Fyzikální vlastnosti hliníku a železa. Chemické a fyzikální vlastnosti hliníku

DEFINICE

Hliník- třináctý prvek Periodická tabulka. Označení - Al z latinského "hliník". Nachází se ve třetím období, skupina IIIA. Vztahuje se na kovy. Jaderný náboj je 13.

Hliník je nejběžnějším kovem v zemské kůře. Nachází se v jílech, živcích, slídách a mnoha dalších minerálech. Celkový obsah hliníku v zemské kůře je 8 % (hmot.).

Hliník je stříbřitě bílý (obr. 1) lehký kov. Snadno se táhne do drátu a válcuje do tenkých plátů.

Při pokojové teplotě se hliník na vzduchu nemění, ale jen proto, že jeho povrch je pokryt tenkým filmem oxidu, který má velmi silný ochranný účinek.

Rýže. 1. Hliník. Vzhled.

Atomová a molekulová hmotnost hliníku

Relativní molekulová hmotnost látky (M r) je číslo ukazující, kolikrát je hmotnost dané molekuly větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku a relativní atomová hmotnost prvku(A r) - kolikrát je průměrná hmotnost atomů chemického prvku větší než 1/12 hmotnosti atomu uhlíku.

Protože hliník existuje ve volném stavu ve formě monoatomických molekul Al, hodnoty jeho atomových a molekulární váha zápas. Jsou rovny 26,9815.

Izotopy hliníku

Je známo, že hliník může v přírodě existovat ve formě jednoho stabilního izotopu 27Al. Hmotnostní číslo je 27. Jádro izotopu hliníku 27 Al obsahuje třináct protonů a čtrnáct neutronů.

Existují radioaktivní izotopy hliníku s hmotnostními čísly od 21 do 42, mezi nimiž je izotop 26Al nejdéle žijící, s poločasem rozpadu 720 tisíc let.

hliníkové ionty

Na vnější energetické úrovni atomu hliníku jsou tři elektrony, které jsou valenční:

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

Jako výsledek chemická interakce hliník daruje své valenční elektrony, tzn. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý iont:

Al 0-3e → Al 3+.

Molekula a atom hliníku

Ve volném stavu existuje hliník ve formě monoatomických molekul Al. Zde jsou některé vlastnosti, které charakterizují atom a molekulu hliníku:

slitin hliníku

Hlavní aplikací hliníku je výroba slitin na jeho bázi. Slitinové přísady (například měď, křemík, hořčík, zinek, mangan) se do hliníku zavádějí především pro zvýšení jeho pevnosti.

Široce používané jsou duraly obsahující měď a hořčík, siluminy, ve kterých je hlavní přísadou křemík, magnalium (slitina hliníku s 9,5-11,5 % hořčíku).

Hliník je jednou z nejběžnějších přísad ve slitinách na bázi mědi, hořčíku, titanu, niklu, zinku a železa.

Příklady řešení problémů

PŘÍKLAD 1

Cvičení	Pro svařování kolejnic aluminotermickou metodou se používá směs hliníku a oxidu železa Fe 3 O 4 . Vytvořte termochemickou reakční rovnici, jestliže vznikem železa o hmotnosti 1 kg (1000 g) se uvolní 6340 kJ tepla.
Řešení	Napíšeme reakční rovnici pro výrobu železa aluminotermickou metodou: 8Al + 3Fe2O3 \u003d 9Fe + 4Al2O3. Nalezneme teoretickou hmotnost železa (vypočtenou z termochemické rovnice reakce): n(Fe) = 9 mol; m(Fe) = n(Fe) x M(Fe); m(Fe) = 9 x 56 = 504 g. Při reakci ať se uvolní x kJ tepla. Udělejme poměr: 1000 g - 6340 kJ; 504 g - x kJ. X se tedy bude rovnat: x \u003d 540 × 6340 / 1000 \u003d 3195. To znamená, že při reakci získávání železa aluminotermickou metodou se uvolní 3195 kJ tepla. Rovnice termochemické reakce má tvar: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe + 4Al 2 O 3 + 3195 kJ.
Odpovědět	Při reakci se uvolní 3195 kJ tepla.

PŘÍKLAD 2

Cvičení	Na hliník se působí 200 g 16% roztoku kyseliny dusičné a uvolní se plyn. Určete hmotnost a objem uvolněného plynu.
Řešení	Napíšeme reakční rovnici pro rozpouštění hliníku v kyselině dusičné: 2Al + 6HN03 \u003d 2Al (N03)3 + 3H2-. Vypočítejte hmotnost rozpuštěné látky kyseliny dusičné: m(HN03) = m roztok (HN03) x w(HN03) / 100 %; m(HNO 3) \u003d 20 × 96 % / 100 % \u003d 19,2 g. Najděte množství látky kyseliny dusičné: M (HNO 3) \u003d Ar (H) + Ar (N) + 3 x Ar (O) \u003d 1 + 14 + 3 x 16 \u003d 63 g / mol. n (HN03) \u003d m (HN03) / M (HN03); n (HNO 3) \u003d 19,2 / 63 \u003d 0,3 mol. Podle reakční rovnice n (HNO 3): n (H 2) = 6:3, tzn. n (H 2) \u003d 3 × n (HNO 3) / 6 \u003d ½ × n (HNO 3) \u003d ½ × 0,3 \u003d 0,15 mol. Potom se hmotnost a objem uvolněného vodíku bude rovnat: M (H 2) \u003d 2 x Ar (H) \u003d 2 x 1 \u003d 2 g / mol. m (H2) \u003d n (H2) x M (H2) \u003d 0,15 x 2 \u003d 0,3 g. V(H2)\u003dn(H2) x Vm; V (H 2) \u003d 0,15 × 22,4 \u003d 3,36 l.
Odpovědět	V důsledku reakce se uvolňuje vodík o hmotnosti 0,3 g a objemu 3,36 litrů.

(Al), gallium (Ga), indium (In) a thalium (Tl).

Jak je z uvedených údajů patrné, všechny tyto prvky byly otevřeny v XIX století.

Objev kovů hlavní podskupiny III skupiny

V	Al	Ga	v	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G. H. Oersted	L. de Boisbaudran	F. Reich,	W. Crooks
L. Tenard	(Dánsko)	(Francie)	I. Richter	(Anglie)
(Francie)			(Německo)

Bór je nekov. Hliník je přechodný kov, zatímco gallium, indium a thalium jsou plné kovy. S nárůstem atomových poloměrů prvků každé skupiny periodického systému se tedy zvyšují kovové vlastnosti jednoduchých látek.

V této přednášce se blíže podíváme na vlastnosti hliníku.

1. Postavení hliníku v tabulce D. I. Mendělejeva. Struktura atomu, znázorněné oxidační stavy.

Hliníkový prvek je umístěn v III skupina, hlavní "A" podskupina, 3. perioda periodického systému, pořadové číslo č. 13, relativní atomová hmotnost Ar (Al ) = 27. Jeho sousedem vlevo v tabulce je hořčík, typický kov, a vpravo křemík, který už kovem není. Hliník proto musí vykazovat vlastnosti nějaké střední povahy a jeho sloučeniny jsou amfoterní.

Al +13) 2) 8) 3 , p je prvek,

Základní stav 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
vzrušený stav 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Hliník vykazuje oxidační stav +3 ve sloučeninách:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fyzikální vlastnosti

Volný hliník je stříbřitě bílý kov s vysokou tepelnou a elektrickou vodivostí.Teplota tavení je 650 °C. Hliník má nízkou hustotu (2,7 g / cm 3) - asi třikrát menší než železo nebo měď, a zároveň je to odolný kov.

3. Pobyt v přírodě

Z hlediska prevalence v přírodě zaujímá 1. mezi kovy a 3. mezi prvky na druhém místě po kyslíku a křemíku. Procento obsahu hliníku v zemské kůře se podle různých výzkumníků pohybuje od 7,45 do 8,14 % hmotnosti zemské kůry.

V přírodě se hliník vyskytuje pouze ve sloučeninách (minerály).

Někteří z nich:

· Bauxity - Al 2 O 3 H 2 O (s nečistotami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefelíny - KNa 3 4

· Alunity - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Alumina (směsi kaolinů s pískem SiO 2, vápenec CaCO 3, magnezit MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

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

· Kaolinit - Al203 × 2Si02 × 2H20

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

· Beryl - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Bauxit
Al2O3	korund
	Rubín
	Safír

4. Chemické vlastnosti hliníku a jeho sloučenin

Hliník za normálních podmínek snadno interaguje s kyslíkem a je pokryt oxidovým filmem (dodává matný vzhled).

UKÁZKA OXIDOVÉHO FÓLIU

Jeho tloušťka je 0,00001 mm, ale hliník díky němu nekoroduje. Pro studium chemických vlastností hliníku se odstraní oxidový film. (Pomocí brusného papíru nebo chemicky: nejprve ponořením do alkalického roztoku k odstranění oxidového filmu a poté do roztoku rtuťových solí za vzniku slitiny hliníku a rtuti - amalgámu).

já. Interakce s jednoduchými látkami

Hliník již při pokojové teplotě aktivně reaguje se všemi halogeny a tvoří halogenidy. Při zahřátí interaguje se sírou (200 °C), dusíkem (800 °C), fosforem (500 °C) a uhlíkem (2000 °C), s jódem v přítomnosti katalyzátoru – vody:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (sulfid hlinitý),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (nitrid hliníku),

Al + P = Al P (fosfid hlinitý),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (karbid hliníku).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (jodid hlinitý) ZKUŠENOST

Všechny tyto sloučeniny jsou zcela hydrolyzovány za vzniku hydroxidu hlinitého, a tedy sirovodíku, amoniaku, fosfinu a metanu:

Al2S3 + 6H20 \u003d 2Al (OH)3 + 3H2S

Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

Ve formě hoblin nebo prášku jasně hoří na vzduchu a uvolňuje velké množství tepla:

4A l + 3 O 2 \u003d 2 A l 2 O 3 + 1676 kJ.

HOŘENÍ HLINÍKU VE VZDUCHU

ZKUŠENOST

II. Interakce s komplexními látkami

Interakce s vodou :

2 Al + 6 H 2 O \u003d 2 Al (OH) 3 + 3 H 2

bez oxidového filmu

ZKUŠENOST

Interakce s oxidy kovů:

Hliník je dobré redukční činidlo, protože je jedním z aktivních kovů. Je v řadě aktivit hned po kovech alkalických zemin. Proto obnovuje kovy z jejich oxidů . Taková reakce - aluminotermie - se používá k získání čistých vzácných kovů, jako je wolfram, vanad atd.

3 Fe 3 O 4 +8 Al \u003d 4 Al 2 O 3 +9 Fe + Q

Termitová směs Fe 3 O 4 a Al (prášek) se také používá při termitovém svařování.

C r 2 O 3 + 2A l \u003d 2C r + Al 2 O 3

Interakce s kyselinami :

S roztokem kyseliny sírové: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

Nereaguje se studenými koncentrovanými sírovými a dusíkatými (pasiváty). Proto se kyselina dusičná přepravuje v hliníkových nádržích. Při zahřívání je hliník schopen tyto kyseliny redukovat, aniž by uvolňoval vodík:

2Al + 6H2S04 (konc) \u003d Al2(S04)3 + 3 S02 + 6H20,

Al + 6H N03 (konc) \u003d Al (N03) 3 + 3 N02 + 3H20.

Interakce s alkáliemi .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O \u003d 2 Na [ Al(OH)4 ] +3H2

ZKUŠENOST

Na[ALEl(OH) 4] – tetrahydroxoaluminát sodný

Na návrh chemika Gorbova byla během rusko-japonské války tato reakce použita k výrobě vodíku pro balónky.

Se solnými roztoky:

2 Al + 3 CuSO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 Cu

Pokud se povrch hliníku potře rtuťovou solí, dojde k následující reakci:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 hg

Uvolněná rtuť rozpouští hliník a vytváří amalgám .

Detekce hliníkových iontů v roztocích : ZKUŠENOST

5. Aplikace hliníku a jeho sloučenin

Fyzikální a chemické vlastnosti hliníku vedly k jeho širokému využití v technologii. Hlavním spotřebitelem hliníku je letecký průmysl : Letadlo ze 2/3 je vyrobeno z hliníku a jeho slitin. Letadlo vyrobené z oceli by bylo příliš těžké a mohlo by přepravit mnohem méně cestujících. Proto se hliníku říká okřídlený kov. Kabely a dráty jsou vyrobeny z hliníku: při stejné elektrické vodivosti je jejich hmotnost 2krát menší než u odpovídajících měděných výrobků.

Vzhledem k odolnosti hliníku proti korozi je výroba částí přístrojů a nádob na kyselinu dusičnou. Hliníkový prášek je základem pro výrobu stříbrné barvy k ochraně železných výrobků před korozí a také k odrážení tepelných paprsků, tato barva se používá k pokrytí zařízení na skladování ropy a hasičských obleků.

Oxid hlinitý se používá k výrobě hliníku a také jako žáruvzdorný materiál.

Hydroxid hlinitý je hlavní složkou známých léků Maalox, Almagel, které snižují kyselost žaludeční šťávy.

Soli hliníku jsou silně hydrolyzovány. Tato vlastnost se využívá v procesu čištění vody. Do čištěné vody se přidá síran hlinitý a malé množství hašeného vápna, aby se neutralizovala výsledná kyselina. V důsledku toho se uvolňuje odměrná sraženina hydroxidu hlinitého, která se usazuje a odnáší s sebou suspendované částice zákalu a bakterií.

Síran hlinitý je tedy koagulant.

6. Získávání hliníku

1) Moderní cenově výhodný způsob výroby hliníku vynalezli Američan Hall a Francouz Héroux v roce 1886. Spočívá v elektrolýze roztoku oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu. Roztavený kryolit Na 3 AlF 6 rozpouští Al 2 O 3 jako voda rozpouští cukr. Elektrolýza „roztoku“ oxidu hlinitého v roztaveném kryolitu probíhá, jako by kryolit byl pouze rozpouštědlem a oxid hlinitý byl elektrolyt.

2Al 2 O 3 elektrický proud → 4Al + 3O 2

V anglické Encyclopedia for Boys and Girls začíná článek o hliníku těmito slovy: „Dne 23. února 1886 začal v dějinách civilizace nový kovový věk – věk hliníku. V tento den se Charles Hall, 22letý chemik, objevil ve své první učitelské laboratoři s tuctem malých kuliček ze stříbřitě bílého hliníku v ruce a se zprávou, že našel způsob, jak tento kov vyrobit. levně a ve velkém množství. Hall se tak stal zakladatelem amerického hliníkového průmyslu a anglosaským národním hrdinou jako muž, který z vědy udělal skvělý byznys.

2) 2Al 2 O 3 +3 C \u003d 4 Al + 3 CO 2

TO JE ZAJÍMAVÉ:

• Kovový hliník byl poprvé izolován v roce 1825 dánským fyzikem Hansem Christianem Oerstedem. Procházením plynného chlóru vrstvou horkého oxidu hlinitého smíchaného s uhlím Oersted izoloval chlorid hlinitý bez sebemenší stopy vlhkosti. K obnovení kovového hliníku potřeboval Oersted ošetřit chlorid hlinitý amalgámem draslíku. Po 2 letech německý chemik Friedrich Wöller. Zdokonalil metodu nahrazením amalgámu draslíku čistým draslíkem.
• V 18. a 19. století byl hlavním šperkařským kovem hliník. V roce 1889 byl v Londýně D.I.Mendělejev oceněn cenným darem za zásluhy o rozvoj chemie – váhy vyrobené ze zlata a hliníku.
• V roce 1855 francouzský vědec Saint-Clair Deville vyvinul proces výroby hliníkového kovu v průmyslovém měřítku. Metoda byla ale velmi drahá. Deville se těšil zvláštní záštitě Napoleona III., francouzského císaře. Na znamení své oddanosti a vděčnosti vyrobil Deville pro Napoleonova syna, novorozeného prince, elegantně ryté chrastítko – první „spotřební výrobek“ vyrobený z hliníku. Napoleon dokonce zamýšlel vybavit své gardisty hliníkovými kyrysy, ale cena byla neúnosná. Tehdy stál 1 kg hliníku 1000 marek, tzn. 5x dražší než stříbro. Až s vynálezem elektrolytického procesu se hliník stal stejně cenným jako běžné kovy.
• Věděli jste, že hliník, který se dostává do lidského těla, způsobuje poruchu nervového systému, při jeho nadbytku dochází k narušení metabolismu. A ochrannými prostředky jsou vitamin C, vápník, sloučeniny zinku.
• Když hliník hoří v kyslíku a fluoru, uvolňuje se velké množství tepla. Proto se používá jako přísada do raketového paliva. Raketa Saturn během svého letu spálí 36 tun hliníkového prášku. Myšlenku použití kovů jako složky raketového paliva poprvé navrhl F.A. Zander.

SIMULÁTORY

Simulátor č. 1 - Charakteristika hliníku podle polohy v Periodické soustavě prvků D. I. Mendělejeva

Simulátor č. 2 - Rovnice pro reakce hliníku s jednoduchými a komplexními látkami

Simulátor č. 3 - Chemické vlastnosti hliníku

ÚKOLY PRO POSÍLENÍ

Č.1. K získání hliníku z chloridu hlinitého lze jako redukční činidlo použít kovový vápník. Vytvořte rovnici pro tuto chemickou reakci, charakterizujte tento proces pomocí elektronické váhy.
Myslet si! Proč nelze tuto reakci provést ve vodném roztoku?

č. 2 Dokončete rovnice chemických reakcí:
Al + H2S04 (roztok ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO 3 ( konc )-t ->
Al + NaOH + H20 ->

číslo 3. Proveďte transformace:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

č. 4. Vyřešit problém:
Slitina hliníku a mědi byla za zahřívání vystavena přebytku koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného. Bylo uvolněno 2,24 litru plynu (n.o.s.). Vypočítejte procentuální složení slitiny, pokud její celková hmotnost byla 10 g?

Fyzikální vlastnosti hliníku

Hliník je měkký, lehký, stříbřitě bílý kov s vysokou tepelnou a elektrickou vodivostí. Teplota tání 660 °C.

Z hlediska prevalence v zemské kůře je hliník na 3. místě po kyslíku a křemíku mezi všemi atomy a na 1. místě mezi kovy.

Mezi výhody hliníku a jeho slitin patří jeho nízká hustota (2,7 g/cm3), relativně vysoké pevnostní charakteristiky, dobrá tepelná a elektrická vodivost, vyrobitelnost a vysoká odolnost proti korozi. Kombinace těchto vlastností umožňuje zařadit hliník mezi nejdůležitější technické materiály.

Hliník a jeho slitiny se dělí podle způsobu výroby na deformovatelné, podrobené tlakovému zpracování a slévárenské, používané ve formě tvarového odlitku; o použití tepelného zpracování - na tepelně nekalené a tepelně kalené, jakož i na legovacích systémech.

Účtenka

Hliník poprvé získal Hans Oersted v roce 1825. Moderní metodaÚčtenky byly vyvinuty nezávisle Američanem Charlesem Hallem a Francouzem Paulem Hérouxem. Spočívá v rozpuštění oxidu hlinitého Al2O3 v tavenině kryolitu Na3AlF6 s následnou elektrolýzou pomocí grafitových elektrod. Tento způsob získávání vyžaduje velké množství elektřiny, a proto byl žádaný až ve 20. století.

aplikace

Hliník je široce používán jako konstrukční materiál. Hlavní přednosti hliníku v této kvalitě jsou lehkost, tažnost pro lisování, odolnost proti korozi (na vzduchu je hliník okamžitě pokryt silným filmem Al2O3, který zabraňuje jeho další oxidaci), vysoká tepelná vodivost, netoxicita jeho sloučenin. Zejména díky těmto vlastnostem je hliník extrémně populární při výrobě nádobí, hliníková fólie v potravinářském průmyslu a pro balení.

Hlavní nevýhodou hliníku jako konstrukčního materiálu je jeho nízká pevnost, proto bývá legován malým množstvím mědi a hořčíku (slitina se nazývá dural).

Elektrická vodivost hliníku je srovnatelná s mědí, zatímco hliník je levnější. Proto je široce používán v elektrotechnice pro výrobu vodičů, jejich stínění a dokonce i v mikroelektronice pro výrobu vodičů v čipech. Je pravda, že hliník jako elektrický materiál má nepříjemnou vlastnost - kvůli silnému oxidovému filmu je obtížné jej pájet.

Díky komplexu vlastností je široce používán v tepelných zařízeních.

Zavedení hliníkových slitin ve stavebnictví snižuje spotřebu kovu, zvyšuje odolnost a spolehlivost konstrukcí při jejich provozu v extrémních podmínkách (nízká teplota, zemětřesení atd.).

Hliník je široce používán v různé typy doprava. V současné fázi vývoje letectví jsou hliníkové slitiny hlavními konstrukčními materiály v konstrukci letadel. Hliník a slitiny na jeho bázi se stále častěji používají při stavbě lodí. Trupy, palubní nástavby, komunikace a různé druhy lodního vybavení jsou vyrobeny z hliníkových slitin.

Probíhá výzkum s cílem vyvinout pěnový hliník jako obzvláště pevný a lehký materiál.

drahý hliník

Hliník je dnes jedním z nejoblíbenějších a nejpoužívanějších kovů. Již od svého objevení v polovině 19. století byl považován za jeden z nejcennějších díky svým úžasným vlastnostem: bílý jako stříbro, lehký a neovlivňovaný životní prostředí. Jeho hodnota byla vyšší než cena zlata. Není divu, že hliník byl poprvé použit při výrobě šperků a drahých dekorativních předmětů.

V roce 1855 na Světové výstavě v Paříži byl hlavní atrakcí hliník. Hliníkové předměty byly umístěny ve vitríně vedle diamantů s francouzskou korunou. Postupně se zrodila určitá móda hliníku. Byl považován za ušlechtilý, málo prozkoumaný kov, používaný výhradně k tvorbě uměleckých děl.

Nejčastěji hliník používali klenotníci. Pomocí speciální povrchové úpravy dosáhli šperkaři nejsvětlejší barvy kovu, proto byla často přirovnávána ke stříbru. Ale ve srovnání se stříbrem měl hliník jemnější lesk, díky čemuž si jej klenotníci ještě více oblíbili.

Protože chemické a fyzikální vlastnosti hliníku zpočátku byly špatně studovány, klenotníci sami vynalezli nové techniky pro jeho zpracování. Hliník je technicky snadno zpracovatelný, tento měkký kov umožňuje vytvářet otisky libovolných vzorů, aplikovat kresby a vytvořit požadovaný tvar výrobku. Hliník byl pokryt zlatem, leštěn a doveden do matných odstínů.

Ale postupem času začal hliník klesat na ceně. Jestliže v letech 1854-1856 byly náklady na jeden kilogram hliníku 3 tisíce starých franků, pak v polovině 60. let 19. století se již dávalo za kilogram tohoto kovu asi sto starých franků. Následně kvůli nízkým nákladům vyšel hliník z módy.

V současnosti jsou úplně první hliníkové výrobky velmi vzácné. Většina z nich nepřežila znehodnocení kovu a byla nahrazena stříbrem, zlatem a dalšími drahými kovy a slitinami. V poslední době se mezi odborníky obnovil zájem o hliník. Tento kov byl předmětem samostatné výstavy pořádané v roce 2000 Carnegie Museum v Pittsburghu. Umístil ve Francii Ústav historie hliníku, která se zejména zabývá studiem prvních šperků vyrobených z tohoto kovu.

V Sovětském svazu se kuchyňské spotřebiče, varné konvice atd. vyráběly z hliníku. A nejen to. První sovětský satelit byl vyroben z slitina hliníku. Dalším spotřebitelem hliníku je elektrotechnický průmysl: vyrábí se z něj dráty vysokonapěťových přenosových vedení, vinutí motorů a transformátorů, kabely, patice lamp, kondenzátory a mnoho dalších výrobků. Kromě toho se hliníkový prášek používá ve výbušninách a pevných pohonných hmotách pro rakety, přičemž využívá své schopnosti rychle se vznítit: pokud by hliník nebyl pokryt tenkým oxidovým filmem, mohl by ve vzduchu vzplanout.

Nejnovějším vynálezem je hliníková pěna, tzv. „metal foam“, kterému je předpovídána velká budoucnost.

Hliník je amfoterní kov. Elektronová konfigurace atomu hliníku je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Má tedy tři valenční elektrony na vnější elektronové vrstvě: 2 - na 3s- a 1 - na 3p-podúrovni. V souvislosti s touto strukturou se vyznačuje reakcemi, v jejichž důsledku atom hliníku ztrácí tři elektrony z vnější úrovně a získává oxidační stav +3. Hliník je vysoce aktivní kov a vykazuje velmi silné redukční vlastnosti.

Interakce hliníku s jednoduchými látkami

s kyslíkem

Atomy hliníku umístěné v povrchové vrstvě při kontaktu absolutně čistého hliníku se vzduchem okamžitě interagují se vzdušným kyslíkem a tvoří nejtenčí, několik desítek atomárních vrstev tlustý, silný oxidový film složení Al 2 O 3, který hliník chrání. z další oxidace. Je také nemožné oxidovat velké vzorky hliníku ani při velmi vysokých teplotách. Jemný hliníkový prášek však hoří docela snadno v plameni hořáku:

4Al + 3O 2 \u003d 2 Al 2 O 3

s halogeny

Hliník velmi energicky reaguje se všemi halogeny. Reakce mezi směsnými prášky hliníku a jódu tedy probíhá již při teplotě místnosti po přidání kapky vody jako katalyzátoru. Rovnice pro interakci jódu s hliníkem:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

S bromem, což je tmavě hnědá kapalina, reaguje hliník také bez zahřívání. Stačí jednoduše vložit vzorek hliníku do kapalného bromu: prudká reakce okamžitě začíná uvolněním velkého množství tepla a světla:

2Al + 3Br2 = 2AlBr3

Reakce mezi hliníkem a chlórem probíhá, když se zahřátá hliníková fólie nebo jemný hliníkový prášek vloží do baňky naplněné chlórem. Hliník účinně hoří v chlóru podle rovnice:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

se sírou

Při zahřátí na 150-200 ° C nebo po zapálení směsi práškového hliníku a síry mezi nimi začíná intenzivní exotermická reakce s uvolňováním světla:

— sulfid hliník

s dusíkem

Při interakci hliníku s dusíkem při teplotě asi 800 o C vzniká nitrid hliníku:

s uhlíkem

Při teplotě asi 2000 o C hliník interaguje s uhlíkem a tvoří karbid hliníku (methanid), obsahující uhlík v oxidačním stavu -4, jako v metanu.

Interakce hliníku s komplexními látkami

s vodou

Jak bylo uvedeno výše, stabilní a odolný oxidový film Al 2 O 3 nedovoluje hliníku oxidovat na vzduchu. Stejný ochranný oxidový film činí hliník inertním i vůči vodě. Při odstraňování ochranného oxidového filmu z povrchu metodami, jako je ošetření vodnými roztoky alkálie, chloridu amonného nebo solí rtuti (amalgace), hliník začne prudce reagovat s vodou za vzniku hydroxidu hlinitého a plynného vodíku:

s oxidy kovů

Po zapálení směsi hliníku s oxidy méně aktivních kovů (v řadě aktivit vpravo od hliníku) začíná extrémně prudká, silně exotermická reakce. Takže v případě interakce hliníku s oxidem železa (III) se vyvine teplota 2500-3000 ° C. V důsledku této reakce vzniká roztavené železo vysoké čistoty:

2AI + Fe 2 O 3 \u003d 2 Fe + Al 2 O 3

Tento způsob získávání kovů z jejich oxidů redukcí hliníkem se nazývá aluminotermie nebo aluminotermie.

s neoxidačními kyselinami

Interakce hliníku s neoxidačními kyselinami, tzn. prakticky všechny kyseliny, kromě koncentrované kyseliny sírové a dusičné, vedou k tvorbě hlinité soli odpovídající kyseliny a plynného vodíku:

a) 2Al + 3H2SO4 (razb.) \u003d Al2(SO4)3 + 3H2

2A10 + 6H+ = 2A13+ + 3H20;

b) 2AI + 6HCl = 2AICI3 + 3H2

s oxidujícími kyselinami

- koncentrovaná kyselina sírová

K interakci hliníku s koncentrovanou kyselinou sírovou za normálních podmínek, stejně jako za nízkých teplot, nedochází v důsledku efektu zvaného pasivace. Při zahřátí je reakce možná a vede k tvorbě síranu hlinitého, vody a sirovodíku, který vzniká v důsledku redukce síry, která je součástí kyseliny sírové:

K tak hluboké redukci síry z oxidačního stavu +6 (v H 2 SO 4) do oxidačního stavu -2 (v H 2 S) dochází díky velmi vysoké redukční schopnosti hliníku.

- koncentrovaná kyselina dusičná

Koncentrovaná kyselina dusičná také za normálních podmínek pasivuje hliník, což umožňuje jeho skladování v hliníkových nádobách. Stejně jako v případě koncentrované kyseliny sírové je interakce hliníku s koncentrovanou kyselinou dusičnou možná při silném zahřátí, přičemž reakce probíhá převážně:

- zředěná kyselina dusičná

Interakce hliníku se zředěnou ve srovnání s koncentrovanou kyselinou dusičnou vede k produktům hlubší redukce dusíku. Místo NO, v závislosti na stupni zředění, mohou vznikat N 2 O a NH 4 NO 3:

8Al + 30HNO3 (razb.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N20 + 15H20

8Al + 30HNO 3 (vysoce zředěný) = 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

s alkáliemi

Hliník reaguje jak s vodnými roztoky alkálií:

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

a s čistými alkáliemi během fúze:

V obou případech reakce začíná rozpuštěním ochranného filmu oxidu hlinitého:

Al203 + 2NaOH + 3H20 \u003d 2Na

Al 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaAlO 2 + H2O

V případě vodného roztoku začne hliník, očištěný od ochranného oxidového filmu, reagovat s vodou podle rovnice:

2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH)3 + 3H2

Výsledný hydroxid hlinitý, který je amfoterní, reaguje s vodným roztokem hydroxidu sodného za vzniku rozpustného tetrahydroxoaluminátu sodného:

Al(OH)3 + NaOH = Na