Kõik alumiiniumist. Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused. Alumiiniumi iseloomustamine keemias

Tükk puhast alumiiniumi

Kohalike elementide klassi metallide ja metallidevaheliste ühendite alaklassi vase-kupaliidi perekonna väga haruldane mineraal. Peamiselt pideva peeneteralise struktuuri mikroskoopiliste heitmete kujul. See võib moodustada kuni 1 mm lamellaarseid või ketendavaid kristalle, märgitakse kuni 0,5 mm pikkuseid vuntsid. hõõgniidi paksusega mitu mikronit. Kerge paramagnetiline hõbevalge värvusega metall, kergesti vormitav, valatav, mehaaniline.

Vaata ka:

STRUKTUUR

Kuupiline näokeskne struktuur. 4 oranži aatomit

Alumiiniumi kristallvõre on näokeskne kuup, mis on stabiilne temperatuuridel 4 ° K kuni sulamistemperatuur. Alumiiniumis pole allotroopseid muundumisi, s.t. selle struktuur on püsiv. Ühikrakk koosneb neljast aatomist suurusega 4,049596 × 10 -10 m; temperatuuril 25 ° C on aatomi läbimõõt (lühim võre aatomite vaheline kaugus) 2,86 × 10 -10 m ja aatomimaht 9,999 × 10-6 m 3 / g-aatom.
Alumiiniumi lisandid mõjutavad võre parameetri väärtust ebaoluliselt. Alumiiniumil on suur keemiline aktiivsus, selle ühendite hapniku, väävli ja süsinikuga moodustumise energia on väga kõrge. Pingete seerias on see üks kõige negatiivsemaid elemente ja selle normaalne elektroodipotentsiaal on -1,67 V. Normaaltingimustes on atmosfääri hapnikuga suheldes alumiinium kaetud õhukese (2–10–5 cm), kuid tugeva alumiiniumoksiidi kile A1 2 0 3, mis kaitseb edasise oksüdeerumise eest, mis viib selle kõrge korrosioonikindluseni. Hg, Na, Mg, Ca, Si, Cu ja mõnede muude elementide juuresolekul alumiiniumis või keskkonnas väheneb oksiidkile tugevus ja selle kaitsvad omadused järsult.

OMADUSED

Native alumiinium. Vaateväli 5 x 4 mm. Aserbaidžaan, Gobustani piirkond, Kaspia meri, Khere-Zira või Bulla saar

Alumiinium on pehme, kergelt hõbevalge metall, millel on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, paramagnetiline. Sulamistemperatuur 660 ° C. Alumiiniumi ja selle sulamite eeliste hulka kuuluvad madal tihedus (2,7 g / cm 3), suhteliselt suured tugevusomadused, hea soojus- ja elektrijuhtivus, valmistatavus ja kõrge korrosioonikindlus. Nende omaduste kombinatsioon võimaldab klassifitseerida alumiiniumi üheks olulisemaks tehniliseks materjaliks. See on hõlpsasti traadiks tõmmatud ja rullitud õhukesteks lehtedeks. Alumiinium on keemiliselt aktiivne (õhus on see kaetud kaitsva oksiidkilega - alumiiniumoksiidiga.) Kaitseb metalli usaldusväärselt edasise oksüdeerumise eest. Aga kui alumiiniumpulber või -foolium on väga kuum, siis põleb metall pimestava leegina, muutudes alumiiniumoksiidiks. Alumiinium lahustub isegi lahjendatud sool- ja väävelhappes, eriti kuumutamisel. Kuid alumiinium ei lahustu väga lahjendatud ja kontsentreeritud külmas lämmastikhappes. Aluseliste vesilahuste toimel alumiiniumile lahustub oksiidikiht ja moodustuvad aluminaadid - anioonis alumiiniumi sisaldavad soolad.

RESERVID JA TOOTMINE

Maapõues esinemise osas on Maa metallide seas 1. ja elementide seas 3. koha, jäädes alla hapnikule ja räni. Alumiiniumi massikontsentratsioon maakoores on erinevate uurijate sõnul hinnanguliselt 7,45–8,14%.
Kaasaegse tootmismeetodi, Hall-Heroulti protsessi töötasid iseseisvalt välja ameeriklane Charles Hall ja prantslane Paul Heroult 1886. aastal. See koosneb alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 lahustamisest krüoliidisulamis Na3 AlF 6, millele järgneb elektrolüüs tarbitavate koksi- või grafiitanoodelektroodide abil. See tootmismeetod nõuab väga suurt elektritarbimist ja seetõttu kasutati seda tööstuses alles XX sajandil.

PÄRITOLU

Pinnal bayeriidikoorega agregeeritud alumiinium. Usbekistan, Navoi piirkond, Uchkuduk

Suure keemilise aktiivsuse tõttu ei leidu seda puhtal kujul, vaid ainult mitmesuguste ühendite koostises. Nii on näiteks teada palju maake, mineraale, kivimeid, mille hulka kuulub ka alumiinium. Kuid seda ekstraheeritakse ainult boksiidist, mille sisaldus looduses pole liiga kõrge. Kõnealust metalli sisaldavad kõige sagedamini ained: päevakivid; boksiit; graniidid; ränidioksiid; alumiinosilikaadid; basaltid ja teised. Väike kogus alumiiniumi kuulub tingimata elusorganismide rakkudesse. Mõned lütseumi ja mereelu liigid on võimelised kogu elu jooksul seda elementi oma kehasse kogunema.

KOHALDAMINE

Alumiiniumist kaunistamine

Seda kasutatakse laialdaselt ehitusmaterjalina. Selle kvaliteedi alumiiniumi peamised eelised on kergus, elastsus stantsimisel, korrosioonikindlus. Alumiiniumi elektrijuhtivus on vaid 1,7 korda väiksem kui vasel, samal ajal kui alumiinium on kilogrammi kohta umbes neli korda odavam, kuid 3,3 korda väiksema tiheduse tõttu vajab see võrdse takistuse saamiseks umbes 2 korda vähem kaalu. . Seetõttu kasutatakse seda elektrotehnikas laialdaselt juhtmete valmistamiseks, nende varjestamiseks ja isegi mikroelektroonikas juhtmete pihustamisel mikrolülituse kristallide pinnale.
Kui alumiinium oli väga kallis, valmistati sellest mitmesuguseid ehteid. Niisiis tellis Napoleon III alumiiniumist nupud ja 1889. aastal esitati Mendelejevile kaalukaalud koos kausi kulla ja alumiiniumiga. Alumiiniumist ehete mood läks kohe üle, kui ilmusid selle tootmiseks uued tehnoloogiad, mis vähendasid oluliselt kulusid. Tänapäeval kasutatakse ehete valmistamisel mõnikord alumiiniumi.

Alumiinium (eng. Alumiinium) - Al

Maapõues on palju alumiiniumi: 8,6 massiprotsenti. See on kõigi metallide seas esikohal ja muude elementide seas kolmandal kohal (hapniku ja räni järel). Alumiinium on kaks korda rohkem kui raud ja 350 korda rohkem kui vask, tsink, kroom, tina ja plii kokku! Nagu ta kirjutas üle 100 aasta tagasi oma klassikalises õpikus Keemia alused DI Mendelejev kõigist metallidest “alumiinium on looduses kõige levinum; piisab, kui märkida, et see on osa savist, nii et alumiiniumi üldine jaotus maakoores on selge. Alumiiniumi ehk alumiiniumi metalli (vilistlasi) nimetatakse seetõttu erinevalt saviks, mis on savis. "

Kõige olulisem alumiiniumimineraal on boksiit, aluselise oksiidi AlO (OH) ja hüdroksiidi Al (OH) 3 segu. Suurimad boksiidi leiukohad asuvad Austraalias, Brasiilias, Guineas ja Jamaical; tööstustoodangut tehakse ka teistes riikides. Aluniit (maarja kivi) (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) 3, nefeliin (Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 on samuti alumiiniumirikkad. Kokku on teada üle 250 mineraali, sealhulgas alumiinium; enamik neist on alumiinosilikaadid, millest peamiselt moodustub maakoor. Nende ilmastikutingimustes tekib savi, mille aluseks on mineraal kaoliniit Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Raua lisandid värvivad savi tavaliselt pruuniks, kuid on ka valget savi - kaoliini, mida kasutatakse valmistamiseks. portselanist ja fajansstoodetest.

Aeg-ajalt leidub erakordselt kõva (ainult teemandi järel) mineraalkorund - kristalloksiid Al 2 O 3, mida sageli värvivad erinevad värvid. Selle sinist sorti (titaani ja raua segu) nimetatakse safiiriks, punaseks (kroomi lisandiks) - rubiiniks. Erinevad lisandid võivad nn õilsat korundi värvida ka rohelise, kollase, oranži, lilla ja muude värvide ja toonidega.

Alles hiljuti arvati, et alumiinium kui väga aktiivne metall ei saa vabas olekus looduses esineda, kuid 1978. aastal avastati Siberi platvormi kivimitest looduslik alumiinium - ainult 0,5 mm pikkuste vuntside kujul ( hõõgniidi paksusega mitu mikromeetrit). Põlisalumiiniumi leiti ka Kuu pinnasest, mis toodi Maale kriiside ja külluse mere piirkondadest. Arvatakse, et metallilist alumiiniumi saab moodustada gaasist kondenseerudes. On teada, et alumiiniumhalogeniidide - kloriidi, bromiidi, fluoriidi - kuumutamisel võivad need aurustuda enam-vähem kergesti (näiteks AlCl 3 sublimeerub juba 180 ° C juures). Tugeva temperatuuri tõusuga alumiiniumhalogeniidid lagunevad, minnes madalaima metallivalentsiga olekusse, näiteks AlCl. Kui temperatuuri languse ja hapniku puudumise korral selline ühend kondenseerub, tekib tahkes faasis ebaproportsionaalsusreaktsioon: osa alumiiniumi aatomitest oksüdeerub ja läheb tavalisse kolmevalentsesse olekusse ning osa redutseerub. Ühevalentse alumiiniumi saab taandada ainult metalliks: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3. Seda eeldust toetab loodusliku alumiiniumi kristallide niitvorm. Tavaliselt moodustuvad selle struktuuriga kristallid gaasifaasist kiire kasvu tõttu. Tõenäoliselt moodustati kuupinnases alumiiniumist mikroskoopilised tükikesed sarnasel viisil.

Alumiiniumi nimi pärineb ladina alumeenidest (perekond aluminis). See oli alumiiniumi, topeltkaaliumi-alumiinium sulfaadi (KAl (SO 4) 2 · 12H 2 O) nimi, mida kasutati kangaste värvimisel peitsina. Ladinakeelne nimi pärineb tõenäoliselt kreeka keeles “halme” - soolvee, soolvee. On uudishimulik, et Inglismaal on alumiinium alumiinium ja USA-s alumiinium.

Paljudes populaarsetes keemiaraamatutes on toodud legend, et teatud leiutaja, kelle nime ajalugu pole säilitanud, tõi aastatel 14–27 pKr Roomat valitsenud keisri Tiberiuse metallist kausi, mis meenutas hõbedat, kuid kergemat. See kingitus läks meistrile elu maksma: Tiberius käskis ta hukata ja töökoda hävitada, sest ta kartis, et uus metall võib keisri riigikassa hõbedat alavääristada.

See legend põhineb Rooma kirjaniku ja õpetlase, autori Plinius Vanemal Looduslugu - iidsete aegade loodusteaduste entsüklopeedia. Plinius väitis, et uus metall saadi "savimullast". Kuid savi sisaldab küll alumiiniumi.

Kaasaegsed autorid teevad peaaegu alati reservatsiooni, et kogu see lugu pole midagi muud kui ilus muinasjutt. Ja see pole üllatav: kivimites olev alumiinium on hapnikuga äärmiselt tugevalt seotud ja selle vabastamiseks on vaja palju energiat. Kuid hiljuti on ilmnenud antiikajal metallist alumiiniumi saamise põhimõttelise võimaluse kohta uusi andmeid. Nagu näitab spektraalanalüüs, on 3. sajandi alguses surnud Hiina komandöri Zhou-Zhu haua kaunistused. AD, valmistatud sulamist, 85% alumiiniumist. Kas iidsed saaksid tasuta alumiiniumi? Kõik teadaolevad meetodid (elektrolüüs, redutseerimine metallilise naatriumi või kaaliumiga) kaovad automaatselt. Kas iidsetest aegadest võib leida kohalikku alumiiniumi, näiteks kullast, hõbedast, vasest juppe? See ei tule ka kõne allagi: kohalik alumiinium on haruldane mineraal, mida leidub tühistes kogustes, mistõttu iidsed käsitöölised ei suutnud selliseid tükke vajalikus koguses leida ja koguda.

Pliniuse jutule on aga võimalik veel üks seletus. Alumiiniumi saab maagidest taastada mitte ainult elektri ja leelismetallide abil. Iidsetest aegadest on saadaval ja laialdaselt kasutatav redutseerija - see on kivisüsi, mille abil paljude metallide oksiidid kuumutamisel taanduvad vabaks metalliks. 1970. aastate lõpus otsustasid Saksa keemikud katsetada, kas nad oleks iidsetel aegadel saanud söega redutseerimise teel alumiiniumi. Nad kuumutasid savinõudes savi segu söepulbri ja lauasoola või kaaliumkarbonaadiga (kaaliumkarbonaat) punaseks kuumuseks. Soola saadi mereveest ja kaaliumkloriidi taime tuhast, et kasutada ainult neid aineid ja meetodeid, mis olid olemas iidsetel aegadel. Mõne aja pärast hõljus tiigli pinnal alumiiniumist pallidega räbu! Metalli saagikus oli väike, kuid on võimalik, et iidsed metallurgid said just nii saada "20. sajandi metalli".

Alumiiniumi omadused.

Värvilt sarnaneb puhas alumiinium hõbedale, see on väga kerge metall: selle tihedus on ainult 2,7 g / cm 3. Kergem kui alumiinium, ainult leelismuldmetallid (välja arvatud baarium), berüllium ja magneesium. Ka alumiinium sulab kergesti - temperatuuril 600 ° С (õhukese alumiiniumtraadi saab sulatada tavalisel köögipõletil), kuid see keeb ainult temperatuuril 2452 ° С. Elektrijuhtivuse poolest on alumiinium 4. kohal, hõbeda järel teisel kohal ( see on esiteks), vask ja kuld, millel on alumiiniumi odavust arvestades suur praktiline tähtsus. Metallide soojusjuhtivus muutub samas järjekorras. Alumiiniumi suurt soojusjuhtivust saab hõlpsalt kontrollida, kastes alumiiniumlusika kuuma tee sisse. Ja veel üks selle metalli tähelepanuväärne omadus: selle sile läikiv pind peegeldab suurepäraselt valgust: 80 kuni 93% spektri nähtavas piirkonnas, sõltuvalt lainepikkusest. Ultraviolettpiirkonnas pole alumiiniumil selles suhtes võrdset ja ainult punases piirkonnas jääb see hõbedale veidi alla (ultraviolettkiirgusel on hõbedal väga madal peegelduvus).

Puhas alumiinium on üsna pehme metall - peaaegu kolm korda pehmem kui vask, nii et isegi suhteliselt jämedaid alumiiniumplaate ja -vardasid on lihtne painutada, kuid kui alumiinium moodustab sulameid (neid on tohutult palju), võib selle kõvadus tõusta kümme korda.

Alumiiniumi iseloomulik oksüdatsiooniaste on +3, kuid täitmata 3 olemasolu tõttu r- ja 3 d-orbitaalid, alumiinium aatomid võivad moodustada täiendavaid doonori-aktseptori sidemeid. Seetõttu on väikese raadiusega Al 3+ ioon väga keeruline komplekseeruma, moodustades erinevaid katioonseid ja anioonseid komplekse: AlCl 4 -, AlF 6 3–, 3+, Al (OH) 4 -, Al (OH) 6 3– , AlH 4 - ja paljud teised. Tuntud on ka kompleksid orgaaniliste ühenditega.

Alumiiniumi keemiline aktiivsus on väga kõrge; elektroodipotentsiaalide jadas on see kohe magneesiumi taga. Esmapilgul võib selline väide tunduda kummaline: lõppude lõpuks on alumiiniumist pann või lusikas õhus üsna stabiilne ega vaju keevas vees kokku. Alumiinium, erinevalt rauast, ei roosteta. Selgub, et õhus on metall kaetud värvitu õhukese, kuid tugeva oksiidist "soomusega", mis kaitseb metalli oksüdatsiooni eest. Niisiis, kui põleti leeki viiakse paks alumiiniumtraat või 0,5–1 mm paksune plaat, sulab metall, kuid alumiinium ei voola, kuna see jääb oma oksiidi kotti. Kui alumiiniumist võetakse kaitsekile või see vabastatakse (näiteks sukeldades elavhõbeda soolade lahusesse), näitab alumiinium kohe oma tõelist olemust: juba toatemperatuuril hakkab see vesiniku eraldumisel hoogsalt reageerima veega : 2Al + 6H2O2Al (OH) 3 + 3H2. Õhus, ilma kaitsekileta, muutub alumiinium otse meie silmis lahtiseks oksiidipulbriks: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3. Alumiinium on eriti aktiivne peeneks jaotatud olekus; leeki puhudes põleb alumiiniumitolm koheselt läbi. Kui segate alumiiniumitolmu keraamilisele plaadile naatriumperoksiidiga ja tilgutate selle veega, siis ka alumiinium süttib ja põleb valge leegiga.

Alumiiniumi väga kõrge afiinsus hapniku suhtes võimaldab tal "ära võtta" hapnikku mitmete teiste metallide oksiididest, vähendades neid (aluminotermia meetod). Kuulsaim näide on termiidisegu, mis eraldab põlemisel nii palju soojust, et tekkiv raud sulab: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Selle reaktsiooni avastas 1856. aastal N. N. Beketov. Sel viisil saate redutseerida metallideks Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO ja hulga muid oksiide. Cr203, Nb2O5, Ta205, Si02, TiO2, ZrO2, B203 redutseerimisel alumiiniumiga ei ole reaktsioonisoojus reaktsioonisaaduste kuumutamiseks üle nende sulamistemperatuuri.

Alumiinium lahustub lahjendatud mineraalhapetes kergesti soolade moodustamiseks. Kontsentreeritud lämmastikhape, mis oksüdeerib alumiiniumi pinda, aitab kaasa oksiidkile paksenemisele ja kõvenemisele (nn metalli passivatsioon). Sel viisil töödeldud alumiinium ei reageeri isegi soolhappega. Elektrokeemilise anoodse oksüdeerimise (anodeerimise) abil saab alumiiniumi pinnale luua paksu kile, mida on lihtne erinevat värvi värvida.

Vähem aktiivsete metallisoolade alumiiniumilahustest väljatõrjumist takistab alumiiniumipinnal olev kaitsekile. Vaskkloriid hävitab selle kile kiiresti, seega on reaktsioon 3CuCl2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu lihtne, millega kaasneb tugev kuumutamine. Tugevates leeliselahustes lahustub alumiinium vesiniku eraldumisel kergesti: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (moodustuvad ka muud anioonsed hüdroksokompleksid). Alumiiniumiühendite amfoteeriline iseloom avaldub ka värskelt sadestatud oksiidi ja hüdroksiidi hõlpsas lahustumises leelistes. Kristalloksiid (korund) on väga vastupidav hapete ja leeliste suhtes. Leelistega sulatamisel moodustuvad veevabad aluminaadid: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magneesiumaluminaat Mg (AlO 2) 2 on poolvääriskiv spinellikivi, mida värvitakse tavaliselt mitmesugustes värvides lisanditega.

Alumiiniumi reaktsioon halogeenidega kulgeb ägedalt. Kui katseklaasi sisestatakse õhuke alumiiniumtraat 1 ml broomiga, siis lühikese aja pärast süttib alumiinium ja põleb heleda leegiga. Alumiiniumi ja joodipulbri segu reaktsiooni käivitab veetilk (joodiga vesi moodustab happe, mis hävitab oksiidkile), mille järel ilmub helge leek lillade joodiaurude pilvedega. Vesilahustes olevad alumiiniumhalogeniidid reageerivad hüdrolüüsi tõttu happeliselt: AlCl 3 + H 2 O Al (OH) Cl 2 + HCl.

Alumiiniumi reaktsioon lämmastikuga toimub ainult üle 800 ° C koos AlN nitriidi moodustumisega, väävliga - temperatuuril 200 ° C (moodustub Al 2 S 3 sulfiid), fosforiga - temperatuuril 500 ° C (moodustub AlP fosfiid). Kui boor lisatakse sulatatud alumiiniumile, moodustuvad koostisega AlB2 ja AlB12 boriidid, mis on tulekindlad ühendid, mis on happete toimele vastupidavad. Hüdriid (AlH) x (x \u003d 1,2) tekib ainult vaakumis madalatel temperatuuridel aatomvesiniku ja alumiiniumiauru reaktsioonis. Toatemperatuuril niiskuse puudumisel stabiilne hüdriid AlH 3 saadakse veevaba eetri lahuses: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. LiH liiaga moodustub soolataoline liitiumalumiiniumhüdriid LiAlH 4, mis on orgaanilistes sünteesides kasutatav väga tugev redutseerija. See laguneb koheselt veega: LiAlH4 + 4H2O® LiOH + Al (OH) 3 + 4H2.

Alumiiniumi vastuvõtmine.

Alumiiniumi dokumenteeritud avastamine leidis aset aastal 1825. Esimest korda hankis selle metalli Taani füüsik Hans Christian Oersted, kes eraldas selle kaaliumamalgaami toimel veevabale alumiiniumkloriidile (saadud kloori viimisel läbi punase kuumuse segu) alumiiniumoksiid kivisöega). Pärast elavhõbeda välja ajamist sai Oersted alumiiniumist, mis oli aga saastunud saasteainetega. 1827. aastal sai Saksa keemik Friedrich Wöhler pulbrina alumiiniumi, vähendades heksafluoroaluminaati kaaliumiga:

Na3 AlF6 + 3K® Al + 3NaF + 3KF. Hiljem õnnestus tal hankida alumiinium läikivate metallkuulide kujul. 1854. aastal töötas prantsuse keemik Henri Etienne Saint-Clair Deville välja esimese tööstusliku meetodi alumiiniumi tootmiseks - vähendades tetraklooraluminaadi sulatust naatriumiga: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Kuid alumiinium oli jätkuvalt äärmiselt haruldane ja kallis metall; see ei maksnud palju odavam kui kuld ja 1500 korda kallim kui raud (nüüd ainult kolm korda). Prantsuse keisri Napoleon III poja kõrist tehti 1850. aastatel kullast, alumiiniumist ja vääriskividest. Kui 1855. aastal Pariisi maailmanäitusel eksponeeriti uut meetodil saadud suurt alumiiniumist valuplokki, vaadati seda nagu ehet. USA pealinnas asuva Washingtoni monumendi ülemine osa (püramiidi kujul) oli valmistatud väärismetallist alumiiniumist. Sel ajal ei olnud alumiinium palju odavam kui hõbe: näiteks USA-s müüdi seda 1856. aastal hinnaga 12 dollarit naela (454 g) ja hõbedat - 15 dollarit. 1890. aastal ilmunud kuulus Brockhausi entsüklopeediline sõnaraamat ja Efron ütlesid, et "alumiiniumi kasutatakse endiselt peamiselt ... luksuskaupade tootmiseks". Selleks ajaks kaevandati kogu maailmas aastas vaid 2,5 tonni metalli. Alles 19. sajandi lõpuks, kui töötati välja alumiiniumi tootmise elektrolüütiline meetod, hakkas selle aastane toodang ulatuma tuhandete tonnideni ja 20. sajandil. - miljon tonni. See tegi alumiiniumist laialdaselt kättesaadava poolväärismetalli.

Kaasaegse alumiiniumi tootmise meetodi avastas 1886. aastal noor Ameerika teadlane Charles Martin Hall. Keemia huvitas teda juba lapsena. Leidnud isa vana keemiaõpiku, hakkas ta seda usinalt uurima, samuti eksperimenteerima, sai kord isegi emalt sõimu õhtusöögilaua kahjustamise eest. Kümme aastat hiljem tegi ta silmapaistva avastuse, mis tegi ta kuulsaks kogu maailmas.

Saades 16-aastaselt õpilaseks, kuulis Hall oma õpetajalt FF Duettilt, et kui kellelgi õnnestub välja töötada odav viis alumiiniumi saamiseks, ei teeniks see inimene inimkonnale mitte ainult suurt teenust, vaid ka tohutu varanduse . Juett teadis, mida ta rääkis: ta oli varem Saksamaal treeninud, töötanud Wöhleris, arutanud temaga alumiiniumi saamise probleeme. Jewett tõi endaga Ameerikasse haruldase metalli näidise, mida ta oma õpilastele näitas. Järsku teatas Hall valjult: "Ma saan selle metalli!"

Raske töö jätkus kuus aastat. Hall proovis alumiiniumi saada mitmel viisil, kuid tulutult. Lõpuks proovis ta seda metalli elektrolüüsi teel eraldada. Sel ajal puudusid elektrijaamad, vool tuli saada suurte isetehtud akude abil, mis olid valmistatud söest, tsingist, lämmastik- ja väävelhapetest. Hall töötas kuuris, kuhu ta rajas väikese labori. Teda aitas õde Julia, kes oli venna katsetest väga huvitatud. Naine säilitas kõik tema kirjad ja tööpäevikud, mis võimaldavad sõna otseses mõttes päeva jooksul avastada avastuse ajalugu. Siin on väljavõte tema memuaaridest:

"Charlesil oli alati hea tuju ja ka halvimatel päevadel suutis ta õnnetute leiutajate saatuse üle naerda. Tunnike ebaõnnestumisi leidis ta lohutust meie vana klaveri juurest. Kodulaboris töötas ta mitu tundi segamatult; ja kui ta sai installatsioonist mõneks ajaks lahkuda, tormas ta kogu meie pika maja läbi, et natuke mängida ... Ma teadsin, et sellise võlu ja tundega mängides mõtleb ta pidevalt oma tööle. Ja muusika aitas teda selles. "

Kõige keerulisem oli elektrolüüdi valimine ja alumiiniumi kaitsmine oksüdatsiooni eest. Pärast pooleaastast vaeva ilmusid tiiglisse lõpuks mõned väikesed hõbedased pallid. Hall jooksis kohe oma endise õpetaja juurde, et tema edust rääkida. “Professor, sain aru!” Hüüdis ta käsi laiutades: tema kümmekond väikest alumiiniumkuuli lebas tema peopesas. See juhtus 23. veebruaril 1886. Ja täpselt kaks kuud hiljem, sama aasta 23. aprillil, võttis prantslane Paul Héroux sarnase leiutise patendi, mille ta tegi iseseisvalt ja peaaegu samaaegselt (samuti torkavad silma kaks muud kokkusattumust: mõlemad Hall ja Héroux sündisid 1863 ja surid 1914).

Halli esimesi alumiiniumist helmeid hoiab Pittsburghis American Aluminium Company riikliku pärandina ja Halli monument on tema kolledžis valatud alumiiniumist. Seejärel kirjutas Juett: „Minu kõige olulisem avastus oli inimese avastamine. See oli Charles M. Hall, kes 21-aastaselt avastas võimaluse alumiiniumist maagist taastada ja tegi seeläbi alumiiniumist imelise metalli, mida praegu kasutatakse laialdaselt kogu maailmas. " Jewetti ennustus täitus: Hall sai laialdast tunnustust, temast sai paljude teadusseltside auliige. Kuid tema isiklik elu ei olnud edukas: pruut ei tahtnud leppida asjaoluga, et tema peigmees veedab kogu aeg laboris, ja katkestas kihluse. Hall leidis lohutust kodukolledžist, kus ta töötas kogu oma elu. Nagu Charlesi vend kirjutas: "Kolledž oli tema naine ja lapsed ning kõik teised - kogu elu." Hall pärandati kolledžile ja suurem osa tema pärandist - 5 miljonit dollarit suri Hall 51-aastaselt leukeemiasse.

Halli meetod võimaldas toota suures ulatuses suhteliselt odavat alumiiniumi elektrienergia abil. Kui aastatel 1855–1890 saadi ainult 200 tonni alumiiniumi, siis järgmise kümnendi jooksul on Halli meetodi järgi kogu maailm saanud seda metalli juba 28 000 tonni! 1930. aastaks ulatus maailma alumiiniumitoodang 300 tuhande tonnini. Nüüd toodetakse aastas üle 15 miljoni tonni alumiiniumi. Spetsiaalsetes vannides temperatuuril 960–970 ° C viiakse alumiiniumoksiidi (tehniline Al 2 O 3) lahus sulanud krüoliidis Na 3 AlF 6 elektrolüüsile, mis on osaliselt mineraalina kaevandatud ja osaliselt spetsiaalselt sünteesitud. Vedel alumiinium koguneb vanni (katoodi) põhja, süsinikanoodidel eraldub hapnik, mis järk-järgult läbi põleb. Madalal pingel (umbes 4,5 V) tarbivad elektrolüsaatorid tohutut voolu - kuni 250 000 A! Üks elektrolüsaator toodab päevas umbes tonni alumiiniumi. Tootmine nõuab suures koguses elektrit: 1 tonni metalli saamiseks kulutatakse 15 000 kilovatt-tundi elektrit. Seda elektrikulu tarbib suur 150 korteriga maja terve kuu. Alumiiniumi tootmine on keskkonnale ohtlik, kuna õhk on saastunud lenduvate fluoriühenditega.

Alumiiniumi kasutamine.

Isegi DI Mendelejev kirjutas, et "metallist alumiinium, millel on suur kergus ja tugevus ning õhu vähe varieeruvus, sobib mõne toote jaoks väga hästi". Alumiinium on üks levinumaid ja odavamaid metalle. Ilma selleta on tänapäevast elu raske ette kujutada. Pole ime, et alumiiniumi nimetatakse 20. sajandi metalliks. See sobib hästi töötlemiseks: sepistamine, tembeldamine, valtsimine, joonistamine, pressimine. Puhas alumiinium on üsna pehme metall; seda kasutatakse elektrijuhtmete, konstruktsiooniosade, toidufooliumi, köögiriistade ja "hõbedase" värvi valmistamiseks. Seda kaunist ja kerget metalli kasutatakse laialdaselt ehituses ja lennukitehnikas. Alumiinium peegeldab valgust väga hästi. Seetõttu kasutatakse seda peeglite valmistamiseks - metalli vaakumis sadestamise meetodil.

Lennukite ja masinaehituses, ehituskonstruktsioonide valmistamisel kasutatakse palju kõvemaid alumiiniumisulameid. Üks kuulsamaid on alumiiniumi sulam vase ja magneesiumiga (duralumiinium või lihtsalt "duralumiinium"; nimi pärineb Saksamaa linnast Durenist). Pärast karastamist omandab see sulam erilise kõvaduse ja muutub umbes 7 korda tugevamaks kui puhas alumiinium. Samal ajal on see peaaegu kolm korda kergem kui raud. See saadakse alumiiniumi legeerimisel väikeste vase, magneesiumi, mangaani, räni ja raua lisanditega. Silumiinid on laialt kasutusel - alumiiniumsulamite valamine räni abil. Toodetakse ka ülitugevaid, krüogeensed (külmakindlad) ja kuumuskindlad sulamid. Alumiiniumisulamitest valmistatud toodetele on hõlpsasti paigaldatud kaitse- ja dekoratiivkatteid. Alumiiniumisulamite kergus ja tugevus on eriti kasulikud lennundustehnoloogias. Näiteks helikopteri propellerid on valmistatud alumiiniumi, magneesiumi ja räni sulamist. Suhteliselt odaval alumiiniumpronksil (kuni 11% Al) on kõrged mehaanilised omadused, see on merevees ja isegi lahjendatud soolhappes stabiilne. Aastatel 1926–1957 vermiti NSV Liidus alumiiniumpronksist münte nimiväärtusega 1, 2, 3 ja 5 kopikat.

Praegu kasutatakse veerand kogu alumiiniumist ehitamiseks, sama palju tarbib transporditehnika, ligikaudu 17% kulutatakse pakkematerjalidele ja purkidele, 10% - elektrotehnikasse.

Paljud alumiiniumit sisaldavad ka põlevad ja plahvatusohtlikud segud. Alumotool, trinitrotolueeni ja alumiiniumipulbri valatud segu, on üks võimsamaid tööstuslikke lõhkeaineid. Ammonal on lõhkeaine, mis koosneb ammooniumnitraadist, trinitrotolueenist ja alumiiniumipulbrist. Süttivad kompositsioonid sisaldavad alumiiniumi ja oksüdeerijat - nitraati, perkloraati. Pürotehnilised kompositsioonid "Zvezdochka" sisaldavad ka pulbrilist alumiiniumi.

Alumiiniumipulbri segu metallioksiididega (termiit) kasutatakse mõnede metallide ja sulamite saamiseks, rööbaste keevitamiseks ja süütemoonas.

Alumiinium on leidnud praktilist kasutamist ka raketikütusena. 1 kg alumiiniumi täielikuks põletamiseks on vaja peaaegu neli korda vähem hapnikku kui 1 kg petrooli puhul. Lisaks sellele ei saa alumiiniumi oksüdeerida mitte ainult vaba hapnik, vaid ka seotud hapnik, mis on vee või süsinikdioksiidi osa. Alumiiniumi "põlemisel" vees eraldub 1 kg toodete kohta 8800 kJ; seda on 1,8 korda vähem kui metalli põletamisel puhtas hapnikus, kuid 1,3 korda rohkem kui õhus põletades. See tähendab, et sellise kütuse oksüdeerijana võib ohtlike ja kallite ühendite asemel kasutada tavalist vett. Alumiiniumi kütusena kasutamise idee pakkus välja juba 1924. aastal kodumaine teadlane ja leiutaja F. A. Tsander. Tema idee kohaselt saab kosmoseaparaadi alumiiniumelemente kasutada lisakütusena. Seda julget projekti pole veel praktiliselt ellu viidud, kuid enamik praegu tuntud tahkeid raketikütuseid sisaldab metallist alumiiniumi peeneks jaotatud pulbri kujul. 15% alumiiniumi lisamine kütusele võib tõsta põlemissaaduste temperatuuri tuhande kraadi võrra (2200 kuni 3200 K); Märgatavalt suureneb ka põlemisproduktide väljavoolu kiirus mootori düüsist - peamine energiaindikaator, mis määrab raketikütuse efektiivsuse. Selles osas võivad alumiiniumiga konkureerida ainult liitium, berüllium ja magneesium, kuid kõik need on alumiiniumist palju kallimad.

Samuti kasutatakse laialdaselt alumiiniumiühendeid. Alumiiniumoksiid on tulekindel ja abrasiivne (smirgel) materjal, tooraine keraamika tootmiseks. Seda kasutatakse ka lasermaterjalide, kellade laagrite, ehtekivide (kunstrubiinide) valmistamiseks. Kaltsineeritud alumiiniumoksiid on adsorbent gaaside ja vedelike puhastamiseks ning mitmete orgaaniliste reaktsioonide katalüsaator. Veevaba alumiiniumkloriid on orgaanilise sünteesi katalüsaator (Friedel - Crafts'i reaktsioon), lähteaine kõrge puhtusastmega alumiiniumi saamiseks. Alumiinium sulfaati kasutatakse vee puhastamiseks; reageerides selles sisalduva kaltsiumvesinikkarbonaadiga:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, moodustab see oksiidhüdroksiidi helbed, mis settides seonduvad ja ka pinnal sorbivad need, mis on suspendeeritud lisandites ja isegi mikroorganismid vees. Lisaks kasutatakse alumiiniumsulfaati peitsina kangaste värvimisel, naha parkimisel, puidu säilitamisel ja paberi suuruse määramisel. Kaltsiumaluminaat on siduvate materjalide, sealhulgas portlandtsemendi komponent. Ütriumalumiiniumi granaat (YAG) YAlO 3 on lasermaterjal. Alumiiniumnitriid on elektriahjude tulekindel materjal. Sünteetilised tseoliidid (need kuuluvad alumiinosilikaatidesse) on kromatograafias ja katalüsaatorites adsorbendid. Alumiiniumorgaanilised ühendid (näiteks trietüülalumiinium) on Ziegler-Natta katalüsaatorite komponendid, mida kasutatakse polümeeride, sealhulgas kvaliteetse sünteetilise kautšuki sünteesiks.

Ilya Leenson

Kirjandus:

Tihhonov V.N. Alumiiniumi analüütiline keemia... M., "Teadus", 1971
Populaarne keemiliste elementide raamatukogu... M., "Teadus", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall ja tema Metall. J.Chem.Educ... 1986, vol. 63, nr 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall ja suur alumiiniumrevolutsioon... J. Chem. Education. 1987, kd. 64, nr 8



(Al), gallium (Ga), indium (In) ja tallium (Tl).

Nagu esitatud andmetest nähtub, avati kõik need üksused aastalXIX sajand.

Peamise alarühma metallide avastamine III Grupp

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

Boor on mittemetall. Alumiinium on siirdemetall, gallium, indium ja tallium aga täismetallid. Seega suureneb perioodilise tabeli iga rühma elementide aatomite raadiuse suurenemisega lihtsate ainete metallilised omadused.

Selles loengus vaatleme lähemalt alumiiniumi omadusi.

1. Alumiiniumi asend DI Mendelejevi tabelis. Aatomstruktuur, oksüdatsiooniastmed.

Alumiiniumelement asubIII rühm, põhiline "A" alarühm, perioodilise süsteemi 3 periood, seerianumber nr 13, suhteline aatommassAr (Al ) \u003d 27. Selle naaber vasakul tabelis on magneesium - tüüpiline metall ja paremal - räni - juba mittemetall. Sellest tulenevalt peab alumiiniumil olema mõned vahepealsed omadused ja selle ühendid on amfoteersed.

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

Põhitingimus 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Erutatud olek 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Alumiiniumi oksüdatsiooniaste on ühendites +3:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Füüsikalised omadused

Vaba alumiinium on hõbevalge metall, millel on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus.Sulamistemperatuur on 650 o C. Alumiiniumil on madal tihedus (2,7 g / cm 3) - umbes kolm korda vähem kui raual või vasel ja samal ajal on see tugev metall.

3. Looduses olemine

Looduses levimuse järgi see hõivab 1. metallide seas ja 3. elementide seas, järel ainult hapnik ja räni. Alumiiniumi protsent maapõues on erinevate uurijate sõnul vahemikus 7,45 kuni 8,14% maakoore massist.

Looduses leidub alumiiniumi ainult ühendites (mineraalid).

Mõned neist:

· Boksiit - Al 2 O 3 H 2 O (SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3 segudega)

· Nefeliin - KNa 3 4

· Aluniidid - KAl (SO 4) 2 2Al (OH) 3

· Alumiiniumoksiid (kaoliini segud liiva SiO 2, lubjakivi CaCO 3, magnesiidi MgCO 3)

· Korund - Al 2 O 3

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

· Kaoliniit - Al2O3 × 2SiO2 × 2H20

· Alunite - (Na, K) 2S04 × Al2 (S04) 3 × 4Al (OH) 3

· Berüll - 3ВеО Al 2 О 3 6SiO 2

Boksiit
Al 2 O 3	Korund
	Rubiin
	Safiir

4. Alumiiniumi ja selle ühendite keemilised omadused

Alumiinium reageerib tavalistes tingimustes kergesti hapnikuga ja on kaetud oksiidkilega (see annab matt välimuse).

OKSIIDFILMIDE DEMONSTRATSIOON

Selle paksus on 0,00001 mm, kuid tänu sellele ei roosteta alumiinium. Alumiiniumi keemiliste omaduste uurimiseks eemaldatakse oksiidkile. (Liivapaberi abil või keemiliselt: kõigepealt kastetakse oksiidkile eemaldamiseks leeliselahusesse ja seejärel elavhõbeda soolade lahusesse, et saada alumiiniumisulam elavhõbedaga - amalgaam).

Mina... Koostoime lihtsate ainetega

Juba toatemperatuuril reageerib alumiinium aktiivselt kõigi halogeenidega, moodustades halogeniide. Kuumutades toimib see katalüsaatori - vee juuresolekul joodiga väävli (200 ° C), lämmastiku (800 ° C), fosfori (500 ° C) ja süsiniku (2000 ° C) ja joodiga:

2А l + 3 S \u003d А l 2 S 3 (alumiinium sulfiid),

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

A l + P \u003d A l P (alumiiniumfosfiid),

4А l + 3С \u003d А l 4 C3 (alumiiniumkarbiid).

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

Kõik need ühendid hüdrolüüsitakse täielikult, moodustades alumiiniumhüdroksiidi ja vastavalt vesiniksulfiidi, ammoniaaki, fosfiini ja metaani:

Al2S3 + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2S

Al4C3 + 12H20 \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH4

Höövlite või pulbri kujul põleb see õhus eredalt, eraldades palju soojust:

4А l + 3 O 2 \u003d 2А l 2 О 3 + 1676 kJ.

ALUMIINIUMI PÕLEMINE ÕHUS

KOGEMUS

II... Koostoime keeruliste ainetega

Koostoime veega :

2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 +3H2

ilma oksiidkileta

KOGEMUS

Koostoimed metalloksiididega:

Alumiinium on hea redutseerija, kuna see on üks aktiivsetest metallidest. Seisab tegevusjoones vahetult pärast leelismuldmetalle. seega taastab metallid nende oksiididest ... Sellist reaktsiooni - alumotermiat - kasutatakse puhaste haruldaste metallide, nagu volfram, vanaadium jne saamiseks.

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

Termiit keevitamisel kasutatakse ka Fe 3 O 4 ja Al (pulbri) termiidisegu.

С r 2 О 3 + 2А l \u003d 2С r + А l 2 О 3

5interaktsioonid hapetega :

Väävelhappe lahusega: 2 Al + 3H2S04 \u003d Al2 (SO4) 3 +3H2

Külma kontsentreeritud väävel- ja lämmastikuga ei reageeri (passiveerub). Seetõttu transporditakse lämmastikhapet alumiiniumpaakides. Kuumutades suudab alumiinium neid happeid redutseerida vesinikku tekitamata:

2А l + 6Н 2 S О 4 (conc) \u003d А l 2 (S О 4) 3 + 3 S О 2 + 6Н 2 О,

A l + 6H NO3 (konts) \u003d A l (NO3) 3 + 3 NO2 + 3H20.

Koostoime leelistega .

2 Al + 2 NaOH + 6 H20 \u003d 2 Na [ Al (OH) 4 ] +3 H2

KOGEMUS

Na[JAl(OH) 4] – naatriumtetrahüdroksoaluminaat

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

Soolalahustega:

2 Al + 3 CuSO4 \u003d Al2 (SO4) 3 + 3 Cu

Kui alumiiniumi pind hõõrutakse elavhõbedasoolaga, toimub reaktsioon:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Vabanenud elavhõbe lahustab alumiiniumi ja moodustab amalgaami .

Alumiiniumioonide tuvastamine lahustes : KOGEMUS

5. Alumiiniumi ja selle ühendite kasutamine

Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused on viinud selle laialdasele kasutamisele tehnoloogias. Lennundustööstus on peamine alumiiniumi tarbija.: lennuk koosneb 2/3 alumiiniumist ja selle sulamitest. Terasest lennuk oleks liiga raske reisijate vedamiseks liiga raske. Seetõttu nimetatakse alumiiniumi tiibmetalliks. Alumiiniumi kasutatakse kaablite ja juhtmete valmistamiseks: sama elektrijuhtivusega on nende mass 2 korda väiksem kui vastavatel vasktoodetel.

Arvestades alumiiniumi korrosioonikindlust, valmistada lämmastikhappe seadmete ja mahutite osi... Alumiiniumpulber on aluseks hõbevärvi valmistamisel, et kaitsta rauatooteid korrosiooni eest, samuti peegeldada selle värviga kuumakiiri, mis katavad õlihoidlaid, tuletõrjujate ülikondi.

Alumiiniumoksiidi kasutatakse alumiiniumi tootmiseks ja ka tulekindla materjalina.

Alumiiniumhüdroksiid on tuntud ravimite Maalox, Almagel peamine komponent, mis alandab maomahla happelisust.

Alumiiniumisoolad on väga hüdrolüüsitud. Seda omadust kasutatakse vee puhastamise protsessis. Moodustunud happe neutraliseerimiseks lisatakse töödeldavale veele alumiiniumsulfaat ja väike kogus kustutatud lupja. Selle tulemusena eraldub mahukas alumiiniumhüdroksiidi sade, mis settides kannab ära hägususe ja bakterite suspendeeritud osakesed.

Seega on alumiiniumsulfaat koagulant.

6. Alumiiniumi hankimine

1) Ameerika saal ja prantslane Eroux leiutasid 1886. aastal kaasaegse ja kulutõhusa meetodi alumiiniumi tootmiseks. See koosneb alumiiniumoksiidi lahuse elektrolüüsist sula krüoliidis. Sulatatud krüoliit Na 3 AlF 6 lahustab Al 2 O 3 nagu vesi suhkru. Alumiiniumoksiidi “lahuse” elektrolüüs sulanud krüoliidis toimub nii, nagu oleks krüoliit ainult lahusti ja alumiiniumoksiid oleks elektrolüüt.

2Al 2 O 3 elektrivool → 4Al + 3O 2

Ingliskeelses poiste ja tüdrukute entsüklopeedias algab artikkel alumiiniumist järgmiste sõnadega: „23. veebruaril 1886 algas tsivilisatsiooni ajaloos uus metalliajastu - alumiiniumi ajastu. Sel päeval tuli 22-aastane keemik Charles Hall oma esimesse õpetaja laborisse, tosin väikest hõbevalget alumiiniumist palli käes ja uudisega, et on leidnud viisi, kuidas seda metalli odavalt valmistada. suurtes kogustes. " Nii sai Hallist Ameerika alumiiniumitööstuse asutaja ja anglosaksi rahvuskangelane kui mees, kes tegi teadusest suurepärase äri.

2) 2Al 2O3 +3 C \u003d 4 Al + 3C02

ON HUVITAV:

• Metallist alumiiniumi isoleeris esmakordselt 1825. aastal Taani füüsik Hans Christian Oersted. Võttes gaasilise kloori läbi kivisöega segatud hõõguva alumiiniumoksiidikihi, vabastas Oersted alumiiniumkloriidi ilma vähimatki niiskuse jälgi. Metallilise alumiiniumi saamiseks oli Oerstedil vaja töödelda alumiiniumkloriidi kaaliumamalgaamiga. 2 aasta pärast Saksa keemik Friedrich Wöller. Ta täiustas meetodit, asendades kaaliumamalgaami puhta kaaliumiga.
• 18.-19. Sajandil oli alumiinium peamine ehtemetall. Aastal 1889 anti D.I. Mendelejevile Londonis keemia arendamisel tehtud teenete eest väärtuslik kingitus - kullast ja alumiiniumist jääk.
• Aastaks 1855 oli prantsuse teadlane Saint-Clair Deville välja töötanud meetodi metallist alumiiniumi tootmiseks tehnilises mahus. Kuid meetod oli väga kallis. Deville nautis Prantsusmaa keisri Napoleon III erilist patroonitust. Oma pühendumuse ja tänutäheks valmistas Deville Napoleoni pojale, vastsündinud vürstile, suurepäraselt graveeritud kõristi - esimesed alumiiniumist valmistatud "tarbeesemed". Napoleon kavatses oma valvurid isegi alumiiniumkiuasiga varustada, kuid hind oli liiga kallis. Sel ajal maksis 1 kg alumiiniumi 1000 marka, s.t. 5 korda kallim kui hõbe. Alles pärast elektrolüütilise protsessi leiutamist muutus alumiinium oma tavapäraste metallidega võrdseks.
• Kas teadsite, et inimkehasse sattunud alumiinium põhjustab närvisüsteemi häireid, mille liigse ainevahetusega on tegemist. Ja kaitsvad ained on C-vitamiin, kaltsiumiühendid, tsink.
• Kui alumiinium põleb hapnikus ja fluoris, tekib palju soojust. Seetõttu kasutatakse seda raketikütuse lisandina. Rakett Saturn põleb lennu ajal 36 tonni alumiiniumipulbrit. Idee kasutada metalle raketikütuse komponendina väljendas esmalt F. A. Tsander.

SIMULAATORID

Simulaator nr 1 - alumiiniumi omadused asukoha järgi perioodilises elementide tabelis, autor D. I. Mendelejev

Simulaator nr 2 - alumiiniumi reaktsioonide võrrandid lihtsate ja keeruliste ainetega

Simulaator nr 3 - Alumiiniumi keemilised omadused

Ankurdamise ülesanded

# 1. Alumiiniumi tootmiseks alumiiniumkloriidist võib redutseerijana kasutada metallilist kaltsiumi. Koostage antud keemilise reaktsiooni võrrand, iseloomustage seda protsessi, kasutades elektroonilist tasakaalu.
Mõtle! Miks ei saa seda reaktsiooni läbi viia vesilahuses?

# 2. Täitke keemilise reaktsiooni võrrandid:
Al + H2S04 (lahus ) ->
Al + CuCl2 -\u003e
Al + HNO 3 (lõpp ) - t -\u003e
Al + NaOH + H20 -\u003e

Number 3. Tehke teisendused:
Al -\u003e AlCl 3 -\u003e Al -\u003e Al 2 S 3 -\u003e Al (OH) 3 - t -\u003e Al 2 O 3 -\u003e Al

Nr 4. Lahendage probleem:
Alumiinium-vasesulamile viidi kuumutamisel üle kontsentreeritud naatriumhüdroksiidi lahus. Vabanes 2,24 liitrit gaasi (n.o.). Arvutage sulami protsent, kui selle kogumass oli 10 g?

Iga keemilist elementi võib vaadelda kolme teaduse seisukohalt: füüsika, keemia ja bioloogia. Ja selles artiklis püüame alumiiniumi võimalikult täpselt iseloomustada. See on perioodilise tabeli andmetel kolmas rühm ja kolmas periood. Alumiinium on keskmise keemilise aktiivsusega metall. Samuti võib selle ühendites täheldada amfoteerilisi omadusi. Alumiiniumi aatommass on kakskümmend kuus grammi mooli kohta.

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Tavalistes tingimustes on see tahke aine. Alumiiniumi valem on väga lihtne. See koosneb aatomitest (ärge ühendage molekulideks), mis on kristallvõre abil ühendatud pidevaks aineks. Alumiiniumvärv on hõbevalge. Lisaks on sellel metallist läige, nagu kõigil teistel selle rühma ainetel. Tööstuses kasutatava alumiiniumi värv võib olla erinev lisandi olemasolu tõttu sulamis. See on üsna kerge metall.

Selle tihedus on 2,7 g / cm3, see tähendab, et see on umbes kolm korda kergem kui raud. Selles võib see anda ainult magneesiumile, mis on kõnealusest metallist veelgi kergem. Alumiiniumi kõvadus on üsna madal. Selles jääb see alla enamusele metallidele. Alumiiniumi kõvadus on ainult kaks. Seetõttu lisatakse selle tugevdamiseks selle metalli baasil valmistatud sulamitele kõvemaid.

Alumiiniumi sulamine toimub temperatuuril ainult 660 kraadi. Ja see keeb, kui seda kuumutatakse temperatuurini kaks tuhat nelisada viiskümmend kaks kraadi Celsiuse järgi. See on väga plastne ja madala sulamistemperatuuriga metall. Alumiiniumi füüsiline iseloomustus sellega ei lõpe. Samuti tahaksin märkida, et sellel metallil on vase ja hõbeda järel parim elektrijuhtivus.

Levimus looduses

Alumiinium, mille tehnilised omadused me just üle vaatasime, on keskkonnas üsna levinud. Seda võib näha paljudes mineraalides. Alumiinium on looduses kõige arvukamalt neljas element. Maapõues on seda peaaegu üheksa protsenti. Peamised mineraalid, mis sisaldavad selle aatomeid, on boksiit, korund, krüoliit. Esimene on kivim, mis koosneb raua, räni ja kõnealuse metalli oksiididest ning struktuuris on ka veemolekule. Sellel on ebaühtlane värv: halli, punakaspruuni ja muude värvide killud, mis sõltuvad erinevate lisandite olemasolust. Kolmkümmend kuni kuuskümmend protsenti sellest tõust on alumiinium, mille foto on ülaltoodud. Lisaks on korund looduses väga levinud mineraal.

See on alumiiniumoksiid. Selle keemiline valem on Al2O3. See võib olla punane, kollane, sinine või pruun. Selle kõvadus Mohsi skaalal on üheksa. Korundi sortide hulka kuuluvad tuntud safiirid ja rubiinid, leukosafiirid ja padparadscha (kollane safiir).

Krüoliit on keerukama keemilise valemiga mineraal. See koosneb alumiiniumist ja naatriumfluoriididest - AlF3.3NaF. See näeb välja nagu värvitu või hallikas kivi, mille kõvadus on madal - ainult kolm Mohsi skaalal. Kaasaegses maailmas sünteesitakse seda laboris kunstlikult. Seda kasutatakse metallurgias.

Samuti võib looduses alumiiniumi leida savide koostises, mille peamisteks komponentideks on ränidioksiidid ja kõnealune metall, mis on seotud veemolekulidega. Lisaks võib seda keemilist elementi täheldada nefeliinide koostises, mille keemiline valem on järgmine: KNa34.

Saamine

Alumiiniumi iseloomustamine võimaldab kaaluda selle sünteesimeetodeid. On mitmeid meetodeid. Alumiiniumi tootmine esimesel meetodil toimub kolmes etapis. Viimane neist on elektroodi analüüs katoodi ja süsinikanoodi juures. Sellise protsessi läbiviimiseks on vaja alumiiniumoksiidi, samuti selliseid abiaineid nagu krüoliit (valem - Na3AlF6) ja kaltsiumfluoriid (CaF2). Vees lahustatud alumiiniumoksiidi lagunemisprotsessi toimumiseks on vaja seda koos sulanud krüoliidi ja kaltsiumfluoriidiga kuumutada temperatuuril Celsiuse skaalal vähemalt üheksasada viiskümmend kraadi ja seejärel vool läbi viia. kaheksakümmend tuhat amprit ja pinge 5–8 volti. Seega sadestub selle protsessi tulemusena alumiinium katoodile ja hapniku molekulid kogunevad anoodile, mis omakorda oksüdeerivad anoodi ja muudavad selle süsinikdioksiidiks. Enne selle protseduuri läbiviimist puhastatakse boksiit, mille kujul kaevandatakse alumiiniumoksiidi, eelnevalt lisanditest ja see läbib ka dehüdratsiooni.

Alumiiniumi tootmine ülalkirjeldatud meetodil on metallurgias väga levinud. Samuti on olemas meetod, mille leiutas 1827. aastal F. Wöhler. See seisneb selles, et alumiiniumi saab kaevandada keemilise reaktsiooni kaudu selle kloriidi ja kaaliumi vahel. Sarnast protsessi saab läbi viia ainult eritingimuste loomisega väga kõrge temperatuuri ja vaakumi kujul. Niisiis, ühe mooli kloriidi ja sama mahu kaaliumiga võib saada ühe mooli alumiiniumi ja kolm mooli kõrvalsaadusena. Selle reaktsiooni saab kirjutada järgmise võrrandi kujul: АІСІ3 + 3К \u003d АІ + 3КСІ. See meetod pole metallurgias eriti populaarsust kogunud.

Alumiiniumi iseloomustamine keemias

Nagu eespool mainitud, on see lihtne aine, mis koosneb aatomitest, mis ei ole molekulideks ühendatud. Peaaegu kõik metallid moodustavad sellised struktuurid. Alumiiniumil on üsna kõrge keemiline aktiivsus ja tugevad redutseerivad omadused. Alumiiniumi keemiline iseloomustus algab selle reaktsioonide kirjeldamisest teiste lihtsate ainetega ja seejärel kirjeldatakse koostoimeid keerukate anorgaaniliste ühenditega.

Alumiinium ja lihtsad ained

Nende hulka kuuluvad kõigepealt hapnik - kõige tavalisem ühend planeedil. 21 protsenti sellest koosneb Maa atmosfäärist. Antud aine reaktsioone teiste ainetega nimetatakse oksüdeerumiseks või põlemiseks. Tavaliselt toimub see kõrgel temperatuuril. Kuid alumiiniumi korral on oksüdatsioon võimalik normaalsetes tingimustes - nii moodustub oksiidkile. Kui see metall purustatakse, põleb see, vabastades samal ajal suure hulga energiat soojuse kujul. Alumiiniumi ja hapniku vahelise reaktsiooni läbiviimiseks on neid komponente vaja molaarsuhtes 4: 3, mille tulemusena saame kaks oksiidi osa.

Seda keemilist koostoimet väljendatakse järgmise võrrandina: 4AI + 3O2 \u003d 2AIO3. Võimalikud on ka alumiiniumi reaktsioonid halogeenidega, mis hõlmavad fluori, joodi, broomi ja kloori. Nende protsesside nimed pärinevad vastavate halogeenide nimedest: fluorimine, jodeerimine, broomimine ja kloorimine. Need on tüüpilised liitumisreaktsioonid.

Võtame näiteks alumiiniumi koostoime klooriga. Selline protsess saab toimuda ainult külmas.

Niisiis, võttes kaks mooli alumiiniumi ja kolm mooli kloori, saame kaks mooli kloriidi kõnealusest metallist. Selle reaktsiooni võrrand on järgmine: 2AI + 3CI \u003d 2AICI3. Samamoodi saate alumiiniumfluoriidi, selle bromiidi ja jodiidi.

Kõnealune aine reageerib väävliga ainult kuumutamisel. Nende kahe ühendi koostoime teostamiseks peate võtma neid molaarsetes proportsioonides kaks kuni kolm ja moodustub üks osa alumiinium sulfiidist. Reaktsioonivõrrand näeb välja selline: 2Al + 3S \u003d Al2S3.

Lisaks reageerib kõrgel temperatuuril alumiinium süsinikuga, moodustades karbiidi ja lämmastikuga, moodustades nitriidi. Näitena võib tuua järgmised keemiliste reaktsioonide võrrandid: 4АI + 3C \u003d АІ4С3; 2Al + N2 \u003d 2AlN.

Koostoime keeruliste ainetega

Nende hulka kuuluvad vesi, soolad, happed, alused, oksiidid. Alumiinium reageerib kõigi nende keemiliste ühenditega erinevalt. Vaatame iga juhtumit lähemalt.

Reaktsioon veega

Alumiinium suhtleb kuumutamisel Maal kõige levinuma keeruka ainega. See juhtub ainult oksiidkile eelneva eemaldamise korral. Koostoime tulemusena moodustub amfoteerne hüdroksiid, samuti eraldub õhku vesinik. Võttes kaks osa alumiiniumist ja kuus osa veest, saame hüdroksiidi ja vesiniku molaarsetes proportsioonides kaks kuni kolm. Selle reaktsiooni võrrand on kirjutatud järgmiselt: 2AI + 6H2O \u003d 2AI (OH) 3 + 3H2.

Koostoimed hapete, aluste ja oksiididega

Nagu muud aktiivsed metallid, on ka alumiinium võimeline läbima asendusreaktsiooni. Samal ajal võib see tõrjuda vesiniku happest või passiivsema metalli katiooni soolast. Selliste vastasmõjude tulemusena moodustub alumiiniumsool, samuti eraldub vesinik (happe korral) või sadestub puhas metall (see, mis on vähem aktiivne kui vaadeldav). Teisel juhul avalduvad ülalnimetatud redutseerivad omadused. Näitena võib tuua alumiiniumi koosmõju, milles moodustub alumiiniumkloriid ja vesinik eraldub õhku. Sellist reaktsiooni väljendatakse järgmise võrrandi kujul: 2AI + 6HCI \u003d 2AICI3 + 3H2.

Alumiiniumi ja soola koostoime näide võib olla selle reaktsioon nende kahe komponendi võtmisega, lõpuks saame puhta vase, mis sadestub. Selliste hapete nagu väävel- ja lämmastikhape puhul reageerib alumiinium omapärasel viisil. Näiteks kui alumiinium lisatakse nitraathappe lahjendatud lahusele molaarses vahekorras kaheksa osa kolmekümnest, moodustub kaheksa osa kõnealuse metalli nitraadist, moodustub kolm osa lämmastikoksiidi ja viisteist osa vett. Selle reaktsiooni võrrand on kirjutatud järgmiselt: 8Al + 30HNO3 \u003d 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. See protsess toimub ainult kõrge temperatuuri korral.

Kui me segame alumiiniumi ja nõrka sulfaathappe lahust molaarses vahekorras kaks kuni kolm, siis saame kõnealuse metalli sulfaadi ja vesiniku suhtega üks kuni kolm. See tähendab, et tekib tavaline asendusreaktsioon, nagu teiste hapete puhul. Selguse huvides esitame võrrandi: 2Al + 3H2SO4 \u003d Al2 (SO4) 3 + 3H2. Sama happe kontsentreeritud lahuse puhul on kõik aga keerulisem. Siin, nagu nitraadi puhul, moodustub kõrvalsaadus, kuid mitte oksiidi, vaid väävli ja vee kujul. Kui võtta kaks vajalikku komponenti molaarses vahekorras kaks kuni neli, siis saame selle tulemusel ühe osa kõnealuse metalli soolast ja väävlist ning neli osa veest. Seda keemilist koostoimet saab väljendada järgmise võrrandi abil: 2Al + 4H2SO4 \u003d Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O.

Lisaks on alumiinium võimeline reageerima leeliselahustega. Sellise keemilise interaktsiooni läbiviimiseks peate võtma kaks mooli kõnealust metalli, sama koguse või kaaliumi, samuti kuus mooli vett. Selle tulemusena moodustuvad sellised ained nagu naatrium- või kaaliumtetrahüdroksoaluminaat, samuti vesinik, mis eraldub terava lõhnaga gaasina molaarsetes proportsioonides kaks kuni kolm. Seda keemilist reaktsiooni võib esitada järgmise võrrandina: 2AI + 2KON + 6H2O \u003d 2K [AI (OH) 4] + 3H2.

Ja viimane asi, mida tuleb arvestada, on alumiiniumi ja mõne oksiidi koostoime. Kõige tavalisem ja kasutatud juhtum on Beketovi reaktsioon. See, nagu paljud teised eespool käsitletud, toimuvad ainult kõrgel temperatuuril. Niisiis, selle rakendamiseks peate võtma kaks mooli alumiiniumi ja ühe mooli ferrumoksiidi. Nende kahe aine koostoime tulemusena saame alumiiniumoksiidi ja vaba rauda vastavalt ühe ja kahe mooli koguses.

Kõnealuse metalli kasutamine tööstuses

Pange tähele, et alumiiniumi kasutamine on väga tavaline nähtus. Esiteks vajab seda lennundustööstus. Koos siin kasutatakse ka kõnealusel metallil põhinevaid sulameid. Võime öelda, et keskmine lennuk on 50% alumiiniumist ja selle mootor 25%. Samuti kasutatakse alumiiniumi juhtmete ja kaablite valmistamisel tänu suurepärasele elektrijuhtivusele. Lisaks kasutatakse seda metalli ja selle sulameid laialdaselt autotööstuses. Neid materjale kasutatakse nii autode, busside, trollibusside, mõnede trammide kui ka tavaliste ja elektrirongide vagunites.

Seda kasutatakse ka väiksematel eesmärkidel, näiteks toiduainete ja muude toodete, roogade pakendite tootmiseks. Hõbedase värvi valmistamiseks vajate kõnealuse metalli pulbrit. Seda värvi on vaja raua kaitsmiseks korrosiooni eest. Võime öelda, et alumiinium on ferrumi järel tööstuses kõige sagedamini kasutatav metall. Selle ühendeid ja ennast kasutatakse sageli keemiatööstuses. Selle põhjuseks on alumiiniumi erilised keemilised omadused, sealhulgas redutseerivad omadused ja ühendite amfoteerilisus. Kõnealuse keemilise elemendi hüdroksiid on vajalik vee puhastamiseks. Lisaks kasutatakse ravimit vaktsiinide tootmisel. Seda võib leida ka teatud tüüpi plastist ja muudest materjalidest.

Roll looduses

Nagu eespool mainitud, leidub maapõues suurtes kogustes alumiiniumi. See on eriti oluline elusorganismide jaoks. Alumiinium on seotud kasvuprotsesside reguleerimisega, moodustab sidekude, näiteks luu, sidemete jt. Tänu sellele mikroelemendile viiakse kehakudede taastumisprotsessid läbi kiiremini. Selle puudulikkust iseloomustavad järgmised sümptomid: arengu- ja kasvuhäired lastel, täiskasvanutel - krooniline väsimus, jõudluse langus, liikumiste koordinatsiooni halvenemine, kudede taastumise vähenemine, lihaste nõrgenemine, eriti jäsemetes. See nähtus võib ilmneda siis, kui tarbite liiga vähe seda mikroelementi sisaldavat toitu.

Sagedasemaks probleemiks on aga liigne alumiinium kehas. Samal ajal täheldatakse sageli järgmisi sümptomeid: närvilisus, depressioon, unehäired, mälukaotus, stressitaluvus, lihas-skeleti süsteemi pehmenemine, mis võib põhjustada sagedasi luumurde ja nikastusi. Pikaajalise alumiiniumisisaldusega kehas tekivad probleemid sageli peaaegu iga elundisüsteemi töös.

Selle nähtuse võib põhjustada mitu põhjust. Esiteks on teadlased juba ammu tõestanud, et kõnealusest metallist valmistatud nõud ei sobi selles toidu valmistamiseks, kuna kõrgel temperatuuril satub osa alumiiniumist toidu sisse ja seetõttu tarbite seda palju rohkem mikroelement, kui keha vajab.

Teine põhjus on kõnealust metalli või selle sooli sisaldavate kosmeetikatoodete regulaarne kasutamine. Enne mis tahes toote kasutamist peate hoolikalt läbi lugema selle koostise. Kosmeetika pole erand.

Kolmas põhjus on pikka aega rohkesti alumiiniumi sisaldavate ravimite võtmine. Ja ka vitamiinide ja toidu lisaainete väärkasutamine, mis sisaldab seda mikroelementi.

Mõelgem nüüd välja, millised toidud sisaldavad alumiiniumi, et teie dieeti reguleerida ja menüüd õigesti korraldada. Esiteks on need porgandid, sulatatud juustud, nisu, maarja, kartul. Puuviljade jaoks on soovitatav kasutada avokaadosid ja virsikuid. Lisaks on alumiiniumirikas valge kapsas, riis ja paljud ravimtaimed. Kõnealuse metalli katioone võib sisaldada ka joogivees. Alumiiniumi suurenenud või vähenenud sisalduse vältimiseks kehas (aga nagu ka mis tahes muu mikroelemendi puhul), peate hoolikalt jälgima oma dieeti ja püüdma seda võimalikult tasakaalustatult muuta.

Alumiinium on III rühma kolmanda perioodi peamise alarühma element aatomnumbriga 13. Alumiinium on p-element. Alumiiniumi aatomi väline energiatase sisaldab 3 elektroni, millel on elektrooniline konfiguratsioon 3s 2 3p 1. Alumiiniumi oksüdatsiooniaste on +3.

See kuulub kergmetallide rühma. Kõige levinum metall ja maapõues kõige levinum keemiline element (hapniku ja räni järel).

Lihtne aine alumiinium on hõbe-valge värvusega paramagnetiline metall, mida saab hõlpsasti vormida, valada, töödelda. Alumiiniumil on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus, korrosioonikindlus tänu tugevate oksiidkilede kiirele moodustumisele, mis kaitsevad pinda edasise vastasmõju eest.

Alumiiniumi keemilised omadused

Tavatingimustes on alumiinium kaetud õhukese ja vastupidava oksiidkilega ning seetõttu ei reageeri see klassikaliste oksüdeerijatega: H 2 O-ga (t °); O 2, HNO 3 (ilma kuumutamiseta). Seetõttu ei allu alumiinium praktiliselt korrosioonile ja seetõttu on kaasaegne tööstus seda laialdaselt nõudnud. Kui oksiidkile laguneb, toimib alumiinium aktiivse redutseeriva metallina.

1. Alumiinium reageerib hõlpsalt mittemetalsete ainetega:

4Al + 3O2 \u003d 2Al203

2Al + 3Cl2 \u003d 2AlCl3,

2Al + 3 Br2 \u003d 2AlBr3

2Al + N2 \u003d 2AlN

2Al + 3S \u003d Al2S3

4Al + 3C \u003d Al4C3

Alumiinium sulfiid ja karbiid on täielikult hüdrolüüsitud:

Al2S3 + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2S

Al4C3 + 12H20 \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH4

2. Alumiinium reageerib veega

(pärast kaitsva oksiidkile eemaldamist):

2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2

3. Alumiinium reageerib leelistega

2Al + 2NaOH + 6H20 \u003d 2Na + 3H2

2 (NaOH H20) + 2Al \u003d 2NaAl02 + 3H2

Esiteks lahustub kaitsev oksiidkile: Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na.

Seejärel toimuvad reaktsioonid: 2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2, NaOH + Al (OH) 3 \u003d Na,

või kokku: 2Al + 6H20 + 2NaOH \u003d Na + 3H2,

ja selle tulemusena moodustuvad aluminaadid: Na - naatriumtetrahüdroksoaluminaat. Kuna nende ühendite alumiiniumiaatomile on iseloomulik koordineerimisnumber 6, mitte 4, on tetrahüdroksüühendite tegelik valem järgmine: Na

4. Alumiinium lahustub kergesti vesinikkloriid- ja lahjendatud väävelhapetes:

2Al + 6HCl \u003d 2AlCl3 + 3H2

2Al + 3H2S04 (lahjendatud) \u003d Al2 (SO4) 3 + 3H2

Kuumutades lahustub see happed - oksüdeerivad ainedmoodustades lahustuvaid alumiiniumsooli:

8Al + 15H2S04 (konts) \u003d 4Al2 (SO4) 3 + 3H2S + 12H20

Al + 6HNO3 (konts) \u003d Al (NO3) 3 + 3NO2 + 3H20

5. Alumiinium redutseerib metalle nende oksiididest (aluminotermia):

8Al + 3Fe3O4 \u003d 4Al203 + 9Fe

2Al + Cr203 \u003d A1203 + 2Cr