Alumiiniumi omadused. Alumiinium: üldomadused

Iga keemilist elementi saab vaadelda kolme teaduse vaatepunktist: füüsika, keemia ja bioloogia. Ja selles artiklis me püüame anda alumiiniumi omadused nii täpselt kui võimalik. See on keemiline element, mis asub perioodi tabelis vastavalt kolmandas grupis ja kolmas periood. Alumiinium on metall, millel on keskmine keemiline aktiivsus. Samuti võib selle ühendites täheldada amfoteerseid omadusi. Alumiiniumi aatomi mass on 26 mol / mooli.

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Tavalistes tingimustes on see kindel. Alumiiniumi valem on väga lihtne. See koosneb aatomitest (ei ühenda molekulidesse), mis on kristallvõrega vooderdatud tahkeks aineks. Alumiiniumi värv on hõbedalt valge. Lisaks sellele on metallil läige nagu kõigil selle rühma kuuluvatel ainetel. Tööstuses kasutatava alumiiniumi värv võib olla erinev sulami lisandite olemasolu tõttu. See on üsna kerge metall. Tema tihedus on 2,7 g / cm3, see tähendab, et see on ligikaudu kolm korda kergem kui raua. Sellega saab ta ainult magneesiumi, mis on veelgi kergem kui kõnealune metall. Alumiiniumi kõvadus on üsna madal. Selles on see enamus metallidest madalam. Alumiiniumi kõvadus on ainult Mohi skaala järgi. Seetõttu tugevdab see metallist põhinevaid sulameid tugevamini.

Alumiiniumi sulamine toimub ainult 660 ° C juures. Ja see keeb, kui kuumutatakse temperatuuri kahe tuhande nelisada viiskümmend kaks kraadi Celsiuse järgi. See on väga plastiline ja madala sulamistemperatuuriga metall. See ei ole alumiiniumi füüsikaliste omaduste lõpp. Tahaksin ka märkida, et sellel metallil on pärast vaske ja hõbedat parim elektrijuhtivus.

Levimus looduses

Alumiinium, mille tehnilised omadused me just arutanud, leiavad sageli keskkonda. Seda võib täheldada paljudes mineraalides. Element alumiinium on neljandik kõigist levimusega looduses. Selle massiprotsent maakoores on peaaegu üheksa protsenti. Peamised mineraalid, mis sisaldavad selle aate, on boksiit, korund, kriloit. Esimene on kivim, mis koosneb raua, räni ja metalli oksiididest ja struktuuris esinevad ka veemolekulid. Sellel on ebaühtlane värvus: hallide, punakaspruunide ja muude värvuste fragmendid, mis sõltuvad erinevate lisandite olemasolust. Kolmkümmend kuni kuuskümmend protsenti sellest tõust on alumiinium, mille foto on näha eespool. Lisaks on korund väga laiaulatuslik mineraalne loodus.

See on alumiiniumoksiid. Selle keemiline valem on Al2O3. Sellel võib olla punane, kollane, sinine või pruun värv. Selle kõvadus Mohsi skaalal on üheksa ühikut. Korundi sortideks on kõik teadaolevad safiirid ja rubiinid, leukosapfiirid, aga ka padparadža (kollane safiir).

Cryolite on keerulisema keemilise valemiga mineraal. See koosneb alumiiniumist ja naatriumfluoriididest - AlF3 • 3NaF. Tundub, et see on värvitu või hallikas kivi, millel on madal kõvadus - ainult kolm Mohsi skaala järgi. Kaasaegses maailmas sünteesitakse seda kunstlikult laboris. Seda kasutatakse metallurgias.

Ka looduses leidub alumiiniumi savi, mille põhikomponendid on räni oksiidid ja kõnealune metall, mis on seotud veemolekulidega. Lisaks sellele võib keemilist elementi täheldada nefeliinide koostises, mille keemiline valem on järgmine: KNa3 [AlSiO4] 4.

Vastuvõtmine

Alumiiniumi omadused hõlmavad ka nende sünteesimeetodeid. On mitmeid meetodeid. Alumiiniumi tootmine esimese meetodiga toimub kolmes etapis. Viimane neist on elektroodi katood ja söe anood. Sellise protsessi läbiviimiseks on vaja alumiiniumoksiidi, samuti abiaineid nagu krüoliit (valem - Na3AlF6) ja kaltsiumfluoriid (CaF2). Et tekkida vees lahustunud alumiiniumoksiidi lagunemine, tuleb seda koos sulatatud krüoliidi ja kaltsiumfluoriidiga kuumutada temperatuuril, mis on vähemalt üheksasada viiskümmend kraadi Celsiuse skaalal, ja seejärel läbivad need ained 80-kordse voolu ja viie- Kaheksa volti. Selle protsessi tõttu toimub katoodil alumiinium ning hapniku molekulid kogunevad anoodile, mis omakorda oksendab anoodi ja muudab selle süsinikdioksiidiks. Enne selle protseduuri läbiviimist ekstraheeritakse boksiid, mille kujul alumiiniumoksiid ekstraheeritakse, eelnevalt puhastatakse lisanditest, samuti toimub selle dehüdratsiooni protsess.

Alumiiniumi tootmine eespool kirjeldatud meetodiga on metallurgias väga tavaline. On olemas ka meetod, mille 1827. aastal leiutati F. Weller. See seisneb selles, et alumiiniumi saab keemilise reaktsiooni kaudu kloriidi ja kaaliumi vahel. Sellist protsessi saab teostada ainult spetsiaalsete tingimuste loomisega väga kõrge temperatuuri ja vaakumi kujul. Seega võib ühe mooli kloriidist ja samast kaaliumisisaldusest kõrvalproduktina saada üks mool alumiiniumist ja kolm mooli kaaliumkloriidi . Seda reaktsiooni saab kirjutada järgmise võrrandi kujul: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. See meetod pole metallurgias populaarseks saanud.

Alumiiniumi iseloomustus keemias

Nagu eespool juba mainitud, on see lihtne aine, mis koosneb aatomitest, mida ei ühendata molekulidesse. Sarnased struktuurid moodustavad peaaegu kõik metallid. Alumiiniumil on piisavalt keemilist aktiivsust ja tugevaid redutseerivaid omadusi. Alumiiniumi keemiline iseloomustus algab selle reaktsiooni kirjeldusega teiste lihtsate ainetega ning kirjeldatakse edasisi koostoimeid komplekssete anorgaaniliste ühenditega.

Alumiinium ja lihtsad ained

Need hõlmavad kõigepealt hapnikku - kõige levinumat ühendit planeedil. Kakskümmend üks protsent sellest moodustab Maa atmosfääri. Selle aine reaktsioonid ükskõik millistele teistele nimetatakse oksüdeerimiseks või põlemiseks. Tavaliselt toimub see kõrgel temperatuuril. Kuid alumiiniumi korral on võimalik normaalsetes tingimustes oksüdeeruda - nii moodustub oksiidkile. Kui antud metalli purustatakse, põleb see, eraldades seega suures koguses energia kuumuse kujul. Alumiiniumi ja hapniku vahelise reaktsiooni läbiviimiseks on need komponendid vajalikud moolsuhtes 4: 3, mille tulemuseks on kaks osa oksiidist.

See keemiline koostoime on väljendatud järgmises võrrandis: 4AI + 3O2 = 2AIO3. Võimalikud on ka alumiiniumi reaktsioonid halogeenidega, mis hõlmavad fluori, joodi, broomi ja kloori. Nende protsesside nimed pärinevad vastavate halogeenide nimedest: fluorimine, joodimine, broomimine ja kloorimine. Need on tüüpilised lisamise reaktsioonid.

Näiteks nimetame alumiiniumi ja kloori vastasmõju. Selline protsess võib juhtuda ainult külmas.

Nii, võttes kaks alumiiniumi mooli ja kolm mooli kloori, saadakse selle tulemusena kaks mooli vastava metalli kloriidi. Selle reaktsiooni võrrand on järgmine: 2АІ + 3СІ = 2АІІІ3. Samamoodi võib saada alumiiniumfluoriidi, selle bromiidi ja jodiidi.

Väävliga reageerib kõnealune aine ainult kuumutamisel. Selleks, et läbi viia nende kahe ühendi vastastikmõju, on vaja neid võtta molaarsetes vahekordades kaks kuni kolm ja moodustub üks osa alumiiniumsulfiidist. Reaktsiooni võrrand on järgmine: 2Al + 3S = Al2S3.

Peale selle, kõrgetel temperatuuridel vahetub alumiinium süsinikuga, moodustades karbiidi ja lämmastikuga, moodustades nitriidi. Võib tuua järgmised keemiliste reaktsioonide võrrandid: 4AI + 3C = AI4C3; 2Al + N2 = 2 Aln.

Koostoime keeruliste ainetega

Nende hulka kuuluvad vesi, soolad, happed, alused, oksiidid. Kõikide nende kemikaalidega reageerib alumiinium erinevalt. Lähemalt vaatame iga juhtumit.

Reaktsioon veega

Maailma kõige keerulisema ainega reageerib alumiinium kütmisega. See juhtub ainult juhul, kui filmi esialgne eemaldamine toimub oksiidist. Koostöö tulemusena moodustub amfoteeriline hüdroksiid ja õhku ka vesinik. Võttes alumiiniumi ja kuue veeosa kahe osa, saadakse hüdroksiid ja vesinik kahe kuni kolme molaarprotsendina. Selle reaktsiooni võrrand kirjutatakse järgmiselt: 2AI + 6H2O = 2AI (OH) 3 + 3H2.

Koostoime hapetega, alustega ja oksiididega

Nagu ka teised aktiivsed metallid, on alumiinium suuteline sisestama asendusreaktsiooni. Sellisel juhul võib see eemaldada hapniku või katiooni vesiniku soolsusest rohkem passiivsest metallist. Selliste vastasmõjude tagajärjel moodustub alumiiniumisool, vabaneb ka vesinik (happe korral) või puhas metalli sade (üks, mis on vaatlusalune vähem aktiivne). Teisel juhul ilmnevad eespool mainitud redutseerivad omadused. Näiteks on alumiiniumi ja vesinikkloriidhappe vastasmõju , milles moodustub alumiiniumkloriid ja vesi väljub õhku. Sellist reaktsiooni väljendatakse järgmise võrrandi kujul: 2AI + 6HCl = 2AІСІ3 + 3H2.

Alumiiniumi ja soola vastasmõju näide on selle reaktsioon vask-sulfaadiga. Võttes need kaks komponenti, lõpuks saame alumiiniumsulfaadi ja puhta vase, mis sadestub välja. Selliste hapetega nagu väävelhape ja lämmastikhape reageerib alumiiniumi omapärasel viisil. Näiteks kui alumiiniumi lisatakse nitraadi lahjendatud lahusesse molaarsuhtes 8 kuni 30, moodustatakse kaheksa metalli nitraadi osa, kolm osa lämmastikoksiidist ja viisteist vett. Selle reaktsiooni võrrand kirjutatakse järgmiselt: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. See protsess toimub ainult kõrge temperatuuri korral.

Kui te segate alumiiniumi ja nõrga sulfaathappe lahust molaarses vahekorras kaks kuni kolm, saadakse vastava metalli sulfaat ja vesinik suhetes üks kuni kolm. See tähendab, et toimub tavaline asendusreaktsioon, nagu teiste hapete puhul. Selguse mõttes esitame võrrandi: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. Kuid sama happe kontsentreeritud lahusega on kõik keerulisem. Siin, nagu nitraadi puhul, moodustub kõrvalsaadus, kuid mitte oksiidina, vaid väävli ja vee kujul. Kui me võtame kaks vajalikku komponenti molaarsuhtega kaks kuni neli, siis tulemusena saadakse üks osa asjaomase metalli ja väävli soolast ja neli - vett. Seda keemilist vastasmõju saab väljendada järgmise võrrandi abil: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O. Lisaks saab alumiinium reageerida leelismetallidega. Selle keemilise koostoime läbiviimiseks on vaja võtta kaks mooli asjaomast metalli, nii palju naatriumhüdroksiidi või kaaliumhüdroksiidi kui ka kuus mooli vett. Selle tulemusena moodustuvad sellised ained nagu naatriumtetrahüdroksoaluminaat või kaalium ning vesinik, mis vabaneb terava lõhnaga gaasina kahe kuni kolme molaarprotsendina. Seda keemilist reaktsiooni võib esitada järgmises võrrandis: 2AI + 2KOH + 6H2O = 2K [AI (OH) 4] + 3H2.

Ja viimane asi, mida tuleb kaaluda, on alumiiniumi ja teatavate oksiidide vastasmõju mudeleid. Kõige tavalisem ja kasutatav juhtum on Beketovi reaktsioon. See, nagu ka paljud teised eespool, esineb ainult kõrgel temperatuuril. Niisiis, selle rakendamiseks peate võtma kaks mooli alumiiniumi ja ühe mooli ferrux oksiidist. Nende kahe aine vastasmõju tulemusena saadakse alumiiniumoksiidi ja vaba rauda vastavalt ühe ja kahe mooli koguses.

Kõnealuse metalli kasutamine tööstuses

Pange tähele, et alumiiniumi kasutamine on väga levinud. Kõigepealt vajab seda lennundustööstus. Lisaks magneesiumisulamitele kasutatakse siin ka uuritavast metallist põhinevaid sulameid. Võime öelda, et keskmine õhusõiduk on 50% alumiiniumsulamitest ja selle mootorist 25%. Samuti annab alumiiniumi kasutamine suurepärase elektrijuhtivuse tõttu juhtmete ja kaablite valmistamise protsessi. Lisaks sellele kasutatakse seda metalli ja selle sulameid mootorsõidukitööstuses laialdaselt. Nendest materjalidest on autode, busside, trollibusside, mõned trammid, samuti tavapäraste ja elektrirongide autod. Seda kasutatakse ka väiksema ulatusega otstarbel, näiteks toidupakendite ja muude toodete, riistu valmistamiseks. Hõbedase värvuse tegemiseks on vaja metalli pulbrit. See värv on vajalik, et kaitsta rauda korrosiooni eest. Võib öelda, et alumiinium on suuruselt teine metalli tööstuses pärast ferrum. Tema ühendeid ja ennast kasutatakse sageli keemiatööstuses. See on tingitud alumiiniumi spetsiifilistest keemilistest omadustest, sealhulgas selle redutseerivatest omadustest ja ühendite amfoteersusest. Kõnealuse keemilise elemendi hüdroksiid on vajalik vee puhastamiseks. Lisaks kasutatakse seda ravimit vaktsiinide tootmisel. Samuti võib seda leida teatud tüüpi plastist ja muudest materjalidest.

Loodus

Nagu juba eespool mainitud, leidub maakoores suures koguses alumiiniumi. See on eriti oluline elusorganismide jaoks. Alumiinium osaleb kasvuprotsesside reguleerimisel, moodustab sidekoe, nagu luu, sideme jt. Tänu sellele mikroelemendile toimub koe regenereerimise protsess kiiremini. Selle puudujääki iseloomustavad järgmised sümptomid: laste arengu ja kasvuhäired, täiskasvanutel - krooniline väsimus, efektiivsuse vähenemine, liigutuste koordineerimine, koe regeneratsiooni vähenemine, lihaste nõrkus, eriti jäsemetel. Selline nähtus võib tekkida, kui te tarbite liiga vähe tooteid, millel on konkreetse mikroelemendi sisu.

Kuid sagedasem probleem on alumiiniumi ülekanne kehas. Lisaks sellele on sageli täheldatud selliseid sümptomeid nagu närvilisus, depressioon, unehäired, mälu kadu, stressiresistentsus, lihas-skeleti süsteemi pehmendamine, mis võib põhjustada sagedasi luumurde ja hõrenemisi. Pikaajalisel alumiiniumisisaldusel organismis esineb sageli probleeme peaaegu iga organisüsteemi toimimisega.

See nähtus võib põhjustada mitmeid põhjuseid. Esiteks on see alumiiniumist köögitarbed. Teadlased on juba pikka aega tõestanud, et kõnealusest metallist valmistatud nõud ei sobi selles toiduvalmistamises, sest kõrgel temperatuuril imendub mõni alumiinium ja sellest tulenevalt tarbib see mikroelementi tunduvalt rohkem kui keha vajadus.

Teine põhjus - kosmeetikatoodete regulaarne kasutamine koos metalli või selle soolade sisaldusega. Enne mistahes toote kasutamist peate hoolikalt läbi lugema selle koostise. Kosmeetika ei ole erand.

Kolmas põhjus on pikka aega alumiiniumi sisaldavate ravimite kasutamine. Ja ka vitamiinide ja toidulisandite väärkasutus, mis hõlmab ka seda mikroelementi.

Nüüd vaatame, mida tooted sisaldavad alumiiniumi kohandada oma dieeti ja korraldada menüü õigesti. See peamiselt porgandid, sulatatud juustu, nisu, maarjas, kartulid. Puu- virsikute ja avokaadod on soovitatav. Lisaks alumiinium-rikas kapsas, riis, paljud maitsetaimed. Ka metalli katioonid võivad esineda joogivee. Et vältida kõrge või madal alumiiniumi sisaldus keha (kuigi, nagu mis tahes muu mikroelemendid), peate hoolikalt jälgima oma dieeti ja proovige teha seda võimalikult tasakaalustatud.