Caracteristici generale. Aluminiu

Tipul de lecție. Combinate.

Sarcini:

Educațional:

1. Actualizați cunoștințele elevilor despre structura atomului, semnificația fizică a numărului de serie, numărul grupului, numărul perioadei folosind exemplul aluminiului.

2. Să formeze elevilor cunoașterea că aluminiul în stare liberă are proprietăți fizico-chimice deosebite, caracteristice.

Educațional:

1. Să stimuleze interesul pentru studiul științei prin furnizarea de scurte rapoarte istorice și științifice despre trecutul, prezentul și viitorul aluminiului.

2. Continuați să dezvoltați abilitățile de cercetare ale studenților atunci când lucrează cu literatura și efectuează lucrări de laborator.

3. Extindeți conceptul de amfoteritate prin dezvăluirea structurii electronice a aluminiului și a proprietăților chimice ale compușilor săi.

Educațional:

1. Încurajează respectul pentru mediu oferind informații despre posibilele utilizări ale aluminiului ieri, azi, mâine.

2. Dezvoltați capacitatea de a lucra în echipă la fiecare elev, ține cont de opiniile întregului grup și le apără corect pe ale lor atunci când efectuează lucrări de laborator.

3. Introduceți elevii în etica științifică, onestitatea și integritatea oamenilor de știință a naturii din trecut, oferind informații despre lupta pentru dreptul de a fi descoperitorul aluminiului.

REPETAREA MATERIALULUI ACOPERIT pe subiectele alcaline și alcalino-pământoase M (REPETARE):

Care este numărul de electroni din nivelul energetic exterior al alcalino-pământoase M?

Ce produse se formează când sodiul sau potasiul reacţionează cu oxigenul? (peroxid), este litiul capabil să producă peroxid în reacție cu oxigenul? (nu, reacția produce oxid de litiu.)

Cum se obțin oxizii de sodiu și potasiu?

(prin calcinarea peroxizilor cu Me-ul corespunzător, Pr: 2Na + Na 2 O 2 = 2Na 2 O). Prezintă metale alcaline și alcalino-pământoase puteri negative

oxidare? (nu, nu, deoarece sunt agenți reducători puternici.).

Cum se modifică raza unui atom în principalele subgrupe (de sus în jos) ale sistemului periodic? (crește), cu ce se leagă asta? (cu creșterea numărului de niveluri de energie).

Care dintre grupele de metale pe care le-am studiat sunt mai ușoare decât apa? (pentru cele alcaline).

În ce condiții are loc formarea hidrurilor în metalele alcalino-pământoase? (la temperaturi ridicate).

Ce substanță, calciul sau magneziul, reacționează mai activ cu apa? (calciul reactioneaza mai activ. Magneziul reactioneaza activ cu apa numai cand este incalzit la 100 0 C).

Cum se schimbă solubilitatea hidroxizilor metalelor alcalino-pământoase în apă în serie de la calciu la bariu? (solubilitatea în apă crește).

Spuneți-ne despre caracteristicile stocării metalelor alcaline și alcalino-pământoase, de ce sunt depozitate în acest fel? (deoarece aceste metale sunt foarte reactive, ele sunt depozitate în recipiente sub un strat de kerosen).

VERIFICAȚI LUCRĂRI pe subiectele alcaline și alcalino-pământoase M:

REZUMATUL LECȚIEI (MATERIALE NOU ÎNVĂȚAT): Profesor:

Bună, băieți, astăzi trecem la studiul subgrupului IIIA. Enumerați elementele situate în subgrupa IIIA? Stagiarii:

REZUMATUL LECȚIEI (MATERIALE NOU ÎNVĂȚAT): Include elemente precum bor, aluminiu, galiu, indiu și taliu.

Bună, băieți, astăzi trecem la studiul subgrupului IIIA. Enumerați elementele situate în subgrupa IIIA? Ce număr de electroni conțin la nivelul energetic exterior, starea de oxidare?

REZUMATUL LECȚIEI (MATERIALE NOU ÎNVĂȚAT): Trei electroni, starea de oxidare +3, deși taliul are o stare de oxidare mai stabilă +1. Proprietățile metalice ale elementelor subgrupului bor sunt mult mai puțin pronunțate decât cele ale elementelor subgrupului beriliu. Borul este non-M. Ulterior, în cadrul subgrupului, cu sarcina crescândă a nucleului M, proprietățile se intensifică.O l

– deja M, dar nu tipic. Hidroxidul său are proprietăți amfotere. Din M al subgrupului principal al grupului III cea mai mare valoare

Aluminiul este un element din grupa a 13-a din tabelul periodic al elementelor chimice, perioada a treia, cu număr atomic 13. Aparține grupului metalelor ușoare. Cel mai obișnuit metal și al treilea cel mai frecvent element chimic din scoarta terestra(după oxigen și siliciu).

Substanța simplă aluminiu este un metal ușor, paramagnetic, de culoare alb-argintie, ușor de format, turnat, prelucrare. Aluminiul are o conductivitate termică și electrică ridicată și rezistență la coroziune datorită formării rapide a peliculelor puternice de oxid care protejează suprafața de interacțiuni ulterioare.

Metoda modernă primire, proces Hall-Heroult. Constă în dizolvarea oxidului de aluminiu Al2O3 în criolitul topit Na3AlF6, urmată de electroliză folosind cocs consumabil sau electrozi anodici de grafit. Această metodă de producție necesită cantități foarte mari de energie electrică și, prin urmare, a primit aplicare industrială abia în secolul al XX-lea.

Metodă de laborator pentru producerea aluminiului: reducerea clorurii de aluminiu anhidru cu potasiu metal (reacția are loc atunci când este încălzită fără acces la aer):

metal argintiu- alb, ușoară, densitate - 2,7 g/cm³, punctul de topire al aluminiului tehnic - 658 °C, aluminiu de înaltă puritate - 660 °C, ductilitate ridicată: tehnic - 35%, pur - 50%, rulat în foi subțiri și chiar folie. Aluminiul are conductivitate electrică ridicată (37·106 S/m) și conductivitate termică (203,5 W/(m·K)), 65% și are o reflectivitate ridicată a luminii.

Aluminiul formează aliaje cu aproape toate metalele. Cele mai cunoscute aliaje sunt cuprul și magneziul (duralumin) și siliciul (siliciu).

În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, se află pe locul 1 în rândul metalelor și pe locul 3 în rândul elementelor, pe locul doi după oxigen și siliciu. Concentrația în masă a aluminiului în scoarța terestră, conform diverșilor cercetători, este estimată între 7,45 și 8,14%. În natură, aluminiul, datorită activității sale chimice ridicate, se găsește aproape exclusiv sub formă de compuși.

Aluminiul natural constă aproape în întregime dintr-un singur izotop stabil, 27Al, cu urme neglijabile de 26Al, cel mai longeviv izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire de 720 de mii de ani, format în atmosferă când nucleele de argon 40Ar sunt divizate de cosmice de înaltă energie. protoni de raze.

În condiții normale, aluminiul este acoperit cu o peliculă de oxid subțire și durabilă și, prin urmare, nu reacționează cu agenții oxidanți clasici: H2O (t°), O2, HNO3 (fără încălzire). Datorită acestui fapt, aluminiul nu este practic supus coroziunii și, prin urmare, este foarte solicitat în industria modernă. Cu toate acestea, atunci când filmul de oxid este distrus (de exemplu, la contactul cu soluții de săruri de amoniu NH4+, alcalii fierbinți sau ca rezultat al amalgamării), aluminiul acționează ca un metal reducător activ. Puteți preveni formarea unei pelicule de oxid adăugând metale precum galiu, indiu sau staniu la aluminiu. În acest caz, suprafața aluminiului este umezită de eutectici cu punct de topire scăzut pe baza acestor metale.

Reacționează ușor cu substanțe simple:

cu oxigen, formând oxid de aluminiu:

cu halogeni (cu excepția fluorului), formând clorură, bromură sau iodură de aluminiu:

reacţionează cu alte nemetale atunci când este încălzit:

cu fluor pentru a forma fluorură de aluminiu:

cu sulf, formând sulfură de aluminiu:

cu azot pentru a forma nitrură de aluminiu:

cu carbon, formând carbură de aluminiu:

Sulfura și carbura de aluminiu sunt complet hidrolizate:

Cu substanțe complexe:

cu apă (după îndepărtarea filmului protector de oxid, de exemplu, amalgamare sau soluții alcaline fierbinți):

cu alcalii (cu formarea de tetrahidroxoaluminați și alți aluminați):

Se dizolvă ușor în acizi clorhidric și sulfuric diluat:

Când este încălzit, se dizolvă în acizi - agenți de oxidare care formează săruri solubile de aluminiu:

reduce metalele din oxizii lor (aluminotermie):

44. Compușii aluminiului, proprietățile lor amfotere

Configurația electronică a nivelului extern de aluminiu ... 3s23p1.

În starea excitată, unul dintre electronii s merge într-o celulă liberă de subnivelul p, această stare corespunde cu valența III și cu starea de oxidare +3. În stratul exterior de electroni al atomului de aluminiu există subniveluri d libere.

Cei mai importanți compuși naturali sunt aluminosilicații:

argilă albă Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O, feldspat K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2, mica K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ H2O

Dintre celelalte forme naturale de aluminiu, cele mai importante sunt bauxita А12Оз ∙ nН2О, mineralele corindon А12Оз și criolitul А1Fз ∙ 3NaF.

Metal ușor, alb-argintiu, ductil, conduce bine curent electric si caldura.

În aer, aluminiul este acoperit cu o peliculă de oxid subțire (0,00001 mm) dar foarte densă, care protejează metalul de oxidarea ulterioară și îi conferă un aspect mat.

Oxid de aluminiu A12O3

Alb solid, insolubil în apă, punct de topire 20500C.

A12O3 natural este corindonul mineral. Cristale de corindon colorate transparente - rubin roșu - conțin un amestec de crom - și safir albastru - un amestec de titan și fier - pietre prețioase. De asemenea, sunt obținute artificial și utilizate în scopuri tehnice, de exemplu, pentru fabricarea de piese pentru instrumente de precizie, pietre de ceas etc.

Proprietăți chimice

Oxidul de aluminiu prezintă proprietăți amfotere

1. interacţiunea cu acizii

А12О3 +6HCl = 2AlCI3 + 3H2O

2. interacţiunea cu alcalii

А12О3 + 2NaOH – 2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 2NaOH + 5H2O = 2Na

3. Când se încălzește un amestec de oxid al metalului corespunzător cu pulbere de aluminiu, are loc o reacție violentă, care duce la eliberarea metalului liber din oxidul preluat. Metoda de reducere folosind Al (aluminotermie) este adesea folosită pentru a obține un număr de elemente (Cr, Mn, V, W etc.) în stare liberă

2A1 + WO3 = A12Oz + W

4. interacţiunea cu sărurile care au un mediu foarte alcalin datorită hidrolizei

Al2O3 + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + CO2

Hidroxid de aluminiu A1(OH)3

Al(OH)3 este un precipitat alb gelatinos voluminos, practic insolubil în apă, dar ușor solubil în acizi și baze puternice. Are deci un caracter amfoter.

Hidroxidul de aluminiu se obține prin schimbul de săruri solubile de aluminiu cu alcalii

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl

Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓

Această reacție poate fi utilizată ca reacție calitativă pentru ionul Al3+

Proprietăți chimice

1. interacţiunea cu acizii

Al(OH)3 +3HCI = 2AlCI3 + 3H2O

2. la interacțiunea cu alcalii puternici se formează aluminații corespunzători:

NaOH + A1(OH)3 = Na

3. descompunere termică

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Sărurile de aluminiu sunt supuse hidrolizei în cation; mediul este acid (pH< 7)

Al3+ + H+OH- ↔ AlOH2+ + H+

Al(NO3)3 + H2O↔ AlOH(NO3)2 + HNO3

Sărurile de aluminiu solubile și acizii slabi sunt supuși complet (hidroliză ireversibilă)

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

Oxid de aluminiu Al2O3 - inclus în unele antiacide (de exemplu, Almagel), utilizat pentru creșterea acidității sucului gastric.

КAl(SO4)3 12H2О – alaunul de potasiu aluminiu este utilizat în medicină pentru tratamentul bolilor de piele, ca agent hemostatic. De asemenea, este folosit ca tanin în industria pielii.

(CH3COO)3Al - lichid Burov - soluție 8% de acetat de aluminiu are efect astringent și antiinflamator, iar în concentrații mari are proprietăți antiseptice moderate. Se folosește în formă diluată pentru clătire, loțiuni și pentru boli inflamatorii ale pielii și mucoaselor.

AlCl3 - folosit ca catalizator în sinteza organică.

Al2(SO4)3 18 H20 – folosit pentru purificarea apei.

Aluminiu

Aluminiu- element chimic din grupa III tabel periodic Mendeleev (număr atomic 13, masă atomică 26,98154). În majoritatea compușilor, aluminiul este trivalent, dar la temperaturi ridicate poate prezenta și starea de oxidare +1. Dintre compușii acestui metal, cel mai important este oxidul de Al2O3.

Aluminiu- metal alb-argintiu, usor (densitate 2,7 g/cm3), ductil, bun conductor de electricitate si caldura, punct de topire 660 °C. Este ușor tras în sârmă și rulat în foi subțiri. Aluminiul este activ din punct de vedere chimic (în aer devine acoperit cu o peliculă de oxid de protecție - oxid de aluminiu) și protejează în mod fiabil metalul de oxidarea ulterioară. Dar dacă pulberea de aluminiu sau folia de aluminiu este încălzită puternic, metalul arde cu o flacără orbitoare, transformându-se în oxid de aluminiu. Aluminiul se dizolvă chiar și în acizi clorhidric și sulfuric diluați, mai ales atunci când este încălzit. Dar aluminiul nu se dizolvă în acid azotic rece foarte diluat și concentrat. Când aluminiul este expus la soluții apoase de alcalii, stratul de oxid se dizolvă și se formează aluminați - săruri care conțin aluminiu ca parte a anionului:

Al203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na.

Aluminiul, lipsit de peliculă de protecție, interacționează cu apa, înlocuind hidrogenul din aceasta:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2

Hidroxidul de aluminiu rezultat reacţionează cu excesul de alcali, formând hidroxoaluminat:

Al(OH)3 + NaOH = Na.

Ecuația globală pentru dizolvarea aluminiului într-o soluție apoasă alcalină are următoarea formă:

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

De asemenea, aluminiul interacționează activ cu halogenii. Hidroxidul de aluminiu Al(OH) 3 este o substanță albă, translucidă, gelatinoasă.

Scoarța terestră conține 8,8% aluminiu. Este al treilea element cel mai abundent din natură după oxigen și siliciu și primul dintre metale. Face parte din argile, feldspați și mica. Sunt cunoscute câteva sute de minerale Al (aluminosilicați, bauxite, alunite și altele). Cel mai important mineral de aluminiu, bauxita, conține 28-60% alumină - oxid de aluminiu Al 2 O 3.

ÎN formă pură aluminiul a fost obținut pentru prima dată de fizicianul danez H. Oersted în 1825, deși este cel mai comun metal din natură.

Producția de aluminiu se realizează prin electroliza aluminei Al 2 O 3 în criolitul topit NaAlF 4 la o temperatură de 950 °C.

Aluminiul este utilizat în aviație, construcții, în principal sub formă de aliaje de aluminiu cu alte metale, electrotehnică (un înlocuitor al cuprului la fabricarea cablurilor etc.), industria alimentară (folie), metalurgie (aditiv de aliaj), aluminotermie, etc.

Densitatea aluminiului, greutatea specifică și alte caracteristici.

Densitate - 2,7*10 3 kg/m 3 ;
Greutate specifică - 2,7 G/cm3;
Căldura specifică la 20°C - 0,21 cal/grad;
Punct de topire - 658,7°C;
Capacitate termică specifică de fuziune - 76,8 cal/grad;
Punct de fierbere - 2000°C;
Modificarea volumului relativ în timpul topirii (ΔV/V) - 6,6%;
Coeficientul de dilatare liniar(la aproximativ 20°C) : - 22,9 *106 (1/grad);
Coeficient de conductivitate termică a aluminiului - 180 kcal/m*oră*grade;

Modulele elastice ale aluminiului și raportul lui Poisson

Reflectarea luminii de către aluminiu

Numerele date în tabel arată ce procent de lumină incidentă perpendicular pe suprafață este reflectată de aceasta.

OXID DE ALUMINIU Al 2 O 3

Oxid de aluminiu Al 2 O 3, numită și alumină, se găsește în natură sub formă cristalină, formând corindonul mineral. Corindonul are o duritate foarte mare. Cristalele sale transparente, colorate roșu sau albastru, sunt pietre prețioase - rubin și safir. În prezent, rubinele sunt obținute artificial prin alierea cu alumină în interior cuptor electric. Ele sunt folosite nu atât pentru decorare, cât în ​​scopuri tehnice, de exemplu, pentru fabricarea de piese pentru instrumente de precizie, pietre de ceas etc. Cristalele de rubin care conțin un mic amestec de Cr 2 O 3 sunt folosite ca generatoare cuantice - lasere care creează un fascicul direcționat de radiație monocromatică.

Corindon și soiul său cu granulație fină care conține număr mare impurități - șmirghel, folosit ca materiale abrazive.

PRODUCEREA ALUMINIU

Principala materie primă pentru producția de aluminiu se folosesc bauxite care conţin 32-60% alumină Al 2 O 3. Cele mai importante minereuri de aluminiu includ și alunita și nefelina. Rusia are rezerve semnificative de minereu de aluminiu. Pe lângă bauxită, din care zăcăminte mari se află în Urali și Bașkiria, o sursă bogată de aluminiu este nefelina, extrasă în Peninsula Kola. O mulțime de aluminiu se găsește și în zăcămintele din Siberia.

Aluminiul este produs din oxid de aluminiu Al 2 O 3 prin metoda electrolitică. Oxidul de aluminiu utilizat pentru aceasta trebuie să fie suficient de pur, deoarece impuritățile sunt greu de îndepărtat din aluminiul topit. Al 2 O 3 purificat se obţine prin prelucrarea bauxitei naturale.

Principalul material de pornire pentru producția de aluminiu este oxidul de aluminiu. Nu conduce electricitatea și are foarte temperatură ridicată topirea (aproximativ 2050 °C), deci necesită prea multă energie.

Este necesar să se reducă punctul de topire al oxidului de aluminiu la cel puțin 1000 o C. Această metodă a fost descoperită simultan de francezul P. Héroux și americanul C. Hall. Ei au descoperit că alumina se dizolvă bine în criolitul topit, un mineral cu compoziția AlF 3. 3NaF. Această topitură este supusă electrolizei la o temperatură de numai aproximativ 950 °C în producția de aluminiu. Rezervele de criolit în natură sunt nesemnificative, așa că a fost creat criolitul sintetic, care a redus semnificativ costul producției de aluminiu.

Un amestec topit de criolit Na3 și oxid de aluminiu este supus hidrolizei. Un amestec care conține aproximativ 10 procente în greutate Al2O3 se topește la 960 °C și are conductivitate electrică, densitate și vâscozitate care sunt cele mai favorabile procesului. Pentru a îmbunătăți în continuare aceste caracteristici, la amestec se adaugă aditivi AlF3, CaF2 și MgF2. Datorită acestui fapt, electroliza este posibilă la 950 °C.

Electrolizorul pentru topirea aluminiului este o carcasă de fier căptușită cu cărămizi refractare pe interior. Fundul său (dedesubt), asamblat din blocuri de cărbune comprimat, servește drept catod. Anozii (unul sau mai mulți) sunt amplasați deasupra: acestea sunt cadre de aluminiu umplute cu brichete de cărbune. În instalațiile moderne, electrolizatoarele sunt instalate în serie; fiecare serie este formată din 150 și Mai mult electrolizoare.

În timpul electrolizei, aluminiul este eliberat la catod și oxigenul la anod. Aluminiul, care are o densitate mai mare decât topitura originală, este colectat în partea inferioară a electrolizorului, de unde este eliberat periodic. Pe măsură ce metalul este eliberat, noi porțiuni de oxid de aluminiu sunt adăugate în topitură. Oxigenul eliberat în timpul electrolizei interacționează cu carbonul anodului, care arde, formând CO și CO 2 .

Prima topitorie de aluminiu din Rusia a fost construită în 1932 la Volhov.

ALIEJE DE ALUMINIU

Aliaje, care măresc rezistența și alte proprietăți ale aluminiului, se obțin prin introducerea de aditivi de aliere în el, precum cupru, siliciu, magneziu, zinc, mangan.

Duraluminiu(duralumin, duraluminiu, de la numele orașului german în care a fost început producție industrială aliaj). Aliaj de aluminiu (bază) cu cupru (Cu: 2,2-5,2%), magneziu (Mg: 0,2-2,7%) mangan (Mn: 0,2-1%). Supus întăririi și îmbătrânirii, adesea îmbrăcat cu aluminiu. Este un material structural pentru ingineria aviației și transporturilor.

Silumin- aliaje usoare de turnare de aluminiu (baza) cu siliciu (Si: 4-13%), uneori pana la 23% si alte elemente: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Ele produc piese de configurații complexe, în principal în industria auto și aeronautică.

Magnalia- aliaje de aluminiu (bază) cu magneziu (Mg: 1-13%) și alte elemente cu rezistență ridicată la coroziune, sudabilitate bună și ductilitate ridicată. Produc piese turnate modelate (turnare magnalia), table, sârmă, nituri etc. (magnalia deformabilă).

Principalele avantaje ale tuturor aliajelor de aluminiu sunt densitatea lor scăzută (2,5-2,8 g/cm3), rezistența ridicată (pe unitate de greutate), rezistența satisfăcătoare la coroziune atmosferică, ieftinitatea comparativă și ușurința de producție și procesare.

Aliajele de aluminiu sunt folosite în rachete, avioane, auto, construcții navale și fabricarea de instrumente, în producția de veselă, articole sportive, mobilier, publicitate și alte industrii.

Aliajele de aluminiu ocupă locul al doilea în ceea ce privește amploarea de aplicare, după oțel și fontă.

Aluminiul este unul dintre cei mai comuni aditivi în aliajele pe bază de cupru, magneziu, titan, nichel, zinc și fier.

Aluminiul este, de asemenea, folosit pentru aluminizare (aluminizare)- saturarea suprafeței produselor din oțel sau fontă cu aluminiu pentru a proteja materialul de bază de oxidare la încălzire puternică, i.e. creșterea rezistenței la căldură (până la 1100 °C) și a rezistenței la coroziune atmosferică.

DEFINIŢIE

Aluminiu- al treisprezecelea element al tabelului periodic. Denumirea - Al din latinescul „aluminiu”. Situat în a treia perioadă, grupa IIIA. Se referă la metale. Sarcina nucleară este 13.

Aluminiul este cel mai comun metal din scoarța terestră. Este o componentă a argilelor, feldspaților, micii și a multor alte minerale. Conținutul total de aluminiu din scoarța terestră este de 8% (masă).

Aluminiul este un metal ușor alb-argintiu (Fig. 1). Este ușor tras în sârmă și rulat în foi subțiri.

La temperatura camerei aluminiul nu se schimbă în aer, ci doar pentru că suprafața sa este acoperită cu o peliculă subțire de oxid, care are un efect protector foarte puternic.

Orez. 1. Aluminiu. Aspect.

Masa atomică și moleculară a aluminiului

Masa moleculară relativă a substanței (M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element(A r) - de câte ori masa medie a atomilor element chimic mai mult de 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă aluminiul există sub formă de molecule monoatomice de Al, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 26,9815.

Izotopi ai aluminiului

Se știe că în natură aluminiul poate fi găsit sub forma unui izotop stabil 27 Al. Numărul de masă este 27. Nucleul unui atom al izotopului de aluminiu 27 Al conține treisprezece protoni și paisprezece neutroni.

Există izotopi radioactivi ai aluminiului cu numere de masă de la 21 la 42, printre care cel mai longeviv izotop 26 Al, al cărui timp de înjumătățire este de 720 de mii de ani.

Ioni de aluminiu

La nivelul energetic exterior al atomului de aluminiu există trei electroni, care sunt de valență:

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

Ca rezultat al interacțiunii chimice, aluminiul renunță la electronii de valență, adică. este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

Al 0 -3e → Al 3+ .

Moleculă și atom de aluminiu

În stare liberă, aluminiul există sub formă de molecule monoatomice de Al. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de aluminiu:

Aliaje de aluminiu

Principala utilizare a aluminiului este producerea de aliaje pe baza acestuia. Aditivii de aliere (de exemplu, cupru, siliciu, magneziu, zinc, mangan) sunt adăugați la aluminiu în principal pentru a crește rezistența acestuia.

Duraluminii care conțin cupru și magneziu, siluminii în care aditivul principal este siliciul, magnaliul (un aliaj de aluminiu cu 9,5-11,5% magneziu) sunt utilizate pe scară largă.

Aluminiul este unul dintre cei mai des întâlniți aditivi în aliajele pe bază de cupru, magneziu, titan, nichel, zinc și fier.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercita	Pentru sudarea șinelor prin metoda aluminotermă se folosește un amestec de aluminiu și oxid de fier Fe 3 O 4. Întocmește o ecuație termochimică pentru reacție dacă formarea fierului cu o greutate de 1 kg (1000 g) eliberează 6340 kJ de căldură.
Soluţie	Să scriem ecuația pentru reacția de producere a fierului prin metoda aluminotermă: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe+ 4Al 2 O 3. Să aflăm masa teoretică a fierului (calculată folosind ecuația reacției termochimice): n(Fe) = 9 mol; m(Fe) = n(Fe) ×M(Fe); m(Fe) = 9 × 56 = 504 g. Fie eliberați x kJ de căldură în timpul reacției. Să facem o proporție: 1000 g - 6340 kJ; 504 g - x kJ. Prin urmare, x va fi egal cu: x = 540 × 6340 / 1000 = 3195. Aceasta înseamnă că în timpul reacției de producere a fierului prin metoda aluminotermă, se eliberează 3195 kJ de căldură. Ecuația termochimică a reacției este: 8Al + 3Fe 2 O 3 = 9Fe+ 4Al 2 O 3 + 3195 kJ.
Răspuns	În timpul reacției, se eliberează 3195 kJ de căldură.

EXEMPLUL 2

Exercita	Aluminiul a fost tratat cu 200 g de soluție de acid azotic 16% și a fost eliberat gaz. Determinați masa și volumul gazului eliberat.
Soluţie	Să scriem ecuația pentru reacția de dizolvare a aluminiului în acid azotic: 2Al + 6HNO3 = 2Al(N03)3 + 3H2-. Să calculăm masa substanței dizolvate a acidului azotic: m(HNO3) = m soluție (HNO3)×w(HNO3) / 100%; m(HNO3) = 20 ×96% / 100% = 19,2 g. Să aflăm cantitatea de acid azotic: M(HNO3) = Ar(H) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 1 + 14 + 3×16 = 63 g/mol. n(HNO3) = m (HNO3) / M(HNO3); n(HNO3) = 19,2/63 = 0,3 mol. Conform ecuației reacției n(HNO3) : n(H2) = 6:3, adică. n(H2) = 3×n(HNO3) / 6 = ½ ×n(HNO3) = ½ × 0,3 = 0,15 mol. Apoi masa și volumul hidrogenului eliberat vor fi egale: M(H2) = 2×Ar(H) = 2×1 = 2 g/mol. m(H2) = n(H2) ×M(H2) = 0,15 × 2 = 0,3 g. V(H2) = n(H2) ×V m; V(H 2) = 0,15 × 22,4 = 3,36 l.
Răspuns	Ca rezultat al reacției, hidrogenul este eliberat cu o masă de 0,3 g și un volum de 3,36 litri.

Este cel mai comun metal din scoarța terestră. Aparține grupului de metale ușoare, are o densitate și un punct de topire scăzut. În același timp, plasticitatea și conductibilitatea electrică sunt la nivel înalt care o asigură. Deci, să aflăm care este punctul de topire specific al aluminiului și aliajelor sale (în comparație cu și), conductivitatea termică și electrică, densitatea, alte proprietăți, precum și care sunt caracteristicile structurii aliajelor de aluminiu și compoziția lor chimică. .

Pentru început, structura și compoziția chimică a aluminiului sunt supuse considerației noastre. Rezistența la tracțiune a aluminiului pur este extrem de mică și ajunge până la 90 MPa. Dacă în compoziția sa se adaugă mangan sau magneziu într-o proporție mică, rezistența poate crește la 700 MPa. Utilizarea unui tratament termic special va duce la același rezultat.

Metalul cu cea mai mare puritate (99,99% aluminiu) poate fi folosit în scopuri speciale și de laborator, în alte cazuri cu puritate tehnică. Cele mai comune impurități din acesta pot fi siliciul și fierul, care sunt practic insolubile în aluminiu. Ca urmare a adăugării lor, ductilitatea scade și rezistența metalului final crește.

Structura aluminiului este reprezentată de celule unitare, care la rândul lor constau din patru atomi. Teoretic, densitatea acestui metal este de 2698 kg/m3.

Acum să vorbim despre proprietățile metalului aluminiu.

Acest videoclip vă va spune despre structura aluminiului:

Proprietăți și caracteristici

Proprietățile metalului sunt conductivitatea sa ridicată termică și electrică, imunitatea la coroziune, ductilitatea ridicată și rezistența la temperaturi scăzute. Mai mult, proprietatea sa principală este densitatea sa scăzută (aproximativ 2,7 g/cm 3 ).

Proprietățile mecanice, tehnologice, precum și fizice și chimice ale acestui metal depind direct de impuritățile incluse în compoziția sa. Componentele sale naturale includ și.

Parametrii de bază

• Densitatea aluminiului este de 2,7 * 10 3 kg/m 3 ;
• Greutate specifică - 2,7 G/cm3;
• Punct de topire a aluminiului 659°C;
• Punct de fierbere 2000°C;
• Coeficientul de dilatare liniară este - 22,9 * 10 6 (1/grad).

Acum, conductivitatea termică și conductibilitatea electrică a aluminiului sunt supuse luării în considerare.

Acest videoclip compară punctele de topire ale aluminiului și ale altor metale utilizate în mod obișnuit:

Conductivitate electrică

Un indicator important al aluminiului este conductivitatea sa electrică, care este a doua ca valoare numai după aur, argint și. Coeficientul ridicat de conductivitate electrică în combinație cu densitatea scăzută face ca materialul să fie extrem de competitiv în industria cablurilor și sârmei.

Pe lângă impuritățile principale, acest indicator este afectat și de mangan și crom. Dacă aluminiul este destinat producției de conductori de curent, atunci cantitatea totală de impurități nu trebuie să depășească 0,01%.

• Indicatorul de conductivitate electrică poate varia în funcție de starea în care se află aluminiul. Procesul de recoacere pe termen lung crește acest indicator, iar călirea la rece, dimpotrivă, îl reduce.
• Rezistența specifică la o temperatură de 20 0 C, în funcție de tipul de metal, este în intervalul 0,0277-0,029 μOhm*m.

Conductivitate termică

Coeficientul de conductivitate termica a metalului este de aproximativ 0,50 cal/cm*s*C si creste cu gradul de puritate al acestuia.

Această valoare este mai mică decât cea a argintului, dar mai mare decât cea a altor metale. Datorită lui, aluminiul este utilizat în mod activ în producția de schimbătoare de căldură și radiatoare.

Rezistenta la coroziune

Metalul în sine este o substanță activă din punct de vedere chimic, motiv pentru care este folosit în aluminotermie. La contactul cu aerul, se formează pe acesta o peliculă subțire de oxid de aluminiu, care are inerție chimică și rezistență ridicată. Scopul său principal este de a proteja metalul de procesul de oxidare ulterior, precum și de efectele coroziunii.

• Dacă aluminiul este de înaltă puritate, atunci acest film nu are pori, își acoperă complet suprafața și oferă o aderență sigură. Drept urmare, metalul este rezistent nu numai la apă și aer, ci și la alcalii și acizii anorganici.
• În locurile în care se află impurități, stratul protector al peliculei poate fi deteriorat. Astfel de locuri devin vulnerabile la coroziune. Prin urmare, la suprafață poate apărea coroziune prin pitting. Dacă gradul conține 99,7% aluminiu și mai puțin de 0,25% fier, rata de coroziune este de 1,1, cu un conținut de aluminiu de 99,0% această cifră crește la 31.
• Fierul conținut reduce și rezistența metalului la alcalii, dar nu modifică rezistența la acizii sulfuric și azotic.

Interacțiunea cu diverse substanțe

Când aluminiul are o temperatură de 100 0 C, este capabil să interacționeze cu clorul. Indiferent de gradul de încălzire, aluminiul dizolvă hidrogenul, dar nu reacționează cu acesta. De aceea este componenta principală a gazelor care sunt prezente în metal.

În general, aluminiul este stabil în următoarele medii:

• apă dulce și de mare;
• Săruri de magneziu, sodiu și amoniu;
• Acid sulfuric;
• Soluții slabe de crom și fosfor;
• Soluție de amoniac;
• Acizi acetic, malic și alți acizi.

Aluminiul nu este rezistent:

• soluție de acid sulfuric;
• Acid clorhidric;
• Alcalii caustici și soluția lor;
• Acid oxalic.

Citiți mai jos despre toxicitatea și ecologicitatea aluminiului.

Conductivitățile electrice ale cuprului și aluminiului, precum și alte comparații între cele două metale, sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Comparația caracteristicilor aluminiului și cuprului

Toxicitate

Deși aluminiul este foarte comun, nu este folosit în metabolism de nicio creatură vie. Are un efect ușor toxic, dar mulți dintre compușii săi anorganici care se dizolvă în apă pot perioadă lungă de timp rămân în această stare și afectează negativ organismele vii. Cele mai toxice substanțe sunt acetații, clorurile și nitrații.

Conform standardelor, apa potabilă poate conține 0,2-0,5 mg la 1 litru.

Chiar mai mult informatii utile Acest videoclip conține informații despre proprietățile aluminiului: