ალუმინის და რკინის ფიზიკური თვისებები. ალუმინის ქიმიური და ფიზიკური თვისებები

განმარტება

ალუმინის- მეცამეტე ელემენტი Პერიოდული ცხრილი. აღნიშვნა - Al ლათინური "ალუმინი". მდებარეობს მესამე პერიოდში IIIA ჯგუფში. ეხება ლითონებს. ბირთვული მუხტი არის 13.

ალუმინი არის ყველაზე გავრცელებული ლითონი დედამიწის ქერქში. ის გვხვდება თიხებში, ფელდსპარებში, მიკაში და ბევრ სხვა მინერალში. მთლიანი ალუმინის შემცველობა დედამიწის ქერქში არის 8% (მასა).

ალუმინი არის ვერცხლისფერი თეთრი (სურ. 1) მსუბუქი მეტალი. ადვილად იჭრება მავთულში და ახვევს თხელ ფურცლებს.

ოთახის ტემპერატურაზე ალუმინი არ იცვლება ჰაერში, მაგრამ მხოლოდ იმიტომ, რომ მისი ზედაპირი დაფარულია ოქსიდის თხელი ფილმით, რომელსაც აქვს ძალიან ძლიერი დამცავი ეფექტი.

ბრინჯი. 1. ალუმინი. გარეგნობა.

ალუმინის ატომური და მოლეკულური წონა

ნივთიერების ფარდობითი მოლეკულური წონა (M r)არის რიცხვი, რომელიც აჩვენებს რამდენჯერ აღემატება მოცემული მოლეკულის მასას ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე და ელემენტის ფარდობითი ატომური მასა(A r) - რამდენჯერ მეტია ქიმიური ელემენტის ატომების საშუალო მასა ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე.

ვინაიდან ალუმინი თავისუფალ მდგომარეობაში არსებობს Al მოლეკულების ერთატომის სახით, მისი ატომური და მნიშვნელობები მოლეკულური წონამატჩი. ისინი უდრის 26,9815-ს.

ალუმინის იზოტოპები

ცნობილია, რომ ბუნებაში ალუმინი შეიძლება არსებობდეს ერთი სტაბილური იზოტოპის სახით 27Al. მასური რიცხვია 27. ალუმინის იზოტოპ 27 Al-ის ბირთვი შეიცავს ცამეტ პროტონს და თოთხმეტი ნეიტრონს.

არსებობს ალუმინის რადიოაქტიური იზოტოპები მასობრივი რიცხვებით 21-დან 42-მდე, რომელთა შორის 26Al იზოტოპი ყველაზე ხანგრძლივია, ნახევარგამოყოფის პერიოდი 720 ათასი წელია.

ალუმინის იონები

ალუმინის ატომის გარე ენერგეტიკულ დონეზე არის სამი ვალენტური ელექტრონი:

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

Როგორც შედეგი ქიმიური ურთიერთქმედებაალუმინი აძლევს თავის ვალენტურ ელექტრონებს, ე.ი. არის მათი დონორი და იქცევა დადებითად დამუხტულ იონად:

Al 0 -3e → Al 3+.

ალუმინის მოლეკულა და ატომი

თავისუფალ მდგომარეობაში ალუმინი არსებობს მონოტომური Al მოლეკულების სახით. აქ არის რამდენიმე თვისება, რომელიც ახასიათებს ალუმინის ატომს და მოლეკულას:

ალუმინის შენადნობები

ალუმინის მთავარი გამოყენება არის მასზე დაფუძნებული შენადნობების წარმოება. შენადნობის დანამატები (მაგალითად, სპილენძი, სილიციუმი, მაგნიუმი, თუთია, მანგანუმი) შეჰყავთ ალუმინში ძირითადად მისი სიმტკიცის გაზრდის მიზნით.

ფართოდ გამოიყენება სპილენძისა და მაგნიუმის შემცველი დურალუმინები, სილუმინები, რომლებშიც ძირითადი დანამატია სილიციუმი, მაგნალიუმი (ალუმინის შენადნობი 9,5-11,5% მაგნიუმით).

ალუმინი არის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული დანამატი შენადნობებში, რომლებიც დაფუძნებულია სპილენძზე, მაგნიუმზე, ტიტანზე, ნიკელზე, თუთიაზე და რკინაზე.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ვარჯიში	ალუმოთერმული მეთოდის გამოყენებით რელსების შესადუღებლად გამოიყენება ალუმინის და რკინის ოქსიდის Fe 3 O 4 ნარევი. შეადგინეთ თერმოქიმიური რეაქციის განტოლება, თუ 1 კგ (1000 გ) წონის რკინის წარმოქმნით გამოიყოფა 6340 კჯ სითბო.
გამოსავალი	ჩვენ ვწერთ რეაქციის განტოლებას რკინის წარმოებისთვის ალუმოთერმული მეთოდით: 8Al + 3Fe 2 O 3 \u003d 9Fe + 4Al 2 O 3. ვიპოვოთ რკინის თეორიული მასა (გამოითვლება რეაქციის თერმოქიმიური განტოლებიდან): n(Fe) = 9 მოლი; m(Fe) = n(Fe) ×M(Fe); m(Fe) = 9 × 56 = 504 გ. რეაქციის დროს გამოიყოფა x kJ სითბო. მოდით გავაკეთოთ პროპორცია: 1000 გ - 6340 კჯ; 504 გ - x კჯ. ამიტომ x უდრის: x \u003d 540 × 6340 / 1000 \u003d 3195. ეს ნიშნავს, რომ ალუმოთერმული მეთოდით რკინის მიღების რეაქციის დროს გამოიყოფა 3195 კჯ სითბო. თერმოქიმიური რეაქციის განტოლებას აქვს ფორმა: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe + 4Al 2 O 3 + 3195 კჯ.
უპასუხე	რეაქციის დროს გამოიყოფა 3195 კჯ სითბო.

მაგალითი 2

ვარჯიში	ალუმინი დამუშავდა 200გრ აზოტის მჟავას 16%-იანი ხსნარით და გამოიცა გაზი. განსაზღვრეთ გამოთავისუფლებული აირის მასა და მოცულობა.
გამოსავალი	ჩვენ ვწერთ რეაქციის განტოლებას აზოტის მჟავაში ალუმინის დაშლისათვის: 2Al + 6HNO 3 \u003d 2Al (NO 3) 3 + 3H 2 -. გამოთვალეთ აზოტის მჟავას გახსნილი ნივთიერების მასა: m(HNO 3) = m ხსნარი (HNO 3)×w(HNO 3) / 100%; m(HNO 3) \u003d 20 × 96% / 100% \u003d 19,2 გ. იპოვნეთ აზოტის მჟავას ნივთიერების რაოდენობა: M (HNO 3) \u003d Ar (H) + Ar (N) + 3 × Ar (O) \u003d 1 + 14 + 3 × 16 \u003d 63 გ / მოლ. n (HNO 3) \u003d m (HNO 3) / M (HNO 3); n (HNO 3) \u003d 19.2 / 63 \u003d 0.3 მოლი. რეაქციის განტოლების მიხედვით n (HNO 3): n (H 2) = 6: 3, ე.ი. n (H 2) \u003d 3 × n (HNO 3) / 6 \u003d ½ × n (HNO 3) \u003d ½ × 0.3 \u003d 0.15 მოლი. მაშინ გამოთავისუფლებული წყალბადის მასა და მოცულობა ტოლი იქნება: M (H 2) \u003d 2 × Ar (H) \u003d 2 × 1 \u003d 2 გ / მოლ. m (H 2) \u003d n (H 2) × M (H 2) \u003d 0,15 × 2 \u003d 0,3 გ. V (H 2) \u003d n (H 2) × V m; V (H 2) \u003d 0,15 × 22,4 \u003d 3,36 ლ.
უპასუხე	რეაქციის შედეგად გამოიყოფა წყალბადი 0,3 გ მასით და 3,36 ლიტრი მოცულობით.

(A l), გალიუმი (Ga), ინდიუმი (In) და ტალიუმი (T l).

როგორც მოცემული მონაცემებიდან ჩანს, ყველა ეს ელემენტი იყო გახსნილი XIX საუკუნე.

მთავარი ქვეჯგუფის ლითონების აღმოჩენა III ჯგუფები

AT	ალ	გა	In	ტლ
1806 წ	1825 წ	1875 წ	1863 წ	1861 წ
გ.ლუსაკი,	G.H. Oersted	L. de Boisbaudran	ფ. რაიხი,	W. Crooks
ლ.ტენარდი	(დანია)	(საფრანგეთი)	ი.რიხტერი	(ინგლისი)
(საფრანგეთი)			(გერმანია)

ბორი არამეტალია. ალუმინი გარდამავალი ლითონია, ხოლო გალიუმი, ინდიუმი და ტალიუმი სრული ლითონებია. ამრიგად, პერიოდული სისტემის თითოეული ჯგუფის ელემენტების ატომური რადიუსების მატებასთან ერთად, მარტივი ნივთიერებების მეტალის თვისებები იზრდება.

ამ ლექციაში უფრო დეტალურად განვიხილავთ ალუმინის თვისებებს.

1. ალუმინის პოზიცია D.I.მენდელეევის ცხრილში. ნაჩვენებია ატომის სტრუქტურა, ჟანგვის მდგომარეობები.

ალუმინის ელემენტი მდებარეობს III ჯგუფი, ძირითადი "A" ქვეჯგუფი, პერიოდული სისტემის მე-3 პერიოდი, სერიული ნომერი No13, ფარდობითი ატომური მასა.არ (ალ ) = 27. მისი მეზობელი ცხრილის მარცხნივ არის მაგნიუმი, ტიპიური ლითონი, ხოლო მარჯვნივ, სილიციუმი, რომელიც აღარ არის მეტალი. ამიტომ, ალუმინს უნდა აჩვენოს გარკვეული შუალედური ხასიათის თვისებები და მისი ნაერთები ამფოტერულია.

Al +13) 2) 8) 3, p არის ელემენტი,

ძირითადი მდგომარეობა 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
აღელვებული მდგომარეობა 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

ალუმინი ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +3 ნაერთებში:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. ფიზიკური თვისებები

თავისუფალი ფორმის ალუმინი არის მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონი მაღალი თერმული და ელექტრული გამტარობით.დნობის ტემპერატურაა 650 ° C. ალუმინს აქვს დაბალი სიმკვრივე (2,7 გ / სმ 3) - დაახლოებით სამჯერ ნაკლები, ვიდრე რკინის ან სპილენძის, და ამავე დროს ის არის გამძლე ლითონი.

3. ბუნებაში ყოფნა

ბუნებაში გავრცელების თვალსაზრისით უკავია 1-ლი მეტალებს შორის და მე-3 ელემენტებს შორისმეორე ადგილზეა ჟანგბადისა და სილიციუმის შემდეგ. დედამიწის ქერქში ალუმინის შემცველობის პროცენტი, სხვადასხვა მკვლევარის აზრით, დედამიწის ქერქის მასის 7,45-დან 8,14%-მდე მერყეობს.

ბუნებაში, ალუმინი გვხვდება მხოლოდ ნაერთებში (მინერალები).

Ზოგიერთი მათგანი:

· ბოქსიტები - Al 2 O 3 H 2 O (მინარევებით SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· ნეფელინები - KNa 3 4

· ალუნიტები - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· ალუმინა (კაოლინების ნარევები ქვიშასთან SiO 2, კირქვა CaCO 3, მაგნეზიტი MgCO 3)

· კორუნდი - Al 2 O 3

· ფელდსპარი (ორთოკლაზა) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

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

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

· ბერილი - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

ბოქსიტი
Al2O3	კორუნდი
	რუბი
	საფირონი

4. ალუმინის და მისი ნაერთების ქიმიური თვისებები

ალუმინი ნორმალურ პირობებში ადვილად ურთიერთქმედებს ჟანგბადთან და დაფარულია ოქსიდის ფენით (ის აძლევს მქრქალ იერს).

ოქსიდის ფილმის დემონსტრირება

მისი სისქე 0,00001 მმ-ია, მაგრამ მისი წყალობით ალუმინი არ კოროზირდება. ალუმინის ქიმიური თვისებების შესასწავლად, ოქსიდის ფილმი ამოღებულია. (ქვიშის ქაღალდის გამოყენებით, ან ქიმიურად: ჯერ ტუტე ხსნარში ჩაშვებით ოქსიდის ფირის მოსაშორებლად, შემდეგ კი ვერცხლისწყლის მარილების ხსნარში ალუმინის-ვერცხლისწყლის შენადნობის - ამალგამის წარმოქმნით).

მე. ურთიერთქმედება მარტივ ნივთიერებებთან

ალუმინი უკვე ოთახის ტემპერატურაზე აქტიურად რეაგირებს ყველა ჰალოგენთან და ქმნის ჰალოგენებს. გაცხელებისას ის ურთიერთქმედებს გოგირდთან (200 °C), აზოტთან (800 °C), ფოსფორთან (500 °C) და ნახშირბადთან (2000 °C), იოდთან კატალიზატორის - წყლის თანდასწრებით:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (ალუმინის სულფიდი),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (ალუმინის ნიტრიდი),

A l + P = A l P (ალუმინის ფოსფიდი),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (ალუმინის კარბიდი).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (ალუმინის იოდიდი) ᲒᲐᲛᲝᲪᲓᲘᲚᲔᲑᲐ

ყველა ეს ნაერთი მთლიანად ჰიდროლიზდება ალუმინის ჰიდროქსიდის და, შესაბამისად, წყალბადის სულფიდის, ამიაკის, ფოსფინისა და მეთანის წარმოქმნით:

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

ნაჭრის ან ფხვნილის სახით, ის მკვეთრად იწვის ჰაერში, გამოყოფს დიდი რაოდენობით სითბოს:

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

ალუმინის წვა ჰაერში

ᲒᲐᲛᲝᲪᲓᲘᲚᲔᲑᲐ

II. ურთიერთქმედება რთულ ნივთიერებებთან

წყალთან ურთიერთქმედება :

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

ოქსიდის ფირის გარეშე

ᲒᲐᲛᲝᲪᲓᲘᲚᲔᲑᲐ

ურთიერთქმედება ლითონის ოქსიდებთან:

ალუმინი კარგი შემცირების საშუალებაა, რადგან ის ერთ-ერთი აქტიური ლითონია. ის არის აქტივობის სერიებში ტუტე დედამიწის ლითონების შემდეგ. Ამიტომაც აღადგენს ლითონებს მათი ოქსიდებისგან . ასეთი რეაქცია - ალუმინოთერმია - გამოიყენება სუფთა იშვიათი ლითონების მისაღებად, როგორიცაა ვოლფრამი, ვანადიუმი და ა.შ.

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

Fe 3 O 4 და Al (ფხვნილი) თერმიტის ნარევი ასევე გამოიყენება თერმიტის შედუღებაში.

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

ურთიერთქმედება მჟავებთან :

გოგირდმჟავას ხსნარით: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

იგი არ რეაგირებს ცივ კონცენტრირებულ გოგირდთან და აზოტთან (პასივირებს). ამიტომ, აზოტის მჟავა ტრანსპორტირდება ალუმინის ავზებში. როდესაც თბება, ალუმინს შეუძლია შეამციროს ეს მჟავები წყალბადის გამოყოფის გარეშე:

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

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

ურთიერთქმედება ტუტეებთან .

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

ᲒᲐᲛᲝᲪᲓᲘᲚᲔᲑᲐ

ნა[მაგრამლ(OH) 4] – ნატრიუმის ტეტრაჰიდროქსოალუმინატი

ქიმიკოს გორბოვის წინადადებით, რუსეთ-იაპონიის ომის დროს, ეს რეაქცია გამოიყენეს ბუშტებისთვის წყალბადის წარმოებისთვის.

მარილის ხსნარებით:

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

თუ ალუმინის ზედაპირი გაჟღენთილია ვერცხლისწყლის მარილით, მაშინ ხდება შემდეგი რეაქცია:

2 ალ + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 ჰგ

გამოთავისუფლებული ვერცხლისწყალი ხსნის ალუმინს და ქმნის ამალგამს .

ალუმინის იონების გამოვლენა ხსნარებში : ᲒᲐᲛᲝᲪᲓᲘᲚᲔᲑᲐ

5. ალუმინის და მისი ნაერთების გამოყენება

ალუმინის ფიზიკურმა და ქიმიურმა თვისებებმა განაპირობა მისი ფართო გამოყენება ტექნოლოგიაში. ალუმინის მთავარი მომხმარებელია საავიაციო ინდუსტრია : თვითმფრინავის 2/3 დამზადებულია ალუმინისგან და მისი შენადნობებისგან. ფოლადისგან დამზადებული თვითმფრინავი ზედმეტად მძიმე იქნებოდა და ბევრად ნაკლები მგზავრის გადაყვანა შეეძლო. ამიტომ ალუმინს ფრთიან ლითონს უწოდებენ. კაბელები და მავთულები დამზადებულია ალუმინისგან: იგივე ელექტრული გამტარობით, მათი მასა 2-ჯერ ნაკლებია სპილენძის შესაბამის პროდუქტებზე.

ალუმინის კოროზიის წინააღმდეგობის გათვალისწინებით, ის აზოტის მჟავისთვის მოწყობილობებისა და კონტეინერების ნაწილების წარმოება. ალუმინის ფხვნილი არის ვერცხლის საღებავის წარმოების საფუძველი, რათა დაიცვას რკინის პროდუქტები კოროზიისგან, ასევე თერმული სხივების ასახვისთვის, ასეთი საღებავი გამოიყენება ნავთობის შენახვის ობიექტების და მეხანძრეების კოსტუმების დასაფარად.

ალუმინის ოქსიდი გამოიყენება ალუმინის წარმოებისთვის და ასევე, როგორც ცეცხლგამძლე მასალა.

ალუმინის ჰიდროქსიდი არის ცნობილი წამლების Maalox, Almagel-ის ძირითადი კომპონენტი, რომლებიც აქვეითებენ კუჭის წვენის მჟავიანობას.

ალუმინის მარილები ძლიერ ჰიდროლიზდება. ეს თვისება გამოიყენება წყლის გაწმენდის პროცესში. ალუმინის სულფატი და მცირე რაოდენობით ჩამქრალი ცაცხვი ემატება გასაწმენდ წყალს მიღებული მჟავის გასანეიტრალებლად. შედეგად, გამოიყოფა ალუმინის ჰიდროქსიდის მოცულობითი ნალექი, რომელიც, დაბინძურებული, თან ატარებს სიმღვრივისა და ბაქტერიების შეჩერებულ ნაწილაკებს.

ამრიგად, ალუმინის სულფატი არის კოაგულანტი.

6. ალუმინის მოპოვება

1) ალუმინის წარმოების თანამედროვე ეკონომიური მეთოდი გამოიგონეს ამერიკულმა ჰოლმა და ფრანგმა ჰერუმ 1886 წელს. იგი შედგება ალუმინის ოქსიდის ხსნარის ელექტროლიზში გამდნარ კრიოლიტში. გამდნარი კრიოლიტი Na 3 AlF 6 ხსნის Al 2 O 3-ს, როგორც წყალი ხსნის შაქარს. ალუმინის ოქსიდის "ხსნარის" ელექტროლიზი გამდნარ კრიოლიტში მიმდინარეობს ისე, თითქოს კრიოლიტი იყოს მხოლოდ გამხსნელი, ხოლო ალუმინის ოქსიდი - ელექტროლიტი.

2Al 2 O 3 ელექტრული დენი → 4Al + 3O 2

ინგლისურ ენციკლოპედიაში ბიჭებისა და გოგონებისთვის სტატია ალუმინის შესახებ იწყება შემდეგი სიტყვებით: „1886 წლის 23 თებერვალს ცივილიზაციის ისტორიაში დაიწყო ლითონის ახალი ხანა - ალუმინის ეპოქა. ამ დღეს ჩარლზ ჰოლი, 22 წლის ქიმიკოსი, გამოცხადდა თავის პირველ მასწავლებლის ლაბორატორიაში, ვერცხლისფერი თეთრი ალუმინის ათეული პატარა ბურთულებით ხელში და იმ ამბებით, რომ მან იპოვა გზა ამ ლითონის დასამზადებლად. იაფად და დიდი რაოდენობით. ასე რომ, ჰოლი გახდა ამერიკული ალუმინის ინდუსტრიის დამფუძნებელი და ანგლო-საქსონის ეროვნული გმირი, როგორც ადამიანი, რომელმაც დიდი ბიზნესი გააკეთა მეცნიერებით.

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

ᲔᲡ ᲡᲐᲘᲜᲢᲔᲠᲔᲡᲝᲐ:

• მეტალის ალუმინი პირველად 1825 წელს გამოყო დანიელმა ფიზიკოსმა ჰანს კრისტიან ოერსტედმა. ნახშირთან შერეული ცხელი ალუმინის ფენაში აირისებრი ქლორის გავლისას Oersted-მა გამოყო ალუმინის ქლორიდი ტენის ოდნავი კვალის გარეშე. მეტალის ალუმინის აღსადგენად ოერსტედს სჭირდებოდა ალუმინის ქლორიდის დამუშავება კალიუმის ამალგამით. 2 წლის შემდეგ გერმანელი ქიმიკოსი ფრიდრიხ ვოლერი. მან გააუმჯობესა მეთოდი კალიუმის ამალგამის სუფთა კალიუმით ჩანაცვლებით.
• მე-18 და მე-19 საუკუნეებში ალუმინი იყო მთავარი სამკაულების ლითონი. 1889 წელს, ლონდონში, დ.ი.მენდელეევს მიენიჭა ძვირფასი საჩუქარი ქიმიის განვითარებაში გაწეული სამსახურისთვის - ოქროსა და ალუმინისგან დამზადებული სასწორები.
• 1855 წლისთვის ფრანგმა მეცნიერმა სენ-კლერ დევილმა შეიმუშავა სამრეწველო მასშტაბით ალუმინის ლითონის წარმოების პროცესი. მაგრამ მეთოდი ძალიან ძვირი ღირდა. დევილი საფრანგეთის იმპერატორის ნაპოლეონ III-ის განსაკუთრებული მფარველობით სარგებლობდა. ერთგულებისა და მადლიერების ნიშნად დევილმა ნაპოლეონის ვაჟისთვის, ახალშობილი პრინცისთვის დაამზადა ელეგანტურად ამოტვიფრული ჭექა-ქუხილი - პირველი „სამომხმარებლო პროდუქტი“ ალუმინისგან. ნაპოლეონი კი აპირებდა თავისი მცველების ალუმინის კუირებით აღჭურვას, მაგრამ ფასი აკრძალული იყო. მაშინ 1 კგ ალუმინი ღირდა 1000 მარკა, ე.ი. 5-ჯერ უფრო ძვირი ვიდრე ვერცხლი. ელექტროლიტური პროცესის გამოგონებამდე ალუმინი ისეთივე ღირებული გახდა, როგორც ჩვეულებრივი ლითონები.
• იცოდით, რომ ალუმინი ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრით იწვევს ნერვული სისტემის აშლილობას, როდესაც ის ჭარბობს, ნივთიერებათა ცვლა ირღვევა. და დამცავი აგენტებია ვიტამინი C, კალციუმი, თუთიის ნაერთები.
• როდესაც ალუმინი იწვის ჟანგბადში და ფტორში, ბევრი სითბო გამოიყოფა. ამიტომ, იგი გამოიყენება როგორც სარაკეტო საწვავის დანამატი. სატურნის რაკეტა ფრენის დროს წვავს 36 ტონა ალუმინის ფხვნილს. ლითონების, როგორც სარაკეტო საწვავის კომპონენტად გამოყენების იდეა პირველად შემოგვთავაზა F.A. Zander-მა.

სიმულატორები

სიმულატორი No1 - ალუმინის მახასიათებლები პოზიციის მიხედვით დ.ი.მენდელეევის ელემენტების პერიოდულ სისტემაში

სიმულატორი No2 - განტოლებები ალუმინის რეაქციების მარტივ და რთულ ნივთიერებებთან

სიმულატორი No3 - ალუმინის ქიმიური თვისებები

ამოცანები განმტკიცებისთვის

No1. ალუმინის ქლორიდიდან ალუმინის მისაღებად, კალციუმის მეტალი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც შემცირების აგენტი. შეადგინეთ ამ ქიმიური რეაქციის განტოლება, დაახასიათეთ ეს პროცესი ელექტრონული ბალანსის გამოყენებით.
დაფიქრდი! რატომ არ შეიძლება ეს რეაქცია წყალხსნარში განხორციელდეს?

No2. დაასრულეთ ქიმიური რეაქციების განტოლებები:
Al + H 2 SO 4 (ხსნარი ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 (კონც )-ტ ->
Al + NaOH + H 2 O ->

ნომერი 3. შეასრულეთ ტრანსფორმაციები:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

No4. Პრობლემის გადაჭრა:
გაცხელებისას ალუმინის-სპილენძის შენადნობი ექვემდებარებოდა კონცენტრირებული ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარს. გამოიცა 2,24 ლიტრი გაზი (ნ.ო.ს.). გამოთვალეთ შენადნობის პროცენტული შემადგენლობა, თუ მისი საერთო მასა იყო 10 გ?

ალუმინის ფიზიკური თვისებები

ალუმინი არის რბილი, მსუბუქი, მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონი მაღალი თერმული და ელექტრული გამტარობით. დნობის წერტილი 660°C.

დედამიწის ქერქში გავრცელების თვალსაზრისით, ალუმინი მე-3 ადგილს იკავებს ჟანგბადისა და სილიციუმის შემდეგ ყველა ატომს შორის და 1-ზე მეტალებს შორის.

ალუმინის და მისი შენადნობების უპირატესობებში შედის მისი დაბალი სიმკვრივე (2.7 გ/სმ3), შედარებით მაღალი სიმტკიცის მახასიათებლები, კარგი თერმული და ელექტრული გამტარობა, წარმოება და მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა. ამ თვისებების ერთობლიობა შესაძლებელს ხდის ალუმინის კლასიფიკაციას, როგორც ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან ტექნიკურ მასალას.

ალუმინი და მისი შენადნობები წარმოების მეთოდის მიხედვით იყოფა დეფორმირებად, ზეწოლის ქვეშ დამუშავებას და სამსხმელოში, რომელიც გამოიყენება ფორმის ჩამოსხმის სახით; თერმული დამუშავების გამოყენებაზე - თერმულად გაუმაგრებელ და თერმულად გამაგრებულ, ასევე შენადნობ სისტემებზე.

ქვითარი

ალუმინი პირველად მიიღო ჰანს ოერსტედმა 1825 წელს. თანამედროვე მეთოდიქვითრები დამოუკიდებლად შეიმუშავეს ამერიკელმა ჩარლზ ჰოლმა და ფრანგმა პოლ ჰერუსმა. იგი შედგება ალუმინის ოქსიდის Al2O3-ის დაშლაში Na3AlF6 კრიოლიტის დნობაში, რასაც მოჰყვება ელექტროლიზი გრაფიტის ელექტროდების გამოყენებით. მოპოვების ეს მეთოდი მოითხოვს დიდი რაოდენობით ელექტროენერგიას და, შესაბამისად, მოთხოვნადი იყო მხოლოდ მე-20 საუკუნეში.

განაცხადი

ალუმინი ფართოდ გამოიყენება როგორც სტრუქტურული მასალა. ამ ხარისხში ალუმინის მთავარი უპირატესობებია სიმსუბუქე, დრეკადობა ჭედურობისთვის, კოროზიის წინააღმდეგობა (ჰაერში ალუმინი მყისიერად დაფარულია ძლიერი Al2O3 ფილმით, რაც ხელს უშლის მის შემდგომ დაჟანგვას), მაღალი თბოგამტარობა, მისი ნაერთების არატოქსიკურობა. კერძოდ, ამ თვისებებმა ალუმინი ძალიან პოპულარული გახადა ჭურჭლის წარმოებაში. ალუმინის ფოლგაკვების მრეწველობაში და შესაფუთად.

ალუმინის, როგორც სტრუქტურული მასალის მთავარი მინუსი არის მისი დაბალი სიმტკიცე, ამიტომ მას ჩვეულებრივ შენადნობენ მცირე რაოდენობით სპილენძთან და მაგნიუმთან (შენადნობი ეწოდება დურალუმინს).

ალუმინის ელექტრული გამტარობა შედარებულია სპილენძთან, ხოლო ალუმინი უფრო იაფია. აქედან გამომდინარე, იგი ფართოდ გამოიყენება ელექტროტექნიკაში მავთულის წარმოებისთვის, მათი დამცავი და მიკროელექტრონიკაშიც კი ჩიპებში გამტარების წარმოებისთვის. მართალია, ალუმინს, როგორც ელექტრო მასალას, აქვს უსიამოვნო თვისება - ძლიერი ოქსიდის ფირის გამო, ძნელია მისი შედუღება.

თვისებების კომპლექსის გამო, იგი ფართოდ გამოიყენება თერმოტექნიკაში.

მშენებლობაში ალუმინის შენადნობების დანერგვა ამცირებს ლითონის მოხმარებას, ზრდის კონსტრუქციების გამძლეობას და საიმედოობას ექსტრემალურ პირობებში (დაბალი ტემპერატურა, მიწისძვრა და ა.შ.) მუშაობისას.

ალუმინი ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სახისტრანსპორტი. ავიაციის განვითარების ამჟამინდელ ეტაპზე, თვითმფრინავების მშენებლობაში მთავარი სტრუქტურული მასალაა ალუმინის შენადნობები. ალუმინი და მასზე დაფუძნებული შენადნობები სულ უფრო ხშირად გამოიყენება გემთმშენებლობაში. კორპუსები, გემბანის ზედნაშენები, კომუნიკაციები და გემების სხვადასხვა სახის აღჭურვილობა დამზადებულია ალუმინის შენადნობებისგან.

მიმდინარეობს კვლევა ქაფიანი ალუმინის, როგორც განსაკუთრებით ძლიერი და მსუბუქი მასალის შესაქმნელად.

ძვირფასი ალუმინი

ალუმინი დღეს ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული და ფართოდ გამოყენებული ლითონია. აღმოჩენის მომენტიდანვე, მე-19 საუკუნის შუა ხანებში, იგი ითვლებოდა ერთ-ერთ ყველაზე ღირებულად მისი საოცარი თვისებების გამო: თეთრი, როგორც ვერცხლი, მსუბუქი წონა და არ იმოქმედებს. გარემო. მისი ღირებულება ოქროს ფასზე მაღალი იყო. გასაკვირი არ არის, რომ ალუმინი პირველად გამოიყენეს სამკაულებისა და ძვირადღირებული დეკორატიული ნივთების შესაქმნელად.

1855 წელს, პარიზის უნივერსალურ გამოფენაზე, ალუმინი იყო მთავარი მიმზიდველობა. ალუმინის ნივთები მოთავსებული იყო ვიტრინაში ფრანგული გვირგვინის ბრილიანტების გვერდით. თანდათანობით, ალუმინის გარკვეული მოდა დაიბადა. იგი ითვლებოდა კეთილშობილ, ნაკლებად შესწავლილ ლითონად, გამოიყენებოდა ექსკლუზიურად ხელოვნების ნიმუშების შესაქმნელად.

ყველაზე ხშირად, ალუმინს იყენებდნენ იუველირები. სპეციალური ზედაპირის დამუშავების დახმარებით იუველირებმა ლითონის ყველაზე ღია ფერს მიაღწიეს, რის გამოც მას ხშირად ვერცხლთან აიგივებდნენ. მაგრამ ვერცხლთან შედარებით, ალუმინს უფრო რბილი ბზინვარება ჰქონდა, რამაც იუველირებს კიდევ უფრო უყვარდა იგი.

იმიტომ რომ ალუმინის ქიმიური და ფიზიკური თვისებებითავიდან ისინი ცუდად იყვნენ შესწავლილი, თავად იუველირებმა გამოიგონეს მისი დამუშავების ახალი ტექნიკა. ალუმინი ტექნიკურად ადვილი დასამუშავებელია, ეს რბილი ლითონი საშუალებას გაძლევთ შექმნათ ნებისმიერი შაბლონის ანაბეჭდები, გამოიყენოთ ნახატები და შექმნათ პროდუქტის სასურველი ფორმა. ალუმინი დაფარული იყო ოქროთი, გაპრიალებული და მიყვანილი მქრქალი ფერებში.

მაგრამ დროთა განმავლობაში, ალუმინის ფასი დაეცემა. თუ 1854-1856 წლებში ერთი კილოგრამი ალუმინის ღირებულება იყო 3 ათასი ძველი ფრანკი, მაშინ 1860-იანი წლების შუა ხანებში ამ ლითონის კილოგრამზე უკვე ასამდე ძველი ფრანკი იყო მოცემული. შემდგომში დაბალი ღირებულების გამო ალუმინი მოდიდან გავარდა.

ამჟამად, პირველივე ალუმინის პროდუქტები ძალიან იშვიათია. მათმა უმრავლესობამ ვერ გადაურჩა ლითონის გაუფასურებას და ჩაანაცვლა ვერცხლი, ოქრო და სხვა ძვირფასი ლითონები და შენადნობები. ბოლო დროს ალუმინის მიმართ ინტერესი კვლავ გაიზარდა სპეციალისტთა შორის. ეს მეტალი იყო ცალკე გამოფენის საგანი, რომელიც ორგანიზებული იყო 2000 წელს პიტსბურგის კარნეგის მუზეუმის მიერ. მდებარეობს საფრანგეთში ალუმინის ისტორიის ინსტიტუტი, რომელიც კონკრეტულად ამ ლითონისგან დამზადებული პირველი სამკაულის შესწავლით არის დაკავებული.

საბჭოთა კავშირში ალუმინისგან ამზადებდნენ კვების ობიექტებს, ქვაბებს და ა.შ. და არა მარტო. პირველი საბჭოთა თანამგზავრი შეიქმნა ალუმინის შენადნობი. ალუმინის კიდევ ერთი მომხმარებელია ელექტრო ინდუსტრია: მისგან მზადდება მაღალი ძაბვის გადამცემი ხაზების მავთულები, ძრავების და ტრანსფორმატორების გრაგნილები, კაბელები, ნათურების ბაზები, კონდენსატორები და მრავალი სხვა პროდუქტი. გარდა ამისა, ალუმინის ფხვნილი გამოიყენება ასაფეთქებელ ნივთიერებებში და რაკეტების მყარ საწვავში, მისი სწრაფი აალების უნარის გამოყენებით: თუ ალუმინი არ იყო დაფარული თხელი ოქსიდის ფენით, ის შეიძლება ჰაერში გაჩნდეს.

უახლესი გამოგონებაა ალუმინის ქაფი, ე.წ. "ლითონის ქაფი", რომელსაც დიდ მომავალს უწინასწარმეტყველებენ.

ალუმინი არის ამფოტერული ლითონი. ალუმინის ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია არის 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. ამრიგად, მას აქვს სამი ვალენტური ელექტრონი გარე ელექტრონულ შრეზე: 2 - 3s-ზე და 1 - 3p-ქვედონეზე. ამ სტრუქტურასთან დაკავშირებით მას ახასიათებს რეაქციები, რის შედეგადაც ალუმინის ატომი კარგავს სამ ელექტრონს გარე დონიდან და იძენს ჟანგვის მდგომარეობას +3. ალუმინი არის უაღრესად აქტიური ლითონი და აქვს ძალიან ძლიერი შემცირების თვისებები.

ალუმინის ურთიერთქმედება მარტივ ნივთიერებებთან

ჟანგბადით

აბსოლუტურად სუფთა ალუმინის ჰაერთან შეხებისას, ზედაპირულ ფენაში მდებარე ალუმინის ატომები მყისიერად ურთიერთქმედებენ ჰაერის ჟანგბადთან და ქმნიან ყველაზე თხელ, რამდენიმე ათეულ ატომურ ფენას სისქის, Al 2 O 3 შემადგენლობის ძლიერ ოქსიდის ფენას, რომელიც იცავს ალუმინს. შემდგომი დაჟანგვისგან. ასევე შეუძლებელია ალუმინის დიდი ნიმუშების დაჟანგვა ძალიან მაღალ ტემპერატურაზეც კი. თუმცა, წვრილი ალუმინის ფხვნილი საკმაოდ ადვილად იწვის სანთურის ცეცხლში:

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

ჰალოგენებით

ალუმინი ძალიან ენერგიულად რეაგირებს ყველა ჰალოგენთან. ამრიგად, რეაქცია ალუმინისა და იოდის შერეულ ფხვნილებს შორის მიმდინარეობს უკვე ოთახის ტემპერატურაზე, მას შემდეგ, რაც წვეთი წყალი დაამატებთ კატალიზატორს. იოდის ალუმინის ურთიერთქმედების განტოლება:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

ბრომთან, რომელიც მუქი ყავისფერი სითხეა, ალუმინი ასევე რეაგირებს გაცხელების გარეშე. საკმარისია უბრალოდ ალუმინის ნიმუშის შეყვანა თხევად ბრომში: ძალადობრივი რეაქცია მაშინვე იწყება დიდი რაოდენობით სითბოს და სინათლის გამოყოფით:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

რეაქცია ალუმინსა და ქლორს შორის მიმდინარეობს, როდესაც გაცხელებული ალუმინის ფოლგა ან ალუმინის წვრილი ფხვნილი შეჰყავთ ქლორით სავსე კოლბაში. ალუმინი ეფექტურად იწვის ქლორში განტოლების მიხედვით:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

გოგირდით

როდესაც თბება 150-200 ° C-მდე ან ალუმინის და გოგირდის დაფხვნილი ნარევის აალების შემდეგ, მათ შორის იწყება ინტენსიური ეგზოთერმული რეაქცია სინათლის გათავისუფლებით:

— სულფიდი ალუმინის

აზოტით

როდესაც ალუმინი ურთიერთქმედებს აზოტთან დაახლოებით 800 o C ტემპერატურაზე, წარმოიქმნება ალუმინის ნიტრიდი:

ნახშირბადით

დაახლოებით 2000 o C ტემპერატურაზე ალუმინი ურთიერთქმედებს ნახშირბადთან და აყალიბებს ალუმინის კარბიდს (მეთანიდს), რომელიც შეიცავს ნახშირბადს -4 დაჟანგვის მდგომარეობაში, როგორც მეთანში.

ალუმინის ურთიერთქმედება რთულ ნივთიერებებთან

წყლით

როგორც ზემოთ აღინიშნა, Al 2 O 3-ის სტაბილური და გამძლე ოქსიდის ფილმი არ აძლევს ალუმინის ჰაერში დაჟანგვას. იგივე დამცავი ოქსიდის ფილმი ხდის ალუმინს ინერტული წყლის მიმართაც. დამცავი ოქსიდის ფირის ზედაპირიდან ამოღებისას ისეთი მეთოდებით, როგორიცაა ტუტე, ამონიუმის ქლორიდის ან ვერცხლისწყლის მარილების წყალხსნარებით დამუშავება (შეერთება), ალუმინი იწყებს ენერგიულ რეაქციას წყალთან ალუმინის ჰიდროქსიდის და წყალბადის გაზის წარმოქმნით:

ლითონის ოქსიდებით

ალუმინის ნარევი ნაკლებად აქტიური ლითონების ოქსიდებთან აალების შემდეგ (აქტივობის სერიაში ალუმინის მარჯვნივ), იწყება უკიდურესად ძალადობრივი, ძლიერ ეგზოთერმული რეაქცია. ასე რომ, ალუმინის რკინის ოქსიდთან (III) ურთიერთქმედების შემთხვევაში ვითარდება 2500-3000°C ტემპერატურა.ამ რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება მაღალი სისუფთავის გამდნარი რკინა:

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

ლითონების მიღების ამ მეთოდს მათი ოქსიდებიდან ალუმინის შემცირებით ეწოდება ალუმინოთერმიაან ალუმინოთერმია.

არაჟანგვის მჟავებით

ალუმინის ურთიერთქმედება არაჟანგვის მჟავებთან, ე.ი. პრაქტიკულად ყველა მჟავა, გარდა კონცენტრირებული გოგირდის და აზოტის მჟავებისა, იწვევს შესაბამისი მჟავისა და წყალბადის გაზის ალუმინის მარილის წარმოქმნას:

ა) 2Al + 3H 2 SO 4 (რაზბ.) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

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

ბ) 2AI + 6HCl = 2AICl 3 + 3H 2

ჟანგვის მჟავებით

- კონცენტრირებული გოგირდის მჟავა

ალუმინის ურთიერთქმედება კონცენტრირებულ გოგირდმჟავასთან ნორმალურ პირობებში, ისევე როგორც დაბალ ტემპერატურაზე, არ ხდება ეფექტის გამო, რომელსაც ეწოდება პასივაცია. როდესაც თბება, რეაქცია შესაძლებელია და იწვევს ალუმინის სულფატის, წყლის და წყალბადის სულფიდის წარმოქმნას, რომელიც წარმოიქმნება გოგირდის შემცირების შედეგად, რომელიც გოგირდმჟავას ნაწილია:

გოგირდის ასეთი ღრმა შემცირება დაჟანგვის მდგომარეობიდან +6 (H 2 SO 4-ში) ჟანგვის მდგომარეობამდე -2 (H 2 S-ში) ხდება ალუმინის ძალიან მაღალი შემცირების უნარის გამო.

- კონცენტრირებული აზოტის მჟავა

კონცენტრირებული აზოტმჟავა ასევე ახდენს ალუმინის პასიურობას ნორმალურ პირობებში, რაც შესაძლებელს ხდის მის შენახვას ალუმინის ჭურჭელში. ისევე, როგორც კონცენტრირებული გოგირდის შემთხვევაში, ალუმინის ურთიერთქმედება კონცენტრირებულ აზოტმჟავასთან ხდება შესაძლებელი ძლიერი გაცხელებით, ხოლო რეაქცია ძირითადად მიმდინარეობს:

- განზავებული აზოტის მჟავა

ალუმინის ურთიერთქმედება განზავებულთან შედარებით კონცენტრირებულ აზოტის მჟავასთან შედარებით იწვევს აზოტის უფრო ღრმა შემცირების პროდუქტებს. NO-ს ნაცვლად, განზავების ხარისხის მიხედვით, შეიძლება ჩამოყალიბდეს N 2 O და NH 4 NO 3:

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

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

ტუტეებით

ალუმინი რეაგირებს ორივე ტუტეების წყალხსნარებთან:

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

და სუფთა ტუტეებით შერწყმის დროს:

ორივე შემთხვევაში, რეაქცია იწყება ალუმინის ოქსიდის დამცავი ფილმის დაშლით:

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

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

წყალხსნარის შემთხვევაში, დამცავი ოქსიდის ფირისგან გაწმენდილი ალუმინი იწყებს წყალთან რეაქციას განტოლების მიხედვით:

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

შედეგად მიღებული ალუმინის ჰიდროქსიდი, როგორც ამფოტერული, რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნართან, რათა წარმოქმნას ხსნადი ნატრიუმის ტეტრაჰიდროქსოალუმინატი:

Al(OH) 3 + NaOH = Na