Physikalische Eigenschaften von Aluminium und Eisen. Chemische und physikalische Eigenschaften von Aluminium

DEFINITION

Aluminium- dreizehntes Element Periodensystem. Bezeichnung - Al aus dem lateinischen "Aluminium". Befindet sich in der dritten Periode, Gruppe IIIA. Bezieht sich auf Metalle. Die Kernladung beträgt 13.

Aluminium ist das häufigste Metall in der Erdkruste. Es kommt in Tonen, Feldspäten, Glimmer und vielen anderen Mineralien vor. Der Gesamtgehalt an Aluminium in der Erdkruste beträgt 8 % (Masse).

Aluminium ist ein silberweißes (Abb. 1) Leichtmetall. Es lässt sich leicht zu Draht ziehen und zu dünnen Blechen walzen.

Bei Raumtemperatur verändert sich Aluminium nicht an der Luft, sondern nur, weil seine Oberfläche mit einem dünnen Oxidfilm überzogen ist, der eine sehr starke Schutzwirkung hat.

Reis. 1. Aluminium. Aussehen.

Atom- und Molekulargewicht von Aluminium

Relatives Molekulargewicht einer Substanz (M r) ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist, und relative Atommasse eines Elements(A r) - wie oft die durchschnittliche Atommasse eines chemischen Elements größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist.

Da Aluminium im freien Zustand in Form von einatomigen Al-Molekülen vorliegt, sind die Werte seiner atomaren u Molekulargewicht passen. Sie sind gleich 26,9815.

Isotope von Aluminium

Es ist bekannt, dass Aluminium in der Natur in Form eines stabilen Isotops 27Al vorkommen kann. Die Massenzahl ist 27. Der Kern des Aluminiumisotops 27 Al enthält dreizehn Protonen und vierzehn Neutronen.

Es gibt radioaktive Aluminiumisotope mit Massenzahlen von 21 bis 42, von denen das 26Al-Isotop mit einer Halbwertszeit von 720.000 Jahren das langlebigste ist.

Aluminium-Ionen

Auf der äußeren Energieebene des Aluminiumatoms gibt es drei Valenzelektronen:

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

Ergebend chemische Wechselwirkung Aluminium gibt seine Valenzelektronen ab, d.h. ist ihr Spender und verwandelt sich in ein positiv geladenes Ion:

Al 0 –3e → Al 3+ .

Molekül und Atom von Aluminium

Im freien Zustand liegt Aluminium in Form von einatomigen Al-Molekülen vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Aluminiumatom und -molekül charakterisieren:

Aluminiumlegierungen

Die Hauptanwendung von Aluminium ist die Herstellung von darauf basierenden Legierungen. Legierungszusätze (z. B. Kupfer, Silizium, Magnesium, Zink, Mangan) werden hauptsächlich zur Erhöhung der Festigkeit in Aluminium eingebracht.

Weit verbreitet sind kupfer- und magnesiumhaltige Duralamine, Silumine, bei denen der Hauptzusatzstoff Silizium ist, Magnalium (Aluminiumlegierung mit 9,5-11,5% Magnesium).

Aluminium ist einer der häufigsten Zusatzstoffe in Legierungen auf Basis von Kupfer, Magnesium, Titan, Nickel, Zink und Eisen.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Zum Schweißen von Schienen nach dem aluminothermischen Verfahren wird eine Mischung aus Aluminium und Eisenoxid Fe 3 O 4 verwendet. Stellen Sie eine thermochemische Reaktionsgleichung auf, wenn die Bildung von Eisen mit einem Gewicht von 1 kg (1000 g) 6340 kJ Wärme freisetzt.
Lösung	Wir schreiben die Reaktionsgleichung für die Herstellung von Eisen nach dem aluminothermischen Verfahren: 8Al + 3Fe 2 O 3 \u003d 9Fe + 4Al 2 O 3. Finden wir die theoretische Eisenmasse (berechnet aus der thermochemischen Reaktionsgleichung): n(Fe) = 9 mol; m(Fe) = n(Fe) × M(Fe); m(Fe) = 9 × 56 = 504 g. Während der Reaktion sollen x kJ Wärme freigesetzt werden. Machen wir eine Proportion: 1000 g - 6340 kJ; 504 g - x kJ. Daher ist x gleich: x \u003d 540 × 6340 / 1000 \u003d 3195. Das bedeutet, dass bei der Reaktion zur Gewinnung von Eisen nach dem aluminothermischen Verfahren 3195 kJ Wärme freigesetzt werden. Die thermochemische Reaktionsgleichung hat die Form: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe + 4Al 2 O 3 + 3195 kJ.
Antworten	Bei der Reaktion werden 3195 kJ Wärme freigesetzt.

BEISPIEL 2

Übung	Aluminium wurde mit 200 g einer 16%igen Salpetersäurelösung behandelt und Gas wurde freigesetzt. Bestimmen Sie die Masse und das Volumen des freigesetzten Gases.
Lösung	Wir schreiben die Reaktionsgleichung für die Auflösung von Aluminium in Salpetersäure: 2Al + 6HNO 3 \u003d 2Al (NO 3) 3 + 3H 2 -. Berechnen Sie die Masse der gelösten Salpetersäure: m(HNO 3) = m Lösung (HNO 3) × w(HNO 3) / 100 %; m(HNO 3) \u003d 20 × 96% / 100% \u003d 19,2 g. Finden Sie die Menge an Salpetersäure: M (HNO 3) \u003d Ar (H) + Ar (N) + 3 × Ar (O) \u003d 1 + 14 + 3 × 16 \u003d 63 g / mol. n (HNO 3) \u003d m (HNO 3) / M (HNO 3); n (HNO 3) \u003d 19,2 / 63 \u003d 0,3 mol. Nach der Reaktionsgleichung n (HNO 3): n (H 2) = 6: 3, d.h. n (H 2) \u003d 3 × n (HNO 3) / 6 \u003d ½ × n (HNO 3) \u003d ½ × 0,3 \u003d 0,15 mol. Dann sind Masse und Volumen des freigesetzten Wasserstoffs gleich: M (H 2) \u003d 2 × Ar (H) \u003d 2 × 1 \u003d 2 g / mol. m (H 2) \u003d n (H 2) × M (H 2) \u003d 0,15 × 2 \u003d 0,3 g. V (H 2) \u003d n (H 2) × V m; V (H 2) \u003d 0,15 × 22,4 \u003d 3,36 l.
Antworten	Als Ergebnis der Reaktion wird Wasserstoff mit einer Masse von 0,3 g und einem Volumen von 3,36 Litern freigesetzt.

(Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl).

Wie aus den angegebenen Daten ersichtlich ist, wurden alle diese Elemente geöffnet XIX Jahrhundert.

Entdeckung von Metallen der Hauptuntergruppe III Gruppen

BEI	Al	Ga	Im	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G. H. Örsted	L. de Boisbaudran	F.Reich,	W. Gauner
L. Tenard	(Dänemark)	(Frankreich)	I. Richter	(England)
(Frankreich)			(Deutschland)

Bor ist ein Nichtmetall. Aluminium ist ein Übergangsmetall, während Gallium, Indium und Thallium Vollmetalle sind. Mit zunehmendem Atomradius der Elemente jeder Gruppe des Periodensystems nehmen also die metallischen Eigenschaften einfacher Substanzen zu.

In diesem Vortrag gehen wir näher auf die Eigenschaften von Aluminium ein.

1. Die Position von Aluminium in der Tabelle von D. I. Mendeleev. Die Struktur des Atoms, die Oxidationsstufen gezeigt.

Das Aluminiumelement befindet sich in III Gruppe, Hauptuntergruppe "A", 3. Periode des Periodensystems, Seriennummer Nr. 13, relative Atommasse Ar (Al ) = 27. Sein Nachbar links in der Tabelle ist Magnesium, ein typisches Metall, und rechts Silizium, das kein Metall mehr ist. Daher muss Aluminium Eigenschaften einer gewissen Zwischenart aufweisen, und seine Verbindungen sind amphoter.

Al +13) 2) 8) 3 , p ist ein Element,

Grundzustand 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
aufgeregter Zustand 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Aluminium weist in Verbindungen eine Oxidationsstufe von +3 auf:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Physikalische Eigenschaften

Freiformaluminium ist ein silbrig-weißes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit.Die Schmelztemperatur beträgt 650 ° C. Aluminium hat eine geringe Dichte (2,7 g / cm 3) - etwa dreimal geringer als die von Eisen oder Kupfer, und gleichzeitig ist es ein langlebiges Metall.

3. In der Natur sein

In Bezug auf die Verbreitung in der Natur besetzt es 1. unter den Metallen und 3. unter den Elementen an zweiter Stelle nach Sauerstoff und Silizium. Der Anteil des Aluminiumgehalts in der Erdkruste liegt nach Angaben verschiedener Forscher zwischen 7,45 und 8,14 % der Masse der Erdkruste.

In der Natur kommt Aluminium nur in Verbindungen vor (Mineralien).

Einige von ihnen:

· Bauxite - Al 2 O 3 H 2 O (mit Verunreinigungen SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nepheline - KNa 3 4

· Alunite - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Tonerde (Mischungen von Kaolinen mit Sand SiO 2, Kalkstein CaCO 3, Magnesit MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Feldspat (Orthoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

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

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

· Beryll - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Bauxit
Al2O3	Korund
	Rubin
	Saphir

4. Chemische Eigenschaften von Aluminium und seinen Verbindungen

Aluminium interagiert unter normalen Bedingungen leicht mit Sauerstoff und ist mit einem Oxidfilm bedeckt (ergibt ein mattes Aussehen).

DEMONSTRATION VON OXIDFILM

Seine Dicke beträgt 0,00001 mm, aber dank ihm korrodiert Aluminium nicht. Um die chemischen Eigenschaften von Aluminium zu untersuchen, wird die Oxidschicht entfernt. (Mit Sandpapier oder chemisch: zuerst durch Eintauchen in eine Alkalilösung, um den Oxidfilm zu entfernen, und dann in eine Lösung von Quecksilbersalzen, um eine Aluminium-Quecksilber-Legierung zu bilden - ein Amalgam).

ich. Interaktion mit einfachen Substanzen

Aluminium reagiert bereits bei Raumtemperatur aktiv mit allen Halogenen und bildet Halogenide. Beim Erhitzen interagiert es mit Schwefel (200 °C), Stickstoff (800 °C), Phosphor (500 °C) und Kohlenstoff (2000 °C), mit Jod in Gegenwart eines Katalysators – Wasser:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (Aluminiumsulfid),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (Aluminiumnitrid),

A l + P = A l P (Aluminiumphosphid),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (Aluminiumcarbid).

2 Al +3 Ich 2 \u003d 2 Al I 3 (Aluminiumiodid) EIN ERLEBNIS

Alle diese Verbindungen werden vollständig unter Bildung von Aluminiumhydroxid und dementsprechend Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Phosphin und Methan hydrolysiert:

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

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

In Form von Spänen oder Pulver brennt es hell an der Luft und setzt dabei eine große Menge Wärme frei:

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

VERBRENNUNG VON ALUMINIUM IN DER LUFT

EIN ERLEBNIS

II. Interaktion mit komplexen Substanzen

Wechselwirkung mit Wasser :

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

ohne Oxidschicht

EIN ERLEBNIS

Wechselwirkung mit Metalloxiden:

Aluminium ist ein gutes Reduktionsmittel, da es zu den aktiven Metallen gehört. Es steht in der Aktivitätsreihe direkt hinter den Erdalkalimetallen. Deshalb stellt Metalle aus ihren Oxiden wieder her . Eine solche Reaktion - Aluminothermie - wird verwendet, um reine seltene Metalle wie Wolfram, Vanadium usw. zu erhalten.

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

Beim Thermitschweißen wird auch eine Thermitmischung aus Fe 3 O 4 und Al (Pulver) verwendet.

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

Wechselwirkung mit Säuren :

Mit einer Schwefelsäurelösung: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Es reagiert nicht mit kalter konzentrierter Schwefel- und Stickstoffsäure (Passivate). Daher wird Salpetersäure in Aluminiumtanks transportiert. Beim Erhitzen ist Aluminium in der Lage, diese Säuren zu reduzieren, ohne Wasserstoff freizusetzen:

2A l + 6H 2 S O 4 (Konz) \u003d A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6 H 2 O,

Al + 6H NO 3 (Konz) \u003d Al (NO 3) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Wechselwirkung mit Alkalien .

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

EIN ERLEBNIS

N / A[ABERl(OH) 4] – Natriumtetrahydroxoaluminat

Auf Anregung des Chemikers Gorbov wurde diese Reaktion während des Russisch-Japanischen Krieges zur Herstellung von Wasserstoff für Ballons genutzt.

Mit Salzlösungen:

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

Wenn die Oberfläche von Aluminium mit Quecksilbersalz gerieben wird, tritt folgende Reaktion auf:

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

Freigesetztes Quecksilber löst Aluminium auf und bildet ein Amalgam .

Nachweis von Aluminiumionen in Lösungen : EIN ERLEBNIS

5. Anwendung von Aluminium und seinen Verbindungen

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium haben zu seiner weit verbreiteten Verwendung in der Technologie geführt. Ein großer Verbraucher von Aluminium ist Luftfahrtindustrie : 2/3 Flugzeuge bestehen aus Aluminium und seinen Legierungen. Ein Flugzeug aus Stahl wäre zu schwer und könnte viel weniger Passagiere befördern. Daher wird Aluminium das geflügelte Metall genannt. Kabel und Leitungen bestehen aus Aluminium: Bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit ist ihre Masse 2-mal geringer als die der entsprechenden Kupferprodukte.

In Anbetracht der Korrosionsbeständigkeit von Aluminium ist es Herstellung von Teilen von Apparaten und Behältern für Salpetersäure. Aluminiumpulver ist die Grundlage für die Herstellung von Silberfarbe zum Schutz von Eisenprodukten vor Korrosion sowie zum Reflektieren von Wärmestrahlen. Diese Farbe wird zum Abdecken von Öllagern und Feuerwehranzügen verwendet.

Aluminiumoxid wird zur Herstellung von Aluminium und auch als Feuerfestmaterial verwendet.

Aluminiumhydroxid ist der Hauptbestandteil der bekannten Medikamente Maalox, Almagel, die den Säuregehalt von Magensaft senken.

Aluminiumsalze werden stark hydrolysiert. Diese Eigenschaft wird bei der Wasserreinigung genutzt. Zur Neutralisation der entstehenden Säure wird dem zu reinigenden Wasser Aluminiumsulfat und eine geringe Menge gelöschter Kalk zugesetzt. Als Ergebnis wird ein volumetrischer Niederschlag von Aluminiumhydroxid freigesetzt, der beim Absetzen suspendierte Trübungspartikel und Bakterien mit sich nimmt.

Somit ist Aluminiumsulfat ein Gerinnungsmittel.

6. Gewinnung von Aluminium

1) Das moderne kostengünstige Verfahren zur Herstellung von Aluminium wurde 1886 von dem Amerikaner Hall und dem Franzosen Héroux erfunden. Es besteht aus der Elektrolyse einer Lösung von Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith. Geschmolzenes Kryolith Na 3 AlF 6 löst Al 2 O 3 wie Wasser Zucker auflöst. Die Elektrolyse einer "Lösung" von Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith läuft ab, als ob Kryolith nur ein Lösungsmittel und Aluminiumoxid ein Elektrolyt wäre.

2Al 2 O 3 elektrischer Strom → 4Al + 3O 2

In der englischen Enzyklopädie für Jungen und Mädchen beginnt ein Artikel über Aluminium mit den folgenden Worten: „Am 23. Februar 1886 begann ein neues Metallzeitalter in der Geschichte der Zivilisation – das Zeitalter des Aluminiums. An diesem Tag erschien Charles Hall, ein 22-jähriger Chemiker, im Labor seines ersten Lehrers mit einem Dutzend kleiner Kugeln aus silbrig-weißem Aluminium in der Hand und mit der Nachricht, dass er einen Weg gefunden hatte, dieses Metall herzustellen günstig und in großen Mengen. So wurde Hall zum Begründer der amerikanischen Aluminiumindustrie und zum angelsächsischen Nationalhelden, als Mann, der aus der Wissenschaft ein großes Geschäft machte.

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

DAS IST INTERESSANT:

• Metallisches Aluminium wurde erstmals 1825 von dem dänischen Physiker Hans Christian Oersted isoliert. Indem er gasförmiges Chlor durch eine Schicht aus heißem, mit Kohle gemischtem Aluminiumoxid leitete, isolierte Oersted Aluminiumchlorid ohne die geringste Spur von Feuchtigkeit. Um metallisches Aluminium wiederherzustellen, musste Oersted Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam behandeln. Nach 2 Jahren der deutsche Chemiker Friedrich Wöller. Er verbesserte die Methode, indem er Kaliumamalgam durch reines Kalium ersetzte.
• Im 18. und 19. Jahrhundert war Aluminium das wichtigste Schmuckmetall. 1889 erhielt D. I. Mendeleev in London ein wertvolles Geschenk für seine Verdienste um die Entwicklung der Chemie - Waagen aus Gold und Aluminium.
• Bis 1855 hatte der französische Wissenschaftler Saint-Clair Deville ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiummetall im industriellen Maßstab entwickelt. Aber die Methode war sehr teuer. Deville genoss die besondere Schirmherrschaft von Napoleon III., Kaiser von Frankreich. Als Zeichen seiner Hingabe und Dankbarkeit fertigte Deville für Napoleons Sohn, den neugeborenen Prinzen, eine elegant gravierte Rassel an – das erste „Konsumprodukt“ aus Aluminium. Napoleon beabsichtigte sogar, seine Gardisten mit Aluminiumkürassen auszustatten, aber der Preis war unerschwinglich. 1 kg Aluminium kostete damals 1000 Mark, d.h. 5 mal teurer als Silber. Erst mit der Erfindung des Elektrolyseverfahrens wurde Aluminium so wertvoll wie herkömmliche Metalle.
• Wussten Sie, dass Aluminium, das in den menschlichen Körper gelangt, eine Störung des Nervensystems verursacht, wenn es im Überschuss vorhanden ist, wird der Stoffwechsel gestört. Und Schutzmittel sind Vitamin C, Calcium, Zinkverbindungen.
• Wenn Aluminium in Sauerstoff und Fluor verbrennt, wird viel Wärme freigesetzt. Daher wird es als Zusatz zum Raketentreibstoff verwendet. Die Saturn-Rakete verbrennt während ihres Fluges 36 Tonnen Aluminiumpulver. Die Idee, Metalle als Bestandteil von Raketentreibstoff zu verwenden, wurde erstmals von F. A. Zander vorgeschlagen.

SIMULATOREN

Simulator Nr. 1 - Eigenschaften von Aluminium nach Position im Periodensystem der Elemente von D. I. Mendeleev

Simulator Nr. 2 - Gleichungen für die Reaktionen von Aluminium mit einfachen und komplexen Substanzen

Simulator Nr. 3 - Chemische Eigenschaften von Aluminium

AUFGABEN ZUR VERSTÄRKUNG

Nr. 1. Um Aluminium aus Aluminiumchlorid zu gewinnen, kann Calciummetall als Reduktionsmittel verwendet werden. Stellen Sie eine Gleichung für diese chemische Reaktion auf, charakterisieren Sie diesen Prozess mit einer elektronischen Waage.
Denken! Warum kann diese Reaktion nicht in wässriger Lösung durchgeführt werden?

Nr. 2. Vervollständigen Sie die Gleichungen chemischer Reaktionen:
Al + H 2 SO 4 (Lösung ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 ( Konz )-t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

Nummer 3. Transformationen durchführen:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 – t -> Al 2 O 3 -> Al

Nummer 4. Das Problem lösen:
Eine Aluminium-Kupfer-Legierung wurde während des Erhitzens einem Überschuss an konzentrierter Natronlauge ausgesetzt. 2,24 Liter Gas (n.a.g.) wurden freigesetzt. Berechnen Sie die prozentuale Zusammensetzung der Legierung, wenn ihre Gesamtmasse 10 g beträgt?

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium ist ein weiches, leichtes, silbrig-weißes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Schmelzpunkt 660°C.

Hinsichtlich der Verbreitung in der Erdkruste belegt Aluminium nach Sauerstoff und Silizium den 3. Platz unter allen Atomen und den 1. Platz unter den Metallen.

Zu den Vorteilen von Aluminium und seinen Legierungen gehören seine geringe Dichte (2,7 g/cm3), relativ hohe Festigkeitseigenschaften, gute thermische und elektrische Leitfähigkeit, Herstellbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht es, Aluminium als einen der wichtigsten technischen Werkstoffe einzuordnen.

Aluminium und seine Legierungen werden nach dem Herstellungsverfahren in verformbare, einer Druckbehandlung und Gießerei unterzogene, in Form von geformten Gussstücken verwendete; über den Einsatz von Wärmebehandlung - auf thermisch nicht gehärtete und thermisch gehärtete sowie auf Legierungssysteme.

Kassenbon

Aluminium wurde erstmals 1825 von Hans Oersted gewonnen. Moderne Methode Die Einnahmen wurden unabhängig voneinander von dem Amerikaner Charles Hall und dem Franzosen Paul Héroux entwickelt. Es besteht aus der Auflösung von Aluminiumoxid Al2O3 in einer Schmelze von Na3AlF6-Kryolith, gefolgt von einer Elektrolyse unter Verwendung von Graphitelektroden. Diese Gewinnungsmethode benötigt viel Strom und war daher erst im 20. Jahrhundert gefragt.

Anwendung

Aluminium ist weit verbreitet als Strukturmaterial. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Qualität sind Leichtigkeit, Duktilität zum Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (in Luft wird Aluminium sofort mit einem starken Al2O3-Film bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit, Ungiftigkeit seiner Verbindungen. Insbesondere diese Eigenschaften haben Aluminium bei der Herstellung von Kochgeschirr äußerst beliebt gemacht, Aluminiumfolie in der Lebensmittelindustrie und für Verpackungen.

Der Hauptnachteil von Aluminium als Konstruktionsmaterial ist seine geringe Festigkeit, daher wird es normalerweise mit einer kleinen Menge Kupfer und Magnesium legiert (die Legierung heißt Duraluminium).

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist vergleichbar mit Kupfer, während Aluminium billiger ist. Daher wird es in der Elektrotechnik häufig zur Herstellung von Drähten, deren Abschirmung und sogar in der Mikroelektronik zur Herstellung von Leitern in Chips verwendet. Zwar hat Aluminium als Elektromaterial eine unangenehme Eigenschaft - aufgrund der starken Oxidschicht ist es schwierig, es zu löten.

Aufgrund der komplexen Eigenschaften wird es häufig in thermischen Geräten eingesetzt.

Die Einführung von Aluminiumlegierungen in der Konstruktion reduziert den Metallverbrauch, erhöht die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit von Strukturen, wenn sie unter extremen Bedingungen (niedrige Temperaturen, Erdbeben usw.) betrieben werden.

Aluminium ist weit verbreitet in verschiedene Arten Transport. Im gegenwärtigen Stadium der Luftfahrtentwicklung sind Aluminiumlegierungen die wichtigsten Konstruktionsmaterialien im Flugzeugbau. Aluminium und darauf basierende Legierungen werden zunehmend im Schiffbau eingesetzt. Schiffsrümpfe, Decksaufbauten, Kommunikationsmittel und verschiedene Schiffsausrüstungen werden aus Aluminiumlegierungen hergestellt.

Es wird daran geforscht, geschäumtes Aluminium als besonders starkes und leichtes Material zu entwickeln.

edles Aluminium

Aluminium ist heute eines der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Metalle. Seit seiner Entdeckung Mitte des 19. Jahrhunderts galt es aufgrund seiner erstaunlichen Eigenschaften als eines der wertvollsten: silberweiß, leicht und unbeeinflusst Umfeld. Sein Wert war höher als der Goldpreis. Es überrascht nicht, dass Aluminium erstmals zur Herstellung von Schmuck und teuren Dekorationsgegenständen verwendet wurde.

Auf der Weltausstellung 1855 in Paris war Aluminium die Hauptattraktion. Aluminiumartikel wurden in einer Vitrine neben französischen Kronendiamanten platziert. Allmählich entstand eine gewisse Mode für Aluminium. Es galt als edles, wenig erforschtes Metall, das ausschließlich zur Herstellung von Kunstwerken verwendet wurde.

Am häufigsten wurde Aluminium von Juwelieren verwendet. Mit Hilfe einer speziellen Oberflächenbehandlung erreichten Juweliere die hellste Farbe des Metalls, weshalb es oft mit Silber gleichgesetzt wurde. Aber im Vergleich zu Silber hatte Aluminium einen weicheren Glanz, was es Juwelieren noch mehr ans Herz legte.

Als Chemische und physikalische Eigenschaften von Aluminium Anfangs waren sie schlecht untersucht, Juweliere selbst erfanden neue Techniken, um sie zu verarbeiten. Aluminium ist technisch einfach zu verarbeiten, mit diesem weichen Metall können Sie beliebige Muster drucken, Zeichnungen anbringen und die gewünschte Form des Produkts erstellen. Aluminium wurde mit Gold überzogen, poliert und auf matte Farbtöne gebracht.

Aber im Laufe der Zeit begann der Preis für Aluminium zu fallen. Wenn 1854-1856 ein Kilogramm Aluminium 3.000 alte Franken kostete, wurden Mitte der 1860er Jahre bereits etwa hundert alte Franken pro Kilogramm dieses Metalls angegeben. In der Folge geriet Aluminium aufgrund der geringen Kosten aus der Mode.

Derzeit sind die allerersten Aluminiumprodukte sehr selten. Die meisten von ihnen überlebten den Wertverlust des Metalls nicht und wurden durch Silber, Gold und andere Edelmetalle und Legierungen ersetzt. In jüngster Zeit ist das Interesse an Aluminium in Fachkreisen wieder gestiegen. Dieses Metall war Gegenstand einer separaten Ausstellung, die im Jahr 2000 vom Carnegie Museum in Pittsburgh organisiert wurde. Befindet sich in Frankreich Institut für Aluminiumgeschichte, das sich insbesondere mit der Untersuchung des ersten Schmucks aus diesem Metall beschäftigt.

In der Sowjetunion wurden Gastronomiegeräte, Wasserkocher etc. aus Aluminium hergestellt. Und nicht nur. Der erste sowjetische Satellit wurde aus hergestellt Aluminiumlegierung. Ein weiterer Abnehmer von Aluminium ist die Elektroindustrie: Drähte von Hochspannungsleitungen, Wicklungen von Motoren und Transformatoren, Kabel, Lampensockel, Kondensatoren und viele andere Produkte werden daraus hergestellt. Darüber hinaus wird Aluminiumpulver in Sprengstoffen und Festtreibstoffen für Raketen verwendet und nutzt seine Fähigkeit, sich schnell zu entzünden: Wäre Aluminium nicht mit einer dünnen Oxidschicht bedeckt, könnte es in der Luft aufflammen.

Die neueste Erfindung ist Aluminiumschaum, der sogenannte. "Metallschaum", dem eine große Zukunft vorhergesagt wird.

Aluminium ist ein amphoteres Metall. Die elektronische Konfiguration des Aluminiumatoms ist 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Es hat also drei Valenzelektronen auf der äußeren Elektronenschicht: 2 - auf der 3s- und 1 - auf der 3p-Unterebene. In Verbindung mit dieser Struktur ist es durch Reaktionen gekennzeichnet, wodurch das Aluminiumatom drei Elektronen von der äußeren Ebene verliert und eine Oxidationsstufe von +3 annimmt. Aluminium ist ein hochaktives Metall und weist sehr stark reduzierende Eigenschaften auf.

Wechselwirkung von Aluminium mit einfachen Stoffen

mit Sauerstoff

Beim Kontakt von absolut reinem Aluminium mit Luft interagieren die in der Oberflächenschicht befindlichen Aluminiumatome sofort mit dem Luftsauerstoff und bilden den dünnsten, mehrere zehn Atomlagen dicken, starken Oxidfilm der Zusammensetzung Al 2 O 3 , der das Aluminium schützt vor weiterer Oxidation. Es ist auch unmöglich, große Aluminiumproben selbst bei sehr hohen Temperaturen zu oxidieren. Feines Aluminiumpulver brennt jedoch recht leicht in einer Brennerflamme:

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

mit Halogenen

Aluminium reagiert sehr heftig mit allen Halogenen. So läuft die Reaktion zwischen gemischten Pulvern aus Aluminium und Jod bereits bei Raumtemperatur nach Zugabe eines Tropfens Wasser als Katalysator ab. Die Gleichung für die Wechselwirkung von Jod mit Aluminium:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

Mit Brom, das eine dunkelbraune Flüssigkeit ist, reagiert Aluminium auch ohne Erhitzen. Es reicht aus, einfach eine Aluminiumprobe in flüssiges Brom einzubringen: Eine heftige Reaktion beginnt sofort mit der Freisetzung einer großen Menge an Wärme und Licht:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Die Reaktion zwischen Aluminium und Chlor läuft ab, wenn erhitzte Aluminiumfolie oder feines Aluminiumpulver in einen mit Chlor gefüllten Kolben eingeführt wird. Aluminium verbrennt effektiv in Chlor nach der Gleichung:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

mit Schwefel

Beim Erhitzen auf 150-200 ° C oder nach dem Zünden einer Mischung aus Aluminiumpulver und Schwefel beginnt zwischen ihnen eine intensive exotherme Reaktion unter Freisetzung von Licht:

— Sulfid Aluminium

mit Stickstoff

Wenn Aluminium bei einer Temperatur von etwa 800 ° C mit Stickstoff wechselwirkt, entsteht Aluminiumnitrid:

mit Kohle

Bei einer Temperatur von etwa 2000 °C interagiert Aluminium mit Kohlenstoff und bildet Aluminiumcarbid (Methanid), das Kohlenstoff in der Oxidationsstufe -4 enthält, wie in Methan.

Wechselwirkung von Aluminium mit komplexen Stoffen

mit Wasser

Wie oben erwähnt, verhindert ein stabiler und dauerhafter Oxidfilm aus Al 2 O 3 , dass Aluminium an der Luft oxidiert. Derselbe schützende Oxidfilm macht Aluminium auch gegenüber Wasser inert. Beim Entfernen des schützenden Oxidfilms von der Oberfläche durch Verfahren wie Behandlung mit wässrigen Lösungen von Alkali, Ammoniumchlorid oder Quecksilbersalzen (Amalgation) beginnt Aluminium heftig mit Wasser zu reagieren, um Aluminiumhydroxid und Wasserstoffgas zu bilden:

mit Metalloxiden

Nach Zündung einer Mischung aus Aluminium mit Oxiden weniger aktiver Metalle (in der Wirkungsreihe rechts von Aluminium) setzt eine äußerst heftige, stark exotherme Reaktion ein. So entwickelt sich bei der Wechselwirkung von Aluminium mit Eisenoxid (III) eine Temperatur von 2500-3000 ° C. Als Ergebnis dieser Reaktion entsteht hochreines geschmolzenes Eisen:

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

Dieses Verfahren zur Gewinnung von Metallen aus ihren Oxiden durch Reduktion mit Aluminium wird genannt Aluminothermie oder Aluminothermie.

mit nicht oxidierenden Säuren

Die Wechselwirkung von Aluminium mit nicht oxidierenden Säuren, d.h. praktisch alle Säuren, außer konzentrierte Schwefel- und Salpetersäure, führen zur Bildung eines Aluminiumsalzes der entsprechenden Säure und Wasserstoffgas:

a) 2Al + 3H 2 SO 4 (razb.) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0;

b) 2AI + 6HCl = 2AICl 3 + 3H 2

mit oxidierenden Säuren

- konzentrierte Schwefelsäure

Die Wechselwirkung von Aluminium mit konzentrierter Schwefelsäure findet unter normalen Bedingungen sowie bei niedrigen Temperaturen aufgrund eines als Passivierung bezeichneten Effekts nicht statt. Beim Erhitzen ist die Reaktion möglich und führt zur Bildung von Aluminiumsulfat, Wasser und Schwefelwasserstoff, der durch die Reduktion von Schwefel entsteht, der Bestandteil von Schwefelsäure ist:

Eine solch tiefe Reduktion von Schwefel von der Oxidationsstufe +6 (in H 2 SO 4 ) in die Oxidationsstufe –2 (in H 2 S) erfolgt aufgrund der sehr hohen Reduktionsfähigkeit von Aluminium.

- konzentrierte Salpetersäure

Konzentrierte Salpetersäure passiviert auch Aluminium unter normalen Bedingungen, wodurch es möglich wird, es in Aluminiumbehältern zu lagern. Wie bei konzentrierter Schwefelsäure wird die Wechselwirkung von Aluminium mit konzentrierter Salpetersäure bei starker Erwärmung möglich, wobei die Reaktion überwiegend abläuft:

- verdünnte Salpetersäure

Die Wechselwirkung von Aluminium mit verdünnter gegenüber konzentrierter Salpetersäure führt zu Produkten einer tieferen Stickstoffreduktion. Anstelle von NO können je nach Verdünnungsgrad N 2 O und NH 4 NO 3 entstehen:

8Al + 30HNO 3 (razb.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O

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

mit Laugen

Aluminium reagiert sowohl mit wässrigen Lösungen von Alkalien:

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

und mit reinen Alkalien beim Schmelzen:

In beiden Fällen beginnt die Reaktion mit der Auflösung des Schutzfilms aus Aluminiumoxid:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na

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

Im Falle einer wässrigen Lösung beginnt Aluminium, gereinigt von der schützenden Oxidschicht, mit Wasser gemäß der Gleichung zu reagieren:

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

Das resultierende Aluminiumhydroxid, das amphoter ist, reagiert mit einer wässrigen Natriumhydroxidlösung unter Bildung von löslichem Natriumtetrahydroxoaluminat:

Al(OH) 3 + NaOH = Na