الخصائص العامة. الألومنيوم

نوع الدرس. مجموع.

مهام:

التعليمية:

1. تحديث معارف الطلاب حول بنية الذرة، والمعنى الفيزيائي للرقم التسلسلي، ورقم المجموعة، ورقم الدورة باستخدام مثال الألومنيوم.

2. تكوين معرفة لدى الطلاب بأن الألومنيوم في حالته الحرة له خصائص فيزيائية وكيميائية مميزة ومميزة.

التعليمية:

1. تحفيز الاهتمام بدراسة العلوم من خلال تقديم تقارير تاريخية وعلمية مختصرة عن الماضي والحاضر والمستقبل للألمنيوم.

2. الاستمرار في تطوير مهارات البحث لدى الطلاب عند العمل مع الأدب وأداء العمل المخبري.

3. التوسع في مفهوم الأمفوتيرية من خلال الكشف عن التركيب الإلكتروني للألمنيوم والخواص الكيميائية لمركباته.

التعليمية:

1. تعزيز احترام البيئة من خلال توفير المعلومات حول الاستخدامات الممكنة للألمنيوم بالأمس واليوم وغدًا.

2. تنمية القدرة على العمل كفريق لدى كل طالب ومراعاة آراء المجموعة بأكملها والدفاع عن آرائهم بشكل صحيح عند أداء العمل المخبري.

3. تعريف الطلاب بالأخلاقيات العلمية والصدق والنزاهة لعلماء الطبيعة في الماضي، وتوفير معلومات حول النضال من أجل الحق في أن يكون مكتشف الألومنيوم.

تكرار المادة المغطاة حول المواضيع القلوية والقلوية الأرضية م (تكرار):

ما عدد الإلكترونات الموجودة في مستوى الطاقة الخارجي للقلويات والقلوية الأرضية M؟

ما هي المنتجات التي تتكون عندما يتفاعل الصوديوم أو البوتاسيوم مع الأكسجين؟ (البيروكسيد)، هل الليثيوم قادر على إنتاج البيروكسيد بالتفاعل مع الأكسجين؟ (لا، ​​التفاعل ينتج أكسيد الليثيوم.)

كيف يتم الحصول على أكاسيد الصوديوم والبوتاسيوم؟ (بتكليس البيروكسيدات بما يقابلها Me, Pr: 2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O).

هل يتم عرض المعادن القلوية والقلوية الأرضية القوى السلبيةأكسدة؟ (لا، ​​لا تفعل ذلك، لأنها عوامل اختزال قوية).

كيف يتغير نصف قطر الذرة في المجموعات الفرعية الرئيسية (من الأعلى إلى الأسفل) للنظام الدوري؟ (يزيد)، ما علاقة هذا؟ (مع زيادة عدد مستويات الطاقة).

أي من مجموعات المعادن التي درسناها أخف من الماء؟ (للقلوية).

تحت أي ظروف يحدث تكوين الهيدريدات في الفلزات القلوية الأرضية؟ (في درجات حرارة عالية).

ما هي المادة، الكالسيوم أم المغنيسيوم، التي تتفاعل بشكل أكثر نشاطًا مع الماء؟ (يتفاعل الكالسيوم بشكل أكثر نشاطًا. يتفاعل المغنيسيوم بشكل نشط مع الماء فقط عندما يتم تسخينه إلى 100 درجة مئوية).

كيف تتغير ذوبان هيدروكسيدات الفلزات القلوية الترابية في الماء في السلسلة من الكالسيوم إلى الباريوم؟ (يزيد الذوبان في الماء).

حدثنا عن مميزات تخزين الفلزات القلوية والقلوية الترابية، لماذا يتم تخزينها بهذه الطريقة؟ (نظرًا لأن هذه المعادن شديدة التفاعل، يتم تخزينها في حاويات تحت طبقة من الكيروسين).

التحقق من العمل على المواضيع القلوية والأرضية القلوية م:

ملخص الدرس (المواد الجديدة التي تم تعلمها):

مدرس: مرحبًا يا شباب، اليوم ننتقل إلى دراسة المجموعة الفرعية IIIA. اذكر العناصر الموجودة في المجموعة الفرعية IIIA؟

المتدربين: ويشمل عناصر مثل البورون والألمنيوم والجاليوم والإنديوم والثاليوم.

مدرس: ما عدد الإلكترونات الموجودة في مستوى الطاقة الخارجي، حالة الأكسدة؟

المتدربين: ثلاثة إلكترونات، حالة الأكسدة +3، على الرغم من أن الثاليوم لديه حالة أكسدة أكثر استقرارًا +1.

مدرس: الخصائص المعدنية لعناصر مجموعة البورون الفرعية أقل وضوحًا بكثير من خصائص عناصر مجموعة البريليوم الفرعية. البورون غير M. بعد ذلك، داخل المجموعة الفرعية، مع زيادة شحن النواة M، تتكثف الخصائص. أل– بالفعل M، ولكن ليس نموذجيًا. هيدروكسيد له خصائص مذبذبة.

من M للمجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثالثة أعلى قيمةيحتوي على الألمنيوم الذي سندرس خصائصه بالتفصيل. إنه أمر مثير للاهتمام بالنسبة لنا لأنه عنصر انتقالي.

الألومنيوم هو عنصر من عناصر المجموعة الثالثة عشر من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، الدورة الثالثة، برقم ذري 13. ينتمي إلى مجموعة المعادن الخفيفة. المعدن الأكثر شيوعاً والعنصر الكيميائي الثالث الأكثر شيوعاً في قشرة الأرض(بعد الأكسجين والسيليكون).

مادة الألومنيوم البسيطة عبارة عن معدن خفيف أبيض فضي ممغنطيسي، سهل التشكيل والصب والصب. بالقطع. يتمتع الألمنيوم بموصلية حرارية وكهربائية عالية ومقاومة للتآكل بسبب التكوين السريع لأغشية الأكسيد القوية التي تحمي السطح من المزيد من التفاعل.

الطريقة الحديثةالاستلام، عملية هول-هيرولت. وهو يتألف من إذابة أكسيد الألومنيوم Al2O3 في الكريوليت المنصهر Na3AlF6، يليه التحليل الكهربائي باستخدام فحم الكوك المستهلك أو أقطاب أنود الجرافيت. تتطلب طريقة الإنتاج هذه كميات كبيرة جدًا من الكهرباء، وبالتالي لم يتم تطبيقها صناعيًا إلا في القرن العشرين.

الطريقة المختبرية لإنتاج الألومنيوم: اختزال كلوريد الألومنيوم اللامائي بمعدن البوتاسيوم (يحدث التفاعل عند تسخينه دون وصول الهواء):

معدن الفضة- أبيض، خفيف، الكثافة - 2.7 جم/سم مكعب، نقطة انصهار الألومنيوم التقني - 658 درجة مئوية، الألومنيوم عالي النقاء - 660 درجة مئوية، ليونة عالية: تقني - 35%، نقي - 50%، ملفوف في صفائح رقيقة وحتى رقائق معدنية. يتمتع الألومنيوم بموصلية كهربائية عالية (37·106 S/m) وموصلية حرارية (203.5 W/(m·K))، 65%، وله انعكاسية عالية للضوء.

يشكل الألومنيوم سبائك مع جميع المعادن تقريبًا. وأشهر السبائك هي النحاس والمغنيسيوم (الدورالومين) والسيليكون (السيليومين).

ومن حيث الانتشار في القشرة الأرضية، فهو يحتل المرتبة الأولى بين المعادن والثالثة بين العناصر، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الأكسجين والسيليكون. ويقدر تركيز كتلة الألومنيوم في القشرة الأرضية، وفقا لمختلف الباحثين، من 7.45 إلى 8.14٪. في الطبيعة، يوجد الألومنيوم، بسبب نشاطه الكيميائي العالي، بشكل حصري تقريبًا في شكل مركبات.

يتكون الألومنيوم الطبيعي بالكامل تقريبًا من نظير واحد مستقر، 27Al، مع آثار ضئيلة لـ 26Al، وهو النظائر المشعة الأطول عمرًا ويبلغ عمر النصف 720 ألف سنة، ويتكون في الغلاف الجوي عندما يتم تقسيم نواة الأرجون 40Ar بواسطة ذرات كونية عالية الطاقة. بروتونات شعاعية.

في ظل الظروف العادية، يتم تغطية الألومنيوم بطبقة رقيقة ومتينة من الأكسيد، وبالتالي لا يتفاعل مع عوامل الأكسدة الكلاسيكية: H2O (t°)، O2، HNO3 (بدون تسخين). بفضل هذا، فإن الألومنيوم لا يتعرض للتآكل عمليًا، وبالتالي فهو مطلوب على نطاق واسع في الصناعة الحديثة. ومع ذلك، عندما يتم تدمير طبقة الأكسيد (على سبيل المثال، عند ملامسة محاليل أملاح الأمونيوم NH4+ أو القلويات الساخنة أو نتيجة الاندماج)، يعمل الألومنيوم كمعدن اختزال نشط. يمكنك منع تكون طبقة الأكسيد عن طريق إضافة معادن مثل الغاليوم أو الإنديوم أو القصدير إلى الألومنيوم. في هذه الحالة، يتم ترطيب سطح الألومنيوم بمواد سهلة الانصهار منخفضة الذوبان تعتمد على هذه المعادن.

يتفاعل بسهولة مع المواد البسيطة:

مع الأكسجين لتكوين أكسيد الألومنيوم:

مع الهالوجينات (عدا الفلور)، مكونة كلوريد الألومنيوم أو بروميد أو يوديد:

يتفاعل مع غير المعادن الأخرى عند تسخينه:

مع الفلور لتكوين فلوريد الألومنيوم:

مع الكبريت، وتشكيل كبريتيد الألومنيوم:

مع النيتروجين لتكوين نيتريد الألومنيوم:

مع الكربون، وتشكيل كربيد الألومنيوم:

يتم تحلل كبريتيد الألومنيوم وكربيد بالكامل:

مع المواد المعقدة:

بالماء (بعد إزالة طبقة الأكسيد الواقية، على سبيل المثال، الملغمة أو المحاليل القلوية الساخنة):

مع القلويات (مع تكوين رباعي هيدروكسوالومينات وألومينات أخرى):

يذوب بسهولة في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك المخففة:

عند تسخينه، يذوب في الأحماض - العوامل المؤكسدة التي تشكل أملاح الألومنيوم القابلة للذوبان:

يقلل المعادن من أكاسيدها (الألومينوثرمي):

44. مركبات الألومنيوم، خواصها المذبذبة

التكوين الإلكتروني للمستوى الخارجي للألمنيوم ... 3s23p1.

في الحالة المثارة، يذهب أحد إلكترونات s إلى خلية حرة من المستوى الفرعي p؛ وتتوافق هذه الحالة مع التكافؤ III وحالة الأكسدة +3. يوجد في الطبقة الإلكترونية الخارجية لذرة الألومنيوم مستويات فرعية مجانية.

وأهم المركبات الطبيعية هي الألومينوسيليكات:

الطين الأبيض Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O، الفلسبار K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2، الميكا K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ H2O

ومن الأشكال الطبيعية الأخرى للألمنيوم، أهمها البوكسيت А12Оз ∙ nН2О ومعادن اكسيد الالمونيوم А12Оз والكريوليت А1Fз ∙ 3NaF.

خفيف الوزن، أبيض فضي، معدن مرن، جيد التوصيل كهرباءوالدفء.

في الهواء، يُغطى الألومنيوم بطبقة رقيقة من الأكسيد (0.00001 مم) ولكنها كثيفة للغاية، مما يحمي المعدن من المزيد من الأكسدة ويمنحه مظهرًا غير لامع.

أكسيد الألومنيوم A12O3

أبيض صلبغير قابل للذوبان في الماء، درجة انصهاره 20500 درجة مئوية.

A12O3 الطبيعي هو اكسيد الالمونيوم المعدني. بلورات اكسيد الالمونيوم شفافة ملونة - ياقوتة حمراء - تحتوي على خليط من الكروم - والياقوت الأزرق - خليط من التيتانيوم والحديد - الأحجار الكريمة. ويتم الحصول عليها أيضًا بشكل مصطنع واستخدامها لأغراض تقنية، على سبيل المثال، لتصنيع أجزاء للأدوات الدقيقة وأحجار الساعات وما إلى ذلك.

الخواص الكيميائية

يعرض أكسيد الألومنيوم خصائص مذبذبة

1. التفاعل مع الأحماض

А12O3 +6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

2. التفاعل مع القلويات

А12O3 + 2NaOH - 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na

3. عند تسخين خليط أكسيد المعدن المقابل مع مسحوق الألومنيوم يحدث تفاعل عنيف يؤدي إلى انطلاق معدن حر من الأكسيد المأخوذ. غالبًا ما يتم استخدام طريقة الاختزال باستخدام Al (الألومينوثرمي) للحصول على عدد من العناصر (Cr، Mn، V، W، إلخ) في حالة حرة

2A1 + WO3 = A12Oz + W

4. التفاعل مع الأملاح التي تتمتع ببيئة شديدة القلوية بسبب التحلل المائي

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

هيدروكسيد الألومنيوم A1(OH)3

Al(OH)3 عبارة عن راسب جيلاتيني أبيض ضخم، غير قابل للذوبان عمليًا في الماء، ولكنه قابل للذوبان بسهولة في الأحماض والقلويات القوية. لذلك فهو ذو طابع مذبذب.

يتم الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم عن طريق تبادل أملاح الألومنيوم القابلة للذوبان مع القلويات

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓

يمكن استخدام هذا التفاعل كتفاعل نوعي لأيون Al3+

الخواص الكيميائية

1. التفاعل مع الأحماض

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

2. عند التفاعل مع القلويات القوية تتشكل الألومينات المقابلة:

هيدروكسيد الصوديوم + A1(OH)3 = نا

3. التحلل الحراري

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

تخضع أملاح الألومنيوم للتحلل المائي في الكاتيون؛< 7)

Al3+ + H+OH- ↔ AlOH2+ + H+

Al(NO3)3 + H2O↔ AlOH(NO3)2 + HNO3

تخضع أملاح الألومنيوم القابلة للذوبان والأحماض الضعيفة للتحلل الكامل (لا رجعة فيه)

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

أكسيد الألومنيوم Al2O3 - يدخل في بعض مضادات الحموضة (مثل الماجل)، ويستخدم لزيادة حموضة عصير المعدة.

КAl(SO4)3 12H2O – يستخدم شب الألومنيوم والبوتاسيوم في الطب لعلاج الأمراض الجلدية كعامل مرقئ. كما أنه يستخدم كمادة التانين في صناعة الجلود.

(CH3COO)3Al - سائل بوروف - محلول 8٪ من خلات الألومنيوم له تأثير قابض ومضاد للالتهابات، وفي التركيزات العالية له خصائص مطهرة معتدلة. يتم استخدامه بشكل مخفف للشطف والمستحضرات والأمراض الالتهابية للجلد والأغشية المخاطية.

AlCl3 - يستخدم كمحفز في التخليق العضوي.

Al2(SO4)3 18 H20 – يستخدم لتنقية المياه.

الألومنيوم

الألومنيوم- العنصر الكيميائي للمجموعة الثالثة الجدول الدوريمندليف (العدد الذري 13، الكتلة الذرية 26.98154). في معظم المركبات، يكون الألومنيوم ثلاثي التكافؤ، ولكن عند درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن يظهر أيضًا حالة الأكسدة +1. ومن مركبات هذا المعدن أهمها أكسيد Al2O3.

الألومنيوم- معدن أبيض فضي، خفيف الوزن (كثافته 2.7 جم/سم3)، قابل للسحب، موصل جيد للكهرباء والحرارة، درجة انصهاره 660 درجة مئوية. يتم سحبها بسهولة إلى سلك ولفها صفائح رقيقة. الألومنيوم نشط كيميائيًا (في الهواء يصبح مغطى بطبقة أكسيد واقية - أكسيد الألومنيوم) ويحمي المعدن بشكل موثوق من المزيد من الأكسدة. ولكن إذا تم تسخين مسحوق الألومنيوم أو رقائق الألومنيوم بقوة، فإن المعدن يحترق بلهب مسبب للعمى، ويتحول إلى أكسيد الألومنيوم. يذوب الألومنيوم حتى في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك المخففة، خاصة عند تسخينه. لكن الألومنيوم لا يذوب في حامض النيتريك البارد المخفف والمركّز بدرجة عالية. عندما تعمل المحاليل المائية للقلويات على الألومنيوم، تذوب طبقة الأكسيد وتتشكل الألومينات - أملاح تحتوي على الألومنيوم كجزء من الأنيون:

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

يتفاعل الألومنيوم، الخالي من الطبقة الواقية، مع الماء، مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين منه:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

يتفاعل هيدروكسيد الألومنيوم الناتج مع القلويات الزائدة، مكونًا هيدروكسيل ألومينات:

آل(OH) 3 + هيدروكسيد الصوديوم = نا.

المعادلة الشاملة لذوبان الألومنيوم في محلول قلوي مائي لها الشكل التالي:

2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na + 3H2.

يتفاعل الألومنيوم أيضًا بشكل نشط مع الهالوجينات. هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH)3 هو مادة هلامية بيضاء شفافة.

تحتوي القشرة الأرضية على 8.8% من الألومنيوم. وهو ثالث أكثر العناصر وفرة في الطبيعة بعد الأكسجين والسيليكون والأول بين المعادن. وهو جزء من الطين والفلسبار والميكا. ومن المعروف عدة مئات من معادن آل (الألومينوسيليكات، البوكسيت، الألونيت، وغيرها). وأهم معدن الألمنيوم هو البوكسيت، ويحتوي على 28-60% ألومينا - أكسيد الألومنيوم Al 2 O 3.

في شكل نقيتم الحصول على الألومنيوم لأول مرة من قبل الفيزيائي الدنماركي ه. أورستد في عام 1825، على الرغم من أنه المعدن الأكثر شيوعا في الطبيعة.

يتم إنتاج الألومنيوم عن طريق التحليل الكهربائي للألومينا Al 2 O 3 في الكريوليت المنصهر NaAlF 4 عند درجة حرارة 950 درجة مئوية.

يستخدم الألومنيوم في الطيران، والبناء، بشكل رئيسي في شكل سبائك الألومنيوم مع معادن أخرى، والهندسة الكهربائية (بديل للنحاس في صناعة الكابلات، وما إلى ذلك)، وصناعة الأغذية (الرقائق المعدنية)، والمعادن (المضافات إلى السبائك)، والألمنيوم الحراري، إلخ.

كثافة الألومنيوم، الثقل النوعي وغيرها من الخصائص.

كثافة - 2,7*10 3 كجم/م 3 ;
جاذبية معينة - 2,7 ز/ سم 3 ;
حرارة نوعيةعند 20 درجة مئوية - 0.21 كالوري/درجة؛
درجة حرارة الانصهار - 658.7 درجة مئوية؛
السعة الحرارية النوعية للانصهار - 76.8 كالوري/درجة؛
درجة حرارة الغليان - 2000 درجة مئوية؛
التغير النسبي في الحجم أثناء الذوبان (ΔV/V) - 6,6%;
معامل التمدد الخطي(عند حوالي 20 درجة مئوية) : - 22.9 *10 6 (1/ درجة)؛
معامل التوصيل الحراري للألمنيوم - 180 سعرة حرارية/م*ساعة*درجة؛

معامل مرونة الألومنيوم ونسبة بواسون

انعكاس الضوء بواسطة الألمنيوم

توضح الأرقام الواردة في الجدول النسبة المئوية للضوء الساقط العمودي على السطح والمنعكس منه.

أكسيد الألومنيوم آل 2 أو 3

أكسيد الألومنيوم آل 2 يا 3، وتسمى أيضًا الألومينا، وتوجد في الطبيعة في شكل بلوري، وتشكل معدن اكسيد الالمونيوم. اكسيد الالمونيوم لديه صلابة عالية جدا. لها بلورات شفافة، ملونة باللون الأحمر أو لون ازرق، هي أحجار كريمة - الياقوت والياقوت. حاليًا، يتم الحصول على الياقوت بشكل مصطنع عن طريق صناعة السبائك مع الألومينا فرن كهربائي. لا يتم استخدامها للزينة بقدر ما يتم استخدامها للأغراض الفنية، على سبيل المثال، لتصنيع أجزاء للأدوات الدقيقة، وأحجار الساعات، وما إلى ذلك. تُستخدم بلورات الياقوت التي تحتوي على خليط صغير من Cr 2 O 3 كمولدات كمومية - أشعة ليزر تنشئ شعاعًا موجهًا من الإشعاع أحادي اللون.

اكسيد الالمونيوم وأنواعه ذات الحبيبات الدقيقة التي تحتوي على عدد كبير منالشوائب - الصنفرة المستخدمة كمواد كاشطة.

إنتاج الألمنيوم

المادة الخام الرئيسية ل إنتاج الألومنيومويستخدم البوكسيت المحتوي على 32-60% ألومينا Al2O3. ومن أهم خامات الألومنيوم أيضًا الألونيت والنيفيلين. تمتلك روسيا احتياطيات كبيرة من خامات الألومنيوم. بالإضافة إلى البوكسيت، الذي توجد رواسب كبيرة منه في جبال الأورال وباشكيريا، فإن النيفيلين هو مصدر غني للألمنيوم، ويتم استخراجه في شبه جزيرة كولا. يوجد أيضًا الكثير من الألومنيوم في الرواسب في سيبيريا.

يتم إنتاج الألومنيوم من أكسيد الألومنيوم Al 2 O 3 بطريقة التحليل الكهربائي. يجب أن يكون أكسيد الألومنيوم المستخدم في ذلك نقيًا بدرجة كافية، نظرًا لصعوبة إزالة الشوائب من الألومنيوم المصهور. يتم الحصول على Al 2 O 3 المنقى عن طريق معالجة البوكسيت الطبيعي.

المادة الأولية الرئيسية لإنتاج الألومنيوم هي أكسيد الألومنيوم. لا يوصل الكهرباء وله جدا درجة حرارة عاليةالذوبان (حوالي 2050 درجة مئوية)، لذلك يتطلب الكثير من الطاقة.

من الضروري تقليل درجة انصهار أكسيد الألومنيوم إلى 1000 درجة مئوية على الأقل. تم اكتشاف هذه الطريقة في وقت واحد من قبل الفرنسي بي هيروكس والأمريكي سي هول. واكتشفوا أن الألومينا تذوب جيدًا في الكريوليت المنصهر، وهو معدن يحتوي على تركيبة AlF 3. 3NaF. يخضع هذا الذوبان للتحليل الكهربائي عند درجة حرارة حوالي 950 درجة مئوية فقط في إنتاج الألومنيوم. احتياطيات الكريوليت في الطبيعة ضئيلة، لذلك تم إنشاء الكريوليت الاصطناعي، مما قلل بشكل كبير من تكلفة إنتاج الألومنيوم.

يتعرض خليط منصهر من الكريوليت Na 3 وأكسيد الألومنيوم للتحلل المائي. خليط يحتوي على حوالي 10 بالمائة من وزن Al 2 O 3 ينصهر عند 960 درجة مئوية، وله موصلية كهربائية وكثافة ولزوجة هي الأكثر ملاءمة لهذه العملية. ولتحسين هذه الخصائص بشكل أكبر، تتم إضافة إضافات AlF 3 وCaF 2 وMgF 2 إلى الخليط. وبفضل هذا، يصبح التحليل الكهربائي ممكنًا عند درجة حرارة 950 درجة مئوية.

المحلل الكهربائي لصهر الألومنيوم عبارة عن غلاف حديدي مبطن بالطوب الحراري من الداخل. الجزء السفلي (تحت)، المُجمَّع من كتل من الفحم المضغوط، يعمل ككاثود. توجد الأنودات (واحدة أو أكثر) في الأعلى: وهي عبارة عن إطارات من الألومنيوم مملوءة بقوالب الفحم. في المصانع الحديثة، يتم تركيب المحللات الكهربائية على التوالي؛ تتكون كل سلسلة من 150 و أكثرأجهزة تحليل كهربائي.

أثناء التحليل الكهربائي، يتم إطلاق الألومنيوم عند الكاثود والأكسجين عند الأنود. يتم جمع الألومنيوم، الذي يتمتع بكثافة أعلى من كثافة الذوبان الأصلي، في الجزء السفلي من المحلل الكهربائي، حيث يتم إطلاقه بشكل دوري. عندما يتم إطلاق المعدن، تتم إضافة أجزاء جديدة من أكسيد الألومنيوم إلى المصهور. يتفاعل الأكسجين المنبعث أثناء التحليل الكهربي مع كربون الأنود، الذي يحترق مكونًا CO وCO 2 .

تم بناء أول مصهر للألمنيوم في روسيا عام 1932 في فولخوف.

سبائك الألومنيوم

سبائك، والتي تزيد من قوة الألومنيوم وخصائصه الأخرى، يتم الحصول عليها عن طريق إدخال إضافات صناعة السبائك إليه، مثل النحاس والسيليكون والمغنيسيوم والزنك والمنغنيز.

دورالومين(duralumin، duralumin، من اسم المدينة الألمانية حيث بدأ الإنتاج الصناعيسبيكة). سبائك الألومنيوم (القاعدة) مع النحاس (النحاس: 2.2-5.2%) والمغنيسيوم (المغنيسيوم: 0.2-2.7%) والمنجنيز (المنجنيز: 0.2-1%). عرضة للتصلب والشيخوخة، وغالبًا ما تكون مغطاة بالألمنيوم. إنها مادة هيكلية لهندسة الطيران والنقل.

سيلومين- سبائك الصب الخفيفة من الألومنيوم (القاعدة) مع السيليكون (Si: 4-13%)، تصل أحياناً إلى 23% وبعض العناصر الأخرى: Cu، Mn، Mg، Zn، Ti، Be). أنها تنتج أجزاء من التكوينات المعقدة، وخاصة في صناعات السيارات والطائرات.

ماجناليا- سبائك الألومنيوم (القاعدة) مع المغنيسيوم (1-13%) وعناصر أخرى، تتمتع بمقاومة عالية للتآكل، وقابلية لحام جيدة، ومطيلية عالية. إنهم ينتجون المسبوكات ذات الشكل (صب المغناليا) والصفائح والأسلاك والمسامير وما إلى ذلك. (ماغناليا مشوهة).

المزايا الرئيسية لجميع سبائك الألومنيوم هي كثافتها المنخفضة (2.5-2.8 جم / سم 3)، والقوة العالية (لكل وحدة وزن)، والمقاومة المرضية للتآكل الجوي، والرخص النسبي وسهولة الإنتاج والمعالجة.

تُستخدم سبائك الألومنيوم في صناعة الصواريخ والطائرات والسيارات وبناء السفن وصناعة الأدوات وفي إنتاج أدوات المائدة والسلع الرياضية والأثاث والإعلان وغيرها من الصناعات.

تحتل سبائك الألومنيوم المركز الثاني من حيث اتساع نطاق التطبيق بعد الفولاذ والحديد الزهر.

يعد الألومنيوم أحد أكثر الإضافات شيوعًا في السبائك المعتمدة على النحاس والمغنيسيوم والتيتانيوم والنيكل والزنك والحديد.

ويستخدم الألومنيوم أيضا ل ألومنيوم (ألمنيوم)- تشبع سطح منتجات الصلب أو الحديد الزهر بالألمنيوم من أجل حماية المادة الأساسية من الأكسدة تحت التسخين القوي، أي. زيادة مقاومة الحرارة (حتى 1100 درجة مئوية) ومقاومة التآكل الجوي.

تعريف

الألومنيوم- العنصر الثالث عشر من الجدول الدوري. التعيين - آل من الكلمة اللاتينية "الألومنيوم". تقع في الفترة الثالثة، مجموعة IIIA. يشير إلى المعادن. الشحنة النووية 13.

الألومنيوم هو المعدن الأكثر شيوعا في القشرة الأرضية. وهو أحد مكونات الطين والفلسبار والميكا والعديد من المعادن الأخرى. يبلغ إجمالي محتوى الألومنيوم في القشرة الأرضية 8٪ (كتلة).

الألومنيوم معدن خفيف الوزن ذو لون أبيض فضي (الشكل 1). يتم سحبها بسهولة إلى سلك ولفها إلى صفائح رقيقة.

في درجة حرارة الغرفةالألومنيوم لا يتغير في الهواء، ولكن فقط لأن سطحه مغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد، والتي لها تأثير وقائي قوي للغاية.

أرز. 1. الألومنيوم. مظهر.

الكتلة الذرية والجزيئية للألمنيوم

الكتلة الجزيئية النسبية للمادة (M r)هو رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 كتلة ذرة الكربون، و الكتلة الذرية النسبية للعنصر(أ ص) - كم مرة متوسط ​​كتلة الذرات عنصر كيميائيأكثر من 1/12 كتلة ذرة الكربون.

نظرًا لوجود الألومنيوم في الحالة الحرة على شكل جزيئات Al أحادية الذرة، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية تتطابق. وهي تساوي 26.9815.

نظائر الألومنيوم

من المعروف أنه يمكن العثور على الألومنيوم في الطبيعة على شكل نظير واحد ثابت 27 Al. العدد الكتلي هو 27. تحتوي نواة ذرة نظير الألومنيوم 27 Al على ثلاثة عشر بروتونًا وأربعة عشر نيوترونًا.

هناك نظائر مشعة للألمنيوم ذات أعداد كتلية من 21 إلى 42، ومن بينها النظائر الأطول عمرا 26 Al، والذي يبلغ عمر النصف له 720 ألف سنة.

أيونات الألومنيوم

يوجد على مستوى الطاقة الخارجي لذرة الألومنيوم ثلاثة إلكترونات وهي:

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

نتيجة للتفاعل الكيميائي، يتخلى الألومنيوم عن إلكترونات التكافؤ، أي. هو المتبرع بها، ويتحول إلى أيون موجب الشحنة:

آل 0 -3e → آل 3+ .

جزيء الألومنيوم والذرة

في الحالة الحرة، يوجد الألومنيوم على شكل جزيئات Al أحادية الذرة. فيما يلي بعض الخصائص التي تميز ذرة وجزيء الألومنيوم:

سبائك الألومنيوم

الاستخدام الرئيسي للألمنيوم هو إنتاج السبائك التي تعتمد عليه. تتم إضافة إضافات صناعة السبائك (على سبيل المثال، النحاس والسيليكون والمغنيسيوم والزنك والمنغنيز) إلى الألومنيوم بشكل رئيسي لزيادة قوته.

تستخدم على نطاق واسع دورالومينات تحتوي على النحاس والمغنيسيوم، وسيلومينات تكون المادة المضافة الرئيسية فيها هي السيليكون، والمغناليوم (سبيكة من الألومنيوم تحتوي على 9.5-11.5٪ مغنيسيوم).

يعد الألومنيوم أحد أكثر الإضافات شيوعًا في السبائك المعتمدة على النحاس والمغنيسيوم والتيتانيوم والنيكل والزنك والحديد.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	لحام القضبان باستخدام طريقة الألومنيوم، يتم استخدام خليط من الألومنيوم وأكسيد الحديد Fe 3 O 4. ارسم معادلة كيميائية حرارية للتفاعل إذا كان تكوين الحديد الذي يزن 1 كجم (1000 جم) يطلق 6340 كيلوجول من الحرارة.
حل	دعونا نكتب معادلة تفاعل إنتاج الحديد بطريقة الألومينوثرميك: 8Al + 3Fe2O3 = 9Fe+ 4Al2O3. لنجد الكتلة النظرية للحديد (محسوبة باستخدام معادلة التفاعل الكيميائي الحراري): ن (الحديد) = 9 مول؛ م (الحديد) = ن (الحديد) ×M (الحديد)؛ م(الحديد) = 9 × 56 = 504 جم. اسمح بإطلاق x kJ من الحرارة أثناء التفاعل. دعونا نجعل نسبة: 1000 جم - 6340 كيلوجول؛ 504 جم - × كيلوجول. ومن ثم فإن x ستكون مساوية لـ: س = 540 × 6340 / 1000 = 3195. وهذا يعني أنه أثناء تفاعل إنتاج الحديد بطريقة الألومنيوم الحرارية، يتم إطلاق 3195 كيلوجول من الحرارة. المعادلة الكيميائية الحرارية للتفاعل هي: 8Al + 3Fe2O3 = 9Fe+ 4Al2O3 + 3195 كيلوجول.
إجابة	أثناء التفاعل، يتم إطلاق 3195 كيلوجول من الحرارة.

مثال 2

يمارس	تمت معالجة الألومنيوم بـ 200 جم من محلول حمض النيتريك بنسبة 16%، وتم إطلاق الغاز. تحديد كتلة وحجم الغاز المنطلق.
حل	دعونا نكتب معادلة تفاعل إذابة الألومنيوم في حمض النيتريك: 2Al + 6HNO 3 = 2Al(NO 3) 3 + 3H 2 -. دعونا نحسب كتلة المادة المذابة لحمض النيتريك: m(HNO 3) = محلول m (HNO 3)×w(HNO 3) / 100%؛ م (HNO 3) = 20 ×96% / 100% = 19.2 جم. لنجد كمية حمض النيتريك: M(HNO 3) = Ar(H) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 1 + 14 + 3×16 = 63 جم/مول. ن (HNO 3) = م (HNO 3) / M (HNO 3)؛ ن (HNO 3) = 19.2 / 63 = 0.3 مول. وفقا لمعادلة التفاعل n(HNO 3) : n(H 2) = 6:3، أي. n(H2) = 3×n(HNO3) / 6 = ½ ×n(HNO3) = ½ × 0.3 = 0.15 مول. عندها ستكون كتلة وحجم الهيدروجين المنطلق متساويين: M(H 2) = 2×Ar(H) = 2×1 = 2 جم/مول. م(ح 2) = ن(ح 2) ×م(ح 2) = 0.15 × 2 = 0.3 جم. الخامس(ح 2) = ن(ح 2) ×الخامس م; V(H2) = 0.15 × 22.4 = 3.36 لتر.
إجابة	نتيجة للتفاعل، يتم إطلاق الهيدروجين بكتلة 0.3 جم وحجم 3.36 لتر.

وهو المعدن الأكثر شيوعا في القشرة الأرضية. وهو ينتمي إلى مجموعة المعادن الخفيفة، وله كثافة منخفضة ونقطة انصهار. في الوقت نفسه، اللدونة والتوصيل الكهربائي في مستوى عالالذي يوفر ذلك. لذلك، دعونا نكتشف ما هي نقطة الانصهار المحددة للألمنيوم وسبائكه (بالمقارنة مع و)، والتوصيل الحراري والكهربائي، والكثافة، وغيرها من الخصائص، وكذلك ما هي ميزات هيكل سبائك الألومنيوم وتركيبها الكيميائي .

في البداية، يخضع التركيب والتركيب الكيميائي للألمنيوم لدراستنا. قوة الشد للألمنيوم النقي صغيرة للغاية وتصل إلى 90 ميجا باسكال.إذا تمت إضافة المنغنيز أو المغنيسيوم إلى تركيبته بنسبة صغيرة، يمكن أن تزيد القوة إلى 700 ميجا باسكال. سيؤدي استخدام المعالجة الحرارية الخاصة إلى نفس النتيجة.

يمكن استخدام المعدن ذو أعلى درجة نقاء (99.99% ألومنيوم) لأغراض خاصة ومختبرية، وفي حالات أخرى بنقاء تقني. قد تكون الشوائب الأكثر شيوعًا فيه هي السيليكون والحديد، وهي غير قابلة للذوبان عمليًا في الألومنيوم. ونتيجة لإضافتها، تقل الليونة وتزداد قوة المعدن النهائي.

يتم تمثيل بنية الألومنيوم بخلايا الوحدة، والتي تتكون بدورها من أربع ذرات. ومن الناحية النظرية تبلغ كثافة هذا المعدن 2698 كجم/م3.

الآن دعونا نتحدث عن خصائص معدن الألمنيوم.

سيخبرك هذا الفيديو عن هيكل الألومنيوم:

الخصائص والخصائص

خصائص المعدن هي الموصلية الحرارية والكهربائية العالية، الحصانة للتآكل، الليونة العالية والمقاومة درجات الحرارة المنخفضة. علاوة على ذلك، فإن خاصيته الرئيسية هي كثافته المنخفضة (حوالي 2.7 جم/سم3).

تعتمد الخصائص الميكانيكية والتكنولوجية وكذلك الفيزيائية والكيميائية لهذا المعدن بشكل مباشر على الشوائب الموجودة في تركيبته. مكوناته الطبيعية تشمل و.

الإعدادات الرئيسية

• كثافة الألمنيوم 2.7 * 10 3 كجم / م 3 ؛
• الثقل النوعي - 2.7 ز/ سم 3 ;
• نقطة انصهار الألومنيوم 659 درجة مئوية؛
• نقطة الغليان 2000 درجة مئوية؛
• معامل التمدد الخطي هو - 22.9 * 10 6 (1/درجة).

الآن تخضع الموصلية الحرارية والتوصيل الكهربائي للألمنيوم للنظر فيها.

يقارن هذا الفيديو درجات انصهار الألومنيوم والمعادن الأخرى شائعة الاستخدام:

التوصيل الكهربائي

من المؤشرات المهمة للألمنيوم موصليته الكهربائية، والتي تأتي في المرتبة الثانية من حيث القيمة بعد الذهب والفضة و. إن المعامل العالي للتوصيل الكهربائي مع الكثافة المنخفضة يجعل المادة ذات قدرة تنافسية عالية في صناعة الكابلات والأسلاك.

بالإضافة إلى الشوائب الرئيسية، يتأثر هذا المؤشر أيضا بالمنجنيز والكروم. إذا كان الألومنيوم مخصصًا لإنتاج الموصلات الحالية، فيجب ألا يتجاوز إجمالي كمية الشوائب 0.01%.

• قد يختلف مؤشر التوصيل الكهربائي حسب الحالة التي يوجد بها الألومنيوم. عملية التلدين على المدى الطويل تزيد من هذا المؤشر، والتصلب البارد، على العكس من ذلك، يقلل منه.
• تتراوح المقاومة المحددة عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، اعتمادًا على نوع المعدن، بين 0.0277-0.029 ميكروأوم*م.

توصيل حراري

يبلغ معامل التوصيل الحراري للمعدن حوالي 0.50 كالوري/سم*س*س ويزداد مع درجة نقائه.

وهذه القيمة أقل من قيمة الفضة، ولكنها أكبر من قيمة المعادن الأخرى.بفضله، يتم استخدام الألومنيوم بنشاط في إنتاج المبادلات الحرارية والمشعات.

المقاومة للتآكل

المعدن نفسه هو مادة نشطة كيميائيا، ولهذا السبب يتم استخدامه في الألومنيوم. عند ملامسته للهواء، يتم تشكيل طبقة رقيقة من أكسيد الألومنيوم، والتي لها خمول كيميائي وقوة عالية. والغرض الرئيسي منه هو حماية المعدن من عملية الأكسدة اللاحقة، وكذلك من آثار التآكل.

• إذا كان الألومنيوم عالي النقاء، فإن هذا الفيلم لا يحتوي على مسام، ويغطي سطحه بالكامل ويوفر التصاقًا موثوقًا به. ونتيجة لذلك، فإن المعدن مقاوم ليس فقط للماء والهواء، ولكن أيضًا للقلويات والأحماض غير العضوية.
• في الأماكن التي توجد بها الشوائب، قد تتلف الطبقة الواقية من الفيلم. مثل هذه الأماكن تصبح عرضة للتآكل. ولذلك، قد يحدث تآكل الحفر على السطح. إذا كان الصف يحتوي على 99.7% ألومنيوم وأقل من 0.25% حديد، فإن معدل التآكل يكون 1.1، مع محتوى ألومنيوم 99.0% يرتفع هذا الرقم إلى 31.
• كما أن الحديد الموجود يقلل من مقاومة المعدن للقلويات، لكنه لا يغير من مقاومة أحماض الكبريتيك والنيتريك.

التفاعل مع المواد المختلفة

عندما تبلغ درجة حرارة الألومنيوم 100 درجة مئوية، فإنه قادر على التفاعل مع الكلور.وبغض النظر عن درجة التسخين، فإن الألومنيوم يذيب الهيدروجين، لكنه لا يتفاعل معه. ولهذا السبب فهو المكون الرئيسي للغازات الموجودة في المعدن.

بشكل عام، الألومنيوم مستقر في البيئات التالية:

• المياه العذبة ومياه البحر.
• أملاح المغنيسيوم والصوديوم والأمونيوم.
• حامض الكبريتيك.
• المحاليل الضعيفة للكروم والفوسفور.
• محلول الأمونيا؛
• الخليك والماليك والأحماض الأخرى.

الألومنيوم غير مقاوم:

• محلول حامض الكبريتيك
• حامض الهيدروكلوريك؛
• القلويات الكاوية وحلها؛
• حمض الأكساليك.

اقرأ أدناه عن سمية الألومنيوم وصداقته للبيئة.

يتم عرض التوصيلات الكهربائية للنحاس والألومنيوم، بالإضافة إلى مقارنات أخرى بين المعدنين في الجدول أدناه.

مقارنة خصائص الألومنيوم والنحاس

تسمم

على الرغم من أن الألومنيوم شائع جدًا، إلا أنه لا يستخدم في عملية التمثيل الغذائي بواسطة أي كائن حي. له تأثير سام طفيف، ولكن يمكن للعديد من مركباته غير العضوية التي تذوب في الماء منذ وقت طويلتبقى في هذه الحالة وتؤثر سلبا على الكائنات الحية. المواد الأكثر سمية هي الأسيتات والكلوريدات والنترات.

وفقا للمعايير، قد تحتوي مياه الشرب على 0.2-0.5 ملغ لكل 1 لتر.

أكثر من ذلك معلومات مفيدةيحتوي هذا الفيديو على معلومات حول خصائص الألومنيوم: