Alumīnija atomu skaits. Alumīnija ķīmiskās reakcijas

DEFINĪCIJA

Alumīnijs– IIIA grupas 3. perioda ķīmiskais elements. Sērijas numurs – 13. Metāls. Alumīnijs pieder pie p-ģimenes elementiem. Simbols – Al.

Atomu masa – 27 amu. Ārējā enerģijas līmeņa elektroniskā konfigurācija ir 3s 2 3p 1. Savos savienojumos alumīnija oksidācijas pakāpe ir “+3”.

Alumīnija ķīmiskās īpašības

Alumīnijam ir reakcijās reducējošas īpašības. Tā kā gaisa iedarbībā uz tās virsmas veidojas oksīda plēve, tā ir izturīga pret mijiedarbību ar citām vielām. Piemēram, alumīnijs tiek pasivēts ūdenī, koncentrētā slāpekļskābē un kālija dihromāta šķīdumā. Tomēr pēc oksīda plēves noņemšanas no tās virsmas tā spēj mijiedarboties ar vienkāršām vielām. Lielākā daļa reakciju notiek karsējot:

2Al pulveris +3/2O 2 = Al 2 O 3;

2Al + 3F 2 = 2AlF 3 (t);

2Al pulveris + 3Hal2 = 2AlHal 3 (t = 25C);

2Al + N2 = 2AlN (t);

2Al +3S = Al2S3 (t);

4Al + 3C grafīts = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, H 2 atmosfērā).

Arī alumīnijs pēc oksīda plēves noņemšanas no virsmas spēj mijiedarboties ar ūdeni, veidojot hidroksīdu:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2.

Alumīnijam piemīt amfoteriskas īpašības, tāpēc tas spēj šķīst atšķaidītos skābju un sārmu šķīdumos:

2Al + 3H2SO4 (atšķaidīts) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2;

2Al + 6HCl atšķaidīts = 2AlCl3 + 3 H2;

8Al + 30HNO 3 (atšķaidīts) = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O;

2Al +2NaOH +3H2O = 2Na + 3H2;

2Al + 2 (NaOH × H 2 O) = 2 NaAlO 2 + 3 H 2.

Aluminotermija ir metode metālu iegūšanai no to oksīdiem, kuras pamatā ir šo metālu reducēšana ar alumīniju:

8Al + 3Fe3O4 = 4Al 2O3 + 9Fe;

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr.

Alumīnija fizikālās īpašības

Alumīnijs ir sudrabaini baltā krāsā. Galvenās alumīnija fizikālās īpašības ir vieglums, augsta siltuma un elektriskā vadītspēja. Brīvā stāvoklī, saskaroties ar gaisu, alumīnijs ir pārklāts ar izturīgu Al 2 O 3 oksīda plēvi, kas padara to izturīgu pret koncentrētu skābju iedarbību. Kušanas temperatūra – 660,37C, viršanas temperatūra – 2500C.

Alumīnija ražošana un izmantošana

Alumīniju iegūst šī elementa izkausētā oksīda elektrolīzē:

2Al 2O 3 = 4Al + 3O 2

Tomēr, ņemot vērā produkta zemo iznākumu, biežāk tiek izmantota alumīnija iegūšanas metode, izmantojot elektrolīzi no Na 3 un Al 2 O 3 maisījuma. Reakcija notiek karsējot līdz 960C un katalizatoru - fluorīdu (AlF 3, CaF 2 u.c.) klātbūtnē, savukārt pie katoda notiek alumīnija izdalīšanās, bet pie anoda izdalās skābeklis.

Alumīnijs ir atradis plašu pielietojumu rūpniecībā uz alumīnija bāzes izgatavoti sakausējumi ir galvenie konstrukciju materiāli lidmašīnu un kuģu būvē.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Alumīnijs ir metāls, kura saturs dabā ir augstākais no visiem zināmajiem. Vēlīnā lietošanas sākums ir saistīts ar to, ka, tā kā tam ir augsta ķīmiskā aktivitāte, tas ir atrodams zemes garozā tikai kā daļa no dažādiem ķīmiskiem savienojumiem. Tīra metāla atgūšana ir saistīta ar vairākām grūtībām, kuras kļuva iespējams pārvarēt, tikai attīstoties metāla ieguves tehnoloģijām.

Tīrs alumīnijs ir mīksts, kaļams metāls ar sudrabaini baltu krāsu. Šis ir viens no vieglākajiem metāliem, kas turklāt labi der dažādai mehāniskai apstrādei, štancēšanai, velmēšanai un liešanai. Brīvā dabā tas gandrīz acumirklī tiek pārklāts ar plānu un izturīgu oksīda plēvi, kas novērš turpmāku oksidēšanos.

Alumīnija mehāniskās īpašības, piemēram, maigums, kaļamība štancēšanai, apstrādes vienkāršība, ir kļuvušas plaši izplatītas daudzās nozarēs. Alumīniju īpaši bieži izmanto sakausējumos ar citiem metāliem.

Alumīnija sakausējumu fizikālās un ķīmiskās īpašības ir izraisījušas to plašu izmantošanu kā konstrukcijas materiālus, kas samazina konstrukcijas kopējo svaru, neapdraudot tās stiprības īpašības.

Fizikālās īpašības

Alumīnijam nav nekādu unikālu fizikālu īpašību, taču to kombinācija padara metālu par vienu no visvairāk pieprasītajiem.

Tīra alumīnija cietība pēc Mosa ir trīs, kas ir ievērojami zemāka nekā lielākajai daļai metālu. Šis fakts ir praktiski vienīgais šķērslis tīra metāla izmantošanai.

Ja rūpīgi apsverat alumīnija fizisko īpašību tabulu, varat izcelt šādas īpašības:

• Zems blīvums (2,7 g/cm3);
• augsta plastiskums;
• Zema elektriskā pretestība (0,027 Ohm mm 2 /m);
• Augsta siltumvadītspēja (203,5 W/(m K));
• Augsta atstarošanas spēja;
• Zema kušanas temperatūra (660°C).

Tādas alumīnija fizikālās īpašības kā augsta elastība, zema kušanas temperatūra, izcilas liešanas īpašības ļauj izmantot šo metālu tīrā veidā un kā daļu no sakausējumiem uz tā bāzes jebkuras sarežģītas konfigurācijas izstrādājumu ražošanai.

Tajā pašā laikā tas ir viens no retajiem metāliem, kura trauslums nepalielinās, atdzesējot līdz īpaši zemai temperatūrai. Šis īpašums ir noteicis vienu no pielietojuma jomām kriogēno tehnoloģiju un iekārtu konstrukcijas elementos.

Alumīnija sakausējumiem ir ievērojami lielāka izturība, kas ir salīdzināma ar dažu veidu tērauda stiprību. Visizplatītākie ir sakausējumi ar magnija, vara un mangāna - duralumīnija sakausējumu un ar silīcija - silumīnu piedevu. Pirmā grupa izceļas ar augstu izturību, un pēdējai ir viena no labākajām liešanas īpašībām.

Zemā kušanas temperatūra samazina ražošanas izmaksas un tehnoloģisko procesu izmaksas strukturālo materiālu ražošanā uz alumīnija un tā sakausējumu bāzes.

Spoguļu ražošanā tiek izmantotas tādas īpašības kā augsts atstarošanas koeficients, kas pielīdzināms sudrabam, kā arī alumīnija plēvju vakuuma uzklāšanas vieglums un izgatavojamība uz dažādām nesošām virsmām (plastmasa, metāls, stikls).

Kausējot alumīniju un veicot liešanu, īpaša uzmanība tiek pievērsta kausējuma spējai absorbēt ūdeņradi. Neiedarbojoties ķīmiskajā līmenī, ūdeņradis palīdz samazināt blīvumu un izturību, jo, kausējumam sacietējot, veidojas mikroskopiskas poras.

Sakarā ar to zemo blīvumu un zemo elektrisko pretestību (ne daudz augstāku par varu), tīra alumīnija stieples galvenokārt izmanto elektrības pārvadīšanai elektrolīnijās visā elektrotehnikā strāvu un spriegumu diapazonā kā alternatīvu vara jaudai un tinumiem. vadi. Vara pretestība ir nedaudz zemāka, tāpēc jāizmanto alumīnija stieples ar lielāku šķērsgriezumu, bet produkta gala masa un izmaksas ir vairākas reizes mazākas. Vienīgais ierobežojums ir nedaudz zemāka alumīnija stiprība un augsta izturība pret lodēšanu, pateicoties oksīda plēvei uz virsmas. Spēcīga elektroķīmiskā potenciāla klātbūtne saskarē ar metālu, piemēram, varu, ir svarīga loma. Tā rezultātā vara un alumīnija mehāniskā kontakta vietā veidojas spēcīga oksīda plēve ar augstu elektrisko pretestību. Šī parādība noved pie krustojuma sildīšanas, līdz vadītāji izkūst. Alumīnija izmantošanai elektrotehnikā ir stingri ierobežojumi un ieteikumi.

Augsta elastība ļauj izgatavot plānu foliju, ko izmanto lielas kapacitātes kondensatoru ražošanā.

Alumīnija un tā sakausējumu vieglums ir kļuvis par būtisku, ja to izmanto aviācijas un kosmosa rūpniecībā, ražojot lielāko daļu gaisa kuģu konstrukcijas elementu: no nesošajām konstrukcijām līdz apvalka elementiem, instrumentu korpusiem un aprīkojumam.

Ķīmiskās īpašības

Tā kā alumīnijs ir diezgan reaktīvs metāls, tas aktīvi iztur koroziju. Tas notiek tāpēc, ka skābekļa ietekmē uz tās ārējās virsmas veidojas ļoti spēcīga oksīda plēve.

Izturīga oksīda plēve labi aizsargā virsmu pat no tādām stiprām skābēm kā slāpekļskābe un sērskābe. Šī kvalitāte ir plaši izplatīta ķīmijā un koncentrētas slāpekļskābes transportēšanas rūpniecībā.

Plēvi var iznīcināt ar ļoti atšķaidītu slāpekļskābi, sārmiem karsējot vai saskarē ar dzīvsudrabu, kad uz virsmas veidojas amalgama. Šajos gadījumos oksīda plēve nav aizsargfaktors, un alumīnijs aktīvi mijiedarbojas ar skābēm, sārmiem un oksidētājiem. Oksīda plēve ir viegli iznīcināma arī halogēnu (hlora, broma) klātbūtnē. Tādējādi sālsskābe HCl labi mijiedarbojas ar alumīniju jebkuros apstākļos.

Alumīnija ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no metāla tīrības. Dažu metālu, jo īpaši mangāna, leģējošo piedevu izmantošana ļauj palielināt aizsargplēves izturību, tādējādi palielinot alumīnija izturību pret koroziju. Daži metāli, piemēram, niķelis un dzelzs, palīdz samazināt izturību pret koroziju, bet palielina sakausējumu karstumizturību.

Oksīda plēvei uz alumīnija izstrādājumu virsmas ir negatīva loma metināšanas darbu laikā. Izkausētā metāla baseina momentāna oksidēšanās metināšanas laikā neļauj izveidot metinājuma šuvi, jo alumīnija oksīdam ir ļoti augsta kušanas temperatūra. Alumīnija metināšanai tiek izmantotas īpašas metināšanas iekārtas ar nepatērējamu elektrodu (volframu). Pats process tiek veikts inertās gāzes vidē - argonā. Ja nav oksidācijas procesa, metināšanas šuve ir spēcīga un monolīta. Dažas leģējošās piedevas sakausējumos vēl vairāk uzlabo alumīnija metināšanas īpašības.

Tīrs alumīnijs praktiski neveido toksiskus savienojumus, tāpēc to aktīvi izmanto pārtikas rūpniecībā virtuves piederumu, pārtikas iepakojumu, dzērienu taru ražošanā. Tikai daži neorganiskie savienojumi var radīt negatīvu ietekmi. Pētījumos arī noskaidrots, ka alumīnijs netiek izmantots dzīvo būtņu vielmaiņā, tā loma dzīvē ir niecīga.

Ap 1807. gadu Deivijs, kurš mēģināja veikt alumīnija oksīda elektrolīzi, deva nosaukumu metālam, kas, domājams, to saturēja — alumīniju. Alumīniju pirmo reizi ieguva Hanss Oersteds 1825. gadā, iedarbojoties ar kālija amalgamu uz alumīnija hlorīdu, kam sekoja dzīvsudraba destilācija. 1827. gadā Wöhler izolēja alumīnija metālu efektīvākā veidā - karsējot bezūdens alumīnija hlorīdu ar kālija metālu.

Atrodoties dabā, saņemot:

Pēc izplatības dabā tas ieņem 1.vietu starp metāliem un 3.vietu starp elementiem, otrajā vietā aiz skābekļa un silīcija. Alumīnija saturs zemes garozā, pēc dažādu pētnieku domām, svārstās no 7,45% līdz 8,14% no zemes garozas masas. Dabā alumīnijs ir atrodams tikai savienojumos (minerāļos).
Korunds: Al 2 O 3 - pieder pie vienkāršo oksīdu klases un dažreiz veido caurspīdīgus dārgakmeņu kristālus - safīru un, pievienojot hromu, rubīnu. Uzkrājas placeros.
Boksīts: Al 2 O 3 *nH 2 O - nogulšņu alumīnija rūdas. Satur kaitīgu piemaisījumu - SiO 2. Boksīts kalpo kā svarīga izejviela alumīnija, kā arī krāsu un abrazīvu ražošanā.
Kaolinīts: Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O ir slāņveida silikātu apakšklases minerāls, galvenā baltā, ugunsizturīgā un porcelāna māla sastāvdaļa.
Moderno alumīnija ražošanas metodi neatkarīgi izstrādāja amerikānis Čārlzs Hols un francūzis Pols Hero. Tas sastāv no alumīnija oksīda Al 2 O 3 izšķīdināšanas kriolīta Na 3 AlF 3 kausējumā, kam seko elektrolīze, izmantojot grafīta elektrodus. Šī ražošanas metode prasa daudz elektrības, un tāpēc kļuva populāra tikai 20. gadsimtā. Lai saražotu 1 tonnu alumīnija, nepieciešamas 1,9 tonnas alumīnija oksīda un 18 tūkstoši kWh elektroenerģijas.

Fizikālās īpašības:

Metāls ir sudrabaini balts, viegls, blīvums 2,7 g/cm 3, kušanas temperatūra 660°C, viršanas temperatūra 2500°C. Augsta elastība, velmēta plānās loksnēs un vienmērīgā folijā. Alumīnijam ir augsta elektriskā un siltuma vadītspēja, un tas labi atstaro. Alumīnijs veido sakausējumus ar gandrīz visiem metāliem.

Ķīmiskās īpašības:

Normālos apstākļos alumīnijs ir pārklāts ar plānu un izturīgu oksīda plēvi un tāpēc nereaģē ar klasiskajiem oksidētājiem: ar H 2 O (t°, HNO 3 (bez karsēšanas). Pateicoties tam, alumīnijs praktiski nav pakļauts korozijai un tāpēc ir plaši pieprasīts mūsdienu rūpniecībā. Tomēr, ja oksīda plēve tiek iznīcināta (piemēram, saskaroties ar amonija sāļu NH 4 + šķīdumiem, karstiem sārmiem vai amalgamācijas rezultātā), alumīnijs darbojas kā aktīvs reducējošais metāls. Viegli reaģē ar vienkāršām vielām: skābekli, halogēniem: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Alumīnijs karsējot reaģē ar citiem nemetāliem:
2Al + 3S = Al 2 S 3 2Al + N 2 = 2AlN
Alumīnijs spēj izšķīdināt tikai ūdeņradi, bet ar to nereaģē.
Ar sarežģītām vielām: alumīnijs reaģē ar sārmiem (veidojot tetrahidroksialuminātus):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H 2
Viegli šķīst atšķaidītā un koncentrētā sērskābē:
2Al + 3H2SO4 (dil) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (konc.) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Alumīnijs reducē metālus no to oksīdiem (aluminotermija): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Svarīgākie savienojumi:

Alumīnija oksīds, Al 2 O 3: cieta, ugunsizturīga balta viela. Kristāliskais Al 2 O 3 ir ķīmiski pasīvs, amorfs ir aktīvāks. Lēni reaģē ar skābēm un sārmiem šķīdumā, uzrādot amfoteriskas īpašības:
Al 2 O 3 + 6HCl (konc.) = 2AlCl 3 + ZH 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH (konc.) + 3H 2 O = 2Na
(Sārmu kausējumā veidojas NaAlO 2).
Alumīnija hidroksīds, Al(OH) 3: balts amorfs (gēlveida) vai kristālisks. Ūdenī praktiski nešķīst. Sildot, tas soli pa solim sadalās. Tam piemīt amfoteriskas, vienlīdz izteiktas skābās un bāziskās īpašības. Sakausējot ar NaOH, veidojas NaAlO 2. Lai iegūtu Al(OH) 3 nogulsnes, sārmu parasti neizmanto (jo nogulsnes viegli pāriet šķīdumā), bet iedarbojas uz alumīnija sāļiem ar amonjaka šķīdumu - Al(OH) 3 veidojas istabas temperatūrā.
Alumīnija sāļi. Alumīnija sāļi un stiprās skābes labi šķīst ūdenī un tiek pakļauti ievērojamai katjonu hidrolīzes procesam, radot stipri skābu vidi, kurā izšķīst tādi metāli kā magnijs un cinks: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +
AlF 3 fluorīds un AlPO 4 ortofosfāts nešķīst ūdenī, un, izgulsnējot no ūdens šķīduma, ļoti vāju skābju sāļi, piemēram, H 2 CO 3, neveidojas.
Ir zināmi dubultie alumīnija sāļi - alauns sastāvs MAl(SO 4) 2 *12H 2 O (M=Na +, K +, Rb +, Cs +, TI +, NH 4 +), visizplatītākais no tiem ir kālija alauns KAl(SO 4) 2 *12H 2 O .
Amfotēro hidroksīdu šķīdināšana sārmainos šķīdumos tiek uzskatīta par veidošanās procesu hidrokso sāļi(hidroksi kompleksi). Eksperimentāli ir pierādīta hidroksokompleksu [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -, [Al(OH) 6] 3-, [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2- esamība; no tiem pirmais ir visizturīgākais. Alumīnija koordinācijas skaitlis šajos kompleksos ir 6, t.i. alumīnijs ir sešu koordinātu.
Bināri alumīnija savienojumi Savienojumus ar galvenokārt kovalentām saitēm, piemēram, Al 2 S 3 sulfīdu un Al 4 C 3 karbīdu, ūdens pilnībā sadala:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Pielietojums:

Plaši izmanto kā celtniecības materiālu. Galvenās alumīnija priekšrocības šajā kvalitātē ir vieglums, kaļamība štancēšanai, izturība pret koroziju un augsta siltumvadītspēja. Alumīnijs ir svarīga daudzu sakausējumu sastāvdaļa (varš - alumīnija bronza, magnijs utt.)
To izmanto elektrotehnikā vadu un to ekranējumu ražošanai.
Alumīnijs tiek plaši izmantots gan siltuma iekārtās, gan kriogēnajā tehnoloģijā.
Augsta atstarošanas spēja apvienojumā ar zemām izmaksām un vieglu nogulsnēšanos padara alumīniju par ideālu materiālu spoguļu izgatavošanai.
Alumīnijs un tā savienojumi tiek izmantoti raķešu tehnoloģijā kā raķešu degviela. Būvmateriālu ražošanā kā gāzi veidojošs līdzeklis.

Allajarovs Damirs
HF Tjumeņas Valsts universitāte, 561 grupa.

Viens no visizplatītākajiem elementiem uz planētas ir alumīnijs. Alumīnija fizikālās un ķīmiskās īpašības tiek izmantotas rūpniecībā. Mūsu rakstā atradīsit visu, kas jums jāzina par šo metālu.

Atomu struktūra

Alumīnijs ir periodiskās tabulas 13. elements. Tas ir trešajā periodā, III grupa, galvenā apakšgrupa.

Alumīnija īpašības un lietojumi ir saistīti ar tā elektronisko struktūru. Alumīnija atomam ir pozitīvi uzlādēts kodols (+13) un 13 negatīvi lādēti elektroni, kas atrodas trīs enerģijas līmeņos. Atoma elektroniskā konfigurācija ir 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

Ārējais enerģijas līmenis satur trīs elektronus, kas nosaka III pastāvīgo valenci. Reakcijās ar vielām alumīnijs nonāk ierosinātā stāvoklī un spēj atdot visus trīs elektronus, veidojot kovalentās saites. Tāpat kā citi aktīvie metāli, alumīnijs ir spēcīgs reducētājs.

Rīsi. 1. Alumīnija atoma uzbūve.

Alumīnijs ir amfotērisks metāls, kas veido amfotērus oksīdus un hidroksīdus. Atkarībā no apstākļiem savienojumiem piemīt skābas vai bāziskas īpašības.

Fiziskais apraksts

Alumīnijam ir:

• vieglums (blīvums 2,7 g/cm 3);
• sudrabaini pelēka krāsa;
• augsta elektriskā vadītspēja;
• kaļamība;
• plastiskums;
• kušanas temperatūra - 658°C;
• viršanas temperatūra - 2518,8°C.

Skārda konteineri, folija, stieple un sakausējumi ir izgatavoti no metāla. Alumīniju izmanto mikroshēmu, spoguļu un kompozītmateriālu ražošanā.

Rīsi. 2. Skārda trauki.

Alumīnijs ir paramagnētisks. Metālu pievelk magnēts tikai magnētiskā lauka klātbūtnē.

Ķīmiskās īpašības

Gaisā alumīnijs ātri oksidējas, pārklājoties ar oksīda plēvi. Tas aizsargā metālu no korozijas, kā arī novērš mijiedarbību ar koncentrētām skābēm (slāpekļskābi, sērskābi). Tāpēc skābes tiek uzglabātas un transportētas alumīnija traukos.

Normālos apstākļos reakcijas ar alumīniju iespējamas tikai pēc oksīda plēves noņemšanas. Lielākā daļa reakciju notiek augstā temperatūrā.

Elementa galvenās ķīmiskās īpašības ir aprakstītas tabulā.

Alumīnijs tieši nereaģē ar ūdeņradi. Pēc oksīda plēves noņemšanas iespējama reakcija ar ūdeni.

Rīsi. 3. Alumīnija reakcija ar ūdeni.

Ko mēs esam iemācījušies?

Alumīnijs ir amfoterisks aktīvs metāls ar nemainīgu valenci. Tam ir zems blīvums, augsta elektrovadītspēja un plastiskums. Pievelk magnēts tikai magnētiskā lauka klātbūtnē. Alumīnijs reaģē ar skābekli, veidojot aizsargplēvi, kas novērš reakcijas ar ūdeni, koncentrētu slāpekļskābi un sērskābi. Sildot, tas reaģē ar nemetāliem un koncentrētām skābēm, bet normālos apstākļos - ar halogēniem un atšķaidītām skābēm. Oksīdos tas izspiež mazāk aktīvos metālus. Nereaģē ar ūdeņradi.

Tests par tēmu

Pārskata izvērtēšana

Vidējais vērtējums: 4.3. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 74.

Šis vieglais metāls ar sudrabaini baltu nokrāsu ir atrodams gandrīz visur mūsdienu dzīvē. Alumīnija fizikālās un ķīmiskās īpašības ļauj to plaši izmantot rūpniecībā. Slavenākās atradnes atrodas Āfrikā, Dienvidamerikā un Karību jūras reģionā. Krievijā boksīta ieguves vietas atrodas Urālos. Pasaules līderi alumīnija ražošanā ir Ķīna, Krievija, Kanāda un ASV.

Al kalnrūpniecība

Dabā šis sudrabainais metāls tā augstās ķīmiskās aktivitātes dēļ sastopams tikai savienojumu veidā. Vispazīstamākie ģeoloģiskie ieži, kas satur alumīniju, ir boksīts, alumīnija oksīds, korunds un laukšpats. Boksīts un alumīnija oksīds ir rūpnieciski svarīgi, tieši šo rūdu atradnes ļauj iegūt alumīniju tā tīrā veidā.

Īpašības

Alumīnija fizikālās īpašības ļauj viegli ievilkt šī metāla sagataves stieplē un sarullēt plānās loksnēs. Šis metāls nav izturīgs, lai palielinātu šo rādītāju kausēšanas laikā, tas ir leģēts ar dažādām piedevām: varu, silīciju, magniju, mangānu, cinku. Rūpnieciskiem nolūkiem svarīga ir vēl viena alumīnija fizikālā īpašība - tā spēja ātri oksidēties gaisā. Alumīnija izstrādājuma virsma dabiskos apstākļos parasti ir pārklāta ar plānu oksīda plēvi, kas efektīvi aizsargā metālu un novērš tā koroziju. Kad šī plēve tiek iznīcināta, sudraba metāls ātri oksidējas, un tā temperatūra ievērojami paaugstinās.

Alumīnija iekšējā struktūra

Alumīnija fizikālās un ķīmiskās īpašības lielā mērā ir atkarīgas no tā iekšējās struktūras. Šī elementa kristāla režģis ir uz seju centrēta kuba veids.

Šis režģa veids ir raksturīgs daudziem metāliem, piemēram, varš, broms, sudrabs, zelts, kobalts un citi. Augsta siltumvadītspēja un spēja vadīt elektrību ir padarījusi šo metālu par vienu no populārākajiem pasaulē. Atlikušās alumīnija fizikālās īpašības, kuru tabula ir parādīta zemāk, pilnībā atklāj tā īpašības un parāda to pielietojuma jomu.

Alumīnija sakausējums

Vara un alumīnija fizikālās īpašības ir tādas, ka, pievienojot alumīnija sakausējumam noteiktu vara daudzumu, tā kristāliskais režģis tiek izkropļots un palielinās paša sakausējuma stiprība. Vieglo sakausējumu sakausējuma pamatā ir šī Al īpašība palielināt to izturību un izturību pret agresīvu vidi.

Sacietēšanas procesa izskaidrojums slēpjas vara atomu uzvedībā alumīnija kristāla režģī. Cu daļiņas mēdz izkrist no Al kristāla režģa un tiek sagrupētas tā īpašajās zonās.

Vietās, kur vara atomi veido kopas, veidojas CuAl 2 jaukta tipa kristāla režģis, kurā sudraba metāla daļiņas vienlaikus iekļaujas gan vispārējā alumīnija kristālrežģī, gan CuAl 2 jauktā tipa režģī Iekšējo saišu spēki deformētā režģī ir daudz lielākas nekā parastajā. Tas nozīmē, ka jaunizveidotās vielas stiprums ir daudz lielāks.

Ķīmiskās īpašības

Ir zināma alumīnija mijiedarbība ar atšķaidītu sērskābi un sālsskābi. Sildot, šis metāls tajos viegli izšķīst. Auksti koncentrēta vai ļoti atšķaidīta slāpekļskābe šo elementu neizšķīdina. Sārmu ūdens šķīdumi aktīvi ietekmē vielu, reakcijas laikā veidojot aluminātus - sāļus, kas satur alumīnija jonus. Piemēram:

Al 2 O 3 +3H2O+2NaOH=2Na

Iegūto savienojumu sauc par nātrija tetrahidroksoaluminātu.

Plāna plēve uz alumīnija izstrādājumu virsmas aizsargā šo metālu ne tikai no gaisa, bet arī no ūdens. Ja šī plānā barjera tiek noņemta, elements vardarbīgi mijiedarbosies ar ūdeni, atbrīvojot no tā ūdeņradi.

2AL+6H2O= 2AL(OH)3+3H2

Iegūto vielu sauc par alumīnija hidroksīdu.

AL (OH) 3 reaģē ar sārmu, veidojot hidroksoalumināta kristālus:

Al(OH)2 +NaOH=2Na

Ja šo ķīmisko vienādojumu pievieno iepriekšējam, iegūstam formulu elementa izšķīdināšanai sārmainā šķīdumā.

Al(OH)3 +2NaOH+6H2O=2Na +3H2

Alumīnija dedzināšana

Alumīnija fizikālās īpašības ļauj tam reaģēt ar skābekli. Ja šī metāla vai alumīnija folijas pulveri karsē, tas uzliesmo un sadeg ar baltu, apžilbinošu liesmu. Reakcijas beigās veidojas alumīnija oksīds Al 2 O 3.

Alumīnija oksīds

Iegūtā alumīnija oksīda ģeoloģiskais nosaukums ir alumīnija oksīds. Dabiskos apstākļos tas notiek korunda veidā - cieti caurspīdīgi kristāli. Korunds ir ļoti ciets, ar cietības pakāpi 9. Korunds pats par sevi ir bezkrāsains, taču dažādi piemaisījumi var padarīt to sarkanu un zilu, kā rezultātā rotaslietās veidojas dārgakmeņi, ko sauc par rubīniem un safīriem.

Alumīnija oksīda fizikālās īpašības ļauj šos dārgakmeņus audzēt mākslīgos apstākļos. Rūpnieciskos dārgakmeņus izmanto ne tikai juvelierizstrādājumos, tos izmanto precīzijas instrumentu izgatavošanā, pulksteņu izgatavošanā un citur. Mākslīgos rubīna kristālus plaši izmanto arī lāzerierīcēs.

Smalki graudaina korunda šķirne ar lielu skaitu piemaisījumu, kas uzklāta uz īpašas virsmas, visiem ir zināma kā smirģelis. Alumīnija oksīda fizikālās īpašības izskaidro korunda augstās abrazīvās īpašības, kā arī tā cietību un izturību pret berzi.

Alumīnija hidroksīds

Al 2 (OH) 3 ir tipisks amfoterisks hidroksīds. Kombinācijā ar skābi šī viela veido sāli, kas satur pozitīvi lādētus alumīnija jonus, veido aluminātus. Vielas amfoteriskais raksturs izpaužas faktā, ka tā var darboties gan kā skābe, gan kā sārms. Šis savienojums var pastāvēt gan želejā, gan cietā veidā.

Tas praktiski nešķīst ūdenī, bet reaģē ar lielāko daļu aktīvāko skābju un sārmu. Alumīnija hidroksīda fizikālās īpašības tiek izmantotas medicīnā, tas ir populārs un drošs līdzeklis skābuma samazināšanai organismā. Rūpniecībā Al 2 (OH) 3 izmanto kā adsorbentu, tas lieliski attīra ūdeni un izgulsnē tajā izšķīdušos kaitīgos elementus.

Rūpnieciskā izmantošana

Alumīnijs tika atklāts 1825. Sākumā šis metāls tika novērtēts augstāk nekā zelts un sudrabs. Tas tika skaidrots ar grūtībām to iegūt no rūdas. Alumīnija fizikālās īpašības un tā spēja ātri izveidot aizsargplēvi uz tā virsmas apgrūtināja šī elementa izpēti. Tikai 19. gadsimta beigās tika atklāta ērta metode tīra elementa kausēšanai, kas piemērota izmantošanai rūpnieciskā mērogā.

Vieglums un spēja pretoties korozijai ir alumīnija unikālās fizikālās īpašības. Šī sudrabotā metāla sakausējumi tiek izmantoti raķešu, automašīnu, kuģu, lidmašīnu un instrumentu ražošanā, kā arī galda piederumu un galda piederumu ražošanā.

Kā tīrs metāls Al tiek izmantots ķīmisko iekārtu detaļu, elektrisko vadu un kondensatoru ražošanā. Alumīnija fizikālās īpašības ir tādas, ka tā elektrovadītspēja nav tik augsta kā vara, taču šo trūkumu kompensē attiecīgā metāla vieglums, kas ļauj alumīnija stieples padarīt biezākas. Tātad ar tādu pašu elektrovadītspēju alumīnija stieple sver uz pusi mazāk nekā vara stieple.

Ne mazāk svarīga ir Al izmantošana aluminizācijas procesā. Tā sauc čuguna vai tērauda izstrādājuma virsmas piesātināšanas reakciju ar alumīniju, lai aizsargātu parasto metālu no korozijas karsēšanas laikā.

Šobrīd zināmās alumīnija rūdu rezerves ir diezgan salīdzināmas ar cilvēku vajadzībām pēc šī sudrabotā metāla. Alumīnija fizikālās īpašības joprojām var radīt daudz pārsteigumu tā pētniekiem, un šī metāla pielietojuma joma ir daudz plašāka, nekā varētu iedomāties.