КАКВО Е АЛУМИНИЙ

Лек, издръжлив, устойчив на корозия и функционален – именно тази комбинация от качества превърна алуминия в основния структурен материал на нашето време. Алуминият е в къщите, в които живеем, в колите, влаковете и самолетите, с които пътуваме, в мобилните телефони и компютри, по рафтовете на хладилниците и в модерния интериор. Но преди 200 години малко се знаеше за този метал.

„Това, което изглеждаше невъзможно от векове, това, което вчера беше само смела мечта, днес се превръща в истинска задача, а утре - в постижение.

Сергей Павлович Королев
учен, дизайнер, основател на практическата космонавтика

Алуминий – сребристо-бял метал, 13-ти елемент от периодичната система. Невероятно, но истина: алуминият е най-разпространеният метал на Земята, представляващ повече от 8% от общата маса на земната кора, и е третият най-разпространен химически елемент на нашата планета след кислорода и силиция.

Алуминият обаче не се среща в природата в чист вид поради високата си химическа реактивност. Ето защо научихме за това сравнително наскоро. Алуминият е официално произведен едва през 1824 г. и минава още половин век, преди да започне промишленото му производство.

Най-често в природата алуминият се намира в състава стипца. Това са минерали, които комбинират две соли на сярна киселина: едната на базата на алкален метал (литий, натрий, калий, рубидий или цезий), а другата на базата на метал от третата група на периодичната таблица, главно алуминий.

Стипцата все още се използва днес в пречистването на вода, готвенето, медицината, козметологията, химическата и други индустрии. Между другото, алуминият получи името си благодарение на стипцата, която на латински се наричаше алумен.

Корунд

Рубини, сапфири, изумруди и аквамарин са алуминиеви минерали.
Първите две принадлежат към корунд - това е алуминиев оксид (Al 2 O 3) в кристална форма. Има естествена прозрачност и отстъпва по здравина само на диамантите. Бронеустойчивите стъкла, прозорците на самолетите и екраните на смартфоните са направени от сапфир.
И един от по-малко ценните корундови минерали, шмиргел, се използва като абразивен материал, включително за създаване на шкурка.

Днес са известни почти 300 различни алуминиеви съединения и минерали – от фелдшпат, който е основният скалообразуващ минерал на Земята, до рубин, сапфир или изумруд, които вече не са толкова разпространени.

Ханс Кристиан Ерстед(1777–1851) – датски физик, почетен член на Петербургската академия на науките (1830). Роден в град Рудкьорбинг в семейството на фармацевт. През 1797 г. завършва университета в Копенхаген, през 1806 г. става професор.

Но колкото и да е разпространен алуминият, неговото откритие стана възможно едва когато учените разполагаха с нов инструмент, който направи възможно разграждането на сложни вещества на по-прости - електричество.

И през 1824 г., използвайки процеса на електролиза, датският физик Ханс Кристиан Ерстед получава алуминий. Беше замърсен с примеси от калий и живак, участващи в химични реакции, но това беше първият път, когато алуминий беше произведен.

С помощта на електролиза алуминият се произвежда и днес.

Суровината за производство на алуминий днес е друга алуминиева руда, често срещана в природата - боксит. Това е глинеста скала, състояща се от различни модификации на алуминиев хидроксид с примес на оксиди на желязо, силиций, титан, сяра, галий, хром, ванадий, карбонатни соли на калций, желязо и магнезий - почти половината от периодичната таблица. Средно 1 тон алуминий се произвежда от 4-5 тона боксит.

Боксит

Бокситът е открит от геолога Пиер Бертие в южната част на Франция през 1821 г. Породата е получила името си след района на Les Baux, където е намерена. Около 90% от световните запаси на боксит са съсредоточени в страните от тропическия и субтропичния пояс - Гвинея, Австралия, Виетнам, Бразилия, Индия и Ямайка.

Получава се от боксит двуалуминиев оксид. Това е алуминиев оксид Al 2 O 3, който има формата на бял прах и от който се произвежда метал чрез електролиза в алуминиеви заводи.

Производството на алуминий изисква огромни количества електроенергия. За да се произведе един тон метал са необходими около 15 MWh енергия - това е потреблението на сграда от 100 апартамента за цял месец. Затова е най-логично да се строят алуминиеви заводи в близост до мощни и възобновяеми енергийни източници. Най-оптималното решение е водноелектрически централи, представляващ най-мощната от всички видове „зелена енергия“.

Свойства на алуминия

Алуминият има рядка комбинация от ценни свойства. Това е един от най-леките метали в природата: той е почти три пъти по-лек от желязото, но в същото време е здрав, изключително пластичен и не подлежи на корозия, тъй като повърхността му винаги е покрита с тънък, но много издръжлив оксид филм. Не е магнитен, провежда добре електричеството и образува сплави с почти всички метали.

лесно

Три пъти по-лек от желязото

Траен

Сравнима по здравина със стоманата

Пластмаса

Подходящ за всички видове механична обработка

Без корозия

Тънък оксиден филм предпазва от корозия

Алуминият се обработва лесно чрез налягане, както горещо, така и студено. Може да се навива, рисува, щампова. Алуминият не гори, не изисква специално боядисване и е нетоксичен, за разлика от пластмасата.

Ковкостта на алуминия е много висока: от него могат да се направят листове с дебелина само 4 микрона и най-тънката тел. А ултратънкото алуминиево фолио е три пъти по-тънко от човешки косъм. Освен това, в сравнение с други метали и материали, той е по-икономичен.

Високата способност за образуване на съединения с различни химични елементи е довела до появата на много алуминиеви сплави. Дори малка част от примесите значително променя характеристиките на метала и отваря нови области за неговото приложение. Например, комбинацията от алуминий със силиций и магнезий може да се намери буквално на пътя в ежедневието - под формата на алуминиеви джанти, двигатели, елементи на шасито и други части на модерен автомобил. И ако добавите цинк към алуминиевата сплав, тогава може би сега я държите в ръцете си, защото тази сплав се използва в производството на калъфи за мобилни телефони и таблети. Междувременно учените продължават да изобретяват нови алуминиеви сплави.
Алуминиеви резерви
Около 75% от алуминия, произведен през цялото съществуване на индустрията, все още се използва днес.

Снимковите материали, използвани в тази статия, са © Shutterstock и © Русал.

(A l), галий (Ga), индий (In) и талий (T l).

Както се вижда от горните данни, всички тези елементи са открити в XIX век.

Откриване на метали от основната подгрупа III групи

IN	Ал	Ga	в	Tl
1806 г	1825 г	1875 г	1863 г	1861 г
Г. Лусак,	G.H. Ørsted	Л. дьо Боабодран	Ф. Райх,	У. Крукс
Л. Тенар	(Дания)	(Франция)	И.Рихтер	(Англия)
(Франция)			(Германия)

Борът е неметал. Алуминият е преходен метал, докато галият, индият и талият са пълноправни метали. По този начин, с увеличаване на радиусите на атомите на елементите от всяка група на периодичната таблица, металните свойства на простите вещества се увеличават.

В тази лекция ще разгледаме по-отблизо свойствата на алуминия.

1. Положението на алуминия в таблицата на Д. И. Менделеев. Атомна структура, проявени степени на окисление.

Алуминиевият елемент е разположен в III група, главна подгрупа “А”, 3-ти период от периодичната система, пореден номер 13, относителна атомна маса Ar(Al ) = 27. Негов съсед отляво в таблицата е магнезият, типичен метал, а отдясно силиций, неметал. Следователно алуминият трябва да проявява свойства от някакъв междинен характер и неговите съединения са амфотерни.

Al +13) 2) 8) 3 , p – елемент,

Основно състояние 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Възбудено състояние 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Алуминият проявява степен на окисление +3 в съединения:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Физични свойства

Алуминият в свободна форма е сребристо-бял метал с висока топло- и електрическа проводимост.Точка на топене 650 o C. Алуминият има ниска плътност (2,7 g/cm 3) - около три пъти по-малка от тази на желязото или медта, като в същото време е издръжлив метал.

3. Да бъдеш сред природата

По отношение на разпространението в природата се нарежда 1-ви сред металите и 3-ти сред елементите, на второ място след кислорода и силиция. Процентното съдържание на алуминий в земната кора, според различни изследователи, варира от 7,45 до 8,14% от масата на земната кора.

В природата алуминият се среща само в съединения (минерали).

Някои от тях:

· Боксит - Al 2 O 3 H 2 O (с примеси от SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Нефелини - KNa 3 4

· Алунити - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Двуалуминиев оксид (смеси от каолини с пясък SiO 2, варовик CaCO 3, магнезит MgCO 3)

· Корунд - Al 2 O 3

· Фелдшпат (ортоклаз) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Каолинит - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

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

· Берил - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Боксит
Al2O3	Корунд
	Рубин
	Сапфир

4. Химични свойства на алуминия и неговите съединения

Алуминият реагира лесно с кислорода при нормални условия и е покрит с оксиден филм (който му придава матов вид).

ДЕМОНСТРАЦИЯ НА ОКСИДНО ФИЛМО

Дебелината му е 0,00001 мм, но благодарение на него алуминият не корозира. За да се изследват химичните свойства на алуминия, оксидният филм се отстранява. (С помощта на шкурка или химически: първо се потапя в алкален разтвор, за да се отстрани оксидният филм, а след това в разтвор на живачни соли, за да се образува сплав от алуминий с живак - амалгама).

аз. Взаимодействие с прости вещества

Още при стайна температура алуминият реагира активно с всички халогени, образувайки халогениди. При нагряване реагира със сяра (200 °C), азот (800 °C), фосфор (500 °C) и въглерод (2000 °C), с йод в присъствието на катализатор - вода:

2A l + 3 S = A l 2 S 3 (алуминиев сулфид),

2A l + N 2 = 2A lN (алуминиев нитрид),

A l + P = A l P (алуминиев фосфид),

4A l + 3C = A l 4 C 3 (алуминиев карбид).

2 Al +3 I 2 =2 Al I 3 (алуминиев йодид) ОПИТ

Всички тези съединения са напълно хидролизирани до образуване на алуминиев хидроксид и съответно сероводород, амоняк, фосфин и метан:

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

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

Под формата на стружки или прах, той гори ярко във въздуха, отделяйки голямо количество топлина:

4A l + 3 O 2 = 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

ГОРЕНЕ НА АЛУМИНИЙ ВЪВ ВЪЗДУХ

ОПИТ

II. Взаимодействие със сложни вещества

Взаимодействие с вода :

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

без оксиден филм

ОПИТ

Взаимодействие с метални оксиди:

Алуминият е добър редуциращ агент, тъй като е един от активните метали. Той се нарежда в серията активност веднага след алкалоземните метали. Ето защо възстановява металите от техните оксиди . Тази реакция, алуминотермия, се използва за получаване на чисти редки метали, като волфрам, ванадий и др.

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

Термитна смес от Fe 3 O 4 и Al (прах) също се използва при термитно заваряване.

C r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3

Взаимодействие с киселини :

С разтвор на сярна киселина: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Не реагира със студена концентрирана сяра и азот (пасивира). Затова азотната киселина се транспортира в алуминиеви цистерни. При нагряване алуминият може да редуцира тези киселини, без да отделя водород:

2A l + 6H 2 S O 4 (конц.) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A 1 + 6H NO 3 (конц.) = A 1 (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Взаимодействие с алкали .

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

ОПИТ

Na[Ал(OH) 4] – натриев тетрахидроксиалуминат

По предложение на химика Горбов по време на Руско-японската война тази реакция е използвана за производството на водород за балони.

Със солни разтвори:

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

Ако повърхността на алуминия се натърка с живачна сол, възниква следната реакция:

2 Ал + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Отделеният живак разтваря алуминия, образувайки амалгама .

Откриване на алуминиеви йони в разтвори : ОПИТ

5. Приложение на алуминия и неговите съединения

Физическите и химичните свойства на алуминия са довели до широкото му използване в технологиите. Авиационната индустрия е основен потребител на алуминий: 2/3 от самолета се състои от алуминий и неговите сплави. Един стоманен самолет би бил твърде тежък и би могъл да превозва много по-малко пътници. Ето защо алуминият се нарича крилат метал. Кабелите и проводниците са изработени от алуминий: при еднаква електропроводимост масата им е 2 пъти по-малка от съответните медни продукти.

Като се има предвид корозионната устойчивост на алуминия, това е така производство на машинни части и контейнери за азотна киселина. Алуминиевият прах е основата за производството на сребърна боя за защита на железните продукти от корозия, а за отразяване на топлинните лъчи такава боя се използва за покриване на резервоари за съхранение на масло и пожарникарски костюми.

Алуминиевият оксид се използва за производство на алуминий, а също и като огнеупорен материал.

Алуминиевият хидроксид е основният компонент на добре познатите лекарства Maalox и Almagel, които намаляват киселинността на стомашния сок.

Алуминиевите соли са силно хидролизирани. Това свойство се използва в процеса на пречистване на водата. Алуминиев сулфат и малко количество гасена вар се добавят към водата за пречистване, за да се неутрализира получената киселина. В резултат на това се отделя обемна утайка от алуминиев хидроксид, която, утаявайки се, носи със себе си суспендирани частици от мътност и бактерии.

Следователно алуминиевият сулфат е коагулант.

6. Производство на алуминий

1) Модерен, рентабилен метод за производство на алуминий е изобретен от американеца Хол и французина Еру през 1886 г. Това включва електролиза на разтвор на алуминиев оксид в разтопен криолит. Разтопеният криолит Na 3 AlF 6 разтваря Al 2 O 3, точно както водата разтваря захарта. Електролизата на „разтвор“ на алуминиев оксид в разтопен криолит протича така, сякаш криолитът е само разтворителят, а алуминиевият оксид е електролитът.

2Al 2 O 3 електрически ток → 4Al + 3O 2

В английската „Енциклопедия за момчета и момичета“ статия за алуминия започва със следните думи: „На 23 февруари 1886 г. в историята на цивилизацията започва нова метална ера - ерата на алуминия. На този ден Чарлз Хол, 22-годишен химик, влезе в лабораторията на първия си учител с дузина малки топчета сребристо-бял алуминий в ръка и с новината, че е открил начин да направи метала евтино и в големи количества." Така Хол става основател на американската алуминиева индустрия и англосаксонски национален герой, като човек, превърнал науката в страхотен бизнес.

2) 2Al 2 O 3 +3 C=4 Al+3 CO 2

ТОВА Е ИНТЕРЕСНО:

• Металът алуминий е изолиран за първи път през 1825 г. от датския физик Ханс Кристиан Ерстед. Чрез преминаване на хлорен газ през слой горещ алуминиев оксид, смесен с въглища, Оерстед изолира алуминиев хлорид без ни най-малка следа от влага. За да възстанови металния алуминий, Оерстед трябваше да третира алуминиевия хлорид с калиева амалгама. 2 години по-късно немският химик Фридрих Вьолер. Той подобри метода, като замени калиевата амалгама с чист калий.
• През 18-ти и 19-ти век алуминият е основният метал за бижута. През 1889 г. Д. И. Менделеев в Лондон е награден с ценен подарък за заслугите си в развитието на химията - везни от злато и алуминий.
• До 1855 г. френският учен Сен-Клер Девил е разработил метод за производство на метален алуминий в технически мащаб. Но методът беше много скъп. Девил се радваше на специалното покровителство на Наполеон III, император на Франция. В знак на своята преданост и благодарност Девил изработва за сина на Наполеон, новородения принц, елегантно гравирана дрънкалка - първият "потребителски продукт", изработен от алуминий. Наполеон дори възнамерявал да оборудва гвардейците си с алуминиева кираса, но цената се оказала непосилна. По това време 1 кг алуминий струваше 1000 марки, т.е. 5 пъти по-скъпо от среброто. Едва след изобретяването на електролитния процес алуминият стана равен по стойност на обикновените метали.
• Знаете ли, че алуминият, попадайки в човешкия организъм, причинява разстройство на нервната система, когато е в излишък, метаболизмът се нарушава. А защитните агенти са витамин С, калциеви и цинкови съединения.
• Когато алуминият гори в кислород и флуор, се отделя много топлина. Поради това се използва като добавка към ракетното гориво. Ракетата Сатурн изгаря 36 тона алуминиев прах по време на своя полет. Идеята за използване на метали като компонент на ракетното гориво е предложена за първи път от F. A. Zander.

УПРАЖНЕНИЯ

Симулатор № 1 - Характеристики на алуминия по позиция в периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев

Симулатор № 2 - Уравнения на реакции на алуминий с прости и сложни вещества

Тренажор №3 - Химични свойства на алуминия

ЗАДАЧИ

номер 1. За получаване на алуминий от алуминиев хлорид металният калций може да се използва като редуциращ агент. Напишете уравнение за тази химическа реакция и охарактеризирайте този процес с помощта на електронен баланс.
Мисля! Защо тази реакция не може да се проведе във воден разтвор?

номер 2. Попълнете уравненията на химичните реакции:
Al + H 2 SO 4 (разтвор ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO3 (конц. ) - t ->
Al + NaOH + H2O ->

номер 3. Извършете трансформациите:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

номер 4. Реши задачата:
Алуминиево-медна сплав беше изложена на излишък от концентриран разтвор на натриев хидроксид при нагряване. Изпуснати са 2,24 литра газ (н.о.). Изчислете процентния състав на сплавта, ако общата й маса е 10 g?

Алуминиев оксид(алуминий) A1 2 O 3, безцветен. кристали; т.т. 2044°С; т. бала 3530 °C. Единственият стабилен кристал до 2044°C. модификация на алуминиев оксид-A1 2 O 3 (корунд): ромбоедрична решетка, a = 0,512 nm, = 55,25 ° (за шестоъгълна инсталация a = 0,475 nm, c = 1,299 nm, пространствена група D 6 3d, z = 2); плътен 3,99 g/cm3;Н° pl 111,4 kJ/mol; ниво на температурна зависимост: топлинен капацитет C° p = = 114.4 + 12.9*10 -3 T - 34.3*10 5 T 2 JDmol*K) (298T 1800 K), налягане на парите Igp (Pa) = -54800/7+1.68 (до ~ 3500 K); температурен коефициент линейно разширение (7.2-8.6)*10 -6 K -1 (300T1200 K); топлопроводимостпроба, синтерована при 730°C 0,35 W/(mol*K); Твърдост по Моос 9; коефициентът на пречупване за обикновен лъч е n 0 1,765, за необичаен лъч n 0 1,759.

Алуминиевият оксид (Al2O3) има изключителен набор от свойства, като например:

• Висока твърдост
• Добра топлопроводимост
• Отлична устойчивост на корозия
• Ниска плътност
• Поддържа здравина в широк температурен диапазон
• Електроизолационни свойства
• Ниска цена в сравнение с други керамични материали

Всички тези комбинации правят материала незаменим при производството на устойчиви на корозия, износоустойчиви, електроизолационни и топлоустойчиви продукти за голямо разнообразие от индустрии.

Основни приложения:

• Облицовка на мелници, хидроциклони, бетонобъркачки, екструдери, конвейери, тръби и друго носимо оборудване
• Механични уплътнителни пръстени
• Матрици, жила, водачи
• Плъзгащи лагери, валове и облицовка на мокри части на химически помпи
• Шлифовъчна среда
• Части за оборудване за производство на хартия
• Горелки
• Екструдерни дюзи (ядра)
• Тигели
• Елементи на вентили и спирателни кранове
• Дюзи за апарати за аргонно-дъгово заваряване
• Електрически изолатори

Има няколко модификации на алуминиев оксид в зависимост от съдържанието на основната фаза и примесите, които се отличават със здравина и химическа устойчивост

Алуминиев хидроксид

Алуминиевият хидроксид Al(OH) 3 е безцветно твърдо вещество, неразтворимо във вода, намиращо се в много боксити. Съществува в четири полиморфни модификации. На студено се образува α-Al(OH) 3 - байерит, а при отлагане от горещ разтвор γ-Al(OH) 3 - гиббсит (хидраргилит), и двете кристализират в моноклинната система, имат слоеста структура, слоевете се състоят от октаедри, между слоевете има водородна връзка. Съществува също триклинен гибзит γ’-Al(OH) 3 , триклинен нордстрандит β-Al(OH) 3 и две модификации на оксохидроксида AlOOH - орторомбичен бемит и диаспори. Аморфният алуминиев хидроксид има променлив състав Al 2 O 3 · nH 2 O. Той се разлага при нагряване над 180°C.

Химични свойства

Алуминиевият хидроксид е типично амфотерно съединение, което се разтваря в киселини и основи:

2Al(OH)3 + 6HCl = 2AlCl3 + 6H2O

Al(OH) 3 + NaOH + 2H 2 O = Na.

При нагряване процесът на дехидратация е доста сложен и може да се представи схематично по следния начин:

Al(OH)3 = AlOOH + H2O;

2AlOOH = Al 2 O 3 + H 2 O.

Алуминиевият хидроксид е химично вещество, което представлява съединение на алуминиев оксид с вода. Може да съществува в течно и твърдо състояние. Течният хидроксид е желеобразно прозрачно вещество, което е много слабо разтворимо във вода. Твърдият хидроксид е бяло кристално вещество, което има пасивни химични свойства и не реагира практически с никой друг елемент или съединение.

Алуминиев хлорид

При нормално налягане сублимира при 183 °C (под налягане се топи при 192,6 °C). Силно разтворим във вода (44,38 g в 100 g H 2 O при 25 ° C); Поради хидролиза, той пуши във влажен въздух, освобождавайки HCl. AlCl 3 · 6H 2 O кристален хидрат се утаява от водни разтвори - жълтеникаво-бели разпространяващи се кристали. Добре разтворим в много органични съединения (в етанол - 100 g на 100 g алкохол при 25 ° C, в ацетон, дихлороетан, етиленгликол, нитробензен, въглероден тетрахлориди т.н.); той обаче е практически неразтворим в бензен и толуен.

Алуминиев сулфат

Алуминиевият сулфат е бяла сол със сив, син или розов оттенък, при нормални условия съществува под формата на кристален хидрат Al 2 (SO 4) 3 · 18H 2 O - безцветни кристали. При нагряване губи вода, без да се топи, при нагряване се разлага на Al 2 O 3 и SO 3 и O 2. Разтваря се добре във вода. Техническият алуминиев сулфат може да се получи чрез третиране на боксит или глина със сярна киселина, а чистият продукт може да се получи чрез разтваряне на Al(OH) 3 в гореща концентрирана H 2 SO 4.

Алуминиевият сулфат се използва като коагулант за пречистване на вода за битови, питейни и промишлени цели и за използване в хартиената, текстилната, кожарската и други индустрии.

Използва се като хранителна добавка Е-520

Алуминиев карбид

Алуминиевият карбид се получава чрез директна реакция на алуминий с въглерод в дъгова пещ.

4 A l + 3 C ⟶ A l 4 C 3 (\displaystyle (\mathsf (4Al+3C\longrightarrow Al_(4)C_Малко количество алуминиев карбид е нормално в сместа с технически калциев карбид. При електролитното производство на алуминий това съединение се получава като продукт на корозия в графитни електроди. Получава се при реакцията на въглерод с алуминиев оксид:

Желязо с алуминий

Ални- група от твърди магнитни (силно коерцитивни) сплави желязо (Fe) - никел (Ni) - алуминий (Al).

Легирането на ални сплави подобрява техните магнитни характеристики; използва се легиране с мед (например сплав от 24% никел, 4% мед, 13% алуминий и 59% желязо), кобалт (алнико и магнико сплави). Въглеродната добавка намалява магнитните свойства на сплавта; съдържанието й не трябва да надвишава 0,03%.

Alni сплавите се характеризират с висока твърдост и крехкост, така че леенето се използва за производство на постоянни магнити от тях.

Натриев алуминат

Натриев алуминат- неорганично съединение, сложен оксид на натрий и алуминий с формула NaAlO 2, бяло аморфно вещество, реагира с вода.

Ортоалуминова киселина

Алуминий" ти,соли на алуминиеви киселини: ортоалуминий H3 AlO3, метаалуминий HAlO2 и др. В природата най-често срещаните са алуминатите с обща формула R, където R е Mg, Ca, Be, Zn и др. Сред тях са: 1) октаедрични разновидности, така нареченият. шпинели - Mg (благороден шпинел), Zn (ганит или цинков шпинел) и др. и 2) ромбични разновидности - Be (хризоберил) и др. (във формули минералиатомите, които съставляват структурна група, обикновено се поставят в квадратни скоби).

Алкални метални алуминати се получават чрез взаимодействие на Al или Al(OH)3 с разяждащи алкали: Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2O. От тях натриевите алуминати NaAlO2, образувани по време на алкалния процес на производство на алуминиев оксид , използва се в текстилното производство като щипка. Алуминатите на алкалоземните метали се получават чрез сливане на техните оксиди с Al2O3; От тях калциевите алуминати CaAl2O4 служат като основен компонент на бързо втвърдяващия се алуминиев цимент.

Алуминатите на редкоземни елементи са придобили практическо значение. Те се получават чрез съвместно разтваряне на оксидите на редкоземни елементи R203 и Al(NO3)3 в азотна киселина, изпаряване на получения разтвор до кристализиране на солите и калциниране на последния при 1000-1100°C. Образуването на алуминати се контролира чрез рентгенова дифракция, както и химичен фазов анализ. Последното се основава на различната разтворимост на първоначалните оксиди и образуваното съединение (А. например са стабилни в оцетна киселина, докато оксидите на редкоземни елементи са добре разтворими в нея). Редкоземните алуминати имат голяма химическа устойчивост в зависимост от техните температури преди изпичане; стабилен във вода при високи температури (до 350°C) под налягане. Най-добрият разтворител за редкоземни алуминати е солната киселина. Алуминатите на редкоземни елементи се характеризират с висока огнеупорност и характерен цвят. Тяхната плътност варира от 6500 до 7500 килограма /m3.

Химичните свойства на алуминия се определят от неговото положение в периодичната таблица на химичните елементи.

По-долу са основните химични реакции на алуминия с други химични елементи. Тези реакции определят основните химични свойства на алуминия.

С какво реагира алуминият?

Прости вещества:

• халогени (флуор, хлор, бром и йод)
• фосфор
• въглерод
• кислород (изгаряне)

Сложни вещества:

• минерални киселини (солна, фосфорна)
• сярна киселина
• Азотна киселина
• алкали
• окислители
• оксиди на по-малко активни метали (алуминотермия)

С какво не реагира алуминият?

Алуминият не реагира:

• с водород
• при нормални условия - с концентрирана сярна киселина (поради пасивация - образуване на плътен оксиден филм)
• при нормални условия - с концентрирана азотна киселина (също поради пасивация)

Алуминий и въздух

Обикновено повърхността на алуминия винаги е покрита с тънък слой алуминиев оксид, който го предпазва от излагане на въздух или по-точно кислород. Поради това се смята, че алуминият не реагира с въздуха. Ако този оксиден слой бъде повреден или отстранен, свежата алуминиева повърхност реагира с кислорода във въздуха. Алуминият може да гори в кислород с ослепителен бял пламък, за да образува алуминиев оксид Al2O3.

Реакция на алуминий с кислород:

• 4Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3

Алуминий и вода

Алуминият реагира с вода в следните реакции:

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

В резултат на тези реакции се образуват съответно:

• модификация на алуминиев хидроксид байерит и водород (1)
• модификация на алуминиев хидроксид бохемит и водород (2)
• алуминиев оксид и водород (3)

Тези реакции, между другото, са от голям интерес при разработването на компактни инсталации за производство на водород за превозни средства, които работят с водород.

Всички тези реакции са термодинамично възможни при температури от стайна до точката на топене на алуминия 660 ºС. Всички те също са екзотермични, т.е. възникват с отделяне на топлина:

• При температури от стайна температура до 280 ºС най-стабилният реакционен продукт е Al(OH) 3.
• При температури от 280 до 480 ºС най-стабилният продукт на реакцията е AlO(OH).
• При температури над 480 ºС най-стабилният реакционен продукт е Al 2 O 3.

Така алуминиевият оксид Al 2 O 3 става термодинамично по-стабилен от Al(OH) 3 при повишени температури. Продуктът от реакцията на алуминий с вода при стайна температура ще бъде алуминиев хидроксид Al(OH) 3.

Реакция (1) показва, че алуминият трябва да реагира спонтанно с вода при стайна температура. На практика обаче парче алуминий, потопено във вода, не реагира с вода при стайна температура или дори във вряща вода. Факт е, че алуминият има тънък кохерентен слой от алуминиев оксид Al 2 O 3 на повърхността си. Този оксиден филм прилепва здраво към повърхността на алуминия и го предпазва от реакция с вода. Следователно, за да започне и поддържа реакцията на алуминий с вода при стайна температура, е необходимо постоянно да се отстранява или унищожава този оксиден слой.

Алуминий и халогени

Алуминият реагира бурно с всички халогени - това са:

• флуор F
• хлор Cl
• бром Br и
• йод (йод) I,

съответно с образование:

• флуорид AlF 3
• AlCl3 хлорид
• бромид Al 2 Br 6 и
• Al 2 Br 6 йодид.

Реакции на водород с флуор, хлор, бром и йод:

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

Алуминий и киселини

Алуминият реагира активно с разредени киселини: сярна, солна и азотна, с образуването на съответните соли: алуминиев сулфат Al 2 SO 4, алуминиев хлорид AlCl 3 и алуминиев нитрат Al (NO 3) 3.

Реакции на алуминий с разредени киселини:

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

Не взаимодейства с концентрирана сярна и солна киселина при стайна температура, при нагряване реагира с образуване на соли, оксиди и вода.

Алуминий и алкали

Алуминият във воден разтвор на основа - натриев хидроксид - реагира, за да образува натриев алуминат.

Реакцията на алуминий с натриев хидроксид има формата:

• 2Al + 2NaOH + 10H 2 O -> 2Na + 3H 2

източници:

1. Химични елементи. Първите 118 елемента, подредени по азбучен ред / изд. Уикипедианци - 2018 г

2. Реакция на алуминий с вода за получаване на водород /Джон Петрович и Джордж Томас, САЩ Министерство на енергетиката, 2008 г

Един от най-често срещаните елементи на планетата е алуминият. Физическите и химичните свойства на алуминия се използват в промишлеността. Всичко, което трябва да знаете за този метал, ще намерите в нашата статия.

Атомна структура

Алуминият е 13-ият елемент от периодичната таблица. Той е в третия период, група III, основната подгрупа.

Свойствата и употребата на алуминия са свързани с неговата електронна структура. Алуминиевият атом има положително заредено ядро ​​(+13) и 13 отрицателно заредени електрона, разположени на три енергийни нива. Електронната конфигурация на атома е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

Външното енергийно ниво съдържа три електрона, които определят постоянната валентност на III. При реакции с вещества алуминият преминава във възбудено състояние и е в състояние да се откаже от трите електрона, образувайки ковалентни връзки. Подобно на други активни метали, алуминият е мощен редуциращ агент.

Ориз. 1. Строеж на алуминиевия атом.

Алуминият е амфотерен метал, който образува амфотерни оксиди и хидроксиди. В зависимост от условията, съединенията проявяват киселинни или основни свойства.

Физическо описание

Алуминият има:

• лекота (плътност 2,7 g/cm 3);
• сребристосив цвят;
• висока електрическа проводимост;
• пластичност;
• пластичност;
• точка на топене - 658°C;
• точка на кипене - 2518.8°C.

Тенекиените контейнери, фолиото, телта и сплавите са направени от метал. Алуминият се използва в производството на микросхеми, огледала и композитни материали.

Ориз. 2. Тенекиени съдове.

Алуминият е парамагнитен. Металът се привлича от магнит само в присъствието на магнитно поле.

Химични свойства

Във въздуха алуминият бързо се окислява, покривайки се с оксиден филм. Той предпазва метала от корозия и също така предотвратява взаимодействието с концентрирани киселини (азотна, сярна). Поради това киселините се съхраняват и транспортират в алуминиеви контейнери.

При нормални условия реакциите с алуминий са възможни само след отстраняване на оксидния филм. Повечето реакции протичат при високи температури.

Основните химични свойства на елемента са описани в таблицата.

реакция	Описание	Уравнението
С кислород	Гори при високи температури, отделяйки топлина	4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
С неметални	Реагира със сяра при температури над 200°C, с фосфор - при 500°C, с азот - при 800°C, с въглерод - при 2000°C	2Al + 3S → Al 2 S 3 ; Al + P → AlP; 2Al + N 2 → 2AlN; 4Al + 3C → Al 4 C 3
С халогени	Реагира при нормални условия, с йод - при нагряване в присъствието на катализатор (вода)	2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3 ; 2Al + 3I 2 → 2AlI 3 ; 2Al + 3Br 2 → 2AlBr 3
С киселини	Реагира с разредени киселини при нормални условия, с концентрирани киселини при нагряване	2Al + 3H 2 SO 4 (разреден) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2; Al + 6HNO 3 (конц.) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
С алкали	Реагира с водни разтвори на основи и при топене	2Al + 2NaOH + 10H 2 O → 2Na + 3H 2; 2Al + 6KOH → 2KAlO 2 + 2K 2 O + 3H 2
С оксиди	Измества по-малко активните метали	2Al + Fe 2 O 3 → 2Fe + Al 2 O 3

Алуминият не реагира директно с водорода. Възможна е реакция с вода след отстраняване на оксидния филм.

Ориз. 3. Взаимодействие на алуминий с вода.

Какво научихме?

Алуминият е амфотерно активен метал с постоянна валентност. Има ниска плътност, висока електропроводимост и пластичност. Привлича се от магнит само при наличие на магнитно поле. Алуминият реагира с кислорода, образувайки защитен филм, който предотвратява реакциите с вода, концентрирана азотна и сярна киселина. При нагряване взаимодейства с неметали и концентрирани киселини, а при нормални условия - с халогени и разредени киселини. В оксидите той измества по-малко активните метали. Не реагира с водород.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.3. Общо получени оценки: 73.