Химични свойства на алуминиевата маса. Структурата на алуминиевия атом

Всеки химичен елемент може да се разглежда от гледна точка на три науки: физика, химия и биология. И в тази статия ще се опитаме да характеризираме алуминия възможно най-точно. Това е химичен елемент, който е в трета група и трети период, според периодичната таблица. Алуминият е метал със средна химическа активност. Също така в неговите съединения могат да се наблюдават амфотерни свойства. Атомната маса на алуминия е двадесет и шест грама на мол.

Физични характеристики на алуминия

При нормални условия е твърдо вещество. Формулата за алуминия е много проста. Състои се от атоми (не се обединяват в молекули), които са изградени с помощта на кристална решетка в непрекъснато вещество. Цвят алуминий - сребристо-бял. В допълнение, той има метален блясък, както всички други вещества от тази група. Цветът на алуминия, използван в промишлеността, може да варира поради наличието на примеси в сплавта. Това е доста лек метал.

Плътността му е 2,7 g / cm3, тоест е приблизително три пъти по-лек от желязото. В това той може да отстъпи само на магнезия, който е дори по-лек от въпросния метал. Твърдостта на алуминия е доста ниска. В него той отстъпва на повечето метали. Твърдостта на алуминия е само 2. Следователно, за да го подсилите, към сплавите на базата на този метал се добавят по-твърди.

Топенето на алуминия става при температура от само 660 градуса по Целзий. И кипи при нагряване до температура две хиляди четиристотин петдесет и два градуса по Целзий. Това е много пластичен и топим метал. Физическите характеристики на алуминия не свършват дотук. Бих искал също да отбележа, че този метал има най-добрата електропроводимост след медта и среброто.

Разпространение в природата

Алуминият, техническите характеристики на който току-що прегледахме, е доста често срещан в околната среда. Може да се наблюдава в състава на много минерали. Елементът алуминий е четвъртият най-често срещан елемент в природата. Той е почти девет процента в земната кора. Основните минерали, в които присъстват неговите атоми, са боксит, корунд, криолит. Първият е скала, която се състои от оксиди на желязо, силиций и въпросния метал, като в структурата присъстват и водни молекули. Има разнороден цвят: фрагменти от сиво, червеникаво-кафяво и други цветове, които зависят от наличието на различни примеси. От тридесет до шестдесет процента от тази порода е алуминий, чиято снимка може да се види по-горе. Освен това корундът е много разпространен минерал в природата.

Това е алуминиев оксид. Химичната му формула е Al2O3. Може да бъде червено, жълто, синьо или кафяво. Твърдостта му по скалата на Моос е девет единици. Разновидностите на корунда включват добре познатите сапфири и рубини, левкосапфири, както и падпарадша (жълт сапфир).

Криолитът е минерал с по-сложна химична формула. Състои се от алуминиев и натриев флуорид - AlF3.3NaF. Изглежда като безцветен или сивкав камък с ниска твърдост - само три по скалата на Моос. В съвременния свят той се синтезира изкуствено в лаборатория. Използва се в металургията.

Алуминият може да се намери и в природата в състава на глини, чиито основни компоненти са оксиди на силиция и въпросния метал, свързани с водни молекули. В допълнение, този химичен елемент може да се наблюдава в състава на нефелините, чиято химична формула е следната: KNa34.

Касова бележка

Характеризирането на алуминия включва разглеждане на методите за неговия синтез. Има няколко метода. Производството на алуминий по първия метод се извършва на три етапа. Последната от тях е процедурата за електролиза на катода и въглеродния анод. За извършване на такъв процес е необходим алуминиев оксид, както и помощни вещества като криолит (формула - Na3AlF6) и калциев флуорид (CaF2). За да се осъществи процесът на разлагане на алуминиевия оксид, разтворен във вода, той трябва да се нагрее заедно с разтопен криолит и калциев флуорид до температура най-малко деветстотин и петдесет градуса по Целзий и след това ток от осемдесет хиляди ампера и напрежение пет-осем волта. По този начин, в резултат на този процес, алуминият ще се утаи върху катода, а молекулите на кислорода ще се съберат върху анода, които от своя страна окисляват анода и го превръщат във въглероден диоксид. Преди извършването на тази процедура бокситът, под формата на който се добива алуминиев оксид, се почиства предварително от примеси и също така преминава през процеса на дехидратация.

Производството на алуминий по описания по-горе начин е много разпространено в металургията. Съществува и метод, изобретен през 1827 г. от Ф. Велер. Това се крие във факта, че алуминият може да бъде добиван чрез химическа реакция между неговия хлорид и калий. Възможно е да се извърши такъв процес само чрез създаване на специални условия под формата на много висока температура и вакуум. И така, от един мол хлорид и същия обем калий могат да се получат един мол алуминий и три мола като страничен продукт. Тази реакция може да се напише като следното уравнение: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Този метод не е придобил голяма популярност в металургията.

Характеристики на алуминия от гледна точка на химията

Както бе споменато по-горе, това е просто вещество, което се състои от атоми, които не са комбинирани в молекули. Подобни структури образуват почти всички метали. Алуминият има доста висока химическа активност и силни редуциращи свойства. Химическата характеристика на алуминия ще започне с описание на неговите реакции с други прости вещества, а след това ще бъдат описани взаимодействията със сложни неорганични съединения.

Алуминий и прости вещества

Те включват, на първо място, кислорода - най-разпространеното съединение на планетата. Двадесет и един процента от атмосферата на Земята се състои от него. Реакциите на дадено вещество с всяко друго се наричат ​​окисление или изгаряне. Обикновено се проявява при високи температури. Но в случая с алуминия е възможно окисляване при нормални условия - така се образува оксиден филм. Ако този метал бъде смачкан, той ще изгори, като същевременно ще освободи голямо количество енергия под формата на топлина. За да се осъществи реакцията между алуминий и кислород, тези компоненти са необходими в моларно съотношение 4:3, което води до две части от оксида.

Това химично взаимодействие се изразява със следното уравнение: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Възможни са и реакции на алуминий с халогени, които включват флуор, йод, бром и хлор. Имената на тези процеси идват от имената на съответните халогени: флуориране, йодиране, бромиране и хлориране. Това са типични присъединителни реакции.

За пример даваме взаимодействието на алуминий с хлор. Този вид процес може да се случи само на студено.

И така, като вземем два мола алуминий и три мола хлор, получаваме като резултат два мола хлорид на въпросния метал. Уравнението за тази реакция е следното: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. По същия начин могат да се получат алуминиев флуорид, неговият бромид и йодид.

Със сярата въпросното вещество реагира само при нагряване. За да осъществите взаимодействието между тези две съединения, трябва да ги вземете в моларни пропорции от две до три и се образува една част от алуминиев сулфид. Уравнението на реакцията има следния вид: 2Al + 3S = Al2S3.

Освен това при високи температури алуминият взаимодейства с въглерода, образувайки карбид, и с азота, образувайки нитрид. Като пример могат да се посочат следните уравнения на химичните реакции: 4AI + 3C = AI4C3; 2Al + N2 = 2AlN.

Взаимодействие със сложни вещества

Те включват вода, соли, киселини, основи, оксиди. С всички тези химични съединения алуминият реагира по различни начини. Нека разгледаме по-подробно всеки случай.

Реакция с вода

Алуминият взаимодейства с най-често срещаното сложно вещество на Земята при нагряване. Това се случва само в случай на предварително отстраняване на оксидния филм. В резултат на взаимодействието се образува амфотерен хидроксид, а във въздуха се отделя и водород. Като вземем две части алуминий и шест части вода, получаваме хидроксид и водород в моларни пропорции две към три. Уравнението на тази реакция се записва по следния начин: 2АІ + 6Н2О = 2АІ (ОН) 3 + 3Н2.

Взаимодействие с киселини, основи и оксиди

Подобно на други активни метали, алуминият може да влезе в реакция на заместване. По този начин той може да измести водорода от киселина или катион на по-пасивен метал от неговата сол. В резултат на такива взаимодействия се образува алуминиева сол и се отделя водород (в случай на киселина) или се утаява чист метал (по-малко активен от разглеждания). Във втория случай се проявяват възстановителните свойства, споменати по-горе. Пример е взаимодействието на алуминия, с което се образува алуминиев хлорид и се отделя водород във въздуха. Този вид реакция се изразява като следното уравнение: 2AI + 6HCI = 2AICI3 + 3H2.

Пример за взаимодействието на алуминий със сол е неговата реакция с. Като вземем тези два компонента, в крайна сметка ще получим чиста мед, която ще се утаи. С киселини като сярна и азотна алуминият реагира по особен начин. Например, когато алуминий се добави към разреден разтвор на нитратна киселина в моларно съотношение от осем части към тридесет, се образуват осем части от нитрата на въпросния метал, три части азотен оксид и петнадесет части вода. Уравнението за тази реакция е написано, както следва: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Този процес се случва само при наличие на висока температура.

Ако смесим алуминий и слаб разтвор на сулфатна киселина в моларни пропорции от две към три, получаваме сулфата на въпросния метал и водорода в съотношение едно към три. Тоест ще настъпи обикновена реакция на заместване, както е при другите киселини. За по-голяма яснота представяме уравнението: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Но с концентриран разтвор на същата киселина всичко е по-сложно. Тук, както в случая с нитрата, се образува страничен продукт, но не под формата на оксид, а под формата на сяра и вода. Ако вземем двата необходими компонента в моларно съотношение две към четири, тогава в резултат получаваме една част от солта на въпросния метал и сярата, както и четири от водата. Това химично взаимодействие може да се изрази с помощта на следното уравнение: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

В допълнение, алуминият може да реагира с алкални разтвори. За да осъществите такова химично взаимодействие, трябва да вземете два мола от въпросния метал, същото количество или калий, както и шест мола вода. В резултат на това се образуват вещества като натриев или калиев тетрахидроксоалуминат, както и водород, който се отделя като газ с остра миризма в моларни пропорции от две до три. Тази химична реакция може да бъде представена като следното уравнение: 2AI + 2KOH + 6H2O = 2K[AI(OH)4] + 3H2.

И последното нещо, което трябва да вземете предвид, са моделите на взаимодействие на алуминия с някои оксиди. Най-честият и използван случай е реакцията на Бекетов. Той, подобно на много други, обсъдени по-горе, възниква само при високи температури. Така че, за неговото прилагане е необходимо да се вземат два мола алуминий и един мол железен оксид. В резултат на взаимодействието на тези две вещества получаваме алуминиев оксид и свободно желязо в количество съответно един и два мола.

Използването на въпросния метал в промишлеността

Имайте предвид, че използването на алуминий е много често срещано явление. На първо място, авиационната индустрия има нужда от него. Наред с това се използват и сплави на основата на въпросния метал. Можем да кажем, че средният самолет е 50% от алуминиеви сплави, а двигателят му е 25%. Също така използването на алуминий се извършва в процеса на производство на проводници и кабели поради отличната му електрическа проводимост. В допълнение, този метал и неговите сплави се използват широко в автомобилната индустрия. От тези материали се изработват каросерии на автомобили, автобуси, тролейбуси, някои трамваи, както и обикновени и електрически вагони.

Използва се и за по-малки цели, например за производство на опаковки за хранителни и други продукти, ястия. За направата на сребърна боя е необходим прах от въпросния метал. Такава боя е необходима, за да се предпази желязото от корозия. Можем да кажем, че алуминият е вторият най-често използван метал в индустрията след ферума. Неговите съединения и самият той често се използват в химическата промишленост. Това се дължи на специалните химични свойства на алуминия, включително неговите редуциращи свойства и амфотерния характер на неговите съединения. Хидроксидът на разглеждания химичен елемент е необходим за пречистване на водата. Освен това се използва в медицината при производството на ваксини. Може да се намери и в някои пластмаси и други материали.

Роля в природата

Както вече беше споменато по-горе, алуминият се намира в големи количества в земната кора. Той е особено важен за живите организми. Алуминият участва в регулацията на процесите на растеж, образува съединителната тъкан, като костна, лигаментна и др. Благодарение на този микроелемент процесите на регенерация на телесните тъкани се извършват по-бързо. Неговият дефицит се характеризира със следните симптоми: нарушения в развитието и растежа при деца, при възрастни - хронична умора, намалена работоспособност, нарушена координация на движенията, забавяне на регенерацията на тъканите, мускулна слабост, особено в крайниците. Това явление може да възникне, ако ядете твърде малко храни, съдържащи този микроелемент.

По-често срещан проблем обаче е излишъкът от алуминий в тялото. В този случай често се наблюдават следните симптоми: нервност, депресия, нарушения на съня, загуба на паметта, устойчивост на стрес, омекване на опорно-двигателния апарат, което може да доведе до чести фрактури и навяхвания. При продължителен излишък на алуминий в организма често възникват проблеми в работата на почти всяка система от органи.

Редица причини могат да доведат до това явление. Първо, отдавна е доказано от учените, че съдовете от въпросния метал са неподходящи за готвене на храна в него, тъй като при високи температури част от алуминия попада в храната и в резултат на това вие консумирате много повече от него микроелемент, отколкото се нуждае тялото.

Втората причина е редовното използване на козметика, съдържаща въпросния метал или негови соли. Преди да използвате който и да е продукт, трябва внимателно да прочетете неговия състав. Козметиката не е изключение.

Третата причина е приемането на лекарства, които съдържат много алуминий за дълго време. Както и неправилното използване на витамини и хранителни добавки, които включват този микроелемент.

Сега нека да разберем кои продукти съдържат алуминий, за да регулирате диетата си и да организирате правилно менюто. На първо място, това са моркови, преработени сирена, пшеница, стипца, картофи. От плодовете се препоръчват авокадо и праскови. Освен това бялото зеле, оризът и много лечебни билки са богати на алуминий. Също така катионите на въпросния метал могат да се съдържат в питейната вода. За да избегнете повишено или намалено съдържание на алуминий в тялото (но както всеки друг микроелемент), трябва внимателно да наблюдавате диетата си и да се опитате да я направите възможно най-балансирана.

Алуминий

Алуминий- химичен елемент от група III на периодичната система на Менделеев (атомен номер 13, атомна маса 26,98154). В повечето съединения алуминият е тривалентен, но при високи температури може също да прояви степен на окисление +1. От съединенията на този метал най-важен е Al 2 O 3 оксид.

Алуминий- сребристо-бял метал, лек (плътност 2,7 g / cm 3), пластичен, добър проводник на електричество и топлина, точка на топене 660 ° C. Лесно се изтегля на тел и се разточва на тънки листове. Алуминият е химически активен (на въздух е покрит със защитен оксиден филм - алуминиев оксид.) Надеждно защитава метала от по-нататъшно окисление. Но ако алуминиевият прах или алуминиевото фолио се нагреят силно, металът гори с ослепителен пламък, превръщайки се в алуминиев оксид. Алуминият се разтваря дори в разредена солна и сярна киселина, особено при нагряване. Но в силно разредена и концентрирана студена азотна киселина алуминият не се разтваря. Когато водните разтвори на алкали действат върху алуминий, оксидният слой се разтваря и се образуват алуминати - соли, съдържащи алуминий в състава на аниона:

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

Алуминият, лишен от защитен филм, взаимодейства с водата, измествайки водорода от нея:

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

Полученият алуминиев хидроксид реагира с излишък от алкали, образувайки хидроксоалуминат:

Al (OH) 3 + NaOH \u003d Na.

Общото уравнение за разтварянето на алуминий във воден разтвор на основа има следната форма:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2.

Алуминият активно взаимодейства с халогени. Алуминиевият хидроксид Al(OH) 3 е бяло, полупрозрачно, желатиново вещество.

Земната кора съдържа 8,8% алуминий. Той е третият най-разпространен елемент в природата след кислорода и силиция и първи сред металите. Влиза в състава на глини, фелдшпати, слюди. Известни са няколкостотин минерала Al (алумосиликати, боксити, алунити и др.). Най-важният минерал на алуминия - бокситът съдържа 28-60% алуминиев оксид - алуминиев оксид Al 2 O 3 .

В чист вид алуминият е получен за първи път от датския физик Х. Ерстед през 1825 г., въпреки че е най-често срещаният метал в природата.

Производството на алуминий се извършва чрез електролиза на алуминиев оксид Al 2 O 3 в криолитна стопилка NaAlF 4 при температура 950 °C.

Алуминият се използва в авиацията, строителството, главно под формата на алуминиеви сплави с други метали, електротехниката (заместител на медта при производството на кабели и др.), хранително-вкусовата промишленост (фолио), металургията (добавка към сплави), алуминотермия и др.

Плътност на алуминия, специфично тегло и други характеристики.

Плътност - 2,7*10 3 кг/м 3 ;
Специфично тегло - 2,7 Ж/ cm3;
Специфична топлина при 20°C - 0,21 cal/deg;
Температура на топене - 658,7°С;
Специфичен топлинен капацитет на топене - 76,8 cal/deg;
Температура на кипене - 2000°C;
Относителна промяна на обема по време на топене (ΔV/V) - 6,6%;
Коефициент на линейно разширение(при прибл. 20°C) : - 22,9 * 10 6 (1 / градус);
Коефициент на топлопроводимост на алуминия - 180 kcal / m * час * градушка;

Модули на еластичност на алуминий и коефициент на Поасон

Отражение на светлината от алуминий

Числата, дадени в таблицата, показват какъв процент светлина, падаща перпендикулярно на повърхността, се отразява от нея.

АЛУМИНИЕВ ОКСИД Al 2 O 3

Алуминиев оксид Al 2 O 3, наричан още алуминиев оксид, се среща естествено в кристална форма, образувайки минерала корунд. Корундът има много висока твърдост. Неговите прозрачни кристали, оцветени в червено или синьо, са скъпоценни камъни - рубин и сапфир. В момента рубините се получават изкуствено чрез сливане с алуминиев оксид в електрическа пещ. Те се използват не толкова за бижута, колкото за технически цели, например за производство на части за прецизни инструменти, камъни в часовници и др. Рубинените кристали, съдържащи малък примес Cr 2 O 3, се използват като квантови генератори - лазери, които създават насочен лъч монохроматично лъчение.

Като абразивни материали се използват корундът и неговата финозърнеста разновидност, съдържаща голямо количество примеси - шмиргел.

ПРОИЗВОДСТВО НА АЛУМИНИЙ

Основната суровина за производство на алуминийса боксити, съдържащи 32-60% алуминиев оксид Al 2 O 3 . Най-важните алуминиеви руди също включват алунит и нефелин. Русия има значителни запаси от алуминиеви руди. В допълнение към бокситите, големи находища на които се намират в Урал и Башкирия, нефелинът, добит на полуостров Кола, е богат източник на алуминий. Много алуминий се намира и в находищата на Сибир.

Алуминият се получава от алуминиев оксид Al 2 O 3 чрез електролитен метод. Алуминиевият оксид, използван за това, трябва да бъде достатъчно чист, тъй като примесите се отстраняват от разтопения алуминий много трудно. Пречистеният Al 2 O 3 се получава чрез обработка на естествен боксит.

Основният изходен материал за производството на алуминий е алуминиевият оксид. Той не провежда електричество и има много висока точка на топене (около 2050 °C), така че изисква твърде много енергия.

Необходимо е да се намали точката на топене на алуминиевия оксид най-малко до 1000 o C. Този метод е открит паралелно от французина П. Еру и американеца С. Хол. Те откриха, че двуалуминиевият оксид се разтваря добре в разтопен криолит, минерал със състав AlF 3. 3NaF. Тази стопилка се подлага на електролиза при температура само около 950 ° C при производството на алуминий. Запасите от криолит в природата са незначителни, затова е създаден синтетичен криолит, което значително намалява разходите за производство на алуминий.

Хидролизата се подлага на разтопена смес от криолит Na 3 и алуминиев оксид. Смес, съдържаща около 10 тегловни процента Al 2 O 3, се топи при 960 °C и има електропроводимост, плътност и вискозитет, които са най-благоприятни за процеса. За допълнително подобряване на тези характеристики в състава на сместа се въвеждат добавки AlF 3 , CaF 2 и MgF 2 . Това прави възможна електролиза при 950 °C.

Електролизерът за топене на алуминий е железен корпус, облицован с огнеупорни тухли отвътре. Дъното му (отдолу), сглобено от блокове пресовани въглища, служи като катод. Анодите (един или повече) са разположени отгоре: това са алуминиеви рамки, пълни с въглищни брикети. В съвременните заводи електролизерите се инсталират последователно; всяка серия се състои от 150 или повече клетки.

По време на електролиза на катода се отделя алуминий, а на анода се отделя кислород. Алуминият, който има по-висока плътност от оригиналната стопилка, се събира на дъното на електролизера, откъдето периодично се изхвърля. Тъй като металът се освобождава, към стопилката се добавят нови порции алуминиев оксид. Кислородът, освободен по време на електролиза, взаимодейства с въглерода на анода, който изгаря, образувайки CO и CO 2 .

Първият алуминиев завод в Русия е построен през 1932 г. във Волхов.

АЛУМИНИЕВИ СПЛАВИ

Сплави, които повишават якостта и други свойства на алуминия, се получават чрез въвеждане на легиращи добавки в него, като мед, силиций, магнезий, цинк и манган.

дуралуминий(дуралуминий, дуралуминий, от името на германския град, където е започнало промишленото производство на сплавта). Алуминиева сплав (основа) с мед (Cu: 2,2-5,2%), магнезий (Mg: 0,2-2,7%), манган (Mn: 0,2-1%). Подлага се на втвърдяване и стареене, често плакиран с алуминий. Това е конструктивен материал за авиационното и транспортното машиностроене.

Силумин- леки алуминиеви сплави (основа) със силиций (Si: 4-13%), понякога до 23% и някои други елементи: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Те произвеждат части със сложна конфигурация, главно в автомобилната и самолетната промишленост.

магналия- алуминиеви сплави (основа) с магнезий (Mg: 1-13%) и други елементи с висока устойчивост на корозия, добра заваряемост, висока пластичност. Изработват профилни отливки (леярски магнали), листове, тел, нитове и др. (деформируема магналия).

Основните предимства на всички алуминиеви сплави са тяхната ниска плътност (2,5-2,8 g / cm 3), висока якост (на единица тегло), задоволителна устойчивост на атмосферна корозия, сравнително ниска цена и лекота на производство и обработка.

Алуминиевите сплави се използват в ракетната техника, в самолетостроенето, автомобилостроенето, корабостроенето и приборостроенето, в производството на посуда, спортни стоки, мебели, реклама и други индустрии.

По отношение на широчината на приложение алуминиевите сплави се нареждат на второ място след стоманата и чугуна.

Алуминият е една от най-често срещаните добавки в сплави на базата на мед, магнезий, титан, никел, цинк и желязо.

Алуминият се използва и за алуминизиране (алуминизиране)- насищане на повърхността на продуктите от стомана или чугун с алуминий, за да се предпази основният материал от окисляване при силно нагряване, т.е. повишават топлоустойчивостта (до 1100 °C) и устойчивостта на атмосферна корозия.

Алуминият е елемент от 13-та група на периодичната таблица на химичните елементи, трети период, с атомен номер 13. Принадлежи към групата на леките метали. Най-разпространеният метал и третият най-често срещан химичен елемент в земната кора (след кислорода и силиция).

Простото вещество алуминий е лек, парамагнитен сребристо-бял метал, който лесно се формова, отлива и обработва. Алуминият има висока топло- и електрическа проводимост, устойчивост на корозия поради бързото образуване на силни оксидни филми, които предпазват повърхността от по-нататъшно взаимодействие.

Съвременният метод за получаване, процесът на Hall-Héroult. Състои се в разтваряне на алуминиев оксид Al2O3 в стопилка от Na3AlF6 криолит, последвано от електролиза с използване на консумативи коксови или графитни анодни електроди. Този метод на получаване изисква много големи количества електроенергия и затова получава индустриално приложение едва през 20 век.

Лабораторен метод за получаване на алуминий: редукция на безводен алуминиев хлорид с метален калий (реакцията протича при нагряване без въздух):

Сребристо-бял метал, лек, плътност - 2,7 g / cm³, точка на топене за технически алуминий - 658 ° C, за алуминий с висока чистота - 660 ° C, висока пластичност: за технически - 35%, за чист - 50% , валцувани на тънък лист и равномерно фолио. Алуминият има висока електропроводимост (37 106 S/m) и топлопроводимост (203,5 W/(m K)), 65%, има висока светлоотразителна способност.

Алуминият образува сплави с почти всички метали. Най-известни са сплавите с мед и магнезий (дуралуминий) и силиций (силумин).

По разпространеност в земната кора Земята заема 1-во място сред металите и 3-то място сред елементите, отстъпвайки само на кислорода и силиция. Масовата концентрация на алуминий в земната кора, според различни изследователи, се оценява на 7,45 до 8,14%. В природата алуминият, поради високата си химична активност, се среща почти изключително под формата на съединения.

Естественият алуминий се състои почти изцяло от един стабилен изотоп, 27Al, с незначителни следи от 26Al, най-дългоживеещият радиоактивен изотоп с период на полуразпад от 720 000 години, произведен в атмосферата чрез разделянето на 40Ar аргонови ядра от високоенергийни космически лъчеви протони.

При нормални условия алуминият е покрит с тънък и здрав оксиден филм и следователно не реагира с класическите окислители: с H2O (t°), O2, HNO3 (без нагряване). Поради това алуминият практически не е подложен на корозия и следователно е широко търсен от съвременната индустрия. Въпреки това, когато оксидният филм се разруши (например при контакт с разтвори на амониеви соли NH4 +, горещи алкали или в резултат на амалгамиране), алуминият действа като активен редуциращ метал. Възможно е да се предотврати образуването на оксиден филм чрез добавяне на метали като галий, индий или калай към алуминия. В този случай повърхността на алуминия се намокря от евтектика с ниска точка на топене на базата на тези метали.

Лесно реагира с прости вещества:

с кислород за образуване на алуминиев оксид:

с халогени (с изключение на флуор), образуващи хлорид, бромид или алуминиев йодид:

реагира с други неметали при нагряване:

с флуор, образувайки алуминиев флуорид:

със сяра, образувайки алуминиев сулфид:

с азот до образуване на алуминиев нитрид:

с въглерод, образувайки алуминиев карбид:

Алуминиевият сулфид и алуминиевият карбид са напълно хидролизирани:

Със сложни вещества:

с вода (след отстраняване на защитния оксиден филм, например чрез амалгамиране или горещи алкални разтвори):

с алкали (с образуване на тетрахидроксоалуминати и други алуминати):

Лесно разтворим в солна и разредена сярна киселина:

При нагряване се разтваря в киселини - окислители, които образуват разтворими алуминиеви соли:

възстановява металите от техните оксиди (алуминотермия):

44. Алуминиеви съединения, техните амфотерни свойства

Електронната конфигурация на външното ниво от алуминий е … 3s23p1.

Във възбудено състояние един от s-електроните преминава към свободна клетка на p-подниво, това състояние съответства на валентност III и степен на окисление +3. Във външния електронен слой на алуминиевия атом има свободни d-поднива.

Най-важните природни съединения са алумосиликатите:

бяла глина Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O, фелдшпат K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2, слюда K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ H2O

От другите естествени форми на алуминий най-голямо значение имат бокситите А12Оз ∙ nН2О, корундовите минерали А12Оз и криолитът А1Fз ∙3NaF.

Лек, сребристо-бял, пластичен метал, провежда добре електричество и топлина.

Във въздуха алуминият е покрит с най-тънкия (0,00001 mm), но много плътен оксиден филм, който предпазва метала от по-нататъшно окисляване и му придава матов вид.

Алуминиев оксид А12О3

Бяло твърдо вещество, неразтворимо във вода, точка на топене 2050°C.

Естественият A12O3 е минералът корунд. Прозрачни цветни кристали от корунд - червен рубин - съдържа примес от хром - и син сапфир - примес от титан и желязо - скъпоценни камъни. Те се получават и изкуствено и се използват за технически цели, например за производство на части за прецизни инструменти, камъни в часовници и др.

Химични свойства

Алуминиевият оксид проявява амфотерни свойства

1. взаимодействие с киселини

А12О3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. взаимодействие с алкали

А12О3 + 2NaOH – 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na

3. При нагряване на смес от оксид на съответния метал с алуминиев прах протича бурна реакция, водеща до освобождаване на свободен метал от взетия оксид. Методът на редукция с Al (алуминий) често се използва за получаване на редица елементи (Cr, Mn, V, W и др.) в свободно състояние

2A1 + WO3 = A12Oz + W

4. взаимодействие със соли, имащи силно алкална среда поради хидролиза

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

Алуминиев хидроксид A1(OH)3

Al(OH)3 е обемна бяла желатинова утайка, практически неразтворима във вода, но лесно разтворима в киселини и силни основи. Следователно има амфотерен характер.

Алуминиевият хидроксид се получава чрез обменна реакция на разтворими алуминиеви соли с основи.

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓

Тази реакция може да се използва като качествена за йона Al3+

Химични свойства

1. взаимодействие с киселини

Al(OH)3 +3HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. при взаимодействие със силни алкали се образуват съответните алуминати:

NaOH + A1(OH)3 = Na

3. термично разлагане

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Алуминиевите соли претърпяват катионна хидролиза, кисела среда (pH< 7)

Al3+ + H+OH- ↔ AlOH2+ + H+

Al(NO3)3 + H2O↔ AlOH(NO3)2 + HNO3

Разтворимите соли на алуминия и слабите киселини претърпяват пълна (необратима хидролиза)

Al2S3+ 3H2O = 2Al(OH)3 +3H2S

Алуминиев оксид Al2O3 - е част от някои антиациди (например Almagel), използвани за повишена киселинност на стомашния сок.

КAl(SO4)3 12H2О - калиевата стипца се използва в медицината за лечение на кожни заболявания, като кръвоспиращо средство. Използва се и като танин в кожарската промишленост.

(CH3COO)3Al - течност на Буров - 8% разтвор на алуминиев ацетат има адстрингентно и противовъзпалително действие, във високи концентрации има умерени антисептични свойства. Използва се в разредена форма за изплакване, лосиони, при възпалителни заболявания на кожата и лигавиците.

AlCl3 - използва се като катализатор в органичния синтез.

Al2(SO4)3 18 H20 - използва се при обработка на вода.

Получаване на калиева стипца

Алуминий(лат. Aluminium), - в периодичната система алуминият е в третия период, в основната подгрупа на третата група. Основен заряд +13. Електронната структура на атома е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Атомният радиус на метала е 0,143 nm, ковалентният е 0,126 nm, условният радиус на йона Al 3+ е 0,057 nm. Енергия на йонизация Al - Al + 5,99 eV.

Най-характерната степен на окисление на алуминиевия атом е +3. Отрицателното състояние на окисление е рядко. Във външния електронен слой на атома има свободни d-поднива. Поради това неговото координационно число в съединенията може да бъде не само 4 (AlCl 4-, AlH 4-, алумосиликати), но и 6 (Al 2 O 3, 3+).

История справка. Името алуминий идва от лат. алумен - така още през 500 г. пр.н.е. наречена алуминиева стипца, която е била използвана като щипка при боядисване на тъкани и за дъбене на кожа. Датският учен H. K. Oersted през 1825 г., действайки с амалгама от калий върху безводен AlCl 3 и след това отстранявайки живака, получава относително чист алуминий. Първият промишлен метод за производство на алуминий е предложен през 1854 г. от френския химик A.E. St. Clair Deville: методът се състои в редукция на алуминиев и натриев двоен хлорид Na 3 AlCl 6 с метален натрий. Подобен на цвят на среброто, алуминият в началото беше много скъп. От 1855 до 1890 г. са произведени само 200 тона алуминий. Съвременният метод за производство на алуминий чрез електролиза на криолитно-алуминиева стопилка е разработен през 1886 г. едновременно и независимо от C. Hall в САЩ и P. Héroux във Франция.

Да бъдеш сред природата

Алуминият е най-разпространеният метал в земната кора. Той представлява 5,5–6,6 mol. дял% или 8 тегл.%. Основната му маса е концентрирана в алумосиликати. Изключително често срещан продукт от разрушаването на образуваните от тях скали е глината, чийто основен състав съответства на формулата Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. От другите естествени форми на алуминия най-голямо значение има бокситът Al 2 O 3. xH 2 O и минерали корунд Al 2 O 3 и криолит AlF 3 . 3NaF.

Касова бележка

Понастоящем алуминият се произвежда в промишлеността чрез електролиза на разтвор на алуминиев оксид Al 2 O 3 в разтопен криолит. Al 2 O 3 трябва да бъде достатъчно чист, тъй като примесите се отстраняват от разтопен алуминий с голяма трудност. Температурата на топене на Al 2 O 3 е около 2050 o C, а тази на криолита е 1100 o C. Разтопена смес от криолит и Al 2 O 3, съдържаща около 10 тегл.% Al 2 O 3, се подлага на електролиза, която се стопява при 960 o C и има електропроводимост, плътност и вискозитет, най-благоприятни за процеса. Чрез добавяне на AlF 3 , CaF 2 и MgF 2 е възможна електролиза при 950°C.

Електролитната клетка за топене на алуминий е железен корпус, облицован с огнеупорни тухли отвътре. Дъното му (отдолу), сглобено от блокове пресовани въглища, служи като катод. Анодите са разположени отгоре: това са алуминиеви рамки, пълни с въглищни брикети.

Al 2 O 3 \u003d Al 3+ + AlO 3 3-

На катода се отделя течен алуминий:

Al 3+ + 3e - \u003d Al

Алуминият се събира на дъното на пещта, откъдето периодично се освобождава. На анода се отделя кислород:

4AlO 3 3- - 12e - \u003d 2Al 2 O 3 + 3O 2

Кислородът окислява графита до въглеродни оксиди. Докато въглеродът изгаря, анодът се натрупва.

Алуминият се използва и като легираща добавка към много сплави, за да им придаде устойчивост на топлина.

Физични свойства на алуминия. Алуминият съчетава много ценен набор от свойства: ниска плътност, висока топло- и електрическа проводимост, висока пластичност и добра устойчивост на корозия. Може лесно да се кове, щампова, валцува, изтегля. Алуминият е добре заварен чрез газово, контактно и други видове заваряване. Алуминиевата решетка е лицево-центрирана кубична с параметър a = 4.0413 Å. Свойствата на алуминия, както и на всички метали, зависят до голяма степен от неговата чистота. Свойства на алуминий с висока чистота (99,996%): плътност (при 20 °C) 2698,9 kg/m 3 ; t pl 660,24 °С; t бала около 2500 °C; коефициент на термично разширение (от 20 ° до 100 ° C) 23,86 10 -6; топлопроводимост (при 190 °C) 343 W/m K, специфичен топлинен капацитет (при 100 °C) 931,98 J/kg K. ; електрическа проводимост по отношение на мед (при 20 °C) 65,5%. Алуминият има ниска якост (якост на опън 50–60 MN/m2), твърдост (170 MN/m2 по Бринел) и висока пластичност (до 50%). При студено валцуване якостта на опън на алуминия се увеличава до 115 MN/m 2, твърдостта - до 270 MN/m 2, относителното удължение намалява до 5% (1 MN/m 2 ~ и 0,1 kgf/mm 2). Алуминият е добре полиран, анодизиран и има висока отразяваща способност, близка до среброто (отразява до 90% от енергията на падащата светлина). Притежавайки висок афинитет към кислорода, алуминият във въздуха е покрит с тънък, но много здрав оксиден филм Al 2 O 3, който предпазва метала от по-нататъшно окисляване и определя неговите високи антикорозионни свойства. Силата на оксидния филм и неговият защитен ефект значително намаляват в присъствието на примеси от живак, натрий, магнезий, мед и др. Алуминият е устойчив на атмосферна корозия, морска и прясна вода, практически не взаимодейства с концентриран или силно разреден азотен киселина, с органични киселини, хранителни продукти.

Химични свойства

Когато фино раздробеният алуминий се нагрява, той гори енергично във въздуха. Взаимодействието му със сярата протича по подобен начин. С хлор и бром комбинацията се случва вече при обикновена температура, с йод - при нагряване. При много високи температури алуминият се свързва директно с азот и въглерод. Напротив, той не взаимодейства с водорода.

Алуминият е доста устойчив на вода. Но ако защитният ефект на оксидния филм се отстрани механично или чрез амалгамиране, тогава възниква енергична реакция:

Силно разредените, както и силно концентрираните HNO3 и H2SO4 почти не влияят на алуминия (на студено), докато при средни концентрации на тези киселини той постепенно се разтваря. Чистият алуминий е доста стабилен по отношение на солната киселина, но обичайният технически метал се разтваря в него.

Под действието на алкални водни разтвори върху алуминий, оксидният слой се разтваря и се образуват алуминати - соли, съдържащи алуминий в състава на аниона:

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

Алуминият, лишен от защитен филм, взаимодейства с водата, измествайки водорода от нея:

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

Полученият алуминиев хидроксид реагира с излишък от алкали, образувайки хидроксоалуминат:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Общото уравнение за разтварянето на алуминий във воден разтвор на основа:

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

Алуминият забележимо се разтваря в разтвори на соли, които имат кисела или алкална реакция поради тяхната хидролиза, например в разтвор на Na 2 CO 3 .

В поредица от напрежения той се намира между Mg и Zn. Във всички свои стабилни съединения алуминият е тривалентен.

Комбинацията от алуминий с кислород е придружена от огромно отделяне на топлина (1676 kJ/mol Al 2 O 3), много по-голямо от това на много други метали. Поради това при нагряване на смес от съответния метален оксид с алуминиев прах протича бурна реакция, водеща до освобождаване на свободен метал от взетия оксид. Методът на редукция с Al (алуминий) често се използва за получаване на редица елементи (Cr, Mn, V, W и др.) в свободно състояние.

Алуминотермията понякога се използва за заваряване на отделни стоманени части, по-специално ставите на трамвайните релси. Използваната смес ("термит") обикновено се състои от фини прахове от алуминий и Fe 3 O 4 . Запалва се с фитил от смес от Al и BaO 2. Основната реакция протича съгласно уравнението:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 kJ

Освен това температурата се развива около 3000 o C.

Алуминиевият оксид е бяла, много огнеупорна (т.т. 2050 o C) и неразтворима във вода маса. Естественият Al 2 O 3 (корундов минерал), както и изкуствено получените и след това силно калцинирани, се отличават с висока твърдост и неразтворимост в киселини. Al 2 O 3 (така нареченият двуалуминиев оксид) може да се превърне в разтворимо състояние чрез сливане с основи.

Естественият корунд, обикновено замърсен с железен оксид, се използва за производството на шлифовъчни колела, пръти и т.н. поради изключителната си твърдост. В ситно натрошен вид се нарича шмиргел и се използва за почистване на метални повърхности и направа на шкурка. За същите цели често се използва Al 2 O 3, получен чрез топене на боксит (техническо наименование - алунд).

Прозрачни цветни корундови кристали - червен рубин - добавка на хром - и син сапфир - добавка на титан и желязо - скъпоценни камъни. Те се получават и изкуствено и се използват за технически цели, например за производство на части за прецизни инструменти, камъни в часовници и др. Рубинените кристали, съдържащи малък примес Cr 2 O 3, се използват като квантови генератори - лазери, които създават насочен лъч монохроматично лъчение.

Поради неразтворимостта на Al 2 O 3 във вода, хидроксидът Al (OH) 3, съответстващ на този оксид, може да се получи само индиректно от соли. Производството на хидроксид може да бъде представено като следната схема. Под действието на алкали ОН йоните постепенно заместват 3+ водни молекули в аквакомплекси:

3+ + OH - \u003d 2+ + H 2 O

2+ + OH - = + + H 2 O

OH - \u003d 0 + H 2 O

Al(OH) 3 е обемна бяла желатинова утайка, практически неразтворима във вода, но лесно разтворима в киселини и силни основи. Следователно има амфотерен характер. Неговите основни и особено киселинни свойства обаче са доста слабо изразени. В излишък от NH4OH алуминиевият хидроксид е неразтворим. Една форма на дехидратиран хидроксид, алуминиев гел, се използва в инженерството като адсорбент.

При взаимодействие със силни алкали се образуват съответните алуминати:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Алуминатите на най-активните едновалентни метали са силно разтворими във вода, но поради силна хидролиза техните разтвори са стабилни само в присъствието на достатъчен излишък от алкали. Алуминатите, произведени от по-слаби основи, са почти напълно хидролизирани в разтвор и следователно могат да бъдат получени само по сух начин (чрез легиране на Al 2 O 3 с оксиди на съответните метали). Образуват се метаалуминати, които в състава си се получават от метаалуминиева киселина HAlO 2 . Повечето от тях са неразтворими във вода.

Al(OH) 3 образува соли с киселини. Производните на повечето силни киселини са силно разтворими във вода, но са по-скоро хидролизирани и следователно техните разтвори показват кисела реакция. Разтворимите соли на алуминия и слабите киселини са още по-силно хидролизирани. Поради хидролиза, сулфид, карбонат, цианид и някои други алуминиеви соли не могат да бъдат получени от водни разтвори.

Във водна среда анионът Al 3+ е директно заобиколен от шест водни молекули. Такъв хидратиран йон е донякъде дисоцииран според схемата:

3+ + H 2 O \u003d 2+ + OH 3 +

Неговата константа на дисоциация е 1. 10 -5 т.е. тя е слаба киселина (подобна по сила на оцетната киселина). Октаедричната среда на Al 3+ с шест водни молекули също се запазва в кристалните хидрати на редица алуминиеви соли.

Алумосиликатите могат да се разглеждат като силикати, в които част от силициево-кислородните тетраедри SiO 4 4 - е заменена с алуминиево-кислородни тетраедри AlO 4 5- От алуминосиликатите фелдшпатите са най-често срещаните, представляващи повече от половината от масата на земната кора. Основните им представители са минералите

ортоклаз K 2 Al 2 Si 6 O 16 или K 2 O . Al2O3. 6SiO2

албит Na 2 Al 2 Si 6 O 16 или Na 2 O . Al2O3. 6SiO2

анортит CaAl 2 Si 2 O 8 или CaO. Al2O3. 2SiO2

Минералите от групата на слюдата са много разпространени, например мусковитът Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. От голямо практическо значение е минералът нефелин (Na, K) 2, който се използва за получаване на алуминиев оксид, содови продукти и цимент. Това производство се състои от следните операции: а) нефелин и варовик се синтероват в тръбни пещи при 1200°C:

(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2

б) получената маса се излугва с вода - образува се разтвор на натриев и калиев алуминат и CaSiO 3 утайка:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O \u003d Na + K

в) CO 2, образуван по време на синтероването, преминава през разтвор на алуминати:

Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3

г) нагряване Al (OH) 3 алуминий се получава:

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

д) чрез изпаряване на матерната луга се изолират сода и потаж, а предварително получената утайка се използва за производството на цимент.

При производството на 1 t Al 2 O 3 се получават 1 t содови продукти и 7,5 t цимент.

Някои алумосиликати имат рехава структура и са способни на йонообмен. Такива силикати - естествени и особено изкуствени - се използват за омекотяване на водата. Освен това, поради силно развитата си повърхност, те се използват като носители на катализатор, т.е. като материали, импрегнирани с катализатор.

Алуминиевите халогениди при нормални условия са безцветни кристални вещества. В серията алуминиеви халиди, AlF 3 се различава значително по свойства от своите колеги. Той е огнеупорен, слабо разтворим във вода, химически неактивен. Основният метод за получаване на AlF 3 се основава на действието на безводен HF върху Al 2 O 3 или Al:

Al 2 O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 O

Алуминиевите съединения с хлор, бром и йод са топими, силно реактивни и силно разтворими не само във вода, но и в много органични разтворители. Взаимодействието на алуминиеви халогениди с вода е придружено от значително отделяне на топлина. Във воден разтвор всички те са силно хидролизирани, но за разлика от типичните неметални киселинни халиди, тяхната хидролиза е непълна и обратима. Като забележимо летливи вече при нормални условия, AlCl3, AlBr3 и AlI3 димят във влажен въздух (поради хидролиза). Те могат да бъдат получени чрез директно взаимодействие на прости вещества.

Плътностите на парите на AlCl 3 , AlBr 3 и AlI 3 при относително ниски температури съответстват повече или по-малко точно на удвоените формули - Al 2 Hal 6 . Пространствената структура на тези молекули съответства на два тетраедъра с общ ръб. Всеки алуминиев атом е свързан с четири халогенни атома, а всеки от централните халогенни атоми е свързан с двата алуминиеви атома. От двете връзки на централния халогенен атом едната е донорно-акцепторна, като алуминият функционира като акцептор.

С халогенидни соли на редица едновалентни метали, алуминиевите халогениди образуват комплексни съединения, главно от типа M 3 и M (където Hal е хлор, бром или йод). Склонността към присъединителни реакции обикновено е силно изразена в разглежданите халогениди. Това е причината за най-важното техническо приложение на AlCl 3 като катализатор (в нефтопреработката и в органичния синтез).

От флуороалуминатите най-голямо приложение има криолитът Na 3 (за производство на Al, F 2 , емайли, стъкло и др.). Промишленото производство на изкуствен криолит се основава на обработката на алуминиев хидроксид с флуороводородна киселина и сода:

2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

Хлоро-, бромо- и йоалуминатите се получават чрез сливане на алуминиеви трихалогениди с халогениди на съответните метали.

Въпреки че алуминият не реагира химически с водорода, алуминиевият хидрид може да се получи индиректно. Това е бяла аморфна маса със състав (AlH 3) n. Разлага се при нагряване над 105 ° C с отделяне на водород.

Когато AlH 3 взаимодейства с основни хидриди в етерен разтвор, се образуват хидроалуминати:

LiH + AlH 3 = Li

Хидридоалуминатите са бели твърди вещества. Бързо се разгражда от вода. Те са мощни реставратори. Използва се (особено Li) в органичния синтез.

Алуминиев сулфат Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O се получава чрез действието на гореща сярна киселина върху алуминиев оксид или каолин. Използва се за пречистване на вода, както и при приготвянето на някои видове хартия.

Калиева стипца KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O се използва в големи количества за дъбене на кожа, както и при боядисване като стъргащо средство за памучни тъкани. В последния случай ефектът на стипца се основава на факта, че алуминиевият хидроксид, образуван в резултат на тяхната хидролиза, се отлага във влакната на тъканта във фино диспергирано състояние и, адсорбирайки багрилото, го задържа здраво върху влакното .

От другите производни на алуминия трябва да се спомене неговият ацетат (в противен случай солта на оцетната киселина) Al(CH 3 COO) 3, използван при боядисване на тъкани (като щрих) и в медицината (лосиони и компреси). Алуминиевият нитрат е лесно разтворим във вода. Алуминиевият фосфат е неразтворим във вода и оцетна киселина, но е разтворим в силни киселини и основи.

алуминий в тялото. Алуминият е част от тъканите на животните и растенията; в органите на бозайниците е установено от 10 -3 до 10 -5% алуминий (на сурово вещество). Алуминият се натрупва в черния дроб, панкреаса и щитовидната жлеза. В растителните продукти съдържанието на алуминий варира от 4 mg на 1 kg сухо вещество (картофи) до 46 mg (жълта ряпа), в животински продукти - от 4 mg (мед) до 72 mg на 1 kg сухо вещество (говеждо). . В ежедневната диета на човека съдържанието на алуминий достига 35-40 mg. Известни са организми - концентратори на алуминий, например клубни мъхове (Lycopodiaceae), съдържащи до 5,3% алуминий в пепелта, мекотели (Helix и Lithorina), в пепелта на които 0,2–0,8% алуминий. Образувайки неразтворими съединения с фосфати, алуминият нарушава храненето на растенията (абсорбция на фосфати от корените) и животни (абсорбция на фосфати в червата).

Геохимия на алуминия. Геохимичните характеристики на алуминия се определят от високия му афинитет към кислорода (в минералите алуминият е включен в кислородните октаедри и тетраедри), постоянната валентност (3) и ниската разтворимост на повечето природни съединения. При ендогенни процеси по време на втвърдяването на магмата и образуването на магмени скали алуминият навлиза в кристалната решетка на фелдшпати, слюди и други минерали - алумосиликати. В биосферата алуминият е слаб мигрант, той е оскъден в организмите и хидросферата. Във влажен климат, където гниещите останки от изобилна растителност образуват много органични киселини, алуминият мигрира в почвите и водите под формата на органоминерални колоидни съединения; алуминият се адсорбира от колоиди и се утаява в долната част на почвата. Връзката между алуминий и силиций е частично разкъсана и на места в тропиците се образуват минерали – алуминиеви хидроксиди – бемит, диаспор, хидраргилит. По-голямата част от алуминия е част от алумосиликатите - каолинит, бейделит и други глинести минерали. Слабата подвижност определя остатъчното натрупване на алуминий в кората на изветряне на влажните тропици. В резултат на това се образуват елувиални боксити. В минали геоложки епохи бокситите се натрупват и в езерата и крайбрежната зона на моретата на тропическите региони (например седиментни боксити на Казахстан). В степите и пустините, където има малко жива материя, а водите са неутрални и алкални, алуминият почти не мигрира. Миграцията на алуминия е най-интензивна във вулканичните райони, където се наблюдават силно киселинни речни и подпочвени води, богати на алуминий. В местата на изместване на кисели води с алкални - морски (в устията на реки и други), алуминият се отлага с образуването на бокситни находища.

Алуминиево приложение. Комбинацията от физични, механични и химични свойства на алуминия определя широкото му приложение в почти всички области на техниката, особено под формата на сплави с други метали. В електротехниката алуминият успешно замества медта, особено при производството на масивни проводници, например във въздушни линии, кабели за високо напрежение, разпределителни шини, трансформатори (електрическата проводимост на алуминия достига 65,5% от електрическата проводимост на медта и той е повече от три пъти по-лек от медта; с напречно сечение, което осигурява същата проводимост, масата на алуминиевите проводници е половината от тази на медните проводници). Изключително чистият алуминий се използва в производството на електрически кондензатори и токоизправители, чиято работа се основава на способността на филма от алуминиев оксид да предава електрически ток само в една посока. Свръхчистият алуминий, пречистен чрез зоново топене, се използва за синтеза на полупроводникови съединения тип A III B V, използвани за производството на полупроводникови устройства. Чистият алуминий се използва в производството на различни огледални рефлектори. Алуминият с висока чистота се използва за защита на метални повърхности от атмосферна корозия (облицовки, алуминиева боя). Имайки относително ниско напречно сечение на абсорбция на неутрони, алуминият се използва като конструктивен материал в ядрени реактори.

Алуминиевите резервоари с голям капацитет съхраняват и транспортират течни газове (метан, кислород, водород и др.), азотна и оцетна киселина, чиста вода, водороден прекис и хранителни масла. Алуминият намира широко приложение в оборудването и апаратите на хранително-вкусовата промишленост, за опаковане на храни (под формата на фолио), за производството на различни домакински продукти. Рязко нараства потреблението на алуминий за довършване на сгради, архитектурни, транспортни и спортни съоръжения.

В металургията алуминият (освен сплавите на негова основа) е една от най-разпространените легиращи добавки в сплави на основата на Cu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Алуминият се използва и за деоксидиране на стомана преди изливането й във форма, както и в процесите на получаване на определени метали чрез алуминотермия. На базата на алуминий чрез праховата металургия е създаден SAP (синтерован алуминиев прах), който има висока устойчивост на топлина при температури над 300 °C.

Алуминият се използва в производството на експлозиви (амонал, алумотол). Широко използвани са различни алуминиеви съединения.

Производството и потреблението на алуминий непрекъснато нараства, като значително изпреварва по темпове на растеж производството на стомана, мед, олово и цинк.

Списък на използваната литература

1. В.А. Рабинович, З.Я. Khavin „Кратък химичен справочник“

2. Л.С. Гузей "Лекции по обща химия"

3. Н.С. Ахметов "Обща и неорганична химия"

4. Б.В. Некрасов "Учебник по обща химия"

5. Н.Л. Глинка "Обща химия"

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Алуминийразположени в третия период, група III от главната (А) подгрупа на периодичната система. Това е първият p-елемент от 3-тия период.

Метал. Обозначение – Ал. Пореден номер - 13. Относителна атомна маса - 26,981 a.m.u.

Електронната структура на алуминиевия атом

Алуминиевият атом се състои от положително заредено ядро ​​(+13), вътре в което има 13 протона и 14 неутрона. Ядрото е заобиколено от три обвивки, по които се движат 13 електрона.

Ориз. 1. Схематично представяне на структурата на алуминиевия атом.

Разпределението на електроните в орбиталите е както следва:

13Al) 2) 8) 3 ;

1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 1 .

На външното енергийно ниво на алуминия има три електрона, всички електрони от 3-то подниво. Енергийната диаграма има следната форма:

Теоретично е възможно възбудено състояние за алуминиев атом поради наличието на празен 3 д-орбитали. Въпреки това, разпадането на електрони 3 с- подниво реално не възниква.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1