Міністерствообразованія і науки РФ
АЛЮМИНИЙ (лат. Aluminium; від «alumen» - галун), Al, хімічний елемент III групи періодіческойсістеми, атомний номер 13, атомна маса 26,98154.
Природний алюміній складається зодного нуклида 27Al. Конфігурація зовнішнього електронного шару 3s2p1. Практіческіво всіх з'єднаннях ступінь окислення алюмінію +3 (валентність III).
Радіус нейтрального атомаалюмінія 0,143 нм, радіус іона Al3 + 0,057 нм. Енергії последовательнойіонізаціі нейтрального атома алюмінію рівні, відповідно, 5,984, 18,828,28,44 і 120 еВ. За шкалою Полінга електронегативність алюмінію 1,5.
Проста речовина алюміній -м'який легкий сріблясто-білий метал.
Алюміній - типовий метал, кристалічна решітка кубічна гранецентрированная, параметр а = 0,40403нм. Температура плавлення чистого металу 660 ° C, температура кипіння около2450 ° C, щільність 2,6989 г / см3. Температурний коефіцієнт лінійного расшіреніяалюмінія близько 2,5 · 10-5 К-1 Стандартний електродний потенціал Al3 + / Al- 1,663В.
Хімічно алюміній - довольноактівний метал. На повітрі його поверхня миттєво покривається плотнойпленкой оксиду Al2О3, яка перешкоджає дальнейшемудоступу кисню (O) до металу і призводить до припинення реакції, чтообусловлівает високі антикорозійні властивості алюмінію. Защітнаяповерхностная плівка на алюмінії утворюється також, якщо його помістити вконцентрірованную азотну кислоту.
З іншими кислотами алюмінійактівно реагує:
6НСl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3Н2SO4 + 2Al = Al2 (SO4) 3 + 3H2.
Алюміній реагує з раствораміщелочей. Спочатку розчиняється захисна оксидна плівка:
Al2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na [Al (OH) 4].
Потім протікають реакції:
2Al + 6H2O = 2Al (OH) 3 + 3H2,
NaOH + Al (OH) 3 = Na [Al (OH) 4],
2Al + 6H2O + 2NaOH = Na [Al (OH) 4] + 3Н2,
і в результаті образуютсяалюмінати: Na [Al (OH) 4] - алюмінат натрію (Na) (тетрагідроксоалюмінатнатрія), К [Al (OH) 4] - алюмінат калію (K) (терагідроксоалюмінат калію) або др.Так як для атома алюмінію в цих з'єднаннях характерно координаційне чісло6, а не 4, то дійсні формули зазначених тетрагідроксосоедіненійследующіе:
При нагріванні алюміній реагіруетс галогенами:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,
2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.
Цікаво, що реакція междупорошкамі алюмінію і йоду (I) починається при кімнатній температурі, якщо вісходную суміш додати кілька крапель води, яка в даному випадку іграетроль каталізатора:
2Al + 3I2 = 2AlI3.
Взаємодія алюмінію з сіркою (S) при нагріванні приводить до утворення сульфіду алюмінію:
який легко розкладається водою:
Al2S3 + 6Н2О = 2Al (OH) 3 + 3Н2S.
З воднем (H) алюмінійнепосредственно не взаємодіє, однак непрямими шляхами, наприклад, сиспользованием алюмінійорганіческіх з'єднань, можна синтезувати твердийполімерний гідрид алюмінію (AlН3) х - сільнейшійвосстановітель.
У вигляді порошку алюміній можносжечь на повітрі, причому утворюється білий тугоплавкий порошок оксиду алюмініяAl2О3.
Висока міцність зв'язку в Al2О3обусловлівает велику теплоту його освіти з простих речовин і способностьалюмінія відновлювати багато метали з їх оксидів, наприклад:
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe і навіть
3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са.
Такий спосіб отримання металловназивают алюминотермии.
Амфотерному оксиду Al2О3соответствует амфотерний гідроксид - аморфне полімерна сполука, що не імеющеепостоянного складу. Склад гідроксиду алюмінію може бути переданий формулою xAl2O3 · yH2O, при вивченні хімії в школі формулу гідроксиду алюмінію найчастіше вказують какАl (OH) 3.
У лабораторії гідроксид алюмініяможно отримати у вигляді драглистого осаду обмінними реакціями:
Al2 (SO4) 3 + 6NaOH = 2Al (OH) 3 + 3Na2SO4,
або за рахунок додавання соди краствору солі алюмінію:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al (OH) 3 + 6NaCl + 3CO2,
а також додаванням раствораамміака до розчину солі алюмінію:
AlCl3 + 3NH3 · H2O = Al (OH) 3 + 3H2O + 3NH4Cl.
Назва та історія відкриття: латинське aluminium походить від латинського ж alumen, що означає галун (сульфат алюмінію і калію (K) KAl (SO4) 2 · 12H2O), які здавна використовувалися при виробленні шкір і як в'яжучий засіб. Через зависокой хімічної активності відкриття і виділення чистого алюмінію растянулосьпочті на 100 років. Висновок про те, що з квасцов може бути отримана «земля» (тугоплавка речовина, по-сучасному - оксид алюмінію) зробив ще в 1754немецкій хімік А. Маргграф. Пізніше виявилося, що така ж «земля» може битьвиделена з глини, і її стали називати глиноземом. Отримати металліческійалюміній зміг тільки в 1825 датський фізик Х. К. Ерстед. Він обробив амальгамойкалія (сплавом калію (K) з ртуттю (Hg)) хлорид алюмінію AlCl3, який можна було отримати з глинозему, і після відгону ртуті (Hg) виделілсерий порошок алюмінію.
Тільки через чверть століття етотспособ вдалося трохи модернізувати. Французький хімік А. Е. Сент-КлерДевіль в 1854 році запропонував використовувати для отримання алюмінію металліческійнатрій (Na), і отримав перші злитки нового металу. Вартість алюмінію билатогда дуже висока, і з нього виготовляли ювелірні прикраси.
Промисловий спосіб проізводстваалюмінія шляхом електролізу розплаву складних сумішей, що включають оксид, фторідалюмінія і інші речовини, незалежно один від одного розробили в 1886 році П.Еру (Франція) і Ч. Хол (США). Виробництво алюмінію пов'язано з високим расходомелектроенергіі, тому у великих масштабах воно було реалізовано тільки в 20-омвеке. У Радянському Союзі перший промисловий алюміній був отриманий 14 травня 1932году на Волховському алюмінієвому комбінаті, збудованому поруч із Волховскойгідроелектростанціей.
3.Нахожденіе в природі
За поширеністю в земнойкоре алюміній займає перше місце серед металів і третє місце серед всехелементов (після кисню (O) і кремнію (Si)), на його частку припадає около8,8% маси земної кори. Алюміній входить у величезне число мінералів, головнимчином, алюмосилікатів, і гірських порід. З'єднання алюмінію містять граніти, базальти, глини, польові шпати та ін. Але ось парадокс: при величезному чіслемінералов і порід, що містять алюміній, родовища бокситів - головного сирьяпрі промисловому отриманні алюмінію, досить рідкісні. У Росії месторожденіябоксітов є в Сибіру і на Уралі. Промислове значення мають також алунітиі нефеліни. Як мікроелемента алюміній присутній в тканинах рослин ітварин. Існують організми-концентратори, накопичують алюміній в своіхорганах, - деякі плавуни, молюски.
Вихід вчені та інженери знайшли у наступному. У електролізної ванні спочатку розплавляють кріоліт Na3AlF6 (температура розплаву трохи нижче 1000 ° C). Криоліт можна отримати, наприклад, при переробці нефелінів Кольського півострова. Далі в цей розплав добавляютнемного Al2О3 (до 10% по масі) і деякі другіевещества, улучает умови проведення наступного процесу. При електролізеетого розплаву відбувається розкладання оксиду алюмінію, кріоліт залишається врасплаве, а на катоді утворюється розплавлений алюміній:
2Al2О3 = 4Al + 3О2.
Так як анодом при електролізеслужіт графіт, то виділяється на аноді кисень (O) реагує з графітом іобразуется вуглекислий газ СО2.
За масштабами застосування алюмінійі його сплави займають друге місце після заліза (Fe) і його сплавів. Шірокоепрімененіе алюмінію в різних областях техніки і побуту пов'язано з совокупностьюего фізичних, механічних і хімічних властивостей: малу щільність, корозійну стійкість в атмосферному повітрі, високою тепло- іелектропроводностью, пластичністю і порівняно високою міцністю. Алюмінійлегко обробляється різними способами - куванням, штампуванням, прокаткою і др.Чістий алюміній застосовують для виготовлення дроту (електропроводностьалюмінія становить 65,5% від електропровідності міді, але алюміній більш ніж втрі рази легше міді, тому алюміній часто замінює мідь в електротехніці) іфольгі, використовуваної як пакувальний матеріал. Основна ж частина виплавляемогоалюмінія витрачається на отримання різних сплавів. Сплави алюмінію отлічаютсямалой щільністю, підвищеною (в порівнянні з чистим алюмінієм) коррозіоннойстойкостью і високими технологічними властивостями: високою тепло- іелектропроводностью, жароміцних, міцністю і пластичністю. На поверхностісплавов алюмінію легко наносяться захисні і декоративні покриття.
Різноманітність властивостей алюмініевихсплавов обумовлено введенням в алюміній різних добавок, що утворюють з німтвердие розчини або интерметаллические з'єднання. Основну масу алюмініяіспользуют для отримання легких сплавів - дуралюмина (94% - алюміній, 4% мідь (Cu), по 0,5% магній (Mg), марганець (Mn), залізо (Fe) і кремній (Si)), силуміну ( 85-90% - алюміній, 10-14% кремній (Si), 0,1% натрій (Na)) і ін. в металлургііалюміній використовується не тільки як основа для сплавів, але і як одна з Широко застосовується легуючих добавок в сплавах на основі міді (Cu), магнію (Mg), заліза (Fe),> нікелю (Ni) і ін.
Сплави алюмінію знаходять шірокоепрімененіе в побуті, в будівництві та архітектурі, в автомобілебудуванні, всудостроеніі, авіаційній і космічній техніці. Зокрема, з алюмініевогосплава був виготовлений перший штучний супутник Землі. Сплав алюмінію іцірконія (Zr) - ціркалой - широко застосовують в ядерному реакторостроеніі.Алюміній застосовують у виробництві вибухових речовин.
Особливо слід відзначити окрашенниепленкі з оксиду алюмінію на поверхні металевого алюмінію, получаемиеелектрохіміческім шляхом. Покритий такими плівками металевий алюмінійназивают анодованим алюмінієм. З анодованого алюмінію, по зовнішньому відунапомінающему золото (Au), виготовляють різну біжутерію.
При зверненні з алюмінієм в битунужно мати на увазі, що нагрівати і зберігати в алюмінієвому посуді можна тольконейтральние (по кислотності) рідини (наприклад, кип'ятити воду). Якщо, наприклад, в алюмінієвому посуді варити кислі щі, то алюміній переходить в їжу іона набуває неприємного «металевий» присмак. Оскільки в побуті оксіднуюпленку дуже легко пошкодити, то використання алюмінієвого посуду все-такінежелательно.
В організм людини алюмінійежедневно надходить з їжею (близько 2-3 мг), але його біологічна роль невстановлені. В середньому в організмі людини (70 кг) в кістках, м'язах содержітсяоколо 60 мг алюмінію.
Ще роботи по хімії