VAD ÄR ALUMINIUM

Lätt, hållbar, korrosionsbeständig och funktionell - det är denna kombination av kvaliteter som har gjort aluminium till vår tids huvudsakliga strukturmaterial. Aluminium finns i husen vi bor i, bilar, tåg och flyg vi reser med, i mobiltelefoner och datorer, på kylskåpshyllor och i moderna interiörer. Men för 200 år sedan var lite känt om denna metall.

"Det som verkade omöjligt i århundraden, det som igår bara var en vågad dröm, blir idag en verklig uppgift och imorgon - en prestation."

Sergei Pavlovich Korolev
vetenskapsman, designer, grundare av praktisk astronautik

Aluminium – silvervit metall, det 13:e grundämnet i det periodiska systemet. Otroligt men sant: aluminium är den vanligaste metallen på jorden, som står för mer än 8% av den totala massan av jordskorpan, och det är det tredje vanligaste kemiska elementet på vår planet efter syre och kisel.

Aluminium finns dock inte i naturen i sin rena form på grund av dess höga kemiska reaktivitet. Det är därför vi lärde oss om det relativt nyligen. Aluminium tillverkades formellt först 1824, och ytterligare ett halvt sekel gick innan dess industriella produktion började.

Oftast i naturen finns aluminium i kompositionen alun. Dessa är mineraler som kombinerar två salter av svavelsyra: en baserad på en alkalimetall (litium, natrium, kalium, rubidium eller cesium), och den andra baserad på en metall från den tredje gruppen i det periodiska systemet, huvudsakligen aluminium.

Alun används fortfarande idag inom vattenrening, matlagning, medicin, kosmetologi, kemiska och andra industrier. Aluminium har förresten fått sitt namn tack vare alun, som på latin kallades alumen.

Korund

Rubiner, safirer, smaragder och akvamarin är aluminiummineraler.
De två första tillhör korund - detta är aluminiumoxid (Al 2 O 3) i kristallin form. Den har naturlig transparens och är näst efter diamanter i styrka. Skottsäkert glas, flygplansfönster och smartphoneskärmar är tillverkade av safir.
Och en av de mindre värdefulla korundmineralerna, smärgel, används som slipmaterial, bland annat för att skapa sandpapper.

Idag är nästan 300 olika aluminiumföreningar och mineraler kända – från fältspat, som är det huvudsakliga stenbildande mineralet på jorden, till rubin, safir eller smaragd, som inte längre är så vanliga.

Hans Christian Oersted(1777–1851) – dansk fysiker, hedersledamot i Sankt Petersburgs vetenskapsakademi (1830). Född i staden Rudkörbing i en farmaceuts familj. 1797 tog han examen vid Köpenhamns universitet, 1806 blev han professor.

Men oavsett hur vanligt aluminium var, blev dess upptäckt möjlig först när forskare hade ett nytt verktyg till sitt förfogande som gjorde det möjligt att bryta ner komplexa ämnen till enklare - elektricitet.

Och 1824, med hjälp av elektrolysprocessen, fick den danske fysikern Hans Christian Oersted aluminium. Det var förorenat med föroreningar av kalium och kvicksilver som var involverade i kemiska reaktioner, men detta var första gången aluminium producerades.

Med hjälp av elektrolys produceras aluminium fortfarande idag.

Råvaran för aluminiumproduktion idag är en annan aluminiummalm som är vanlig i naturen - bauxit. Detta är en lerartad sten som består av olika modifieringar av aluminiumhydroxid med en blandning av oxider av järn, kisel, titan, svavel, gallium, krom, vanadin, karbonatsalter av kalcium, järn och magnesium - nästan hälften av det periodiska systemet. I genomsnitt produceras 1 ton aluminium av 4-5 ton bauxit.

Bauxit

Bauxit upptäcktes av geologen Pierre Berthier i södra Frankrike 1821. Rasen har fått sitt namn efter området Les Baux där den hittades. Cirka 90% av världens bauxitreserver är koncentrerade till länder i de tropiska och subtropiska zonerna - Guinea, Australien, Vietnam, Brasilien, Indien och Jamaica.

Det erhålls från bauxit aluminiumoxid. Detta är aluminiumoxid Al 2 O 3, som har formen av ett vitt pulver och av vilket metall framställs genom elektrolys i aluminiumsmältverk.

Aluminiumproduktion kräver enorma mängder el. För att producera ett ton metall krävs cirka 15 MWh energi – det är så mycket en 100-lägenhetsbyggnad förbrukar under en hel månad. Därför är det mest vettigt att bygga aluminiumsmältverk nära kraftfulla och förnybara energikällor. Den mest optimala lösningen är vattenkraftverk, som representerar den mest kraftfulla av alla typer av "grön energi".

Egenskaper hos aluminium

Aluminium har en sällsynt kombination av värdefulla egenskaper. Detta är en av de lättaste metallerna i naturen: den är nästan tre gånger lättare än järn, men samtidigt är den stark, extremt seg och inte utsatt för korrosion, eftersom dess yta alltid är täckt med en tunn, men mycket hållbar oxid filma. Det är inte magnetiskt, leder elektricitet bra och bildar legeringar med nästan alla metaller.

Lätt

Tre gånger lättare än järn

Varaktig

Jämförbar i hållfasthet med stål

Plast

Lämplig för alla typer av mekanisk bearbetning

Ingen korrosion

Tunn oxidfilm skyddar mot korrosion

Aluminium bearbetas lätt genom tryck, både varmt och kallt. Den kan rullas, ritas, stämplas. Aluminium brinner inte, kräver ingen specialmålning och är giftfritt, till skillnad från plast.

Formbarheten hos aluminium är mycket hög: ark med en tjocklek på endast 4 mikron och den tunnaste tråden kan tillverkas av den. Och ultratunn aluminiumfolie är tre gånger tunnare än ett människohår. Dessutom, jämfört med andra metaller och material, är det mer ekonomiskt.

Den höga förmågan att bilda föreningar med olika kemiska grundämnen har gett upphov till många aluminiumlegeringar. Även en liten del av föroreningar förändrar metallens egenskaper avsevärt och öppnar nya områden för dess tillämpning. Till exempel kan kombinationen av aluminium med kisel och magnesium hittas bokstavligen på vägarna i vardagen - i form av lättmetallfälgar, motorer, chassielement och andra delar av en modern bil. Och om du tillsätter zink till aluminiumlegeringen, så kanske du håller den i dina händer nu, eftersom denna legering används i tillverkningen av fodral till mobiltelefoner och surfplattor. Samtidigt fortsätter forskare att uppfinna nya aluminiumlegeringar.
Aluminiumreserver
Cirka 75 % av det aluminium som produceras under hela industrins existens används fortfarande idag.

Fotomaterial som används i den här artikeln är © Shutterstock och © Rusal.

(Al), gallium (Ga), indium (In) och tallium (Tl).

Som framgår av ovanstående data upptäcktes alla dessa element i XIX århundradet.

Upptäckt av metaller i huvudundergruppen III grupper

I	Al	Ga	I	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G.H. Ørsted	L. de Boisbaudran	F. Reich,	W. Crooks
L. Tenard	(Danmark)	(Frankrike)	I. Richter	(England)
(Frankrike)			(Tyskland)

Bor är en icke-metall. Aluminium är en övergångsmetall, medan gallium, indium och tallium är fullvärdiga metaller. Således, med ökande radier av atomerna i elementen i varje grupp i det periodiska systemet, ökar de metalliska egenskaperna hos enkla ämnen.

I denna föreläsning ska vi titta närmare på aluminiumets egenskaper.

1. Placeringen av aluminium i D. I. Mendeleevs bord. Atomstruktur, uppvisade oxidationstillstånd.

Aluminiumelementet är placerat i III grupp, huvud "A" undergrupp, 3:e perioden av det periodiska systemet, serienummer nr 13, relativ atommassa Ar(Al ) = 27. Dess granne till vänster i tabellen är magnesium, en typisk metall, och till höger, kisel, en icke-metall. Följaktligen måste aluminium uppvisa egenskaper av någon mellanliggande natur och dess föreningar är amfotera.

Al +13) 2) 8) 3, p – element,

Marktillstånd 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Upphetsat tillstånd 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Aluminium uppvisar ett oxidationstillstånd på +3 i föreningar:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Fysiska egenskaper

Aluminium i sin fria form är en silvervit metall med hög termisk och elektrisk ledningsförmåga.Smältpunkt 650 o C. Aluminium har en låg densitet (2,7 g/cm 3) - ungefär tre gånger mindre än den för järn eller koppar, och samtidigt är det en hållbar metall.

3. Att vara i naturen

När det gäller prevalens i naturen rankas det 1:a bland metaller och 3:a bland grundämnen, näst efter syre och kisel. Andelen aluminiuminnehåll i jordskorpan varierar enligt olika forskare från 7,45 till 8,14 % av jordskorpans massa.

I naturen förekommer aluminium endast i föreningar (mineraler).

Några av dem:

· Bauxit - Al 2 O 3 H 2 O (med föroreningar av SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefeliner - KNa 3 4

· Aluniter - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Aluminiumoxid (blandningar av kaoliner med sand SiO 2, kalksten CaCO 3, magnesit MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Fältspat (ortoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

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

· Alunite - (Na,K)2SO4 ×Al2(SO4)3 ×4Al(OH)3

· Beryl - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Bauxit
Al2O3	Korund
	Rubin
	Safir

4. Kemiska egenskaper hos aluminium och dess föreningar

Aluminium reagerar lätt med syre under normala förhållanden och är belagd med en oxidfilm (som ger det ett matt utseende).

DEMONSTRATION AV OXIDFILM

Dess tjocklek är 0,00001 mm, men tack vare den korroderar inte aluminium. För att studera aluminiums kemiska egenskaper tas oxidfilmen bort. (Med sandpapper, eller kemiskt: doppa det först i en alkalilösning för att ta bort oxidfilmen och sedan i en lösning av kvicksilversalter för att bilda en legering av aluminium med kvicksilver - amalgam).

jag. Interaktion med enkla ämnen

Redan vid rumstemperatur reagerar aluminium aktivt med alla halogener och bildar halogenider. Vid upphettning reagerar den med svavel (200 °C), kväve (800 °C), fosfor (500 °C) och kol (2000 °C), med jod i närvaro av en katalysator - vatten:

2A l + 3 S = A l 2 S 3 (aluminiumsulfid),

2Al + N2 = 2A IN (aluminiumnitrid),

Al + P = Al P (aluminiumfosfid),

4A l + 3C = A l 4 C 3 (aluminiumkarbid).

2Al+3I2=2Al I 3 (aluminiumjodid) ERFARENHET

Alla dessa föreningar hydrolyseras fullständigt för att bilda aluminiumhydroxid och följaktligen vätesulfid, ammoniak, fosfin och metan:

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

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

I form av spån eller pulver brinner det starkt i luften och frigör en stor mängd värme:

4Al + 3 O2 = 2A12O3 + 1676 kJ.

ALUMINIUM FÖRBRÄNNING I LUFT

ERFARENHET

II. Interaktion med komplexa ämnen

Interaktion med vatten :

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

utan oxidfilm

ERFARENHET

Interaktion med metalloxider:

Aluminium är ett bra reduktionsmedel, eftersom det är en av de aktiva metallerna. Den rankas i aktivitetsserien omedelbart efter jordalkalimetallerna. Det är därför återställer metaller från deras oxider . Denna reaktion, aluminotermi, används för att producera rena sällsynta metaller, såsom volfram, vanadin, etc.

3 Fe3O4 +8 Al =4 Al2O3 +9 Fe+ F

Termitblandning av Fe 3 O 4 och Al (pulver) används också vid termitsvetsning.

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

Interaktion med syror :

Med svavelsyralösning: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Det reagerar inte med kallt koncentrerat svavel och kväve (passiverar). Därför transporteras salpetersyra i aluminiumtankar. Vid uppvärmning kan aluminium reducera dessa syror utan att frigöra väte:

2A l + 6H 2 S O 4 (konc) = Al 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

Al + 6H NO3 (konc) = Al (NO3)3 + 3 NO2 + 3H2O.

Interaktion med alkalier .

2Al + 2 NaOH + 6 H2O = 2 Na [ Al(OH)4 ] +3 H2

ERFARENHET

Na[Al(OH) 4 ] – natriumtetrahydroxialuminat

På förslag av kemisten Gorbov användes denna reaktion under det rysk-japanska kriget för att producera väte för ballonger.

Med saltlösningar:

2Al + 3 CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3 Cu

Om ytan av aluminium gnids med kvicksilversalt uppstår följande reaktion:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Det frigjorda kvicksilvret löser aluminium och bildar amalgam .

Detektion av aluminiumjoner i lösningar : ERFARENHET

5. Applicering av aluminium och dess föreningar

De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos aluminium har lett till dess utbredda användning inom teknik. Flygindustrin är en storkonsument av aluminium: 2/3 av flygplanet består av aluminium och dess legeringar. Ett stålplan skulle vara för tungt och kunde ta mycket färre passagerare. Det är därför aluminium kallas en bevingad metall. Kablar och ledningar är gjorda av aluminium: med samma elektriska ledningsförmåga är deras massa 2 gånger mindre än motsvarande kopparprodukter.

Med tanke på aluminiumets korrosionsbeständighet är det det tillverka maskindelar och behållare för salpetersyra. Aluminiumpulver är grunden för tillverkning av silverfärg för att skydda järnprodukter från korrosion, och för att reflektera värmestrålar används sådan färg för att täcka oljelagringstankar och brandmansdräkter.

Aluminiumoxid används för att tillverka aluminium och även som ett eldfast material.

Aluminiumhydroxid är huvudkomponenten i de välkända läkemedlen Maalox och Almagel, som minskar surheten i magsaften.

Aluminiumsalter är höggradigt hydrolyserade. Denna egenskap används i processen för vattenrening. Aluminiumsulfat och en liten mängd släckt kalk tillsätts till vattnet som ska renas för att neutralisera den resulterande syran. Som ett resultat frigörs en voluminös fällning av aluminiumhydroxid, som, sedimenterar, bär med sig suspenderade partiklar av grumlighet och bakterier.

Således är aluminiumsulfat ett koaguleringsmedel.

6. Aluminiumtillverkning

1) En modern, kostnadseffektiv metod för att tillverka aluminium uppfanns av American Hall och fransmannen Héroult 1886. Det innebär elektrolys av en lösning av aluminiumoxid i smält kryolit. Smält kryolit Na 3 AlF 6 löser Al 2 O 3, precis som vatten löser socker. Elektrolys av en "lösning" av aluminiumoxid i smält kryolit sker som om kryoliten bara vore lösningsmedlet och aluminiumoxiden elektrolyten.

2Al 2 O 3 elektrisk ström → 4Al + 3O 2

I det engelska "Encyclopedia for Boys and Girls" börjar en artikel om aluminium med följande ord: "Den 23 februari 1886 började en ny metallålder i civilisationens historia - aluminiumtiden. Den här dagen gick Charles Hall, en 22-årig kemist, in i sitt första lärarlaboratorium med ett dussin små kulor av silvervit aluminium i handen och med nyheten att han hittat ett sätt att tillverka metallen billigt och i stora mängder." Så Hall blev grundaren av den amerikanska aluminiumindustrin och en anglosaxisk nationalhjälte, som en man som gjorde vetenskapen till en stor affär.

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

DET HÄR ÄR INTRESSANT:

• Aluminiummetall isolerades först 1825 av den danske fysikern Hans Christian Oersted. Genom att passera klorgas genom ett lager av het aluminiumoxid blandat med kol, isolerade Oersted aluminiumklorid utan minsta spår av fukt. För att återställa metalliskt aluminium behövde Oersted behandla aluminiumklorid med kaliumamalgam. 2 år senare, tyska kemisten Friedrich Woeller. Han förbättrade metoden genom att ersätta kaliumamalgam med rent kalium.
• På 1700- och 1800-talen var aluminium huvudmetallen för smycken. 1889 tilldelades D.I. Mendeleev i London en värdefull gåva för sina tjänster inom utvecklingen av kemi - vågar gjorda av guld och aluminium.
• År 1855 hade den franske vetenskapsmannen Saint-Clair Deville utvecklat en metod för att tillverka aluminiummetall i teknisk skala. Men metoden var väldigt dyr. Deville åtnjöt det speciella beskydd av Napoleon III, Frankrikes kejsare. Som ett tecken på sin hängivenhet och tacksamhet gjorde Deville till Napoleons son, den nyfödde prinsen, en elegant graverad skallra - den första "konsumentprodukten" gjord av aluminium. Napoleon hade till och med för avsikt att utrusta sina vakter med aluminiumkyrass, men priset visade sig vara oöverkomligt. Då kostade 1 kg aluminium 1000 mark, d.v.s. 5 gånger dyrare än silver. Först efter uppfinningen av den elektrolytiska processen blev aluminium lika i värde som vanliga metaller.
• Visste du att aluminium, när det kommer in i människokroppen, orsakar störningar i nervsystemet. Och skyddsmedel är vitamin C, kalcium och zinkföreningar.
• När aluminium brinner i syre och fluor frigörs mycket värme. Därför används det som tillsats till raketbränsle. Saturnusraketen bränner 36 ton aluminiumpulver under sin flygning. Idén att använda metaller som en komponent i raketbränsle föreslogs först av F. A. Zander.

ÖVNINGAR

Simulator nr 1 - Karakteristika för aluminium efter position i det periodiska systemet för grundämnen av D. I. Mendeleev

Simulator nr 2 - Reaktionsekvationer av aluminium med enkla och komplexa ämnen

Simulator nr 3 - Kemiska egenskaper hos aluminium

UPPDRAG UPPGIFTER

Nr 1. För att erhålla aluminium från aluminiumklorid kan kalciummetall användas som reduktionsmedel. Skriv en ekvation för denna kemiska reaktion och karakterisera denna process med hjälp av en elektronisk våg.
Tror! Varför kan denna reaktion inte utföras i en vattenlösning?

Nr 2. Slutför ekvationerna för kemiska reaktioner:
Al + H2SO4 (lösning ) ->
Al + CuCl2->
Al + HNO3 ( konc. ) - t ->
Al + NaOH + H2O ->

Nr 3. Utför omvandlingarna:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

Nr 4. Lösa problemet:
En aluminium-kopparlegering exponerades för ett överskott av koncentrerad natriumhydroxidlösning under upphettning. 2,24 liter gas (n.o.) släpptes ut. Beräkna den procentuella sammansättningen av legeringen om dess totala massa var 10 g?

Aluminiumoxid(aluminiumoxid) A12O3, färglös. kristaller; smp. 2044°C; t. bal 3530°C. Den enda stabila kristallina upp till 2044°C. modifiering av aluminiumoxid-A12O3 (korund): romboedriskt gitter, a = 0,512 nm, = 55,25° (för hexagonal installation a = 0,475 nm, c = 1,299 nm, rymdgrupp D 6 3d, z = 2); tät 3,99 g/cm3; N° pl 111,4 kJ/mol; nivå av temperaturberoende: värmekapacitet C° p = = 114,4 + 12,9*10 -3 T - 34,3*10 5 T 2 JDmol*K) (298T 1800 K), ångtryck Igp (Pa) = -54800/7+1,68 (upp till ~ 3500 K); temperatur koefficient linjär expansion (7,2-8,6)*10 -6 K -1 (300T1200 K); värmeledningsförmåga prov sintrat vid 730°C 0,35 W/(mol*K); Mohs hårdhet 9; brytningsindex för en vanlig stråle är n 0 1,765, för en extraordinär stråle n 0 1,759.

Aluminiumoxid (Al2O3) har en exceptionell uppsättning egenskaper, såsom:

• Hög hårdhet
• Bra värmeledningsförmåga
• Utmärkt korrosionsbeständighet
• Låg densitet
• Behåller styrkan över ett brett temperaturområde
• Elektriska isolerande egenskaper
• Låg kostnad i förhållande till andra keramiska material

Alla dessa kombinationer gör materialet oersättligt vid tillverkning av korrosionsbeständiga, slitstarka, elektriskt isolerande och värmebeständiga produkter för en mängd olika industrier.

Huvudapplikationer:

• Foder av kvarnar, hydrocykloner, betongblandare, extruderare, transportörer, rör och annan bärbar utrustning
• Mekaniska tätningsringar
• Dies, trådar, guider
• Glidlager, axlar och foder av våta delar av kemiska pumpar
• Slipande media
• Delar för papperstillverkning
• Brännare
• Extrudermunstycken (kärnor)
• Deglar
• Element av ventiler och avstängningsventiler
• Munstycken för argonbågsvetsmaskiner
• Elektriska isolatorer

Det finns flera modifieringar av aluminiumoxid beroende på innehållet i huvudfasen och föroreningar, som kännetecknas av styrka och kemisk beständighet

Aluminiumhydroxid

Aluminiumhydroxid Al(OH) 3 är ett färglöst fast ämne, olösligt i vatten, som finns i många bauxiter. Det finns i fyra polymorfa modifikationer. I kyla bildas α-Al(OH) 3 - bayerit, och vid avsättning från en varm lösning γ-Al(OH) 3 - gibbsit (hydrargylit), båda kristalliseras i det monokliniska systemet, har en skiktad struktur, skikten består av oktaedrar, mellan lagren finns en vätebindning. Det finns också en triklinisk gibbsit γ’-Al(OH) 3 , en triklinisk Nordstrandite β-Al(OH) 3 och två modifikationer av oxohydroxiden AlOOH - ortorombisk böhmit och diasporer. Amorf aluminiumhydroxid har en variabel sammansättning Al 2 O 3 · nH 2 O. Den sönderdelas vid upphettning över 180°C.

Kemiska egenskaper

Aluminiumhydroxid är en typisk amfotär förening som löser sig i syror och alkalier:

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

Al(OH)3 + NaOH + 2H2O = Na.

När den upphettas sönderdelas uttorkningsprocessen ganska komplex och kan schematiskt representeras enligt följande:

Al(OH)3 = AlOOH + H2O;

2AlOOH = Al2O3 + H2O.

Aluminiumhydroxid är ett kemiskt ämne som är en förening av aluminiumoxid med vatten. Det kan existera i flytande och fast tillstånd. Flytande hydroxid är ett geléliknande genomskinligt ämne som är mycket dåligt lösligt i vatten. Fast hydroxid är ett vitt kristallint ämne som har passiva kemiska egenskaper och som inte reagerar med praktiskt taget något annat element eller förening.

Aluminiumklorid

Vid normalt tryck sublimeras den vid 183 °C (under tryck smälter den vid 192,6 °C). Mycket löslig i vatten (44,38 g i 100 g H2O vid 25°C); På grund av hydrolysen ryker det i fuktig luft och frigör HCl. AlCl 3 · 6H 2 O kristallhydrat fälls ut från vattenlösningar - gulvita spridande kristaller. Vällösligt i många organiska föreningar (i etanol - 100 g per 100 g alkohol vid 25 ° C, i aceton, dikloretan, etylenglykol, nitrobensen, koltetraklorid och så vidare.); den är emellertid praktiskt taget olöslig i bensen och toluen.

Aluminiumsulfat

Aluminiumsulfat är ett vitt salt med en grå, blå eller rosa nyans under normala förhållanden finns det i form av kristallint hydrat Al 2 (SO 4) 3 · 18H 2 O - färglösa kristaller. När den värms upp förlorar den vatten utan att smälta när den värms upp, sönderdelas den till Al 2 O 3 och SO 3 och O 2. Det löser sig bra i vatten. Tekniskt aluminiumsulfat kan erhållas genom att behandla bauxit eller lera med svavelsyra, och den rena produkten kan erhållas genom att lösa Al(OH) 3 i varmkoncentrerad H 2 SO 4.

Aluminiumsulfat används som koaguleringsmedel för vattenrening för hushålls-, dryckes- och industriändamål och för användning i papper, textil, läder och andra industrier.

Används som livsmedelstillsats E-520

Aluminiumkarbid

Aluminiumkarbid framställs genom direkt reaktion mellan aluminium och kol i en ljusbågsugn.

4 A l + 3 C ⟶ A l 4 C 3 (\displaystyle (\mathsf (4Al+3C\longrightarrow Al_(4)C_ En liten mängd aluminiumkarbid är normalt i inblandning av teknisk kalciumkarbid. Vid elektrolytisk framställning av aluminium erhålls denna förening som en korrosionsprodukt i grafitelektroder. Erhålls genom reaktion av kol med aluminiumoxid:

Stryk med aluminium

Alni- en grupp hårdmagnetiska (högt koercitiva) legeringar järn (Fe) - nickel (Ni) - aluminium (Al).

Legering av alni-legeringar förbättrar deras magnetiska egenskaper legering med koppar används (till exempel en legering av 24% nickel, 4% koppar, 13% aluminium och 59% järn), kobolt (alnico och magnico legeringar). Kolinblandning minskar legeringens magnetiska egenskaper; dess innehåll bör inte överstiga 0,03 %.

Alni-legeringar kännetecknas av hög hårdhet och sprödhet, så gjutning används för att göra permanentmagneter från dem.

Natriumaluminat

Natriumaluminat- en oorganisk förening, en komplex oxid av natrium och aluminium med formeln NaAlO 2, en vit amorf substans, reagerar med vatten.

Ortoaluminsyra

Alumina" du, salter av aluminiumsyror: ortoaluminium H3 AlO3, metaaluminum HAlO2, etc. I naturen är de vanligaste aluminater med den allmänna formeln R, där R är Mg, Ca, Be, Zn, etc. Bland dem finns: 1) oktaedriska varianter, den så kallade. spineller - Mg (ädel spinell), Zn (ganit eller zinkspinell), etc. och 2) rombiska varianter - Be (chrysoberyl) etc. (i formler mineraler atomerna som utgör en strukturell grupp är vanligtvis inneslutna inom hakparenteser).

Alkalimetallaluminater erhålls genom att reagera Al eller Al(OH)3 med kaustiska alkalier: Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2 O. Av dessa natriumaluminater NaAlO2, som bildas under den alkaliska processen för framställning av aluminiumoxid , används i textilproduktion som betningsmedel. Aluminater av alkaliska jordartsmetaller erhålls genom att smälta deras oxider med Al2O3; Av dessa fungerar kalciumaluminat CaAl2O4 som huvudkomponenten i snabbt härdande aluminiumcement.

Aluminater av sällsynta jordartsmetaller har fått praktisk betydelse. De erhålls genom att gemensamt lösa upp oxiderna av sällsynta jordartsmetaller R2 03 och Al(NO3)3 i salpetersyra, indunsta den resulterande lösningen tills salterna kristalliserar och kalcinera den senare vid 1000-1100°C. Bildningen av aluminater styrs av röntgendiffraktion samt kemisk fasanalys. Det senare är baserat på den olika lösligheten hos de initiala oxiderna och den bildade föreningen (A. är till exempel stabila i ättiksyra, medan oxider av sällsynta jordartsmetaller är väl lösliga i den). Aluminater av sällsynta jordartsmetaller har stor kemisk resistens, beroende på deras förbränningstemperaturer; stabil i vatten vid höga temperaturer (upp till 350°C) under tryck. Det bästa lösningsmedlet för sällsynta jordartsmetallaluminater är saltsyra. Aluminater av sällsynta jordartsmetaller kännetecknas av hög eldfasthet och karakteristisk färg. Deras densiteter sträcker sig från 6500 till 7500 kg /m3.

De kemiska egenskaperna hos aluminium bestäms av dess position i det periodiska systemet för kemiska grundämnen.

Nedan är de viktigaste kemiska reaktionerna av aluminium med andra kemiska element. Dessa reaktioner bestämmer de grundläggande kemiska egenskaperna hos aluminium.

Vad reagerar aluminium med?

Enkla ämnen:

• halogener (fluor, klor, brom och jod)
• fosfor
• kol
• syre (förbränning)

Komplexa ämnen:

• mineralsyror (salt, fosfor)
• svavelsyra
• Salpetersyra
• alkalier
• oxidationsmedel
• oxider av mindre aktiva metaller (aluminiumtermi)

Vad reagerar inte aluminium med?

Aluminium reagerar inte:

• med väte
• under normala förhållanden - med koncentrerad svavelsyra (på grund av passivering - bildandet av en tät oxidfilm)
• under normala förhållanden - med koncentrerad salpetersyra (även på grund av passivering)

Aluminium och luft

Vanligtvis är aluminiumytan alltid belagd med ett tunt lager av aluminiumoxid, som skyddar den från exponering för luft, eller mer exakt, syre. Därför tror man att aluminium inte reagerar med luft. Om detta oxidskikt skadas eller tas bort reagerar den färska aluminiumytan med syre i luften. Aluminium kan brinna i syre med en bländande vit låga för att bilda aluminiumoxid Al2O3.

Reaktion av aluminium med syre:

• 4Al + 3O2 -> 2Al2O3

Aluminium och vatten

Aluminium reagerar med vatten i följande reaktioner:

• 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (1)
• 2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2 (2)
• 2Al + 3H2O = Al2O3 + 3H2 (3)

Som ett resultat av dessa reaktioner bildas följande:

• modifiering av aluminiumhydroxid bayerit och väte (1)
• modifiering av aluminiumhydroxidbohemit och väte (2)
• aluminiumoxid och väte (3)

Dessa reaktioner är för övrigt av stort intresse för utvecklingen av kompakta anläggningar för framställning av vätgas för fordon som körs på vätgas.

Alla dessa reaktioner är termodynamiskt möjliga vid temperaturer från rumstemperatur till smältpunkten för aluminium 660 ºС. Alla av dem är också exotermiska, det vill säga de uppstår med frigöring av värme:

• Vid temperaturer från rumstemperatur till 280 ºС är den mest stabila reaktionsprodukten Al(OH) 3.
• Vid temperaturer från 280 till 480 ºС är den mest stabila reaktionsprodukten AlO(OH).
• Vid temperaturer över 480 ºС är den mest stabila reaktionsprodukten Al 2 O 3.

Således blir aluminiumoxid Al 2 O 3 termodynamiskt mer stabil än Al(OH) 3 vid förhöjda temperaturer. Produkten av reaktionen mellan aluminium och vatten vid rumstemperatur blir aluminiumhydroxid Al(OH) 3.

Reaktion (1) visar att aluminium bör reagera spontant med vatten vid rumstemperatur. Men i praktiken reagerar en bit aluminium nedsänkt i vatten inte med vatten vid rumstemperatur eller ens i kokande vatten. Faktum är att aluminium har ett tunt sammanhängande lager av aluminiumoxid Al 2 O 3 på sin yta. Denna oxidfilm fäster stadigt på ytan av aluminiumet och förhindrar att den reagerar med vatten. Därför, för att starta och upprätthålla reaktionen av aluminium med vatten vid rumstemperatur, är det nödvändigt att ständigt ta bort eller förstöra detta oxidskikt.

Aluminium och halogener

Aluminium reagerar häftigt med alla halogener - dessa är:

• fluor F
• klor Cl
• brom Br och
• jod (jod) I,

med utbildning respektive:

• fluor AlF 3
• AICI3-klorid
• bromid Al2Br6 och
• Al2Br6-jodid.

Reaktioner av väte med fluor, klor, brom och jod:

• 2Al + 3F2 → 2AlF3
• 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
• 2Al + 3Br2 → Al2Br6
• 2Al + 3l2 → Al2I6

Aluminium och syror

Aluminium reagerar aktivt med utspädda syror: svavelsyra, saltsyra och salpeter, med bildning av motsvarande salter: aluminiumsulfat Al 2 SO 4, aluminiumklorid AlCl 3 och aluminiumnitrat Al(NO 3) 3.

Reaktioner av aluminium med utspädda syror:

• 2Al + 3H 2 SO 4 -> Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
• 2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2
• 2Al + 6HNO3 -> 2Al(NO3)3 + 3H2

Det interagerar inte med koncentrerade svavel- och saltsyror vid rumstemperatur när det värms upp, det reagerar för att bilda salter, oxider och vatten.

Aluminium och alkalier

Aluminium i en vattenlösning av alkali - natriumhydroxid - reagerar och bildar natriumaluminat.

Reaktionen av aluminium med natriumhydroxid har formen:

• 2Al + 2NaOH + 10H2O -> 2Na + 3H2

Källor:

1. Kemiska grundämnen. De första 118 elementen, ordnade alfabetiskt / ed. Wikipedianer - 2018

2. Reaktion av aluminium med vatten för att producera väte /John Petrovic och George Thomas, U.S. Department of Energy, 2008

Ett av de vanligaste elementen på planeten är aluminium. De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos aluminium används inom industrin. Du hittar allt du behöver veta om denna metall i vår artikel.

Atomstruktur

Aluminium är det 13:e grundämnet i det periodiska systemet. Det är i den tredje perioden, grupp III, den huvudsakliga undergruppen.

Aluminiumens egenskaper och användning är relaterade till dess elektroniska struktur. Aluminiumatomen har en positivt laddad kärna (+13) och 13 negativt laddade elektroner, placerade på tre energinivåer. Atomens elektroniska konfiguration är 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

Den yttre energinivån innehåller tre elektroner, som bestämmer den konstanta valensen av III. I reaktioner med ämnen går aluminium in i ett exciterat tillstånd och kan ge upp alla tre elektronerna och bildar kovalenta bindningar. Precis som andra aktiva metaller är aluminium ett kraftfullt reduktionsmedel.

Ris. 1. Aluminiumatomens struktur.

Aluminium är en amfotär metall som bildar amfotära oxider och hydroxider. Beroende på förhållandena uppvisar föreningarna sura eller basiska egenskaper.

Fysisk beskrivning

Aluminium har:

• lätthet (densitet 2,7 g/cm3);
• silvergrå färg;
• hög elektrisk ledningsförmåga;
• smidbarhet;
• formbarhet;
• smältpunkt - 658°C;
• kokpunkt - 2518,8°C.

Plåtbehållare, folie, tråd och legeringar är gjorda av metall. Aluminium används vid tillverkning av mikrokretsar, speglar och kompositmaterial.

Ris. 2. Plåtbehållare.

Aluminium är paramagnetiskt. Metall attraheras av en magnet endast i närvaro av ett magnetfält.

Kemiska egenskaper

I luft oxiderar aluminium snabbt och täcks med en oxidfilm. Det skyddar metallen från korrosion och förhindrar också interaktion med koncentrerade syror (salpetersyra, svavelsyra). Därför lagras och transporteras syror i aluminiumbehållare.

Under normala förhållanden är reaktioner med aluminium möjliga endast efter att oxidfilmen tagits bort. De flesta reaktioner sker vid höga temperaturer.

Grundämnets huvudsakliga kemiska egenskaper beskrivs i tabellen.

Reaktion	Beskrivning	Ekvationen
Med syre	Brinner vid höga temperaturer och avger värme	4Al + 3O2 → 2Al2O3
Med icke-metall	Reagerar med svavel vid temperaturer över 200°C, med fosfor - vid 500°C, med kväve - vid 800°C, med kol - vid 2000°C	2Al + 3S → Al2S3; Al + P → AlP; 2Al + N2 → 2AlN; 4Al + 3C → Al4C3
Med halogener	Reagerar under normala förhållanden, med jod - vid upphettning i närvaro av en katalysator (vatten)	2Al + 3Cl2 → 2AlCl3; 2Al + 3I2 → 2AlI3; 2Al + 3Br2 → 2AlBr3
Med syror	Reagerar med utspädda syror under normala förhållanden, med koncentrerade syror vid upphettning	2Al + 3H2SO4 (utspädd) → Al2 (SO4)3 + 3H2; Al + 6HNO3 (konc.) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Med alkalier	Reagerar med vattenlösningar av alkalier och vid smältning	2Al + 2NaOH + 10H2O → 2Na + 3H2; 2Al + 6KOH → 2KAlO2 + 2K2O + 3H2
Med oxider	Förskjuter mindre aktiva metaller	2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3

Aluminium reagerar inte direkt med väte. Reaktion med vatten är möjlig efter avlägsnande av oxidfilmen.

Ris. 3. Reaktion av aluminium med vatten.

Vad har vi lärt oss?

Aluminium är en amfoterisk aktiv metall med konstant valens. Den har låg densitet, hög elektrisk ledningsförmåga och plasticitet. Attraheras av en magnet endast i närvaro av ett magnetfält. Aluminium reagerar med syre och bildar en skyddande film som förhindrar reaktioner med vatten, koncentrerad salpetersyra och svavelsyra. När den värms upp interagerar den med icke-metaller och koncentrerade syror, och under normala förhållanden - med halogener och utspädda syror. I oxider tränger den undan mindre aktiva metaller. Reagerar inte med väte.

Testa på ämnet

Utvärdering av rapporten

Genomsnittligt betyg: 4.3. Totalt antal mottagna betyg: 73.