Alumiiniumi ja raua füüsikalised omadused. Alumiiniumi keemilised ja füüsikalised omadused

MÄÄRATLUS

Alumiiniumist- kolmeteistkümnes element Perioodilisustabel. Nimetus - Al ladinakeelsest sõnast "alumiinium". Asub kolmandas perioodis, IIIA rühm. Viitab metallidele. Tuumalaeng on 13.

Alumiinium on maapõues kõige levinum metall. Seda leidub savides, päevakivides, vilgukivides ja paljudes teistes mineraalides. Alumiiniumi üldsisaldus maakoores on 8% (massist).

Alumiinium on hõbevalge (joon. 1) kergmetall. See tõmmatakse kergesti traadiks ja rullitakse õhukesteks lehtedeks.

Toatemperatuuril alumiinium õhus ei muutu, vaid ainult seetõttu, et selle pind on kaetud õhukese oksiidikilega, millel on väga tugev kaitsev toime.

Riis. 1. Alumiinium. Välimus.

Alumiiniumi aatom- ja molekulmass

Aine suhteline molekulmass (M r) on arv, mis näitab, mitu korda on antud molekuli mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist ja elemendi suhteline aatommass(A r) - mitu korda on keemilise elemendi aatomite keskmine mass suurem kui 1/12 süsinikuaatomi massist.

Kuna alumiinium eksisteerib vabas olekus monoatomiliste Al-molekulide kujul, on selle aatomi- ja molekulmass vaste. Need on võrdsed 26,9815-ga.

Alumiiniumi isotoobid

On teada, et looduses võib alumiinium eksisteerida ühe stabiilse isotoobi 27Al kujul. Massiarv on 27. Alumiiniumi isotoobi 27 Al tuum sisaldab kolmteist prootonit ja neliteist neutronit.

Alumiiniumi radioaktiivseid isotoope on massinumbritega 21–42, millest pikima elueaga on 26Al isotoop, mille poolestusaeg on 720 tuhat aastat.

alumiiniumioonid

Alumiiniumi aatomi välisenergia tasemel on kolm valentselektroni:

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

Tulemusena keemiline koostoime alumiinium loovutab oma valentselektronid, st. on nende doonor ja muutub positiivselt laetud iooniks:

Al 0 -3e → Al 3+.

Alumiiniumi molekul ja aatom

Vabas olekus esineb alumiinium monoatoomiliste Al-molekulide kujul. Siin on mõned alumiiniumi aatomit ja molekuli iseloomustavad omadused:

alumiiniumi sulamid

Alumiiniumi peamine kasutusala on sellel põhinevate sulamite tootmine. Sulamilisandid (näiteks vask, räni, magneesium, tsink, mangaan) lisatakse alumiiniumi peamiselt selle tugevuse suurendamiseks.

Laialdaselt kasutusel on vaske ja magneesiumi sisaldavad duralumiiniumid, silumiinid, milles peamiseks lisandiks on räni, magnalium (9,5-11,5% magneesiumisisaldusega alumiiniumsulam).

Alumiinium on üks levinumaid lisandeid vasel, magneesiumil, titaanil, niklil, tsingil ja raual põhinevates sulamites.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Harjutus	Aluminotermilisel meetodil keevitavate rööbaste jaoks kasutatakse alumiiniumi ja raudoksiidi Fe 3 O 4 segu. Koostage termokeemiline reaktsioonivõrrand, kui 1 kg (1000 g) kaaluva raua moodustumisel vabaneb 6340 kJ soojust.
Lahendus	Kirjutame reaktsioonivõrrandi raua tootmiseks aluminotermilisel meetodil: 8Al + 3Fe 2 O 3 \u003d 9Fe + 4Al 2 O 3. Leiame raua teoreetilise massi (arvutatud reaktsiooni termokeemilisest võrrandist): n(Fe) = 9 mol; m(Fe) = n(Fe) × M(Fe); m(Fe) = 9 × 56 = 504 g. Laske reaktsiooni käigus eralduda x kJ soojust. Teeme proportsiooni: 1000 g - 6340 kJ; 504 g - x kJ. Seega on x võrdne: x \u003d 540 × 6340 / 1000 \u003d 3195. See tähendab, et aluminotermilisel meetodil raua saamise reaktsiooni käigus eraldub 3195 kJ soojust. Termokeemilise reaktsiooni võrrandil on järgmine kuju: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe + 4Al 2 O 3 + 3195 kJ.
Vastus	Reaktsiooni käigus eraldub 3195 kJ soojust.

NÄIDE 2

Harjutus	Alumiiniumi töödeldi 200 g 16% lämmastikhappe lahusega ja gaas eraldus. Määrake eralduva gaasi mass ja maht.
Lahendus	Kirjutame reaktsioonivõrrandi alumiiniumi lahustumiseks lämmastikhappes: 2Al + 6HNO 3 \u003d 2Al (NO 3) 3 + 3H 2-. Arvutage lämmastikhappe lahustunud aine mass: m(HNO 3) = m lahus (HNO 3) × w(HNO 3) / 100%; m(HNO 3) \u003d 20 × 96% / 100% = 19,2 g. Leidke lämmastikhappe aine kogus: M (HNO 3) \u003d Ar (H) + Ar (N) + 3 × Ar (O) = 1 + 14 + 3 × 16 = 63 g / mol. n (HNO 3) \u003d m (HNO 3) / M (HNO 3); n (HNO 3) \u003d 19,2 / 63 \u003d 0,3 mol. Vastavalt reaktsioonivõrrandile n (HNO 3): n (H 2) = 6: 3, s.o. n (H 2) \u003d 3 × n (HNO 3) / 6 \u003d ½ × n (HNO 3) \u003d ½ × 0,3 \u003d 0,15 mol. Siis on eraldunud vesiniku mass ja maht võrdsed: M (H 2) \u003d 2 × Ar (H) = 2 × 1 = 2 g / mol. m (H 2) \u003d n (H 2) × M (H 2) = 0,15 × 2 = 0,3 g. V (H 2) \u003d n (H 2) × V m; V (H 2) \u003d 0,15 × 22,4 \u003d 3,36 l.
Vastus	Reaktsiooni tulemusena eraldub vesinik massiga 0,3 g ja mahuga 3,36 liitrit.

(A l ), ​​gallium (Ga ), indium (In ) ja tallium (T l ).

Nagu antud andmetest näha, avati kõik need elemendid sisse XIX sajandil.

Põhialarühma metallide avastamine III rühmad

AT	Al	Ga	sisse	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussac,	G. H. Oersted	L. de Boisbaudran	F. Reich,	W. Crooks
L. Tenard	(Taani)	(Prantsusmaa)	I. Richter	(Inglismaa)
(Prantsusmaa)			(Saksamaa)

Boor on mittemetall. Alumiinium on siirdemetall, gallium, indium ja tallium aga täismetallid. Seega suurenevad perioodilise süsteemi iga rühma elementide aatomiraadiuste suurenemisega lihtainete metallilised omadused.

Selles loengus vaatleme alumiiniumi omadusi lähemalt.

1. Alumiiniumi asukoht D. I. Mendelejevi tabelis. Näidatud aatomi struktuur, oksüdatsiooniastmed.

Alumiiniumelement asub sees III rühm, peamine "A" alarühm, perioodilisuse süsteemi 3. periood, seerianumber nr 13, suhteline aatommass Ar (Al ) = 27. Tabeli vasakpoolne naaber on tüüpiline metall magneesium ja paremal räni, mis pole enam metall. Seetõttu peavad alumiiniumil olema teatud vahepealsed omadused ja selle ühendid on amfoteersed.

Al +13) 2) 8) 3 , p on element,

Põhiseisund 1 s 2 2 2 2 p 6 3 s 2 3 p 1
põnevil olek 1 s 2 2 2 2 p 6 3 s 1 3 p 2

Alumiiniumi oksüdatsiooniaste on ühendites +3:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Füüsikalised omadused

Vabas vormis alumiinium on kõrge soojus- ja elektrijuhtivusega hõbevalge metall.Sulamistemperatuur on 650 ° C. Alumiiniumil on madal tihedus (2,7 g / cm 3) - umbes kolm korda vähem kui raual või vasel ja samal ajal on see vastupidav metall.

3. Looduses viibimine

Looduses levimuse poolest hõivab see 1. metallide ja 3. elementide seas teisel kohal hapniku ja räni järel. Alumiiniumisisalduse protsent maakoores on erinevate teadlaste andmetel vahemikus 7,45–8,14% maakoore massist.

Looduses esineb alumiiniumi ainult ühendites (mineraalid).

Mõned neist:

· Boksiidid – Al 2 O 3 H 2 O (koos lisanditega SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefeliinid – KNa 3 4

· Aluniidid – KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Alumiiniumoksiid (kaoliinide segud liivaga SiO 2, lubjakivi CaCO 3, magnesiidiga MgCO 3)

· Korund – Al 2 O 3

· Päevakivi (ortoklaas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaoliniit – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

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

· Berüül – 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Boksiit
Al2O3	Korund
	Rubiin
	Safiir

4. Alumiiniumi ja selle ühendite keemilised omadused

Alumiinium suhtleb normaalsetes tingimustes kergesti hapnikuga ja on kaetud oksiidkilega (see annab mati välimuse).

OKSIIDKILE DEMONSTREERIMINE

Selle paksus on 0,00001 mm, kuid tänu sellele alumiinium ei korrodeeru. Alumiiniumi keemiliste omaduste uurimiseks eemaldatakse oksiidkile. (Kasutades liivapaberit või keemiliselt: esmalt langetades leeliselahusesse, et eemaldada oksiidkile, ja seejärel elavhõbedasoolade lahusesse, et moodustada alumiiniumi-elavhõbeda sulam – amalgaam).

I. Koostoime lihtsate ainetega

Alumiinium reageerib juba toatemperatuuril aktiivselt kõigi halogeenidega, moodustades halogeniide. Kuumutamisel interakteerub väävli (200 °C), lämmastiku (800 °C), fosfori (500 °C) ja süsinikuga (2000 °C), joodiga katalüsaatori - vee - juuresolekul:

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

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

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

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

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (alumiiniumjodiid) KOGEMUS

Kõik need ühendid hüdrolüüsitakse täielikult alumiiniumhüdroksiidi ja vastavalt vesiniksulfiidi, ammoniaagi, fosfiini ja metaani moodustumisega:

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

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

Laastude või pulbrina põleb see õhus eredalt, eraldades suurel hulgal soojust:

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

ALUMIINIUMI PÕLEMINE ÕHUS

KOGEMUS

II. Koostoime keeruliste ainetega

Koostoime veega :

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

ilma oksiidkileta

KOGEMUS

Koostoime metallioksiididega:

Alumiinium on hea redutseerija, kuna see on üks aktiivsetest metallidest. See on tegevussarjas kohe pärast leelismuldmetalle. Sellepärast taastab metallid nende oksiididest . Sellist reaktsiooni – aluminotermiat – kasutatakse puhaste haruldaste metallide, nagu volfram, vanaadium jne, saamiseks.

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

Termiitkeevitamisel kasutatakse ka Fe 3 O 4 ja Al (pulber) termiidisegu.

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

Koostoime hapetega :

Väävelhappe lahusega: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

See ei reageeri külma kontsentreeritud väävel- ja lämmastikuga (passiveerib). Seetõttu transporditakse lämmastikhapet alumiiniummahutites. Kuumutamisel suudab alumiinium neid happeid redutseerida ilma vesinikku vabastamata:

2A l + 6H 2 S O 4 (konts.) \u003d Al 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (konts.) \u003d A l (NO 3) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Koostoime leelistega .

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

KOGEMUS

Na[AGAl(OH) 4] – naatriumtetrahüdroksoaluminaat

Keemik Gorbovi ettepanekul kasutati seda reaktsiooni Vene-Jaapani sõja ajal õhupallide jaoks vesiniku tootmiseks.

Soolalahustega:

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

Kui alumiiniumi pinda hõõruda elavhõbedasoolaga, toimub järgmine reaktsioon:

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

Vabanenud elavhõbe lahustab alumiiniumi, moodustades amalgaami .

Alumiiniumioonide tuvastamine lahustes : KOGEMUS

5. Alumiiniumi ja selle ühendite kasutamine

Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused on toonud kaasa selle laialdase kasutamise tehnoloogias. Suur alumiiniumi tarbija on lennundustööstus : 2/3 lennukist on valmistatud alumiiniumist ja selle sulamitest. Terasest valmistatud lennuk oleks liiga raske ja võiks vedada palju vähem reisijaid. Seetõttu nimetatakse alumiiniumi tiibadega metalliks. Kaablid ja juhtmed on valmistatud alumiiniumist: sama elektrijuhtivusega on nende mass 2 korda väiksem kui vastavatel vasktoodetel.

Arvestades alumiiniumi korrosioonikindlust, on see lämmastikhappe aparaatide ja mahutite osade tootmine. Alumiiniumpulber on hõbedavärvi valmistamise aluseks nii raudtoodete korrosiooni eest kaitsmiseks kui ka soojuskiirte peegeldamiseks, sellist värvi kasutatakse õlihoidlate ja tuletõrjujate ülikondade katmiseks.

Alumiiniumoksiidi kasutatakse alumiiniumi tootmiseks ja ka tulekindla materjalina.

Alumiiniumhüdroksiid on tuntud maomahla happesust langetavate ravimite Maalox, Almagel põhikomponent.

Alumiiniumisoolad on tugevalt hüdrolüüsitud. Seda omadust kasutatakse vee puhastamise protsessis. Tekkinud happe neutraliseerimiseks lisatakse puhastatavale veele alumiiniumsulfaati ja vähesel määral kustutatud lubi. Selle tulemusena eraldub alumiiniumhüdroksiidi mahuline sade, mis settides võtab endaga kaasa hõljuvad hägususe osakesed ja bakterid.

Seega on alumiiniumsulfaat koagulant.

6. Alumiiniumi saamine

1) Kaasaegse kuluefektiivse meetodi alumiiniumi tootmiseks leiutasid Ameerika Hall ja prantslane Héroux 1886. aastal. See koosneb alumiiniumoksiidi lahuse elektrolüüsist sulas krüoliidis. Sulatatud krüoliit Na 3 AlF 6 lahustab Al 2 O 3, nagu vesi lahustab suhkrut. Alumiiniumoksiidi "lahuse" elektrolüüs sulas krüoliidis kulgeb nii, nagu oleks krüoliit ainult lahusti ja alumiiniumoksiid elektrolüüt.

2Al 2 O 3 elektrivool → 4Al + 3O 2

Inglise poiste ja tüdrukute entsüklopeedias algab alumiiniumi käsitlev artikkel järgmiste sõnadega: „23. veebruaril 1886 algas tsivilisatsiooni ajaloos uus metalliajastu - alumiiniumiajastu. Sel päeval ilmus oma esimesse õpetaja laborisse 22-aastane keemik Charles Hall, käes tosin väikest hõbevalget alumiiniumpalli ja teade, et ta on leidnud viisi selle metalli valmistamiseks. odavalt ja suurtes kogustes. Nii sai Hallist Ameerika alumiiniumitööstuse rajaja ja anglosaksi rahvuskangelane mehena, kes tegi teadusest suure äri.

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

ON HUVITAV:

• Metallilise alumiiniumi eraldas esmakordselt 1825. aastal Taani füüsik Hans Christian Oersted. Juhtides gaasilise kloori läbi söega segatud kuuma alumiiniumoksiidi kihi, eraldas Oersted alumiiniumkloriidi vähimagi niiskusjäljeta. Metallilise alumiiniumi taastamiseks oli Oerstedil vaja alumiiniumkloriidi töödelda kaaliumamalgaamiga. 2 aasta pärast saksa keemik Friedrich Wöller. Ta täiustas meetodit, asendades kaaliumamalgaami puhta kaaliumiga.
• 18. ja 19. sajandil oli alumiinium peamine ehtemetall. 1889. aastal autasustati D.I. Mendelejev Londonis keemia arendamisel tehtud teenete eest väärtuslikku kingitust - kullast ja alumiiniumist valmistatud kaalud.
• 1855. aastaks oli prantsuse teadlane Saint-Clair Deville välja töötanud protsessi alumiiniummetalli tootmiseks tööstuslikus mastaabis. Kuid meetod oli väga kallis. Deville nautis Prantsusmaa keisri Napoleon III erilist patronaaži. Oma pühendumuse ja tänulikkuse märgiks valmistas Deville Napoleoni pojale, vastsündinud printsile, elegantselt graveeritud kõristi – esimese alumiiniumist valmistatud "tarbekauba". Napoleon kavatses isegi varustada oma kaardiväelased alumiiniumist kirassidega, kuid hind oli üle jõu käiv. Tol ajal maksis 1 kg alumiiniumi 1000 marka, s.o. 5 korda kallim kui hõbe. Alles elektrolüütilise protsessi leiutamisega sai alumiinium sama väärtuslikuks kui tavalised metallid.
• Kas teadsite, et alumiinium, sattudes inimkehasse, põhjustab närvisüsteemi häireid.Kui seda on liiga palju, on ainevahetus häiritud. Ja kaitsvad ained on C-vitamiin, kaltsium, tsingiühendid.
• Alumiiniumi põlemisel hapnikus ja fluoris eraldub palju soojust. Seetõttu kasutatakse seda raketikütuse lisandina. Rakett Saturn põletab oma lennu ajal 36 tonni alumiiniumipulbrit. Metallide kasutamise idee raketikütuse komponendina pakkus esmakordselt välja F.A. Zander.

SIMULAATORID

Simulaator nr 1 – alumiiniumi omadused positsiooni järgi D. I. Mendelejevi elementide perioodilises süsteemis

Simulaator nr 2 – alumiiniumi reaktsioonide võrrandid lihtsate ja keeruliste ainetega

Simulaator nr 3 – Alumiiniumi keemilised omadused

TUGEVDAMISE ÜLESANDED

nr 1. Alumiiniumi saamiseks alumiiniumkloriidist võib redutseerijana kasutada kaltsiummetalli. Koostage selle keemilise reaktsiooni võrrand, iseloomustage seda protsessi elektroonilise kaalu abil.
mõtle! Miks ei saa seda reaktsiooni läbi viia vesilahuses?

nr 2. Lõpetage keemiliste reaktsioonide võrrandid:
Al + H2SO4 (lahus ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO 3 ( konts )-t ->
Al + NaOH + H2O ->

Number 3. Tehke teisendusi:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

nr 4. Lahendage probleem:
Alumiiniumi-vasesulam puutus kuumutamise ajal kokku kontsentreeritud naatriumhüdroksiidi lahuse liiaga. Välja lasti 2,24 liitrit gaasi (n.o.s.). Arvutage sulami protsentuaalne koostis, kui selle kogumass oli 10 g?

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Alumiinium on pehme, kerge, hõbevalge kõrge soojus- ja elektrijuhtivusega metall. Sulamistemperatuur 660 °C.

Maakoore levimuse poolest on alumiinium hapniku ja räni järel 3. kohal kõigi aatomite seas ning 1. kohal metallide seas.

Alumiiniumi ja selle sulamite eelisteks on madal tihedus (2,7 g/cm3), suhteliselt kõrged tugevusomadused, hea soojus- ja elektrijuhtivus, valmistatavus ja kõrge korrosioonikindlus. Nende omaduste kombinatsioon võimaldab liigitada alumiiniumi üheks olulisemaks tehniliseks materjaliks.

Alumiinium ja selle sulamid jagunevad vastavalt tootmismeetodile deformeeritavaks, survetöötluseks ja valukojaks, mida kasutatakse vormivalamisel; kuumtöötluse kasutamise kohta - termiliselt karastamata ja termiliselt karastatud, samuti legeerimissüsteemidel.

Kviitung

Alumiiniumi hankis esmakordselt Hans Oersted 1825. aastal. Kaasaegne meetod Kviitungid töötasid iseseisvalt välja ameeriklane Charles Hall ja prantslane Paul Héroux. See seisneb alumiiniumoksiidi Al2O3 lahustamises Na3AlF6 krüoliidi sulatis, millele järgneb elektrolüüs grafiitelektroodide abil. See hankimisviis nõuab suures koguses elektrit ja seetõttu oli nõudlus alles 20. sajandil.

Rakendus

Alumiiniumi kasutatakse laialdaselt struktuurne materjal. Alumiiniumi peamised eelised selles kvaliteedis on kergus, plastilisus stantsimisel, korrosioonikindlus (õhus kaetakse alumiinium koheselt tugeva Al2O3 kilega, mis takistab selle edasist oksüdeerumist), kõrge soojusjuhtivus, selle ühendite mittetoksilisus. Need omadused on muutnud alumiiniumi eriti populaarseks kööginõude valmistamisel, alumiiniumfoolium toiduainetööstuses ja pakendamiseks.

Alumiiniumi kui konstruktsioonimaterjali peamiseks puuduseks on selle madal tugevus, mistõttu on see tavaliselt legeeritud väikese koguse vase ja magneesiumiga (sulamit nimetatakse duralumiiniumiks).

Alumiiniumi elektrijuhtivus on võrreldav vasega, samas kui alumiinium on odavam. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt elektrotehnikas juhtmete tootmiseks, nende varjestamiseks ja isegi mikroelektroonikas kiipides juhtmete valmistamiseks. Tõsi, alumiiniumil kui elektrimaterjalil on ebameeldiv omadus – tugeva oksiidkile tõttu on seda raske jootma.

Omaduste kompleksi tõttu kasutatakse seda laialdaselt soojusseadmetes.

Alumiiniumisulamite kasutuselevõtt ehituses vähendab metallikulu, suurendab konstruktsioonide vastupidavust ja töökindlust nende kasutamisel ekstreemsetes tingimustes (madal temperatuur, maavärin jne).

Alumiiniumi kasutatakse laialdaselt erinevat tüüpi transport. Lennunduse arendamise praeguses etapis on alumiiniumisulamid lennukiehituses peamised konstruktsioonimaterjalid. Laevaehituses kasutatakse üha enam alumiiniumi ja sellel põhinevaid sulameid. Alumiiniumisulamitest on valmistatud kered, tekipealisehitused, side ja mitmesugused laevaseadmed.

Käimas on uuringud vahustatud alumiiniumi väljatöötamiseks eriti tugeva ja kerge materjalina.

vääris alumiinium

Alumiinium on tänapäeval üks populaarsemaid ja laialdasemalt kasutatavaid metalle. Alates selle avastamise hetkest 19. sajandi keskel peeti seda üheks kõige väärtuslikumaks tänu oma hämmastavatele omadustele: valge nagu hõbe, kerge ja seda ei mõjuta. keskkond. Selle väärtus oli kõrgem kui kulla hind. Pole üllatav, et alumiiniumi kasutati esmakordselt ehete ja kallite dekoratiivesemete loomisel.

1855. aastal Pariisis toimunud universaalnäitusel oli alumiinium peamiseks atraktsiooniks. Alumiiniumist esemed asetati Prantsuse kroonteemantide kõrvale. Tasapisi sündis alumiiniumi mood. Seda peeti üllaseks, väheuuritud metalliks, mida kasutati eranditult kunstiteoste loomiseks.

Kõige sagedamini kasutasid juveliirid alumiiniumi. Spetsiaalse pinnatöötluse abil saavutasid juveliirid metalli heledaima värvi, mistõttu võrdsustati seda sageli hõbedaga. Kuid hõbedaga võrreldes oli alumiiniumil pehmem läige, mis pani juveliirid sellesse veelgi kiinduma.

Sest Alumiiniumi keemilised ja füüsikalised omadused alguses uuriti neid halvasti, juveliirid leiutasid ise selle töötlemiseks uusi tehnikaid. Alumiiniumi on tehniliselt lihtne töödelda, see pehme metall võimaldab luua mistahes mustrite väljatrükke, rakendada jooniseid ja luua tootele soovitud kuju. Alumiinium kaeti kullaga, poleeriti ja viidi mattideni.

Kuid aja jooksul hakkas alumiiniumi hind langema. Kui aastatel 1854-1856 oli ühe kilogrammi alumiiniumi maksumus 3 tuhat vana franki, siis 1860. aastate keskel anti selle metalli kilogrammi kohta juba sadakond vana franki. Seejärel langes alumiinium madala hinna tõttu moest välja.

Praegu on kõige esimesed alumiiniumtooted väga haruldased. Enamik neist ei elanud üle metalli amortisatsiooni ning asendati hõbeda, kulla ja muude väärismetallide ja sulamitega. Viimasel ajal on spetsialistide seas taas tärganud huvi alumiiniumi vastu. See metall oli Pittsburghis asuva Carnegie muuseumi 2000. aastal eraldi näituse teemaks. Asub Prantsusmaal Alumiiniumi ajaloo instituut, mis tegeleb eelkõige esimeste sellest metallist valmistatud ehete uurimisega.

Nõukogude Liidus valmistati alumiiniumist toitlustusseadmeid, veekeetjaid jms. Ja mitte ainult. Esimene Nõukogude satelliit valmistati alumiiniumi sulam. Teine alumiiniumi tarbija on elektritööstus: sellest valmistatakse kõrgepingeliinide juhtmeid, mootorite ja trafode mähiseid, kaableid, lambialuseid, kondensaatoreid ja palju muid tooteid. Lisaks kasutatakse alumiiniumipulbrit lõhkeainetes ja rakettide tahketes raketikütustes, kasutades selle kiiret süttimisvõimet: kui alumiinium ei oleks kaetud õhukese oksiidkilega, võib see õhu käes süttida.

Uusim leiutis on alumiiniumvaht, nn. "metallvaht", millele ennustatakse suurt tulevikku.

Alumiinium on amfoteerne metall. Alumiiniumi aatomi elektrooniline konfiguratsioon on 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Seega on sellel välisel elektronikihil kolm valentselektroni: 2 - 3s- ja 1 - 3p-alatasandil. Selle struktuuriga seoses iseloomustavad seda reaktsioonid, mille tulemusena kaotab alumiiniumi aatom välistasandilt kolm elektroni ja omandab oksüdatsiooniastme +3. Alumiinium on väga aktiivne metall ja sellel on väga tugevad redutseerivad omadused.

Alumiiniumi koostoime lihtsate ainetega

hapnikuga

Absoluutselt puhta alumiiniumi kokkupuutel õhuga interakteeruvad pinnakihis asuvad alumiiniumi aatomid koheselt õhu hapnikuga ja moodustavad kõige õhema, mitmekümne aatomikihi paksuse tugeva Al 2 O 3 koostisega oksiidkile, mis kaitseb alumiiniumi. edasisest oksüdatsioonist. Samuti on võimatu oksüdeerida suuri alumiiniumiproove isegi väga kõrgetel temperatuuridel. Peen alumiiniumpulber põleb aga leegis üsna kergesti:

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

halogeenidega

Alumiinium reageerib väga intensiivselt kõigi halogeenidega. Seega toimub reaktsioon alumiiniumi ja joodi segupulbrite vahel juba toatemperatuuril pärast tilga vee lisamist katalüsaatorina. Joodi ja alumiiniumi interaktsiooni võrrand:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

Broomiga, mis on tumepruun vedelik, reageerib alumiinium ka kuumutamata. Piisab lihtsalt alumiiniumiproovi viimisest vedelasse broomi: kohe algab äge reaktsioon suure hulga soojuse ja valguse vabanemisega:

2Al + 3Br2 = 2AlBr 3

Alumiiniumi ja kloori reaktsioon kulgeb kuumutatud alumiiniumfooliumi või peene alumiiniumipulbri sisestamisel klooriga täidetud kolbi. Alumiinium põleb tõhusalt klooris vastavalt võrrandile:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

väävliga

Kuumutamisel temperatuurini 150–200 ° C või pärast pulbrilise alumiiniumi ja väävli segu süütamist algab nende vahel intensiivne eksotermiline reaktsioon valguse vabanemisega:

— sulfiid alumiiniumist

lämmastikuga

Kui alumiinium interakteerub lämmastikuga temperatuuril umbes 800 o C, moodustub alumiiniumnitriid:

süsinikuga

Temperatuuril umbes 2000 o C interakteerub alumiinium süsinikuga ja moodustab alumiiniumkarbiidi (metaniid), mis sisaldab süsinikku oksüdatsiooniastmes -4, nagu metaanis.

Alumiiniumi koostoime keeruliste ainetega

veega

Nagu eespool mainitud, ei lase stabiilne ja vastupidav Al 2 O 3 oksiidkile alumiiniumil õhu käes oksüdeeruda. Sama kaitsev oksiidkile muudab alumiiniumi ka vee suhtes inertseks. Kaitsva oksiidkile eemaldamisel pinnalt selliste meetoditega nagu töötlemine leelise, ammooniumkloriidi või elavhõbedasoolade vesilahustega (amalgatsioon), hakkab alumiinium intensiivselt reageerima veega, moodustades alumiiniumhüdroksiidi ja gaasilise vesiniku:

metallioksiididega

Pärast alumiiniumi segu süttimist vähemaktiivsete metallide oksiididega (alumiiniumist aktiivsussarjas paremal) algab äärmiselt äge, tugevalt eksotermiline reaktsioon. Niisiis, alumiiniumi ja raudoksiidi (III) interaktsiooni korral tekib temperatuur 2500-3000 ° C. Selle reaktsiooni tulemusena moodustub kõrge puhtusastmega sularaud:

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

Seda meetodit metallide saamiseks nende oksiididest alumiiniumiga redutseerimise teel nimetatakse aluminotermia või aluminotermia.

mitteoksüdeerivate hapetega

Alumiiniumi vastastikmõju mitteoksüdeerivate hapetega, s.o. praktiliselt kõik happed, välja arvatud kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhape, põhjustavad vastava happe alumiiniumsoola ja gaasilise vesiniku moodustumist:

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

2A10 + 6H+ = 2AI3+ + 3H20;

b) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2

oksüdeerivate hapetega

- kontsentreeritud väävelhape

Alumiiniumi interaktsioon kontsentreeritud väävelhappega normaalsetes tingimustes ja ka madalatel temperatuuridel ei toimu passiveerumiseks kutsutava efekti tõttu. Kuumutamisel on reaktsioon võimalik ja põhjustab alumiiniumsulfaadi, vee ja vesiniksulfiidi moodustumist, mis moodustub väävelhappe osaks oleva väävli redutseerimise tulemusena:

Selline sügav väävli redutseerimine oksüdatsiooniastmelt +6 (H 2 SO 4-s) oksüdatsiooniastmeni -2 (H 2 S-s) toimub tänu alumiiniumi väga suurele redutseerimisvõimele.

- kontsentreeritud lämmastikhape

Kontsentreeritud lämmastikhape passiveerib alumiiniumi ka normaaltingimustes, mistõttu on võimalik seda säilitada alumiiniummahutites. Nii nagu kontsentreeritud väävli puhul, saab alumiiniumi interaktsioon kontsentreeritud lämmastikhappega võimalikuks tugeval kuumutamisel, kusjuures reaktsioon kulgeb valdavalt:

- lahjendatud lämmastikhape

Alumiiniumi koostoime lahjendatud ainega võrreldes kontsentreeritud lämmastikhappega viib lämmastiku sügavama vähenemiseni. NO asemel võib olenevalt lahjendusastmest moodustuda N 2 O ja NH 4 NO 3:

8Al + 30HNO3 (rasb.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N2O + 15H2O

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

leelistega

Alumiinium reageerib nii leeliste vesilahustega:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

ja puhaste leelistega sulamise ajal:

Mõlemal juhul algab reaktsioon alumiiniumoksiidi kaitsekile lahustumisega:

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

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

Vesilahuse puhul hakkab kaitsvast oksiidkilest puhastatud alumiinium reageerima veega vastavalt võrrandile:

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

Saadud alumiiniumhüdroksiid, mis on amfoteerne, reageerib naatriumhüdroksiidi vesilahusega, moodustades lahustuva naatriumtetrahüdroksoaluminaadi:

Al(OH)3 + NaOH = Na