Właściwości fizyczne aluminium i żelaza. Właściwości chemiczne i fizyczne aluminium

DEFINICJA

Aluminium- trzynasty element układu okresowego. Oznaczenie - Al od łacińskiego „aluminium”. Znajduje się w trzecim okresie, grupa IIIA. Odnosi się do metali. Ładunek jądrowy wynosi 13.

Aluminium jest najpowszechniejszym metalem w skorupie ziemskiej. Występuje w glinach, skaleniach, mikach i wielu innych minerałach. Całkowita zawartość glinu w skorupie ziemskiej wynosi 8% (masy).

Aluminium to srebrzystobiały (rys. 1) lekki metal. Jest łatwo wciągany w drut i zwijany w cienkie arkusze.

W temperaturze pokojowej aluminium nie zmienia się w powietrzu, a jedynie dlatego, że jego powierzchnia pokryta jest cienką warstwą tlenku, który ma bardzo silne działanie ochronne.

Ryż. 1. Aluminium. Wygląd zewnętrzny.

Masa atomowa i cząsteczkowa aluminium

Względna masa cząsteczkowa substancji (M r) to liczba pokazująca, ile razy masa danej cząsteczki jest większa niż 1/12 masy atomu węgla, oraz względna masa atomowa pierwiastka(A r) - ile razy średnia masa atomów pierwiastka chemicznego jest większa niż 1/12 masy atomu węgla.

Ponieważ aluminium istnieje w stanie wolnym w postaci jednoatomowych cząsteczek Al, wartości jego atomu i waga molekularna mecz. Są równe 26,9815.

Izotopy aluminium

Wiadomo, że w naturze aluminium może występować w postaci jednego trwałego izotopu 27Al. Liczba masowa wynosi 27. Jądro izotopu glinu 27 Al zawiera trzynaście protonów i czternaście neutronów.

Istnieją radioaktywne izotopy glinu o liczbach masowych od 21 do 42, wśród których izotop 26 Al jest najdłużej żyjący, z okresem półtrwania wynoszącym 720 tys. lat.

jony glinu

Na zewnętrznym poziomie energetycznym atomu aluminium znajdują się trzy elektrony o wartościowości:

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

W rezultacie oddziaływanie chemiczne aluminium przekazuje swoje elektrony walencyjne, tj. jest ich dawcą i zamienia się w dodatnio naładowany jon:

Al 0 -3e → Al 3+.

Cząsteczka i atom aluminium

W stanie wolnym aluminium występuje w postaci jednoatomowych cząsteczek Al. Oto kilka właściwości charakteryzujących atom i cząsteczkę aluminium:

stopy aluminium

Głównym zastosowaniem aluminium jest produkcja stopów na jego bazie. Dodatki stopowe (np. miedź, krzem, magnez, cynk, mangan) wprowadza się do aluminium głównie w celu zwiększenia jego wytrzymałości.

Szeroko stosowane są duraluminium zawierające miedź i magnez, silumin, w którym głównym dodatkiem jest krzem, magnal (stop aluminium o zawartości 9,5-11,5% magnezu).

Aluminium jest jednym z najczęstszych dodatków w stopach na bazie miedzi, magnezu, tytanu, niklu, cynku i żelaza.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenie	Do spawania szyn metodą aluminotermiczną stosuje się mieszaninę glinu i tlenku żelaza Fe 3 O 4 . Wykonaj równanie reakcji termochemicznej, jeśli formacja żelaza o masie 1 kg (1000 g) uwalnia 6340 kJ ciepła.
Rozwiązanie	Piszemy równanie reakcji na produkcję żelaza metodą aluminotermiczną: 8Al + 3Fe 2 O 3 \u003d 9Fe + 4Al 2 O 3. Znajdźmy teoretyczną masę żelaza (obliczoną z termochemicznego równania reakcji): n(Fe) = 9 mol; m(Fe) = n(Fe) ×M(Fe); m(Fe) = 9 × 56 = 504 g. Niech podczas reakcji uwolnione zostanie x kJ ciepła. Zróbmy proporcję: 1000 g - 6340 kJ; 504 g - x kJ. Stąd x będzie równe: x \u003d 540 × 6340 / 1000 \u003d 3195. Oznacza to, że podczas reakcji otrzymywania żelaza metodą aluminotermiczną uwalniane jest 3195 kJ ciepła. Równanie reakcji termochemicznej ma postać: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe + 4Al 2 O 3 + 3195 kJ.
Odpowiadać	Podczas reakcji uwalniane jest 3195 kJ ciepła.

PRZYKŁAD 2

Ćwiczenie	Aluminium potraktowano 200 g 16% roztworu kwasu azotowego i uwolniono gaz. Określ masę i objętość uwolnionego gazu.
Rozwiązanie	Piszemy równanie reakcji rozpuszczania glinu w kwasie azotowym: 2Al + 6HNO 3 \u003d 2Al (NO 3) 3 + 3H 2 -. Oblicz masę rozpuszczonej substancji kwasu azotowego: m(HNO 3) = m roztwór (HNO 3)×w(HNO 3) / 100%; m(HNO 3) \u003d 20 × 96% / 100% \u003d 19,2 g. Znajdź ilość substancji kwasu azotowego: 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. Zgodnie z równaniem reakcji n (HNO 3): n (H 2) = 6: 3, tj. n (H 2) \u003d 3 × n (HNO 3) / 6 \u003d ½ × n (HNO 3) \u003d ½ × 0,3 \u003d 0,15 mol. Wtedy masa i objętość uwolnionego wodoru będzie równa: 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.
Odpowiadać	W wyniku reakcji uwalniany jest wodór o masie 0,3 gi objętości 3,36 litra.

(Al ), gal (Ga ), ind (In ) i tal (T l ).

Jak widać z podanych danych, wszystkie te elementy zostały otwarte w XIX wiek.

Odkrycie metali głównej podgrupy III grupy

W	Glin	Ga	W	Tl
1806	1825	1875	1863	1861
G. Lussaca,	GH Oersted	L. de Boisbaudran	F. Rzeszy,	W. Oszuści
L. Tenard	(Dania)	(Francja)	I. Richter	(Anglia)
(Francja)			(Niemcy)

Bor jest niemetalem. Aluminium jest metalem przejściowym, podczas gdy gal, ind i tal są metalami pełnymi. Tak więc wraz ze wzrostem promieni atomowych pierwiastków każdej grupy układu okresowego wzrastają właściwości metaliczne prostych substancji.

W tym wykładzie przyjrzymy się bliżej właściwościom aluminium.

1. Pozycja aluminium w tabeli D. I. Mendelejewa. Struktura atomu, pokazane stany utlenienia.

Aluminiowy element znajduje się w III grupa, główna podgrupa „A”, III okres układu okresowego, numer seryjny nr 13, względna masa atomowa Ar (Al ) = 27. Jego sąsiad po lewej w tabeli to magnez, typowy metal, a po prawej krzem, który nie jest już metalem. Dlatego aluminium musi wykazywać właściwości pośrednie, a jego związki są amfoteryczne.

Al+13) 2) 8) 3 , p jest pierwiastkiem,

Stan podstawowy 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
stan podniecenia 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Aluminium wykazuje stopień utlenienia +3 w związkach:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Właściwości fizyczne

Aluminium w dowolnej formie to srebrzystobiały metal o wysokiej przewodności cieplnej i elektrycznej.Temperatura topnienia to 650°C. Aluminium ma niską gęstość (2,7 g/cm3) – około trzy razy mniej niż żelazo czy miedź, a przy tym jest metalem trwałym.

3. Bycie w naturze

Pod względem rozpowszechnienia w przyrodzie zajmuje 1 miejsce wśród metali i 3 miejsce wśród pierwiastków ustępuje tylko tlenowi i krzemowi. Według różnych badaczy procent zawartości glinu w skorupie ziemskiej waha się od 7,45 do 8,14% masy skorupy ziemskiej.

W naturze aluminium występuje tylko w związkach (minerały).

Niektórzy z nich:

· Boksyty - Al 2 O 3 H 2 O (z zanieczyszczeniami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefelinki - KNa 3 4

· Alunity - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Tlenek glinu (mieszaniny kaolinów z piaskiem SiO 2, wapień CaCO 3, magnezyt MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

· Skaleń (ortoklaz) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

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

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

· Beryl - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Boksyt
Al2O3	korund
	Rubin
	Szafir

4. Właściwości chemiczne glinu i jego związków

Aluminium łatwo wchodzi w interakcje z tlenem w normalnych warunkach i jest pokryte warstwą tlenku (daje matowy wygląd).

POKAZ FOLII TLENKOWEJ

Jego grubość wynosi 0,00001 mm, ale dzięki temu aluminium nie koroduje. Aby zbadać właściwości chemiczne aluminium, usuwa się warstwę tlenku. (Za pomocą papieru ściernego lub chemicznie: najpierw zanurzając w roztworze alkalicznym, aby usunąć warstwę tlenku, a następnie w roztworze soli rtęci, aby utworzyć stop rtęciowo-aluminiowy - amalgamat).

I. Interakcja z prostymi substancjami

Aluminium już w temperaturze pokojowej aktywnie reaguje ze wszystkimi halogenami, tworząc halogenki. Po podgrzaniu oddziałuje z siarką (200°C), azotem (800°C), fosforem (500°C) i węglem (200°C), z jodem w obecności katalizatora - wody:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (siarczek glinu),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (azotek glinu),

A l + P = A l P (fosforek glinu),

4A l + 3C \u003d A l 4 C3 (węglik glinu).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (jodek glinu) DOŚWIADCZENIE

Wszystkie te związki są całkowicie hydrolizowane z utworzeniem wodorotlenku glinu i odpowiednio siarkowodoru, amoniaku, fosfiny i metanu:

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

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

W postaci wiórów lub proszku pali się jasno w powietrzu, wydzielając dużą ilość ciepła:

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

SPALANIE ALUMINIUM W POWIETRZU

DOŚWIADCZENIE

II. Interakcja ze złożonymi substancjami

Interakcja z wodą :

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

bez filmu tlenkowego

DOŚWIADCZENIE

Oddziaływanie z tlenkami metali:

Aluminium jest dobrym środkiem redukującym, ponieważ jest jednym z aktywnych metali. Jest w serii aktywności zaraz po metalach ziem alkalicznych. Dlatego odnawia metale z ich tlenków . Taka reakcja - aluminotermia - służy do uzyskania czystych metali rzadkich, takich jak wolfram, wanad itp.

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

W spawaniu termitowym stosuje się również termitową mieszankę Fe 3 O 4 i Al (proszek).

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

Interakcja z kwasami :

Z roztworem kwasu siarkowego: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2

Nie reaguje z zimnymi stężonymi siarkowymi i azotowymi (pasywaty). Dlatego kwas azotowy transportowany jest w zbiornikach aluminiowych. Po podgrzaniu aluminium jest w stanie zredukować te kwasy bez uwalniania wodoru:

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

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

Interakcja z alkaliami .

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

DOŚWIADCZENIE

Na[ALEja(OH) 4] – tetrahydroksoglinian sodu

Zgodnie z sugestią chemika Gorbowa, podczas wojny rosyjsko-japońskiej, reakcja ta została wykorzystana do produkcji wodoru do balonów.

Z roztworami soli:

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

Jeśli powierzchnię aluminium pociera się solą rtęci, następuje następująca reakcja:

2 Glin + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 hg

Uwolniona rtęć rozpuszcza aluminium, tworząc amalgamat .

Wykrywanie jonów glinu w roztworach : DOŚWIADCZENIE

5. Zastosowanie aluminium i jego związków

Właściwości fizyczne i chemiczne aluminium doprowadziły do ​​jego szerokiego zastosowania w technologii. Głównym konsumentem aluminium jest przemysł lotniczy : Samolot 2/3 jest wykonany z aluminium i jego stopów. Samolot wykonany ze stali byłby zbyt ciężki i mógłby przewozić znacznie mniej pasażerów. Dlatego aluminium nazywa się uskrzydlonym metalem. Kable i przewody wykonane są z aluminium: przy tej samej przewodności elektrycznej ich masa jest 2 razy mniejsza niż odpowiednich produktów miedzianych.

Biorąc pod uwagę odporność aluminium na korozję, to produkcja części aparatury i pojemników na kwas azotowy,. Proszek aluminiowy jest podstawą do produkcji srebrnej farby chroniącej wyroby żelazne przed korozją, a także odbijającej promienie cieplne, taką farbę stosuje się do pokrywania magazynów ropy naftowej i kombinezonów strażackich.

Tlenek glinu jest używany do produkcji aluminium, a także jako materiał ogniotrwały.

Wodorotlenek glinu jest głównym składnikiem znanych leków Maalox, Almagel, obniżających kwasowość soku żołądkowego.

Sole glinu są silnie hydrolizowane. Ta właściwość jest wykorzystywana w procesie oczyszczania wody. Do oczyszczonej wody dodaje się siarczan glinu i niewielką ilość wapna gaszonego, aby zneutralizować powstały kwas. W rezultacie uwalniany jest wolumetryczny osad wodorotlenku glinu, który osadzając się zabiera ze sobą zawieszone cząstki zmętnienia i bakterii.

Tak więc siarczan glinu jest koagulantem.

6. Uzyskanie aluminium

1) Nowoczesna, opłacalna metoda produkcji aluminium została wynaleziona przez American Hall i Francuza Héroux w 1886 roku. Polega na elektrolizie roztworu tlenku glinu w stopionym kriolicie. Stopiony kriolit Na 3 AlF 6 rozpuszcza Al 2 O 3 tak jak woda rozpuszcza cukier. Elektroliza „roztworu” tlenku glinu w stopionym kriolicie przebiega tak, jakby kriolit był tylko rozpuszczalnikiem, a tlenek glinu był elektrolitem.

2Al 2 O 3 prąd elektryczny → 4Al + 3O 2

W angielskiej encyklopedii dla chłopców i dziewcząt artykuł o aluminium zaczyna się następującymi słowami: „23 lutego 1886 r. W historii cywilizacji rozpoczęła się nowa era metalu - era aluminium. Tego dnia Charles Hall, 22-letni chemik, pojawił się w swoim pierwszym laboratorium nauczycielskim z tuzinem małych kulek srebrzystobiałego aluminium w dłoni i z wiadomością, że znalazł sposób na wyprodukowanie tego metalu. tanio iw dużych ilościach. Hall stał się więc założycielem amerykańskiego przemysłu aluminiowego i anglosaskim bohaterem narodowym, jako człowiek, który z nauki zrobił wielki biznes.

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

TO INTERESUJĄCE:

• Metaliczne aluminium zostało po raz pierwszy wyizolowane w 1825 roku przez duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersteda. Przepuszczając gazowy chlor przez warstwę gorącego tlenku glinu zmieszanego z węglem, Oersted wyizolował chlorek glinu bez najmniejszego śladu wilgoci. Aby przywrócić metaliczne aluminium, Oersted musiał potraktować chlorek glinu amalgamatem potasu. Po 2 latach niemiecki chemik Friedrich Wöller. Udoskonalił metodę, zastępując amalgamat potasu czystym potasem.
• W XVIII i XIX wieku aluminium było głównym metalem jubilerskim. W 1889 roku w Londynie D.I. Mendelejew otrzymał cenny prezent za zasługi dla rozwoju chemii - wagi wykonane ze złota i aluminium.
• Do 1855 roku francuski naukowiec Saint-Clair Deville opracował proces produkcji metalu aluminiowego na skalę przemysłową. Ale metoda była bardzo kosztowna. Deville cieszył się szczególnym patronatem Napoleona III, cesarza Francji. Na znak swojego oddania i wdzięczności Deville wykonał dla syna Napoleona, nowonarodzonego księcia, elegancko grawerowaną grzechotkę - pierwszy "wyrób konsumencki" wykonany z aluminium. Napoleon zamierzał nawet wyposażyć swoich gwardzistów w aluminiowe kirysy, ale cena była wygórowana. W tym czasie 1 kg aluminium kosztował 1000 marek, czyli 5 razy droższe niż srebro. Dopiero wynalezienie procesu elektrolitycznego sprawiło, że aluminium stało się tak cenne jak konwencjonalne metale.
• Czy wiesz, że aluminium dostając się do organizmu człowieka powoduje zaburzenia układu nerwowego, a gdy jest w nadmiarze, zaburza się metabolizm. A środkami ochronnymi są witamina C, wapń, związki cynku.
• Kiedy aluminium spala się w tlenie i fluorze, uwalniane jest dużo ciepła. Dlatego jest stosowany jako dodatek do paliwa rakietowego. Rakieta Saturn podczas lotu spala 36 ton proszku aluminiowego. Pomysł wykorzystania metali jako składnika paliwa rakietowego jako pierwszy zaproponował F.A. Zander.

SYMULATORY

Symulator nr 1 - Charakterystyka aluminium według położenia w układzie okresowym elementów D. I. Mendelejewa

Symulator nr 2 - Równania reakcji glinu z substancjami prostymi i złożonymi

Symulator nr 3 - Właściwości chemiczne aluminium

ZADANIA WZMOCNIENIA

Nr 1. Aby uzyskać aluminium z chlorku glinu, jako środek redukujący można zastosować wapń metaliczny. Zrób równanie dla tej reakcji chemicznej, scharakteryzuj ten proces za pomocą wagi elektronicznej.
Myśleć! Dlaczego tej reakcji nie można przeprowadzić w roztworze wodnym?

nr 2. Zakończ równania reakcji chemicznych:
Al + H 2 SO 4 (roztwór ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO 3 ( stęż )-t ->
Al + NaOH + H2O ->

Numer 3. Wykonaj przekształcenia:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

Nr 4. Rozwiąż problem:
Stop aluminium-miedź został poddany działaniu nadmiaru stężonego roztworu wodorotlenku sodu podczas ogrzewania. Wypuszczono 2,24 litra gazu (i.n.o.). Oblicz procentowy skład stopu, jeśli jego masa całkowita wynosiła 10 g?

Właściwości fizyczne aluminium

Aluminium to miękki, lekki, srebrzystobiały metal o wysokiej przewodności cieplnej i elektrycznej. Temperatura topnienia 660°C.

Pod względem częstości występowania w skorupie ziemskiej aluminium zajmuje 3 miejsce po tlenie i krzemie wśród wszystkich atomów i 1 wśród metali.

Zaletami aluminium i jego stopów są jego niska gęstość (2,7 g/cm3), stosunkowo wysoka wytrzymałość, dobra przewodność cieplna i elektryczna, łatwość wytwarzania oraz wysoka odporność na korozję. Połączenie tych właściwości pozwala zaklasyfikować aluminium jako jeden z najważniejszych materiałów technicznych.

Aluminium i jego stopy dzielimy w zależności od metody produkcji na odkształcalne, poddane obróbce ciśnieniowej oraz odlewnicze, stosowane w formie odlewów kształtowych; o zastosowaniu obróbki cieplnej - na termicznie nieutwardzonych i termicznie utwardzonych, a także na układach stopowych.

Paragon fiskalny

Aluminium zostało po raz pierwszy uzyskane przez Hansa Oersteda w 1825 roku. Nowoczesna metoda Rachunki zostały opracowane niezależnie przez Amerykanina Charlesa Halla i Francuza Paula Héroux. Polega na rozpuszczeniu tlenku glinu Al2O3 w stopie kriolitu Na3AlF6, a następnie elektrolizie elektrodami grafitowymi. Ten sposób pozyskiwania wymaga dużych ilości energii elektrycznej i dlatego był poszukiwany dopiero w XX wieku.

Aplikacja

Aluminium jest szeroko stosowane jako materiał konstrukcyjny. Główne zalety aluminium w tej jakości to lekkość, ciągliwość do tłoczenia, odporność na korozję (w powietrzu aluminium natychmiast pokrywa się mocną folią Al2O3, która zapobiega jego dalszemu utlenianiu), wysoka przewodność cieplna, nietoksyczność jego związków. W szczególności te właściwości sprawiły, że aluminium stało się niezwykle popularne w produkcji naczyń kuchennych, folia aluminiowa w przemyśle spożywczym i do pakowania.

Główną wadą aluminium jako materiału konstrukcyjnego jest jego niska wytrzymałość, dlatego zwykle jest ono stopowane z niewielką ilością miedzi i magnezu (stop ten nazywa się duraluminium).

Przewodność elektryczna aluminium jest porównywalna z miedzią, a aluminium jest tańsze. Dlatego jest szeroko stosowany w elektrotechnice do produkcji przewodów, ich ekranowania, a nawet w mikroelektronice do produkcji przewodników w chipach. To prawda, że ​​aluminium jako materiał elektryczny ma nieprzyjemną właściwość - ze względu na mocną warstwę tlenku trudno go lutować.

Ze względu na kompleks właściwości znajduje szerokie zastosowanie w urządzeniach termicznych.

Wprowadzenie stopów aluminium w budownictwie zmniejsza zużycie metalu, zwiększa trwałość i niezawodność konstrukcji, gdy są one użytkowane w ekstremalnych warunkach (niska temperatura, trzęsienie ziemi itp.).

Aluminium jest szeroko stosowane w różne rodzaje transport. Na obecnym etapie rozwoju lotnictwa stopy aluminium są głównymi materiałami konstrukcyjnymi w budowie samolotów. Aluminium i stopy na nim oparte są coraz częściej stosowane w przemyśle stoczniowym. Kadłuby, nadbudówki pokładowe, łączność i różnego rodzaju wyposażenie statków wykonane są ze stopów aluminium.

Trwają badania nad opracowaniem spienionego aluminium jako szczególnie wytrzymałego i lekkiego materiału.

szlachetne aluminium

Aluminium jest obecnie jednym z najpopularniejszych i najszerzej stosowanych metali. Od momentu odkrycia w połowie XIX wieku uważany był za jeden z najcenniejszych dzięki swoim niezwykłym właściwościom: biały jak srebro, lekki i nienaruszony środowisko. Jego wartość była wyższa niż cena złota. Nic dziwnego, że aluminium po raz pierwszy zostało użyte do tworzenia biżuterii i drogich artykułów dekoracyjnych.

W 1855 roku na Wystawie Powszechnej w Paryżu główną atrakcją było aluminium. Aluminiowe przedmioty zostały umieszczone w gablocie przylegającej do francuskich diamentów w koronie. Stopniowo narodziła się pewna moda na aluminium. Uchodził za szlachetny, mało zbadany metal, używany wyłącznie do tworzenia dzieł sztuki.

Najczęściej aluminium było używane przez jubilerów. Za pomocą specjalnej obróbki powierzchni jubilerzy osiągnęli najjaśniejszy kolor metalu, dlatego często utożsamiano go ze srebrem. Ale w porównaniu ze srebrem aluminium miało bardziej miękki połysk, przez co jubilerzy jeszcze bardziej je polubili.

Dlatego właściwości chemiczne i fizyczne aluminium początkowo były słabo zbadane, sami jubilerzy wymyślili nowe techniki ich przetwarzania. Aluminium jest technicznie łatwe w obróbce, ten miękki metal pozwala tworzyć nadruki o dowolnych wzorach, nanosić rysunki i tworzyć pożądany kształt produktu. Aluminium zostało pokryte złotem, wypolerowane i doprowadzone do matowych odcieni.

Ale z biegiem czasu cena aluminium zaczęła spadać. Jeśli w latach 1854-1856 koszt jednego kilograma aluminium wynosił 3 tysiące starych franków, to w połowie lat sześćdziesiątych XIX wieku wydano już około stu starych franków za kilogram tego metalu. Następnie, ze względu na niski koszt, aluminium wypadło z mody.

Obecnie pierwsze produkty aluminiowe są bardzo rzadkie. Większość z nich nie przetrwała deprecjacji metalu i została zastąpiona srebrem, złotem oraz innymi metalami i stopami szlachetnymi. W ostatnim czasie wśród specjalistów powróciło zainteresowanie aluminium. Metal ten był przedmiotem osobnej wystawy zorganizowanej w 2000 roku przez Carnegie Museum w Pittsburghu. Znajduje się we Francji Instytut Historii Aluminium, która w szczególności zajmuje się badaniem pierwszej biżuterii wykonanej z tego metalu.

W Związku Radzieckim urządzenia gastronomiczne, czajniki itp. wykonywano z aluminium. I nie tylko. Pierwszy sowiecki satelita został wykonany z stop aluminium. Kolejnym konsumentem aluminium jest przemysł elektryczny: z niego wykonuje się przewody linii przesyłowych wysokiego napięcia, uzwojenia silników i transformatorów, kable, podstawy lamp, kondensatory i wiele innych produktów. Ponadto proszek aluminiowy jest używany w materiałach wybuchowych i stałych materiałach miotających do rakiet, wykorzystując swoją zdolność do szybkiego zapłonu: jeśli aluminium nie zostanie pokryte cienką warstwą tlenku, może wybuchnąć w powietrzu.

Najnowszym wynalazkiem jest pianka aluminiowa, tzw. „metal pianka”, która wróży wspaniałą przyszłość.

Aluminium jest metalem amfoterycznym. Konfiguracja elektronowa atomu aluminium to 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Ma więc trzy elektrony walencyjne na zewnętrznej warstwie elektronowej: 2 - na 3s- i 1 - na 3p-podpoziomie. W związku z tą strukturą charakteryzuje się reakcjami, w wyniku których atom glinu traci trzy elektrony z poziomu zewnętrznego i uzyskuje stan utlenienia +3. Aluminium jest metalem bardzo aktywnym i wykazuje bardzo silne właściwości redukujące.

Oddziaływanie aluminium z prostymi substancjami

z tlenem

W kontakcie absolutnie czystego aluminium z powietrzem, atomy aluminium znajdujące się w warstwie powierzchniowej natychmiast oddziałują z tlenem powietrza i tworzą najcieńszą, kilkudziesięciu warstw atomowych, mocną warstwę tlenkową o składzie Al 2 O 3, która chroni aluminium z dalszego utleniania. Niemożliwe jest również utlenienie dużych próbek aluminium nawet w bardzo wysokich temperaturach. Jednak drobny proszek aluminiowy dość łatwo pali się w płomieniu palnika:

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

z halogenami

Aluminium bardzo energicznie reaguje ze wszystkimi halogenami. Tak więc reakcja pomiędzy zmieszanymi proszkami glinu i jodu przebiega już w temperaturze pokojowej po dodaniu kropli wody jako katalizatora. Równanie oddziaływania jodu z aluminium:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

Z bromem, który jest ciemnobrązową cieczą, aluminium reaguje również bez ogrzewania. Wystarczy po prostu wprowadzić próbkę aluminium do ciekłego bromu: natychmiast rozpoczyna się gwałtowna reakcja z uwolnieniem dużej ilości ciepła i światła:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Reakcja pomiędzy aluminium i chlorem zachodzi, gdy podgrzana folia aluminiowa lub drobny proszek aluminiowy jest wprowadzany do kolby wypełnionej chlorem. Aluminium pali się efektywnie w chlorze zgodnie z równaniem:

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

z siarką

Po podgrzaniu do 150-200 ° C lub po zapłonie mieszaniny sproszkowanego aluminium i siarki rozpoczyna się między nimi intensywna reakcja egzotermiczna z uwolnieniem światła:

— siarczek aluminium

z azotem

Gdy aluminium oddziałuje z azotem w temperaturze około 800 o C, powstaje azotek glinu:

z węglem

W temperaturze około 2000 o C glin oddziałuje z węglem i tworzy węglik glinu (metanek), zawierający węgiel na stopniu utlenienia -4, podobnie jak metan.

Oddziaływanie aluminium z substancjami złożonymi

z wodą

Jak wspomniano powyżej, stabilna i trwała warstwa tlenkowa Al 2 O 3 nie pozwala na utlenianie aluminium w powietrzu. Ta sama ochronna warstwa tlenku sprawia, że ​​aluminium jest również obojętne na wodę. Podczas usuwania ochronnej warstwy tlenku z powierzchni metodami takimi jak traktowanie wodnymi roztworami zasad, chlorku amonu lub soli rtęci (amalacja), aluminium zaczyna energicznie reagować z wodą, tworząc wodorotlenek glinu i wodór:

z tlenkami metali

Po zapłonie mieszaniny glinu z tlenkami metali mniej aktywnych (na prawo od glinu w szeregu aktywności) rozpoczyna się niezwykle gwałtowna, silnie egzotermiczna reakcja. Tak więc w przypadku oddziaływania aluminium z tlenkiem żelaza (III) rozwija się temperatura 2500-3000 ° C. W wyniku tej reakcji powstaje stopione żelazo o wysokiej czystości:

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

Ta metoda otrzymywania metali z ich tlenków przez redukcję aluminium nazywa się aluminotermia lub aluminotermia.

z kwasami nieutleniającymi

Oddziaływanie glinu z kwasami nieutleniającymi, tj. praktycznie wszystkie kwasy, z wyjątkiem stężonych kwasów siarkowego i azotowego, prowadzą do powstania soli glinowej odpowiedniego kwasu i wodoru:

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 = 2AICI3 + 3H 2

z kwasami utleniającymi

- stężony kwas siarkowy

Oddziaływanie glinu ze stężonym kwasem siarkowym w normalnych warunkach, a także w niskich temperaturach, nie występuje dzięki efektowi zwanemu pasywacją. Po podgrzaniu reakcja jest możliwa i prowadzi do powstania siarczanu glinu, wody i siarkowodoru, który powstaje w wyniku redukcji siarki, która jest częścią kwasu siarkowego:

Tak głęboka redukcja siarki ze stanu utlenienia +6 (w H 2 SO 4) do stanu utlenienia -2 (w H 2 S) następuje dzięki bardzo wysokiej zdolności redukcyjnej aluminium.

- stężony kwas azotowy

Stężony kwas azotowy pasywuje również aluminium w normalnych warunkach, co umożliwia przechowywanie go w pojemnikach aluminiowych. Podobnie jak w przypadku stężonego siarki, oddziaływanie glinu ze stężonym kwasem azotowym staje się możliwe przy silnym ogrzewaniu, przy czym reakcja przebiega głównie:

- rozcieńczony kwas azotowy

Oddziaływanie aluminium z rozcieńczonym w porównaniu ze stężonym kwasem azotowym prowadzi do produktów głębszej redukcji azotu. Zamiast NO, w zależności od stopnia rozcieńczenia, mogą powstawać N 2 O i NH 4 NO 3:

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

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

z alkaliami

Aluminium reaguje zarówno z wodnymi roztworami alkaliów:

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

oraz z czystymi zasadami podczas stapiania:

W obu przypadkach reakcja rozpoczyna się od rozpuszczenia warstwy ochronnej tlenku glinu:

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

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

W przypadku roztworu wodnego aluminium oczyszczone z ochronnej warstwy tlenkowej zaczyna reagować z wodą zgodnie z równaniem:

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

Powstały wodorotlenek glinu, amfoteryczny, reaguje z wodnym roztworem wodorotlenku sodu, tworząc rozpuszczalny tetrahydroksyglinian sodu:

Al(OH) 3 + NaOH = Na