj pomocné látky, ako je kryolit (vzorec - Na3AlF6) a fluorid vápenatý (CaF2). Aby došlo k procesu rozkladu oxidu hlinitého rozpusteného vo vode, je potrebné ho spolu s roztaveným kryolitom a fluoridom vápenatým zahriať na teplotu najmenej deväťstopäťdesiat stupňov Celzia a následne prejsť prúdom osemdesiattisíc ampérov a napätie päť cez tieto látky.osem voltov. Výsledkom tohto procesu je, že hliník sa usadzuje na katóde a molekuly kyslíka sa hromadia na anóde, ktoré následne oxidujú anódu a premieňajú ju na oxid uhličitý. Pred touto procedúrou sa bauxit, vo forme ktorého sa ťaží oxid hlinitý, najskôr očistí od nečistôt a tiež prejde procesom dehydratácie.

Výroba hliníka vyššie opísaným spôsobom je v metalurgii veľmi bežná. Existuje aj metóda, ktorú v roku 1827 vynašiel F. Wöhler. Spočíva v tom, že hliník možno extrahovať chemickou reakciou medzi jeho chloridom a draslíkom. Takýto proces je možné uskutočniť len vytvorením špeciálnych podmienok vo forme veľmi vysokej teploty a vákua. Takže z jedného mólu chloridu a rovnakého objemu draslíka možno získať jeden mól hliníka a tri móly ako vedľajší produkt. Túto reakciu možno zapísať vo forme nasledujúcej rovnice: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Táto metóda si v metalurgii nezískala veľkú popularitu.

Charakteristika hliníka z chemického hľadiska

Ako bolo uvedené vyššie, ide o jednoduchú látku, ktorá pozostáva z atómov, ktoré nie sú spojené do molekúl. Takmer všetky kovy tvoria podobné štruktúry. Hliník má pomerne vysokú chemickú aktivitu a silné redukčné vlastnosti. Chemická charakterizácia hliníka začne popisom jeho reakcií s inými jednoduchými látkami a následne budú opísané interakcie s komplexnými anorganickými zlúčeninami.

Hliník a jednoduché látky

Medzi ne patrí predovšetkým kyslík - najbežnejšia zlúčenina na planéte. Pozostáva z nej 21 percent zemskej atmosféry. Reakcia danej látky s akoukoľvek inou sa nazýva oxidácia alebo spaľovanie. Zvyčajne sa vyskytuje pri vysokých teplotách. Ale v prípade hliníka je za normálnych podmienok možná oxidácia – tak vzniká oxidový film. Ak sa tento kov rozdrví, bude horieť, pričom sa uvoľní veľké množstvo energie vo forme tepla. Na uskutočnenie reakcie medzi hliníkom a kyslíkom sú tieto zložky potrebné v molárnom pomere 4:3, výsledkom čoho sú dve časti oxidu.

Táto chemická interakcia je vyjadrená vo forme nasledujúcej rovnice: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Možné sú aj reakcie hliníka s halogénmi, ktoré zahŕňajú fluór, jód, bróm a chlór. Názvy týchto procesov pochádzajú z názvov zodpovedajúcich halogénov: fluorácia, jodácia, bromácia a chlorácia. Toto sú typické adičné reakcie.

Ako príklad uvažujme interakciu hliníka s chlórom. Tento druh procesu sa môže vyskytnúť iba v chlade.

Takže ak vezmeme dva móly hliníka a tri móly chlóru, výsledkom sú dva móly chloridu príslušného kovu. Rovnica pre túto reakciu je nasledovná: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Rovnakým spôsobom môžete získať fluorid hlinitý, jeho bromid a jodid.

Príslušná látka reaguje so sírou iba pri zahrievaní. Ak chcete uskutočniť reakciu medzi týmito dvoma zlúčeninami, musíte ich vziať v molárnych pomeroch dva až tri a vytvorí sa jedna časť sulfidu hlinitého. Reakčná rovnica vyzerá takto: 2Al + 3S = Al2S3.

Okrem toho hliník pri vysokých teplotách reaguje s uhlíkom za vzniku karbidu a s dusíkom za vzniku nitridu. Ako príklad možno uviesť nasledujúce rovnice chemických reakcií: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Interakcia s komplexnými látkami

Patria sem voda, soli, kyseliny, zásady, oxidy. Hliník reaguje so všetkými týmito chemickými zlúčeninami odlišne. Pozrime sa bližšie na každý prípad.

Reakcia s vodou

Hliník pri zahrievaní reaguje s najbežnejšou komplexnou látkou na Zemi. Stáva sa to iba vtedy, ak sa najskôr odstráni oxidový film. V dôsledku interakcie vzniká amfotérny hydroxid a do ovzdušia sa uvoľňuje aj vodík. Ak vezmeme dva diely hliníka a šesť dielov vody, dostaneme hydroxid a vodík v molárnych pomeroch dva až tri. Rovnica pre túto reakciu je napísaná takto: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Interakcia s kyselinami, zásadami a oxidmi

Rovnako ako iné aktívne kovy, aj hliník je schopný podstúpiť substitučné reakcie. Pritom môže vytesniť vodík z kyseliny alebo katión pasívnejšieho kovu zo svojej soli. V dôsledku takýchto interakcií vzniká hlinitá soľ a tiež sa uvoľňuje vodík (v prípade kyseliny) alebo sa vyzráža čistý kov (menej aktívny ako ten, o ktorý ide). V druhom prípade sa objavia regeneračné vlastnosti uvedené vyššie. Príkladom je interakcia hliníka, s ktorou vzniká chlorid hlinitý a vodík sa uvoľňuje do ovzdušia. Tento druh reakcie je vyjadrený vo forme nasledujúcej rovnice: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Príkladom interakcie hliníka so soľou je jeho reakcia s Ak vezmeme tieto dve zložky, v konečnom dôsledku získame čistú meď, ktorá sa vyzráža. Hliník reaguje jedinečným spôsobom s kyselinami ako je sírová a dusičná. Napríklad, keď sa hliník pridá k zriedenému roztoku dusičnanovej kyseliny v molárnom pomere osem dielov ku tridsiatim, vytvorí sa osem dielov dusičnanu príslušného kovu, tri diely oxidu dusnatého a pätnásť vody. Rovnica pre túto reakciu je napísaná takto: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Tento proces prebieha iba v prítomnosti vysokej teploty.

Ak zmiešame hliník a slabý roztok síranovej kyseliny v molárnych pomeroch dva až tri, získame síran príslušného kovu a vodík v pomere jedna ku trom. To znamená, že dôjde k bežnej substitučnej reakcii, ako je to v prípade iných kyselín. Pre názornosť uvádzame rovnicu: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. S koncentrovaným roztokom tej istej kyseliny je však všetko komplikovanejšie. Tu, rovnako ako v prípade dusičnanov, vzniká vedľajší produkt, nie však vo forme oxidu, ale vo forme síry a vody. Ak vezmeme dve zložky, ktoré potrebujeme, v molárnom pomere dva ku štyrom, výsledkom bude jedna časť soli príslušného kovu a síry, ako aj štyri časti vody. Túto chemickú interakciu možno vyjadriť pomocou nasledujúcej rovnice: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Okrem toho je hliník schopný reagovať s alkalickými roztokmi. Na uskutočnenie takejto chemickej interakcie musíte vziať dva móly príslušného kovu, rovnaké množstvo draslíka a tiež šesť mólov vody. V dôsledku toho vznikajú látky ako tetrahydroxyaluminát sodný alebo draselný a tiež vodík, ktorý sa uvoľňuje vo forme plynu s prenikavým zápachom v molárnych pomeroch dva až tri. Táto chemická reakcia môže byť vyjadrená vo forme nasledujúcej rovnice: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

A posledná vec, ktorú je potrebné zvážiť, sú vzorce interakcie hliníka s určitými oxidmi. Najbežnejším a najpoužívanejším prípadom je Beketovova reakcia. Rovnako ako mnohé iné vyššie uvedené sa vyskytuje iba pri vysokých teplotách. Takže, aby ste to implementovali, musíte vziať dva móly hliníka a jeden mól oxidu železitého. V dôsledku interakcie týchto dvoch látok získame oxid hlinitý a voľné železo v množstve jeden a dva móly.

Použitie predmetného kovu v priemysle

Všimnite si, že použitie hliníka je veľmi bežný jav. V prvom rade to potrebuje letecký priemysel. Spolu s tým sa používajú aj zliatiny na báze príslušného kovu. Dá sa povedať, že priemerné lietadlo pozostáva z 50% hliníkových zliatin a jeho motor - 25%. Hliník sa tiež používa pri výrobe drôtov a káblov vďaka svojej vynikajúcej elektrickej vodivosti. Okrem toho sa tento kov a jeho zliatiny široko používajú v automobilovom priemysle. Z týchto materiálov sa vyrábajú karosérie áut, autobusov, trolejbusov, niektorých električiek, ale aj konvenčných a elektrických vozňov.

Používa sa aj na menšie účely, napríklad na výrobu obalov na potraviny a iné výrobky a riad. Na výrobu striebornej farby potrebujete prášok príslušného kovu. Táto farba je potrebná na ochranu železa pred koróziou. Dá sa povedať, že hliník je po železe druhým najpoužívanejším kovom v priemysle. Jeho zlúčeniny a samotné sa často používajú v chemickom priemysle. Vysvetľujú to špeciálne chemické vlastnosti hliníka, vrátane jeho redukčných vlastností a amfotérnych vlastností jeho zlúčenín. Hydroxid príslušného chemického prvku je potrebný na čistenie vody. Okrem toho sa používa v medicíne v procese výroby vakcín. Možno ho nájsť aj v niektorých druhoch plastov a iných materiáloch.

Úloha v prírode

Ako už bolo napísané vyššie, hliník sa vo veľkom množstve nachádza v zemskej kôre. Je to dôležité najmä pre živé organizmy. Hliník sa podieľa na regulácii rastových procesov, tvorí spojivové tkanivá ako kosť, väzivo a iné. Vďaka tomuto mikroelementu sa procesy regenerácie telesných tkanív uskutočňujú rýchlejšie. Jeho nedostatok sa prejavuje nasledovnými príznakmi: zhoršený vývoj a rast u detí, u dospelých chronická únava, znížená výkonnosť, zhoršená koordinácia pohybov, znížená rýchlosť regenerácie tkanív, ochabnutie svalstva, najmä končatín. Tento jav sa môže vyskytnúť, ak budete jesť príliš málo potravín obsahujúcich tento mikroelement.

Častejším problémom je však nadbytok hliníka v tele. V tomto prípade sa často pozorujú tieto príznaky: nervozita, depresia, poruchy spánku, znížená pamäť, odolnosť voči stresu, mäknutie pohybového aparátu, čo môže viesť k častým zlomeninám a vyvrtnutiam. Pri dlhodobom nadbytku hliníka v tele často vznikajú problémy vo fungovaní takmer každého orgánového systému.

K tomuto javu môže viesť niekoľko dôvodov. Po prvé, vedci už dávno dokázali, že nádoby vyrobené z predmetného kovu nie sú vhodné na varenie jedla v nich, pretože pri vysokých teplotách sa časť hliníka dostane do jedla a v dôsledku toho spotrebujete oveľa viac tohto mikroprvku ako telo potrebuje.

Druhým dôvodom je pravidelné používanie kozmetických prípravkov s obsahom predmetného kovu alebo jeho solí. Pred použitím akéhokoľvek produktu by ste si mali pozorne prečítať jeho zloženie. Kozmetika nie je výnimkou.

Tretím dôvodom je dlhodobé užívanie liekov, ktoré obsahujú veľa hliníka. Rovnako ako nesprávne používanie vitamínov a potravinárskych prísad, ktoré obsahujú tento mikroelement.

Teraz poďme zistiť, aké produkty obsahujú hliník, aby ste regulovali stravu a správne usporiadali svoje menu. V prvom rade ide o mrkvu, tavené syry, pšenicu, kamenec, zemiaky. Z ovocia sa odporúča avokádo a broskyne. Okrem toho biela kapusta, ryža a mnohé liečivé bylinky sú bohaté na hliník. V pitnej vode môžu byť obsiahnuté aj katióny príslušného kovu. Aby ste sa vyhli vysokej alebo nízkej hladine hliníka v tele (rovnako ako akýmkoľvek iným stopovým prvkom), musíte starostlivo sledovať svoju stravu a snažiť sa, aby bola čo najvyváženejšia.

DEFINÍCIA

hliník- trinásty prvok periodickej tabuľky. Označenie - Al z latinského "hliník". Nachádza sa v tretej tretine skupiny IIIA. Vzťahuje sa na kovy. Jadrový náboj je 13.

Hliník je najbežnejším kovom v zemskej kôre. Je súčasťou ílov, živcov, sľudy a mnohých ďalších minerálov. Celkový obsah hliníka v zemskej kôre je 8 % (hmot.).

Hliník je striebristo-biely (obr. 1) ľahký kov. Ľahko sa ťahá do drôtu a valcuje do tenkých plátov.

Pri izbovej teplote sa hliník nemení na vzduchu, ale len preto, že jeho povrch je pokrytý tenkým filmom oxidu, ktorý má veľmi silný ochranný účinok.

Ryža. 1. Hliník. Vzhľad.

Atómová a molekulová hmotnosť hliníka

Relatívna molekulová hmotnosť látky (M r) je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hmotnosť danej molekuly väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka a relatívna atómová hmotnosť prvku(A r) - koľkokrát je priemerná hmotnosť atómov chemického prvku väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka.

Pretože hliník vo voľnom stave existuje vo forme monoatomických molekúl Al, hodnoty jeho atómových a molekulových hmotností sa zhodujú. Rovnajú sa 26,9815.

Izotopy hliníka

Je známe, že hliník možno v prírode nájsť vo forme jedného stabilného izotopu 27Al. Hmotnostné číslo je 27. Jadro atómu izotopu hliníka 27 Al obsahuje trinásť protónov a štrnásť neutrónov.

Existujú rádioaktívne izotopy hliníka s hmotnostnými číslami od 21 do 42, medzi ktorými je najdlhšie žijúci izotop 26 Al, ktorého polčas rozpadu je 720 tisíc rokov.

Hliníkové ióny

Na vonkajšej energetickej úrovni atómu hliníka sú tri elektróny, ktoré sú valenčné:

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

V dôsledku chemickej interakcie sa hliník vzdáva svojich valenčných elektrónov, t.j. je ich donorom a mení sa na kladne nabitý ión:

Al 0 -3e → Al 3+.

Molekula a atóm hliníka

Vo voľnom stave existuje hliník vo forme monoatomických molekúl Al. Tu sú niektoré vlastnosti charakterizujúce atóm a molekulu hliníka:

Zliatiny hliníka

Hlavným využitím hliníka je výroba zliatin na jeho báze. Legujúce prísady (napríklad meď, kremík, horčík, zinok, mangán) sa do hliníka pridávajú najmä kvôli zvýšeniu jeho pevnosti.

Hojne sa používajú duraly s obsahom medi a horčíka, siluminy, v ktorých je hlavnou prísadou kremík, magnálium (zliatina hliníka s 9,5-11,5% horčíka).

Hliník je jednou z najbežnejších prísad do zliatin na báze medi, horčíka, titánu, niklu, zinku a železa.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie	Na zváranie koľajníc aluminotermickou metódou sa používa zmes oxidu hliníka a železa Fe 3 O 4 . Zostavte termochemickú rovnicu pre reakciu, ak pri tvorbe železa s hmotnosťou 1 kg (1000 g) sa uvoľní 6340 kJ tepla.
Riešenie	Napíšme rovnicu pre reakciu výroby železa aluminotermickou metódou: 8Al + 3Fe203 = 9Fe+ 4Al203. Nájdite teoretickú hmotnosť železa (vypočítanú pomocou rovnice termochemickej reakcie): n(Fe) = 9 mol; m(Fe) = n(Fe) x M(Fe); m(Fe) = 9 x 56 = 504 g. Pri reakcii nech sa uvoľní x kJ tepla. Urobme pomer: 1000 g - 6340 kJ; 504 g - x kJ. Preto sa x bude rovnať: x = 540 × 6340 / 1 000 = 3 195. To znamená, že pri reakcii výroby železa aluminotermickou metódou sa uvoľní 3195 kJ tepla. Termochemická rovnica reakcie je: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe+ 4Al 2 O 3 + 3195 kJ.
Odpoveď	Počas reakcie sa uvoľní 3195 kJ tepla.

PRÍKLAD 2

Cvičenie	Na hliník sa pôsobilo 200 g 16% roztoku kyseliny dusičnej a uvoľnil sa plyn. Určte hmotnosť a objem uvoľneného plynu.
Riešenie	Napíšme rovnicu pre reakciu rozpúšťania hliníka v kyseline dusičnej: 2Al + 6HN03 = 2Al(N03)3 + 3H2-. Vypočítajme hmotnosť rozpustenej látky kyseliny dusičnej: m(HN03) = m roztoku (HN03) x w(HN03) / 100 %; m(HN03) = 20 x 96 % / 100 % = 19,2 g. Poďme zistiť množstvo kyseliny dusičnej: M(HN03) = Ar(H) + Ar(N) + 3 x Ar(0) = 1 + 14 + 3 x 16 = 63 g/mol. n(HN03) = m(HN03)/M(HN03); n(HN03) = 19,2/63 = 0,3 mol. Podľa reakčnej rovnice n(HNO 3) : n(H 2) = 6:3, t.j. n(H2) = 3 x n (HN03)/6 = 1/2 x n (HN03) = 1/2 x 0,3 = 0,15 mol. Potom sa hmotnosť a objem uvoľneného vodíka budú rovnať: M(H2) = 2 x Ar(H) = 2 x 1 = 2 g/mol. m(H2) = n(H2) x M(H2) = 0,15 x 2 = 0,3 g. V(H2) = n(H2) x V m; V(H2) = 0,15 x 22,4 = 3,36 l.
Odpoveď	V dôsledku reakcie sa uvoľňuje vodík s hmotnosťou 0,3 g a objemom 3,36 litra.

Prírodný hliník pozostáva z jediného nuklidu, 27Al. Konfigurácia vonkajšej elektrónovej vrstvy je 3s2p1. Takmer vo všetkých zlúčeninách je oxidačný stav hliníka +3 (valencia III).

Polomer neutrálneho atómu hliníka je 0,143 nm, polomer iónu Al3+ je 0,057 nm. Energie sekvenčnej ionizácie neutrálneho atómu hliníka sú 5,984, 18,828, 28,44 a 120 eV. Podľa Paulingovej stupnice je elektronegativita hliníka 1,5.

Jednoduchá hmota hliníka je mäkký, ľahký, strieborno-biely kov.

Vlastnosti

Hliník je typická kovová plošne centrovaná kubická kryštálová mriežka, parameter a = 0,40403 nm. Teplota topenia čistého kovu je 660 °C, teplota varu je približne 2450 °C a hustota je 2,6989 g/cm3. Tepelný koeficient lineárnej rozťažnosti hliníka je asi 2,5·10-5 K-1 Štandardný elektródový potenciál Al 3+/Al je 1,663 V.

Chemicky je hliník pomerne aktívny kov. Na vzduchu je jeho povrch okamžite pokrytý hustým filmom oxidu Al 2 O 3, ktorý zabraňuje ďalšiemu prístupu kyslíka (O) ku kovu a vedie k zastaveniu reakcie, čo určuje vysoké antikorózne vlastnosti hliníka. . Ochranný povrchový film na hliníku sa vytvorí aj vtedy, ak sa umiestni do koncentrovanej kyseliny dusičnej.

Hliník aktívne reaguje s inými kyselinami:

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

3H2S04 + 2Al = A12(S04)3 + 3H2.

Hliník reaguje s alkalickými roztokmi. Najprv sa rozpustí ochranný oxidový film:

Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na.

Potom nastanú reakcie:

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

NaOH + Al(OH)3 = Na,

alebo celkovo:

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

a v dôsledku toho vznikajú hlinitany: Na - hlinitan sodný (Na) (tetrahydroxoaluminát sodný), K - hlinitan draselný (K) (tetrahydroxoaluminát draselný), alebo iné.Keďže atóm hliníka v týchto zlúčeninách je charakterizovaný koordinačným číslom 6, nie 4, potom skutočné vzorce týchto tetrahydroxo zlúčenín sú nasledovné:

Na a K.

Pri zahrievaní hliník reaguje s halogénmi:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,

2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.

Je zaujímavé, že reakcia medzi práškom hliníka a jódu (I) začína pri teplote miestnosti, ak sa do počiatočnej zmesi pridá niekoľko kvapiek vody, ktorá v tomto prípade zohráva úlohu katalyzátora:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

Interakcia hliníka so sírou (S) pri zahrievaní vedie k tvorbe sulfidu hlinitého:

2Al + 3S = Al2S3,

ktorý sa vodou ľahko rozkladá:

A12S3 + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2S.

Hliník priamo neinteraguje s vodíkom (H), avšak nepriamymi spôsobmi, napríklad pomocou organohliníkových zlúčenín, je možné syntetizovať pevný polymér hydrid hlinitý (AlH 3) x - veľmi silné redukčné činidlo.

Vo forme prášku možno hliník spaľovať na vzduchu a vzniká biely žiaruvzdorný prášok oxidu hlinitého Al 2 O 3 .

Vysoká pevnosť väzby v Al 2 O 3 určuje vysoké teplo jeho tvorby z jednoduchých látok a schopnosť hliníka redukovať mnohé kovy z ich oxidov, napr.

3Fe304 + 8Al = 4Al203 + 9Fe a dokonca

3CaO + 2Al = Al203 + 3Ca.

Tento spôsob získavania kovov je tzv aluminotermia.

Amfotérny oxid Al 2 O 3 zodpovedá amfotérnemu hydroxidu - amorfnej polymérnej zlúčenine, ktorá nemá konštantné zloženie. Zloženie hydroxidu hlinitého možno vyjadriť vzorcom xAl 2 O 3 ·yH 2 O, pri štúdiu chémie v škole sa vzorec hydroxidu hlinitého najčastejšie označuje ako Al(OH) 3.

V laboratóriu možno hydroxid hlinitý získať vo forme želatínovej zrazeniny výmennými reakciami:

Al2(S04)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2S04,

alebo pridaním sódy do roztoku hlinitej soli:

2AlCl3 + 3Na2C03 + 3H20 = 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3C02,

ako aj pridanie roztoku amoniaku do roztoku hlinitej soli:

AICI3 + 3NH3.H20 = Al(OH)3 + 3H20 + 3NH4CI.

Názov a história objavu: latinský hliník pochádza z latinského alumen, čo znamená kamenec (síran hlinitý a draselný (K) KAl(SO 4) 2 12H 2 O), ktorý sa oddávna používa pri činení koží a ako adstringent. Vďaka vysokej chemickej aktivite trvalo objavenie a izolácia čistého hliníka takmer 100 rokov. K záveru, že „zem“ (žiaruvzdorná látka, moderne povedané - oxid hlinitý) možno získať kamenec, dospel už v roku 1754 nemecký chemik A. Marggraf. Neskôr sa ukázalo, že rovnakú „zem“ možno izolovať z hliny a začala sa nazývať oxid hlinitý. Až v roku 1825 sa dánskemu fyzikovi H. K. Ørstedovi podarilo získať kovový hliník. Chlorid hlinitý AlCl 3, ktorý bolo možné získať z oxidu hlinitého, spracoval amalgámom draslíka (zliatina draslíka (K) s ortuťou (Hg)) a ​​po oddestilovaní ortuti (Hg) izoloval šedý hliníkový prášok.

Len o štvrťstoročie neskôr bola táto metóda mierne modernizovaná. V roku 1854 francúzsky chemik A.E. Saint-Clair Deville navrhol použiť kovový sodík (Na) na výrobu hliníka a získal prvé ingoty nového kovu. Náklady na hliník boli v tom čase veľmi vysoké a vyrábali sa z neho šperky.

Priemyselný spôsob výroby hliníka elektrolýzou taveniny zložitých zmesí, vrátane oxidu hlinitého, fluoridu a iných látok, nezávisle vyvinuli v roku 1886 P. Héroux (Francúzsko) a C. Hall (USA). Výroba hliníka je spojená s vysokou spotrebou energie, preto sa vo veľkom začala realizovať až v 20. storočí. V Sovietskom zväze bol prvý priemyselný hliník vyrobený 14. mája 1932 v hliníkárni Volchov, postavenej vedľa vodnej elektrárne Volchov.