Химические и физические свойства алюминия: Химические свойства алюминия, его применение

alexxlab | 05.07.1983 | 0 | Разное

Содержание

Химические свойства алюминия — урок. Химия, 8–9 класс.

Судя по положению алюминия в ряду активности металлов, он обладает высокой активностью.

Но в реакциях (например, с кислородом или водой) на поверхности алюминия сразу образуется защитная оксидная пленка, металл пассивируется.

Как можно обеспечить постоянный доступ реагентов к поверхности металла?

 

Если царапать поверхность алюминия чем-нибудь твёрдым, оксидная плёнка вновь очень быстро образуется, и реакция прекратится.

 

Есть другой способ. Можно использовать способность алюминия образовывать амальгаму — сплав с ртутью, с которой плёнка оксида алюминия легко удаляется.

Если погрузить алюминий на несколько секунд в подкисленный раствор хлорида или нитрата ртути(\(II\)), то произойдёт реакция замещения, и получится металлическая ртуть, которая осаждается на поверхности алюминия и образует с ним амальгаму:

 

\(Al + Hg = Al(Hg)\).

 

При нагревании алюминий активно реагирует с кислородом, серой, галогенами:

 

2Al+3S=tAl2S3.

 

При взаимодействии алюминия с иодом нагревания не требуется, а катализатором реакции является капля воды:

 

2Al+3I2=2AlI3.

 

Нагретые алюминиевые стружки реагируют с парами воды:

 

2Al+3h3O=tAl2O3+3h3↑.

 

Алюминий легко растворяется в разбавленных кислотах:

 

2Al+3h3SO4=Al2(SO4)3+3h3↑.

 

Обрати внимание!

Концентрированные азотная и серная кислоты не взаимодействуют с алюминием.

Они пассивируют его поверхность из-за образования плотной плёнки оксида алюминия.

 

Обрати внимание!

В избытке растворов щелочей алюминий растворяется с образованием комплексных солей:

 

2Al+6NaOH+6h3O=2Na3[Al(OH)6]+3h3↑.

При высокой температуре алюминий взаимодействует с оксидами других металлов с образованием металла и оксида алюминия. Этот метод получения металлов называют алюмотермией. С помощью этого метода можно получить марганец, железо и другие металлы в лабораторных условиях:

 

3Fe3O4+8Al=t4Al2O3+9Fe.

Химические свойства алюминия и основные реакции

Нахождение в природе

Алюминий впервые получен химическим путем немецким химиком Ф. Велером в 1827 г., а в 1856 г. французский химик Сен-Клер Девиль выделил его электрохимическим методом.
Алюминий является самым распространенным в природе металлом. Содержание его в земной коре составляет 7,45% (по массе). Важнейшие природные соединения алюминия — алюмосиликаты, боксит, корунд и криолит.
Алюмосиликаты составляют основную массу земной коры. Продукт их выветривания — глина и полевые шпаты (ортоклаз, альбит, анортит). Основной состав глин (каолин) соответствует формуле Аl2O3•2SiO2•2Н2O.
Боксит — горная порода, из которой получают алюминий. Состоит главным образом из гидратов оксида алюминия Аl2O3•nН2O.

Физические свойства

Физические свойства алюминия хорошо изучены. Это — серебристо-белый легкий металл, плавящийся при 660°С. Он очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и раскатывается в листы. Из алюминия можно изготовить фольгу толщиной менее 0,01мм. Алюминий обладает очень большой тепло- и электропроводностью. Сплавы алюминия с различными металлами обладают большой прочностью и легкостью.

Химические свойства

Алюминий очень активный металл. В ряду напряжений он стоит после щелочных и щелочноземельных металлов. Однако на воздухе он довольно устойчив, так как его поверхность покрывается очень плотной пленкой оксида, предохраняющей его от дальнейшего контакта с воздухом. Если с алюминиевой проволоки снять защитную оксидную пленку, то алюминий начнет энергично взаимодействовать с кислородом и водяными парами воздуха, превращаясь в рыхлую массу гидроксида алюминия. Эта реакция сопровождается выделением тепла. Очищенный от защитной оксидной пленки алюминий взаимодействует с водой с выделением водорода:

2Аl + 6Н2O = 2Аl(OН)3 + 3H2

Алюминий хорошо растворим в разбавленных серной и соляной кислотах:

2Al + 6НС1= 2AlС1

3 + 3H2

2AI + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

Разбавленная азотная кислота на холоду пассивирует алюминий, но при нагревании алюминий растворяется в ней с выделением монооксида азота, гемиоксида азота, свободного азота или аммиака, например:

8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15Н2O

Концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий.
Так как оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, то алюминий легко растворяется в водных растворах всех щелочей, кроме гидроксида аммония:

2AI + 6NaOH + 6Н2O = 2Na3[A1ОН)6] + 3H2

Порошкообразный алюминий легко взаимодействует с галогенами, кислородом и всеми неметаллами. Для начала реакций необходимо нагревание. В дальнейшем реакции протекают очень интенсивно и сопровождаются выделением большого количества тепла:

2Al + 3Вr2 — 2AlBr3 (бромид алюминия)

4Al + 3O2 = 2Al2O3 (оксид алюминия)

2Al + 3S = A12S3 (сульфид алюминия)

2Al + N2 = 2A1N (нитрид алюминия)

4Al + ЗС = Al4С3 (карбид алюминия).

Сульфид алюминия может существовать только в твердом виде. В водных растворах он подвергается полному гидролизу с образованием гидроксида алюминия и сероводорода:

A12S3 + 6H2O = 2A1(OН)3 + 3H2S.

Алюминий легко отнимает кислород и галогены у оксидов и солей других металлов. Реакция сопровождается выделением большого количества тепла:

8Al + 3Fe3O4 = 9Fe + 4Al2O3

Процесс восстановления металлов из их оксидов алюминием называется алюмотермией. Алюмотермией пользуются при получении некоторых редких металлов, которые образуют прочную связь с кислородом (ниобий, тантал, молибден, вольфрам и др.).

Смесь мелкого порошка алюминия и магнитного железняка называется термитом. После поджигания термита с помощью специального запала реакция протекает самопроизвольно и температура смеси повышается до 3500°С. Железо при такой температуре находится в расплавленном состоянии. Эту реакцию используют для сваривания рельсов.

Получение

Впервые алюминий был получен восстановлением хлорида алюминия металлическим натрием:

AlС13 + 3Na = Al + 3NaCl

В настоящее время его получают электролизом расплавленных солей. В качестве электролита служит расплав, содержащий 85— 90% комплексной соли 3NaF • A1F3 (или Na3AlFe) — криолита и 10–15% оксида алюминия Al2O3 — глинозема. Такая смесь плавится при температуре около 1000°С. При растворении в расплавленном криолите глинозем ведет себя как соль алюминия и алюминиевой кислоты и диссоциирует на катионы алюминия и анионы кислотного остатка алюминиевой кислоты:

Al2O3 ⇔ Al3+ + АlO33−

Криолит диссоциирует:

Na3 [AlF6]⇔ 3Na+ + [A1F6]

При пропускании электрического тока катионы алюминия и натрия движутся к катоду — графитовому корпусу ванны, покрытому на дне слоем расплавленного алюминия, получаемого в процессе электролиза. Так как алюминий менее активен, чем натрий, то он восстанавливается в первую очередь. Восстановленный алюминий в расплавленном состоянии собирается на дне ванны, откуда его периодически выводят.
Анионы AlO33− и A1F63−  движутся к аноду — графитовым стержням или болванкам. На аноде в первую очередь разряжается анион AlO33−:

AlO33− — 12е = 2Al2O3 + 3O2

Оксид алюминия вновь диссоциирует, и процесс повторяется. Расход глинозема все время восполняется. Количество криолита практически не меняется. Незначительные потери криолита происходят вследствие образования на аноде тетрафторида углерода CF

4 . Электролитическое производство алюминия требует больших затрат электроэнергии (на получение 1 т алюминия расходуется около 20 тыс. квт • ч электроэнергии), поэтому алюминиевые заводы строят вблизи электростанций.

Применение

Алюминий находит самое широкое применение. Он используется в электротехнике, его сплавы, отличаясь большой легкостью и прочностью, применяются в самолето- и машиностроении, он все больше вытесняет стали в производстве теплообменных аппаратов, из него изготовляют фольгу, применяемую в радиотехнике и для упаковки пищевых продуктов. Алюминием покрывают стальные и чугунные изделия в целях предохранения их от коррозии: изделия нагревают до 1000° С в смеси алюминиевого порошка (49%), оксида алюминия (49%) и хлорида аммония (2%). Этот процесс называется алитированием. Алитированные изделия выдерживают нагревание°С, не подвергаясь коррозии.

Оксид алюминия Al

2O3

Представляет собой белое вещество, обладающее высокой температурой плавления (2050°С). В природе оксид алюминия встречается в виде корунда и глинозема. Иногда встречаются прозрачные кристаллы корунда красивой формы и окраски. Корунд, окрашенный соединениями хрома в красный цвет, называют рубином, а окрашенный соединениями титана и железа в синий цвет — сапфиром. Рубин и сапфир являются драгоценными
камнями. В настоящее время их довольно легко получают искусственно.
Оксид алюминия обладает амфотерными свойствами, но он не растворяется в воде, кислотах и щелочах. При кипячении оксида алюминия в концентрированном растворе щелочи он частично переходит в раствор. Оксид алюминия переводят в растворимое состояние сплавлением со щелочами или с пиросульфатом калия:

Al2O3 + 2NaOH = 2NaA1O2 + Н2O

Al2O3 + 3K2S2O7

= Al2(SO4)3 + 3K2SO4.

Полученные сплавы растворяются в воде. При сплавлении оксида алюминия с поташом или содой образуются алюминаты, которые легко растворяются в воде:

Al2O3 + Na2CO3 = 2NaA1O2 + CO2,

Природный корунд — очень твердое вещество. Он применяется для изготовления наждачных кругов и шлифовальных порошков. Рубин используют для изготовления втулок часовых и других точных механизмов.
Глинозем используется как сырье для получения алюминия. Обезвоженный оксид алюминия применяется как адсорбент при очистке и разделении органических веществ методом хроматографии.

Гидроксид алюминия Al (ОН)

3

Представляет собой белое вещество, которое при нагревании теряет воду, превращаясь оксид алюминия. Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами. Свежеосажденный гидроксид легко растворяется в кислотах и щелочах (кроме гидроксида аммония):

Al(ОН)

3 + ЗНС1 = AlС13 + ЗН2O

Al(ОН)3 + 3NaOH= Na3 [Al(OH)6].

Гидроксид алюминия является слабым основанием и еще более слабой кислотой, поэтому соли алюминия находятся в растворе только в присутствии избытка кислоты, а алюминаты — только в присутствии избытка щелочи. При разбавлении растворов водой эти соединения сильно гидролизуют.
Высушенный гидроксид алюминия теряет часть воды, не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах и этим напоминает оксид алюминия.
Гидроксид алюминия обладает свойством поглощать различные вещества, поэтому его применяют при очистке воды.

Свойства алюминия

Свойства алюминия, одного металлов, принадлежащих к 13-й группе согласно периодической таблице химических элементов, достаточно обширны. Основные группы свойств: физические и химические. Этот легкий металл сочетает сразу множество физических характеристик относительно плотности, теплопроводности, коррозийной стойкости и пластичности. Физические свойства алюминия зависят, как и у множества металлов, от степени чистоты металла. Только особая чистота материала, наиболее приближенная к единице (99,996%), гарантирует самые высокие показатели относительно физических свойств. Именно благодаря высоким показателям металл отлично поддается ковке, штамповке и другим видам обработки.


Что примечательно, алюминий поддается практически любому виду сварки, будь то контактная, газовая или иная разновидность. Серебристо-белый легкий металл характеризуется высокой теплопроводностью, при этом обладает малой плотностью. Показатели электрической проводимости также достаточно велики, поэтому материал постоянно используется в сфере кабельной промышленности. Завершают перечень физических свойств легкого металла замечательная антикоррозийная стойкость и высокая пластичность.

 

Плотность материала

 

Плотность алюминия – это выражение массы материала в содержании единицы объема. Плотностью также называют предел массы вещества по отношению к занимаемому этим веществом объему. Именно по такой формуле вычисляется плотность легкого металла особой чистоты. Ее показатель равен 2,7*10 в кубе кг/м3. Плотность – это свойство, от которого зависит и другая характеристика материала, а именно – прочность. Так как плотность легкого металла довольно мала, то и прочность, соответственно, невелика. Потому алюминий не используется в качестве конструкторского материала.

 

 

Чтобы увеличить прочность металла, к нему добавляются другие элементы с более высокой плотностью. Под воздействием более плотных добавок, прочность алюминия резко возрастает. Также показатели прочности можно поднять с помощью применения механической или термической обработки. В результате удачного сочетания в сплавах, алюминий приобретает ценные конструкционные качества, выраженные в хорошей механической прочности при малой плотности материала. Сплавы на основе алюминия в некоторых отраслях промышленности с успехом заменяют такие металлы (сплавы), как медь или олово, цинк или свинец.

 

Теплопроводность

 

Теплопроводность алюминия – одно из его физических свойств. Оно, как и многие, зависит от чистоты структуры материала. То есть, чем ближе к единице чистота алюминия, тем выше и его свойства теплопроводности. Технический алюминий, процентность которого равна приблизительно 99,49, имеет теплопроводность (при 200 градусах Цельсия) 209 Вт/(м*К). Если же технический алюминий обладает процентностью 99,70, то значение его теплопроводности достигает 222 Вт/(м*К).

 

 

В то время, когда материал электролитически рафирован и его чистота 99,9% – значение теплопроводности уже при 190 градусах Цельсия повышается до 343 Вт/(м*К). В отличие от прочности, которая повышается при сплаве алюминия с другими металлами, свойства теплопроводности в этом случае уменьшаются. Примером можно привести добавку Mn. Всего два процента такой добавки способны уменьшить теплопроводность алюминия со значения 209 Вт/(м*К) до показателя, равного 126 Вт/(м*К). Стоит также отметить, что свойства теплопроводности алюминия настолько высоки, что преимущество относительно них есть лишь у меди и серебра.


Температура плавления алюминия – достаточно весомый показатель, который учитывается любой отраслью промышленности, работающей с данным материалом. Температура плавления – показатель нестабильный, во многом он зависит от того, какие материалы применены для примеси с алюминием. От температуры плавления зависит скорость обработки материала, то есть, можно сказать, производственные возможности. Наиболее часто алюминий обрабатывается в России, Австралии, Канаде и США. В этих странах крупная доля отрасли промышленности занимается плавкой алюминия.

 

 

У каждой страны имеются свои технологии плавки, со временем, благодаря экспериментам с добавлением различных материалов, позволившие минимально возможно снизить показатель температуры плавления алюминия. Наиболее точный, стандартный показатель температуры плавления алюминия составляет 660,32 градуса Цельсия. В связи с таким большим показателем, плавление материала можно организовать только в специальных условиях и специально оборудованных помещениях. Чтобы осуществить этот процесс в домашних условиях, первое, что необходимо – оборудование. Обычно для этого используется тигельная муфельная печь.

 

Теплоемкость

 

Теплоемкость алюминия, если взять показатель постоянного давления и температуру 291 составит 581 кал/град, моль. Но теплоемкость материала может значительно поменяться, если значение температуры будет низким. Высокий показатель теплоемкости диктует свои условия относительно использования достаточно мощных источников тепла. Иногда применяет даже метод подогрева. Высота уровня коэффициента линейного расширения, а также незначительный модуль упругости, могут создать значительные сварочные деформации. Такое обстоятельство диктует условия использования зажимных приспособлений с повышенным уровнем надежности.

 

 

Возникающие деформации в конструкциях, к которым следует подходить с ответственностью, устраняются уже после сварки. Стоит отметить, что высокие показатели таких свойств, как теплоемкость и теплопроводность, относительно самого алюминия, а также его сплавов, значительно влияют на то, какой именно метод сварки следует выбрать. Удельная теплоемкость алюминия, измеряемая в Дж/(кг*град. Цельсия), равна значению 920. Если брать показатели удельной теплоемкости, нужно отметить – они меняются зависимо от агрегатного состояния материала.

 

Удельное сопротивление

 

Удельное сопротивление алюминия выше по сравнению с аналогичной величиной меди. Но на показатель удельного сопротивления меди может существенно повлиять такой метод обработки, как отжиг. На алюминий этот метод практически не имеет влияния. При этом, температурные коэффициенты меди и алюминия идентичны. В кабельной промышленности довольно часто применяется оксидная изоляция.

 

 

 

Теплостойкость оксидированного алюминиевого провода составляет 400 градусов Цельсия. Вообще, удельное сопротивление рассматриваемого материала превышает аналогичный показатель меди в 1,65 раза. Алюминиевые провода достаточно часто подвергаются оксидной изоляции. В то время, чтобы данный метод применить по отношению к медному проводу, его необходимо покрыть хотя бы тонким слоем алюминия. Оксидированный алюминий служит материалом для изготовления катушек, способных работать при высоких температурах.

 

Химические свойства

 

Химические свойства алюминия выражают его валентность, свойства взаимодействия с окружающими сферами. Первое, что стоит отметить – алюминий обладает достаточно высокой химической активностью. Если рассматривать ряд напряжений металлов, то данный материал займет место между магнием и цинком. Алюминию свойственно быстрое окисление кислородом, взятым из воздуха, в результате чего получается прочная защитная оксидная пленка.

 

 

Именно эта пленка является препятствием на пути к дальнейшему окислению материала. Также оксидная пленка оберегает изделия из алюминия от взаимодействия с другими веществами, контакт с которыми может привести к разрушению структуры материала. Именно защитной пленке отводится роль фактора, повышающего антикоррозийную стойкость алюминия. Если нарушается данная оксидная защита, то материал легко вступает во взаимодействие с влагой даже при обычной температуре.

Лекция по химии на тему “Алюминий его физические и химические свойства”

1.Общая характеристика алюминия.

Главную подгруппу III группы периодической системы составляют бор (В),алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).

Как видно из приведенных данных, все эти элементы были открыты в XIXстолетии.

Открытие металлов главной подгруппы III группы

В

Al

Ga

In

Tl

1806 г.

1825 г.

1875 г.

1863 г.

1861 г.

Г.Люссак,

Г.Х.Эрстед

Л. де Буабодран

Ф.Рейх,

У.Крукс

Л. Тенар

(Дания)

(Франция)

И.Рихтер

(Англия)

(Франция)

(Германия)

Бор представляет собой неметалл. Алюминий – переходный металл, а галлий, индий и таллий – полноценные металлы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свойства простых веществ усиливаются.

В данной лекции мы подробнее рассмотрим свойства алюминия.

2. Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.

Элемент алюминий расположен в III группе, главной «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная массаAr(Al) → 27. Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.

Al +13 )2)8)3, p –элемент,

Основное состояние

1s22s22p63s23p1

Возбуждённое состояние

1s22s22p63s13p2

 

Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:

Al0– 3e→Al+3

3. Физические свойства, нахождение в природе

Алюминий в свободном виде – серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электро­проводностью.Температура плавления 650 оС. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см3) – примерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно – это прочный металл.

По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14% от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях(минералах).

Некоторые из них:

·Бокситы – Al2O3• H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)

·Нефелины – KNa3[AlSiO4]4

·Алуниты – KAl(SO4)2• 2Al(OH)3

·Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)

·Корунд – Al2O3

·Полевой шпат (ортоклаз) – K2O•Al2O3•6SiO2

·Каолинит – Al2O3•2SiO2• 2H2O

·Алунит – (Na,K)2SO4•Al2(SO4)3•4Al(OH)3

·Берилл – 3ВеО • Al2О3• 6SiO2

Боксит

Al2O3

Корунд

Рубин

Сапфир

4.Химические свойства алюминия и его соединений

Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).

ДЕМОНСТРАЦИЯ ОКСИДНОЙ ПЛЁНКИ

Её толщина 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия со ртутью – амальгамы).

I. Взаимодействие с простыми веществами

Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды. При нагревании он взаимодействует с серой (200 °С), азотом (800 °С), фосфором (500 °С) и углеродом (2000 °С), с йодом в присутствии катализатора – воды:

2Аl + 3S→ Аl2S3 (сульфид алюминия),

2Аl + N2→2АlN (нитрид алюминия),

Аl + Р → АlР (фосфид алюминия),

4Аl + 3С → Аl4С3 (карбид алюминия).

2 Аl + 3I2→2 AlI3 (йодид алюминия) ОПЫТ

Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:

Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S

Al4C3 + 12H2O 4Al(OH)3+ 3CH4

В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты:

4Аl+ 3O2→ 2Аl2О3+ 1676 кДж.

ГОРЕНИЕ АЛЮМИНИЯ НА ВОЗДУХЕ

ОПЫТ

II. Взаимодействие со сложными веществами

Взаимодействие с водой

2 Al + 6 H2O→2 Al (OH)3+3 H2

без оксидной пленки

ОПЫТ

Взаимодействие с оксидами металлов:

Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов. Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др

3 Fe3O4+8 Al →4 Al2O3+ Fe +Q

Термитная смесь Fe3O4 и Al (порошок) – используется ещё и в термитной сварке.

Сr2О3 + 2Аl → 2Сr + Аl2О3

Взаимодействие с кислотами:

С раствором серной кислоты: 2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2

С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

2Аl + 6Н24(конц) → Аl2(SО4)3 + 3SО2 + 6Н2О,

Аl + 6НNO3(конц) → Аl(NO3)3 + 3NO2 + 3Н2О.

 

Взаимодействие со щелочами.

2 Al + 2 NaOH + 6 H2O →2 Na[Al(OH)4] + 3 H2

ОПЫТ

Nal(ОН)4]тетрагидроксоалюминат натрия

По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.

С растворами солей:

2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu

Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

2Al + 3HgCl2 2AlCl3 + 3Hg

Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя амальгаму.

Обнаружение ионов алюминия в растворах: ОПЫТ

5. Применение алюминия и его соединений

Приложение 1

РИСУНОК 1

Приложение 2

РИСУНОК 2

Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия является авиационная промышленность: самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом. Из алюминия изготовляют кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.

Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сок.

Соли алюминия сильно гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.

Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.

6. Получение алюминия

1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na3AlF6растворяет Al2O3,как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия – электролитом.

2Al2O3эл.ток→4Al + 3O2

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век – век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

2) 2Al2O3 + 3 C →4 Al + 3 CO2

7. Вопросы для самоконтроля

Ответьте на вопросы:

а) Чем отличается алюминий по химическим свойствам от других типичных металлов, ответ подтвердите уравнениями реакций.

б) Почему, алюминиевые изделия, используемые в быту, не вступают в химические реакции с кислотами, щелочами, не окисляются?

8. Задания для закрепления

№1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса.
Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

№2. Закончите уравнения химических реакций:
Al + H2SO4 (раствор) →
Al + CuCl2
Al + HNO3(конц) –t
Al + NaOH + H2O →

 

№3. Осуществите превращения:
Al →AlCl3 →Al → Al2S3→ Al(OH)3t→Al2O3→Al

№4. Решите задачу:
На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании. Выделилось 2,24 л газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г?

Список литературы

  1. Программы для общеобразовательных учреждений, ХИМИЯ, 8 – 11 класс, Москва, Дрофа, 2001г.

  2. Р.П.Суровцева и др., ХИМИЯ, методическое пособие 10 – 11 класс, Москва, Дрофа, 2000г.

  3. Л.С.Гузей, Р.П.Суровцева, ХИМИЯ – учебники 9, 10 класс, Москва, Дрофа, 1998г.

  4. Энциклопедический словарь юного химика, Москва, Педагогика, 1990г.

  5. Школьная энциклопедия ХИМИЯ, Москва, Дрофа, 2000г.

  6. Э.Т.Оганесян, Важнейшие понятия и термины в химии, Москва, Высшая школа, 1993г.

  7. Э.Т.Оганесян, Руководство по химии поступающим в вузы, Москва, Высшая школа, 1991г.

  8. С.И.Венецкий,Ю Рассказы о металлах, Москва, Металлургия, 1975г.

Приложение1

ЭТО ИНТЕРЕСНО:

  • Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.

  • В 18-19 веках алюминий был главным ювелирным металлом. В 1889 году Д.И.Менделеев в Лондоне за заслуги в развитии химии был награжден ценным подарком – весами, сделанными из золота и алюминия.

  • К 1855 году французский ученый  Сен- Клер Девиль разработал способ получения металлического алюминия в технических масштабах. Но способ был очень дорогостоящий. Девиль пользовался особым покровительством Наполеона  III, императора  Франции. В знак  своей преданности и благодарности Девиль изготовил для сына Наполеона, новорожденного принца, изящно гравированную погремушку – первое «изделие ширпотреба» из алюминия. Наполеон намеревался даже снарядить своих гвардейцев алюминиевыми кирасами, но цена оказалась непомерно высокой. В то время 1 кг алюминия стоил 1000 марок, т.е. в 5 раз дороже серебра. Только после изобретения электролитического процесса алюминий по своей стоимости сравнялся с обычными металлами.

  • А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы.  При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.

  • При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета “Сатурн” сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.

 

свойства химические и физические. Физические свойства алюминия

Одними из самых удобных в обработке материалов являются металлы. Среди них также есть свои лидеры. Так, например, основные свойства алюминия известны людям уже давно. Они настолько подходят для применения в быту, что данный металл стал очень популярным. Каковы же свойства алюминия как простого вещества и как атома, рассмотрим в данной статье.

История открытия алюминия

Издавна человеку было известно соединение рассматриваемого металла – Оно использовалось как средство, способное набухать и связывать между собой компоненты смеси, это было необходимо и при выделке кожаных изделий. О существовании в чистом виде стало известно в XVIII веке, во второй его половине. Однако при этом чистое вещество получено не было.

Сумел же выделить металл из его хлорида впервые ученый Х. К. Эрстед. Именно он обработал амальгамой калия соль и выделил из смеси серый порошок, который и был алюминием в чистом виде.

Тогда же стало понятно, что химические свойства алюминия проявляются в его высокой активности, сильной восстановительной способности. Поэтому долгое время с ним никто больше не работал.


Однако в 1854 году француз Девиль смог получить слитки металла методом электролиза расплава. Этот способ актуален и по сей день. Особенно массовое производство ценного материала началось в XX веке, когда были решены проблемы получения большого количества электроэнергии на предприятиях.

На сегодняшний день данный металл – один из самых популярных и применяемых в строительстве и бытовой промышленности.

Общая характеристика атома алюминия

Если характеризовать рассматриваемый элемент по положению в периодической системе, то можно выделить несколько пунктов.

  1. Порядковый номер – 13.
  2. Располагается в третьем малом периоде, третьей группе, главной подгруппе.
  3. Атомная масса – 26,98.
  4. Количество – 3.
  5. Конфигурация внешнего слоя выражается формулой 3s 2 3p 1 .
  6. Название элемента – алюминий.
  7. выражены сильно.
  8. Изотопов в природе не имеет, существует только в одном виде, с массовым числом 27.
  9. Химический символ – AL, в формулах читается как “алюминий”.
  10. Степень окисления одна, равна +3.

Химические свойства алюминия полностью подтверждаются электронным строением его атома, ведь имея большой атомный радиус и малое сродство к электрону, он способен выступать в роли сильного восстановителя, как и все активные металлы.

Алюминий как простое вещество: физические свойства

Если говорить об алюминии, как о простом веществе, то он представляет собой серебристо-белый блестящий металл. На воздухе быстро окисляется и покрывается плотной оксидной пленкой. Тоже самое происходит и при действии концентрированных кислот.


Наличие подобной особенности делает изделия из этого металла устойчивыми к коррозии, что, естественно, очень удобно для людей. Поэтому и находит такое широкое применение в строительстве именно алюминий. также еще интересны тем, что данный металл очень легкий, при этом прочный и мягкий. Сочетание таких характеристик доступно далеко не каждому веществу.

Можно выделить несколько основных физических свойств, которые характерны для алюминия.

  1. Высокая степень ковкости и пластичности. Из данного металла изготовляют легкую, прочную и очень тонкую фольгу, его же прокатывают в проволоку.
  2. Температура плавления – 660 0 С.
  3. Температура кипения – 2450 0 С.
  4. Плотность – 2,7 г/см 3 .
  5. Кристаллическая решетка объемная гранецентрированная, металлическая.
  6. Тип связи – металлическая.

Физические и химические свойства алюминия определяют области его применения и использования. Если говорить о бытовых сторонах, то большую роль играют именно уже рассмотренные нами выше характеристики. Как легкий, прочный и антикоррозионный металл, алюминий применяется в самолето- и кораблестроении. Поэтому эти свойства очень важно знать.

Химические свойства алюминия

С точки зрения химии, рассматриваемый металл – сильный восстановитель, который способен проявлять высокую химическую активность, будучи чистым веществом. Главное – это устранить оксидную пленку. В этом случае активность резко возрастает.

Химические свойства алюминия как простого вещества определяются его способностью вступать в реакции с:

  • кислотами;
  • щелочами;
  • галогенами;
  • серой.

С водой он не взаимодействует при обычных условиях. При этом из галогенов без нагревания реагирует только с йодом. Для остальных реакций нужна температура.


Можно привести примеры, иллюстрирующие химические свойства алюминия. Уравнения реакций взаимодействия с:

  • кислотами – AL + HCL = AlCL 3 + H 2 ;
  • щелочами – 2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3Н 2 ;
  • галогенами – AL + Hal = ALHal 3 ;
  • серой – 2AL + 3S = AL 2 S 3 .

В целом, самое главное свойство рассматриваемого вещества – это высокая способность к восстановлению других элементов из их соединений.

Восстановительная способность

Восстановительные свойства алюминия хорошо прослеживаются на реакциях взаимодействия с оксидами других металлов. Он легко извлекает их из состава вещества и позволяет существовать в простом виде. Например: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

В металлургии существует целая методика получения веществ, основанная на подобных реакциях. Она получила название алюминотермии. Поэтому в химической отрасли данный элемент используется именно для получения других металлов.

Распространение в природе

По распространенности среди других элементов-металлов алюминий занимает первое место. Его в земной коре содержится 8,8 %. Если же сравнивать с неметаллами, то место его будет третьим, после кислорода и кремния.

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико.


Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл:

  • полевые шпаты;
  • бокситы;
  • граниты;
  • кремнезем;
  • алюмосиликаты;
  • базальты и прочие.

В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

Получение

Физические и химические свойства алюминия позволяют получать его только одним способом: электролизом расплава соответствующего оксида. Однако процесс этот технологически сложен. Температура плавления AL 2 O 3 превышает 2000 0 С. Из-за этого подвергать электролизу непосредственно его не получается. Поэтому поступают следующим образом.

Выход продукта составляет 99,7 %. Однако возможно получение и еще более чистого металла, который используется в технических целях.

Применение

Механические свойства алюминия не столь хороши, чтобы применять его в чистом виде. Поэтому чаще всего используются сплавы на основе данного вещества. Таких много, можно назвать самые основные.

  1. Дюралюминий.
  2. Алюминиево-марганцевые.
  3. Алюминиево-магниевые.
  4. Алюминиево-медные.
  5. Силумины.
  6. Авиаль.

Основное их отличие – это, естественно, сторонние добавки. Во всех основу составляет именно алюминий. Другие же металлы делают материал более прочным, стойким к коррозии, износоустойчивым и податливым в обработке.

Можно назвать несколько основных областей применения алюминия как в чистом виде, так и в виде его соединений (сплавов).

Вместе с железом – самый важный металл. Именно эти два представителя периодической системы нашли самое обширное промышленное применение в руках человека.

Свойства гидроксида алюминия

Гидроксид – самое распространенное соединение, которое образует алюминий. Свойства химические его такие же, как и у самого металла, – он амфотерный. Это значит, что он способен проявлять двойственную природу, вступая в реакции как с кислотами, так и со щелочами.

Сам по себе гидроксид алюминия – это белый студенистый осадок. Получить его легко при взаимодействии соли алюминия с щелочью или При взаимодействии с кислотами данный гидроксид дает обычную соответствующую соль и воду. Если же реакция идет с щелочью, то формируются гидроксокомплексы алюминия, в которых его координационное число равно 4. Пример: Na – тетрагидроксоалюминат натрия.

(лат. Aluminium), – в периодической системе алюминий находится в третьем периоде, в главной подгруппе третьей группы. Заряд ядра +13. Электронное строение атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Металлический атомный радиус 0,143 нм, ковалентный – 0,126 нм, условный радиус иона Al 3+ – 0,057 нм. Энергия ионизации Al – Al + 5,99 эВ.

Наиболее характерная степень окисления атома алюминия +3. Отрицательная степень окисления проявляется редко. Во внешнем электронном слое атома существуют свободные d-подуровни. Благодаря этому его координационное число в соединениях может равняться не только 4 (AlCl 4- , AlH 4- , алюмосиликаты), но и 6 (Al 2 O 3 , 3+).

Историческая справка . Название Алюминий происходит от лат. alumen – так еще за 500 лет до н.э. назывались алюминиевые квасцы, которые применялись как протрава при крашении тканей и для дубления кожи. Датский ученый X. К. Эрстед в 1825, действуя амальгамой калия на безводный АlСl 3 и затем отгоняя ртуть, получил относительно чистый Алюминий. Первый промышленного способ производства Алюминия предложил в 1854 французский химик А.Э. Сент-Клер Девиль: способ заключался в восстановлении двойного хлорида Алюминия и натрия Na 3 AlCl 6 металлическим натрием. Похожий по цвету на серебро, Алюминий на первых порах ценился очень дорого. С 1855 по 1890 годы было получено всего 200 т Алюминия. Современный способ получения Алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава разработан в 1886 году одновременно и независимо друг от друга Ч. Холлом в США и П. Эру во Франции.

Нахождение в природе

Алюминий – самый распространенный в земной коре металл. На его долю приходится 5,5–6,6 мол. доли% или 8 масс.%. Главная масса его сосредоточена в алюмосиликатах. Чрезвычайно распространенным продуктом разрушения образованных ими горных пород является глина, основной состав которой отвечает формуле Al 2 O 3 . 2SiO 2 . 2H 2 O. Из других природных форм нахождения алюминия наибольшее значение имеют боксит Al 2 O 3 . xH 2 O и минералы корунд Al 2 O 3 и криолит AlF 3 . 3NaF.

Получение

В настоящее время в промышленности алюминий получают электролизом раствора глинозема Al 2 O 3 в расплавленнном криолите. Al 2 O 3 должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Температура плавления Al 2 O 3 около 2050 о С, а криолита – 1100 о С. Электролизу подвергают расплавленную смесь криолита и Al 2 O 3 , содержащую около 10 масс.% Al 2 O 3 , которая плавится при 960 о С и обладает электрической проводимостью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. При добавлении AlF 3 , CaF 2 и MgF 2 проведение электролиза оказывается возможным при 950 о С.

Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно (под), собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды располагаются сверху: это – алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами.

Al 2 O 3 = Al 3+ + AlO 3 3-

На катоде выделяется жидкий алюминий:

Al 3+ + 3е – = Al

Алюминий собирается на дне печи, откуда периодически выпускается. На аноде выделяется кислород:

4AlO 3 3- – 12е – = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Кислород окисляет графит до оксидов углерода. По мере сгорания углерода анод наращивают.

Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости.

Физические свойства алюминия . Алюминий сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокие теплопроводность и электрическую проводимость, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Он легко поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Алюминий хорошо сваривается газовой, контактной и других видами сварки. Решетка Алюминия кубическая гранецентрированная с параметром а = 4,0413 Å. Свойства Алюминий, как и всех металлов, в значит, степени зависят от его чистоты. Свойства Алюминия особой чистоты (99,996%): плотность (при 20 °С) 2698,9 кг/м 3 ; t пл 660,24 °С; t кип около 2500 °С; коэффициент термического расширения (от 20° до 100 °С) 23,86·10 -6 ; теплопроводность (при 190 °С) 343 вт/м·К , удельная теплоемкость (при 100 °С) 931,98 дж/кг·К. ; электропроводность по отношению к меди (при 20 °С) 65,5%. Алюминий обладает невысокой прочностью (предел прочности 50–60 Мн/м 2), твердостью (170 Мн/м 2 по Бринеллю) и высокой пластичностью (до 50%). При холодной прокатке предел прочности Алюминия возрастает до 115 Мн/м 2 , твердость – до 270 Мн/м 2 , относительное удлинение снижается до 5% (1 Мн/м 2 ~ и 0,1 кгс/мм 2). Алюминий хорошо полируется, анодируется и обладает высокой отражательной способностью, близкой к серебру (он отражает до 90% падающей световой энергии). Обладая большим сродством к кислороду, Алюминий на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной пленкой оксида Al 2 О 3 , защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокие антикоррозионные свойства. Прочность оксидной пленки и защитное действие ее сильно убывают в присутствии примесей ртути, натрия, магния, меди и др. Алюминий стоек к действию атмосферной коррозии, морской и пресной воды, практически не взаимодействует с концентрированной или сильно разбавленной азотной кислотой, с органических кислотами, пищевыми продуктами.

Химические свойства

При накаливании мелко раздробленного алюминия он энергично сгорает на воздухе. Аналогично протекает и взаимодействие его с серой. С хлором и бромом соединение происходит уже при обычной температуре, с иодом – при нагревании. При очень высоких температурах алюминий непосредственно соединяется также с азотом и углеродом. Напротив, с водородом он не взаимодействует.

По отношению к воде алюминий вполне устойчив. Но если механическим путем или амальгамированием снять предохраняющее действие оксидной пленки, то происходит энергичная реакция:

Сильно разбавленные, а также очень концентрированные HNO3 и h3SO4 на алюминий почти не действуют (на холоду), тогда как при средних концентрациях этих кислот он постепенно растворяется. Чистый алюминий довольно устойчив и по отношению к соляной кислоте, но обычный технический металл в ней растворяется.

При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты – соли, содержащие алюминий в составе аниона:

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

Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой, вытесняя из нее водород:

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

Образующийся гидроксид алюминия реагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Суммарное уравнение растворения алюминия в водном растворе щелочи:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

Алюминий заметно растворяется в растворах солей, имеющих вследствие их гидролиза кислую или щелочную реакцию, например, в растворе Na 2 CO 3 .

В ряду напряжений он располагается между Mg и Zn. Во всех своих устойчивых соединениях алюминий трехвалентен.

Соединение алюминия с кислородом сопровождается громадным выделением тепла (1676 кДж/моль Al 2 O 3), значительно большим, чем у многих других металлов. В виду этого при накаливании смеси оксида соответствующего металла с порошком алюминия происходит бурная реакция, ведущая к выделению из взятого оксида свободного металла. Метод восстановления при помощи Al (алюмотермия) часто применяют для получения ряда элементов (Cr, Mn, V, W и др.) в свободном состоянии.

Алюмотермией иногда пользуются для сварки отдельных стальных частей, в часности стыков трамвайных рельсов. Применяемая смесь («термит») состоит обычно из тонких порошков алюминия и Fe 3 O 4 . Поджигается она при помощи запала из смеси Al и BaO 2 . Основная реакция идет по уравнению:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 кДж

Причем развивается температура около 3000 о С.

Оксид алюминия представляет собой белую, очень тугоплавкую (т. пл. 2050 о С) и нерастворимую в воде массу. Природный Al 2 O 3 (минерал корунд), а также полученный искусственно и затем сильно прокаленный отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах. В растворимое состояние Al 2 O 3 (т. н. глинозем) можно перевести сплавлением со щелочами.

Обычно загрязненный оксидом железа природный корунд вследствие своей чрезвычайной твердости применяется для изготовления шлифовальных кругов, брусков и т.д. В мелко раздробленном виде он под названием наждака служит для очистки металлических поверхностей и изготовления наждачной бумаги. Для тех же целей часто пользуются Al 2 O 3 , получаемым сплавлением боксита (техническое название – алунд).

Прозрачные окрашеннные кристаллы корунда – красный рубин – примесь хрома – и синий сапфир – примесь титана и железа – драгоценные камни. Их получают так же искусственно и используют для технических целей, например, для изготовления деталей точных приборов, камней в часах и т.п. Кристаллы рубинов, содержащих малую примесь Cr 2 O 3 , применяют в качестве квантовых генераторов – лазеров, создающих направленный пучок монохроматического излучения.

Ввиду нерастворимости Al 2 O 3 в воде отвечающий этому оксиду гидроксид Al(OH) 3 может быть получен лишь косвенным путем из солей. Получение гидроксида можно представить в виде следующей схемы. При действии щелочей ионами OH – постепенно замещаются в аквокомплексах 3+ молекулы воды:

3+ + OH – = 2+ + H 2 O

2+ + OH – = + + H 2 O

+ + OH – = 0 + H 2 O

Al(OH) 3 представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах и сильных щелочах. Он имеет, следовательно, амфотерный характер. Однако и основные и особенно кислотные его свойства выражены довольно слабо. В избытке NH 4 OH гидроксид алюминия нерастворим. Одна из форм дегидратированного гидроксида – алюмогель используется в технике в качестве адсорбента.

При взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Алюминаты наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного избытка щелочи. Алюминаты, производящиеся от более слабых оснований, гидролизованы в растворе практически нацело и поэтому могут быть получены только сухим путем (сплавлением Al 2 O 3 с оксидами соответствующих металлов). Образуются метаалюминаты, по своему составу производящиеся от метаалюминиевой кислоты HAlO 2 . Большинство из них в воде нерастворимо.

С кислотами Al(OH) 3 образует соли. Производные большинства сильных кислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованы растворимые соли алюминия и слабых кислот. Вследствие гидролиза сульфид, карбонат, цианид и некоторые другие соли алюминия из водных растворов получить не удается.

В водной среде анион Al 3+ непосредственно окружен шестью молекулами воды. Такой гидратированный ион несколько диссоциирован по схеме:

3+ + H 2 O = 2+ + OH 3 +

Константа его диссоциации равна 1 . 10 -5 , т.е. он является слабой кислотой (близкой по силе к уксусной). Октаэдрическое окружение Al 3+ шестью молекулами воды сохраняется и в кристаллогидратах ряда солей алюминия.

Алюмосиликаты можно рассматривать как силикаты, в которых часть кремниекислородных тетраэдров SiO 4 4 – заменена на алюмокислородные тетраэдры AlO 4 5- Из алюмосиликатов наиболее распространены полевые шпаты, на долю которых приходится более половины массы земной коры. Главные их представители – минералы

ортоклаз K 2 Al 2 Si 6 O 16 или K 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO 2

альбит Na 2 Al 2 Si 6 O 16 или Na 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO 2

анортит CaAl 2 Si 2 O 8 или CaO . Al 2 O 3 . 2SiO 2

Очень распространены минералы группы слюд, например мусковит Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2 . Большое практическое значение имеет минерал нефелин (Na, K) 2 , который используется для получения глинозема содовых продуктов и цемента. Это производство складывается из следующих операций: a) нефелин и известняк спекают в трубчатых печах при 1200 о С:

(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2

б) образовавшуюся массу выщелачивают водой – образуется раствор алюминатов натрия и калия и шлам CaSiO 3:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O = Na + K

в) через раствор алюминатов пропускают образовавшийся при спекании CO 2:

Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3

г) нагреванием Al(OH) 3 получают глинозем:

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

д) выпариванием маточного раствора выделяют соду и потаж, а ранее полученный шлам идет на производство цемента.

При производстве 1 т Al 2 O 3 получают 1 т содопродуктов и 7.5 т цемента.

Некоторые алюмосиликаты обладают рыхлой структурой и способны к ионному обмену. Такие силикаты – природные и особенно искусственные – применяются для водоумягчения. Кроме того, благодаря своей сильно развитой поверхности, они используются в качестве носителей катализаторов, т.е. как материалы, пропитываемые катализатором.

Галогениды алюминия в обычных условиях – бесцветные кристаллические вещества. В ряду галогенидов алюминия AlF 3 сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF 3 основан на действии безводного HF на Al 2 O 3 или Al:

Al 2 O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 O

Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычных условиях, AlCl 3 , AlBr 3 и AlI 3 дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.

Плотности паров AlCl 3 , AlBr 3 и AlI 3 при сравнительно невысоких температурах более или менее точно соответствуют удвоенным формулам – Al 2 Hal 6 . Пространственная структура этих молекул отвечает двум тетраэдрам с общим ребром. Каждый атом алюминия связан с четырьмя атомами галогена, а каждый из центральных атомов галогена – с обоими атомами алюминия. Из двух связей центрального атома галогена одна является донорно-акцепторной, причем алюминий функционирует в качестве акцептора.

С галогенидными солями ряда одновалентных металлов галогениды алюминия образуют комплексные соединения, главным образом типов M 3 и M (где Hal – хлор, бром или иод). Склонность к реакциям присоединения вообще сильно выражена у рассматриваемых галогенидов. Именно с этим связано важнейшее техническое применение AlCl 3 в качестве катализатора (при переработке нефти и при органических синтезах).

Из фторалюминатов наибольшее применение (для получения Al, F 2 , эмалей, стекла и пр.) имеет криолит Na 3 . Промышленное производство искусственного криолита основано на обработке гидроксида алюминия плавиковой кислотой и содой:

2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

Хлоро-, бромо- и иодоалюминаты получаются при сплавлении тригалогенидов алюминия с галогенидами соответствующих металлов.

Хотя с водородом алюминий химически не взаимодействует, гидрид алюминия можно получить косвенным путем. Он представляет собой белую аморфную массу состава (AlH 3) n . Разлагается при нагревании выше 105 о С с выделением водорода.

При взаимодействии AlH 3 с основными гидридами в эфирном растворе образуются гидроалюминаты:

LiH + AlH 3 = Li

Гидридоалюминаты – белые твердые вещества. Бурно разлагаются водой. Они – сильные восстановители. Применяются (в особенности Li) в органическом синтезе.

Сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 . 18H 2 O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.

Алюмокалиевые квасцы KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O применяются в больших количествах для дубления кож, а также в красильном деле в качестве протравы для хлопчатобумажных тканей. В последнем случае действие квасцов основано на том, что образующиеся вследствие их гидролиза гидроксид алюминия отлагается в волокнах ткани в мелкодисперсном состоянии и, адсордбируя краситель, прочно удерживает его на волокне.

Из остальных производных алюминия следует упомянуть его ацетат (иначе – уксуснокислую соль) Al(CH 3 COO) 3 , используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы). Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах.

Алюминий в организме . Алюминий входит в состав тканей животных и растений; в органах млекопитающих животных обнаружено от 10 -3 до 10 -5 % Алюминия (на сырое вещество). Алюминий накапливается в печени, поджелудочной и щитовидной железах. В растительных продуктах содержание Алюминия колеблется от 4 мг на 1 кг сухого вещества (картофель) до 46 мг (желтая репа), в продуктах животного происхождения – от 4 мг (мед) до 72 мг на 1 кг сухого вещества (говядина). В суточном рационе человека содержание алюминия достигает 35–40 мг. Известны организмы – концентраторы алюминия, например, плауны (Lycopodiaceae), содержащие в золе до 5,3% алюминия, моллюски (Helix и Lithorina), в золе которых 0,2–0,8% алюминия. Образуя нерастворимые соединения с фосфатами, алюминий нарушает питание растений (поглощение фосфатов корнями) и животных (всасывание фосфатов в кишечнике).

Геохимия алюминия . Геохимические черты алюминия определяются его большим сродством к кислороду (в минералах алюминий входит в кислородные октаэдры и тетраэдры), постоянной валентностью (3), слабой растворимостью большинства природных соединений. В эндогенных процессах при застывании магмы и формировании изверженных пород алюминий входит в кристаллическую решетку полевых шпатов, слюд и других минералов – алюмосиликатов. В биосфере алюминий – слабый мигрант, его мало в организмах и гидросфере. Во влажном климате, где разлагающиеся остатки обильной растительности образуют много органических кислот, алюминий мигрирует в почвах и водах в виде органоминеральных коллоидных соединений; алюминий адсорбируется коллоидами и осаждается в нижней части почв. Связь алюминия с кремнием частично нарушается и местами в тропиках образуются минералы – гидрооксиды алюминия – бемит, диаспор, гидраргиллит. Большая же часть алюминия входит в состав алюмосиликатов – каолинита, бейделлита и других глинистых минералов. Слабая подвижность определяет остаточное накопление алюминия в коре выветривания влажных тропиков. В результате образуются элювиальные бокситы. В прошлые геологические эпохи бокситы накапливались также в озерах и прибрежной зоне морей тропических областей (например, осадочные бокситы Казахстана). В степях и пустынях, где живого вещества мало, а воды нейтральные и щелочные, алюминий почти не мигрирует. Наиболее энергична миграция алюминия в вулканических областях, где наблюдаются сильнокислые речные и подземные воды, богатые алюминием. В местах смещения кислых вод с щелочными – морскими (в устьях рек и других), алюминий осаждается с образованием бокситовых месторождений.

Применение Алюминия . Сочетание физических, механических и химических свойств Алюминия определяет его широкое применение практически во всех областях техники, особенно в виде его сплавов с других металлами. В электротехнике Алюминий успешно заменяет медь, особенно в производстве массивных проводников, например, в воздушных линиях, высоковольтных кабелях, шинах распределительных устройств, трансформаторах (электрическая проводимость Алюминия достигает 65,5% электрической проводимости меди, и он более чем в три раза легче меди; при поперечном сечении, обеспечивающем одну и ту же проводимость, масса проводов из Алюминий вдвое меньше медных). Сверхчистый Алюминий употребляют в производстве электрических конденсаторов и выпрямителей, действие которых основано на способности оксидной пленки Алюминия пропускать электрический ток только в одном направлении. Сверхчистый Алюминий, очищенный зонной плавкой, применяется для синтеза полупроводниковых соединений типа А III B V , применяемых для производства полупроводниковых приборов. Чистый Алюминий используют в производстве разного рода зеркальных отражателей. Алюминий высокой чистоты применяют для предохранения металлических поверхностей от действия атмосферной коррозии (плакирование, алюминиевая краска). Обладая относительно низким сечением поглощения нейтронов, Алюминий применяется как конструкционный материал в ядерных реакторах.

В алюминиевых резервуарах большой емкости хранят и транспортируют жидкие газы (метан, кислород, водород и т.д.), азотную и уксусную кислоты, чистую воду, перекись водорода и пищевые масла. Алюминий широко применяют в оборудовании и аппаратах пищевой промышленности, для упаковки пищевых продуктов (в виде фольги), для производства разного рода бытовых изделий. Резко возросло потребление Алюминий для отделки зданий, архитектурных, транспортных и спортивных сооружений.

В металлургии Алюминий (помимо сплавов на его основе) – одна из самых распространенных легирующих добавок в сплавах на основе Сu, Mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Применяют Алюминий также для раскисления стали перед заливкой ее в форму, а также в процессах получения некоторых металлов методом алюминотермии. На основе Алюминия методом порошковой металлургии создан САП (спеченный алюминиевый порошок), обладающий при температурах выше 300 °С большой жаропрочностью.

Алюминий используют в производстве взрывчатых веществ (аммонал, алюмотол). Широко применяют различные соединения Алюминия.

Производство и потребление Алюминия непрерывно растет, значительно опережая по темпам роста производство стали, меди, свинца, цинка.

Список использованной литературы

1. В.А. Рабинович, З.Я. Хавин «Краткий химический справочник»

2. Л.С. Гузей «Лекции по общей химии»

3. Н.С. Ахметов «Общая и неорганическая химия»

4. Б.В. Некрасов «Учебник общей химии»

5. Н.Л. Глинка «Общая химия»

В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).

Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град) , что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.

Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь. У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).

Ниже приведена сравнительная таблица значений удельной теплоемкости этих металлов. Значения теплоемкости в таблице находятся в интервале температуры от -223 до 927°С.

По данным таблицы видно, что величина удельной теплоемкости алюминия значительно выше значения этого свойства у меди и железа, поэтому такое свойство алюминия, как возможность хорошо накапливать тепло, широко применяется в промышленности и теплотехнике, делая этот металл незаменимым.

Сравнительная таблица теплоемкости алюминия, меди и железа
Теплоемкость металла, Дж/(кг·град)
t, °С Алюминий Al Медь Cu Железо Fe
-173483,6216,1
-73800,2385
27903,7385450
127951,3397,7491,1
227991,8408530,7
3271036,7416,9573,1
4271090,2425,1619,9
5271153,8432,9679,1
6271228,2441,7772,8
7271176,7451,4975,1
8271176,7464,3794,1
9271176,7480,8607,1

Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.

1

Теплопроводностью называют процесс переноса энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых участков тела к частицам менее нагретых его участков. Такой теплообмен приводит к выравниванию температуры. Вдоль тела переносится только энергия, вещество не перемещается. Характеристикой способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м 2 , толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.

Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м* К) – выше только у серебра. уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса таких веществ, как:

  • алюминий;
  • железо;
  • кислород;
  • мышьяк;
  • сурьма;
  • сера;
  • селен;
  • фосфор.

Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.

Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.

2

Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м* К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.

Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:

  • плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
  • стоимость – ниже в 3,5 раза.

Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).

В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.

Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).

Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.

3

Низкая теплопроводность во многих случаях является нужным свойством – на этом основана теплоизоляция. Использование приводит к гораздо большим потерям тепла, чем при применении магистралей и разводок из других материалов. Медные трубопроводы требуют более тщательной теплоизоляции.

У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.

При газовой сварке меди необходимо использование горелок мощностью на 1–2 номера выше, чем для стальных деталей такой же толщины. Если медь толще 8–10 мм, рекомендуется работать с двумя или даже тремя горелками (часто сварку производят одной, а другими осуществляют подогрев). Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, достаточный для толщины высокохромистой стали в 300 мм, подойдет для резки латуни, бронзы (сплавы меди) толщиной до 150 мм, а чистой меди всего в 50 мм. Все работы связаны с значительно большими затратами на расходные материалы.

4

Медь – один из главных компонентов в электронике, используется во всех микросхемах. Она отводит и рассеивает тепло, образующееся при прохождении тока. Ограничение быстродействия компьютеров обусловлено увеличением нагрева процессора и других элементов схем при росте тактовой частоты. Разбиение на несколько ядер, работающих одновременно, и другие способы борьбы с перегревом себя исчерпали. В настоящее время ведутся разработки, направленные на получение проводников с более высокой электропроводимостью и теплопроводностью.

Открытый недавно учеными графен способен значительно увеличить теплопроводность медных проводников и их возможность к рассеиванию тепла. При проведении эксперимента слой меди покрыли графеном со всех сторон. Это улучшило теплоотдачу проводника на 25 %. Как объяснили ученые, новое вещество меняет структуру передачи тепла и позволяет энергии двигаться в металле свободнее. Изобретение находится на стадии доработки – при эксперименте использовался медный проводник гораздо больших размеров, чем в процессоре.

Свойства алюминия, одного металлов, принадлежащих к 13-й группе согласно периодической таблице химических элементов, достаточно обширны. Основные группы свойств: физические и химические. Этот легкий металл сочетает сразу множество физических характеристик относительно плотности, теплопроводности, коррозийной стойкости и пластичности. Физические свойства алюминия зависят, как и у множества металлов, от степени чистоты металла. Только особая чистота материала, наиболее приближенная к единице (99,996%), гарантирует самые высокие показатели относительно физических свойств. Именно благодаря высоким показателям металл отлично поддается ковке, штамповке и другим видам обработки.

Что примечательно, алюминий поддается практически любому виду сварки, будь то контактная, газовая или иная разновидность. Серебристо-белый легкий металл характеризуется высокой теплопроводностью, при этом обладает малой плотностью. Показатели электрической проводимости также достаточно велики, поэтому материал постоянно используется в сфере кабельной промышленности. Завершают перечень физических свойств легкого металла замечательная антикоррозийная стойкость и высокая пластичность.

Плотность материала

Плотность алюминия – это выражение массы материала в содержании единицы объема. Плотностью также называют предел массы вещества по отношению к занимаемому этим веществом объему. Именно по такой формуле вычисляется плотность легкого металла особой чистоты. Ее показатель равен 2,7*10 в кубе кг/м3. Плотность – это свойство, от которого зависит и другая характеристика материала, а именно – прочность. Так как плотность легкого металла довольно мала, то и прочность, соответственно, невелика. Потому алюминий не используется в качестве конструкторского материала.

Чтобы увеличить прочность металла, к нему добавляются другие элементы с более высокой плотностью. Под воздействием более плотных добавок, прочность алюминия резко возрастает. Также показатели прочности можно поднять с помощью применения механической или термической обработки. В результате удачного сочетания в сплавах, алюминий приобретает ценные конструкционные качества, выраженные в хорошей механической прочности при малой плотности материала. Сплавы на основе алюминия в некоторых отраслях промышленности с успехом заменяют такие металлы (сплавы), как медь или олово, цинк или свинец.

Теплопроводность

Теплопроводность алюминия – одно из его физических свойств. Оно, как и многие, зависит от чистоты структуры материала. То есть, чем ближе к единице чистота алюминия, тем выше и его свойства теплопроводности. Технический алюминий, процентность которого равна приблизительно 99,49, имеет теплопроводность (при 200 градусах Цельсия) 209 Вт/(м*К). Если же технический алюминий обладает процентностью 99,70, то значение его теплопроводности достигает 222 Вт/(м*К).


В то время, когда материал электролитически рафирован и его чистота 99,9% – значение теплопроводности уже при 190 градусах Цельсия повышается до 343 Вт/(м*К). В отличие от прочности, которая повышается при сплаве алюминия с другими металлами, свойства теплопроводности в этом случае уменьшаются. Примером можно привести добавку Mn. Всего два процента такой добавки способны уменьшить теплопроводность алюминия со значения 209 Вт/(м*К) до показателя, равного 126 Вт/(м*К). Стоит также отметить, что свойства теплопроводности алюминия настолько высоки, что преимущество относительно них есть лишь у меди и серебра.

Температура плавления алюминия – достаточно весомый показатель, который учитывается любой отраслью промышленности, работающей с данным материалом. Температура плавления – показатель нестабильный, во многом он зависит от того, какие материалы применены для примеси с алюминием. От температуры плавления зависит скорость обработки материала, то есть, можно сказать, производственные возможности. Наиболее часто алюминий обрабатывается в России, Австралии, Канаде и США. В этих странах крупная доля отрасли промышленности занимается плавкой алюминия.


У каждой страны имеются свои технологии плавки, со временем, благодаря экспериментам с добавлением различных материалов, позволившие минимально возможно снизить показатель температуры плавления алюминия. Наиболее точный, стандартный показатель температуры плавления алюминия составляет 660,32 градуса Цельсия. В связи с таким большим показателем, плавление материала можно организовать только в специальных условиях и специально оборудованных помещениях. Чтобы осуществить этот процесс в домашних условиях, первое, что необходимо – оборудование. Обычно для этого используется тигельная муфельная печь.

Теплоемкость

Теплоемкость алюминия, если взять показатель постоянного давления и температуру 291 составит 581 кал/град, моль. Но теплоемкость материала может значительно поменяться, если значение температуры будет низким. Высокий показатель теплоемкости диктует свои условия относительно использования достаточно мощных источников тепла. Иногда применяет даже метод подогрева. Высота уровня коэффициента линейного расширения, а также незначительный модуль упругости, могут создать значительные сварочные деформации. Такое обстоятельство диктует условия использования зажимных приспособлений с повышенным уровнем надежности.


Возникающие деформации в конструкциях, к которым следует подходить с ответственностью, устраняются уже после сварки. Стоит отметить, что высокие показатели таких свойств, как теплоемкость и теплопроводность, относительно самого алюминия, а также его сплавов, значительно влияют на то, какой именно метод сварки следует выбрать. Удельная теплоемкость алюминия, измеряемая в Дж/(кг*град. Цельсия), равна значению 920. Если брать показатели удельной теплоемкости, нужно отметить – они меняются зависимо от агрегатного состояния материала.

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление алюминия выше по сравнению с аналогичной величиной меди. Но на показатель удельного сопротивления меди может существенно повлиять такой метод обработки, как отжиг. На алюминий этот метод практически не имеет влияния. При этом, температурные коэффициенты меди и алюминия идентичны. В кабельной промышленности довольно часто применяется оксидная изоляция.

Теплостойкость оксидированного алюминиевого провода составляет 400 градусов Цельсия. Вообще, удельное сопротивление рассматриваемого материала превышает аналогичный показатель меди в 1,65 раза. Алюминиевые провода достаточно часто подвергаются оксидной изоляции. В то время, чтобы данный метод применить по отношению к медному проводу, его необходимо покрыть хотя бы тонким слоем алюминия. Оксидированный алюминий служит материалом для изготовления катушек, способных работать при высоких температурах.

Химические свойства

Химические свойства алюминия выражают его валентность, свойства взаимодействия с окружающими сферами. Первое, что стоит отметить – алюминий обладает достаточно высокой химической активностью. Если рассматривать ряд напряжений металлов, то данный материал займет место между магнием и цинком. Алюминию свойственно быстрое окисление кислородом, взятым из воздуха, в результате чего получается прочная защитная оксидная пленка.


Именно эта пленка является препятствием на пути к дальнейшему окислению материала. Также оксидная пленка оберегает изделия из алюминия от взаимодействия с другими веществами, контакт с которыми может привести к разрушению структуры материала. Именно защитной пленке отводится роль фактора, повышающего антикоррозийную стойкость алюминия. Если нарушается данная оксидная защита, то материал легко вступает во взаимодействие с влагой даже при обычной температуре.

Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия. | План-конспект урока по химии (9 класс) по теме:

 

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ОБЩАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 81

  Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.

        Автор Ицкович Т.Я.  

учитель  химии

МБОУ ООШ №81

2013г

Тема урока: Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.

Цели урока: рассмотреть распространение алюминия в природе, его физические и химические свойства, а также свойства образуемых им соединений.

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала. Алюминий

 

Главную подгруппу III группы периодической системы составляют бор (В),алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).

Как видно из приведенных данных, все эти элементы были открыты в XIXстолетии.

Открытие металлов главной подгруппы III группы

В

Al

Ga

In

Tl

1806 г.

1825 г.

1875 г.

1863 г.

1861 г.

Г.Люссак,

Г.Х.Эрстед

Л. де Буабодран

Ф.Рейх,

У.Крукс

Л. Тенар

(Дания)

(Франция)

И.Рихтер

(Англия)

(Франция)

(Германия)

Бор представляет собой неметалл. Алюминий — переходный металл, а галлий, индий и таллий — полноценные металлы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свойства простых веществ усиливаются.

В данной лекции мы подробнее рассмотрим свойства алюминия.

 

1. Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.

Элемент алюминий расположен в III группе, главной «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная массаAr(Al) = 27.  Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.

Al +13 )2)8)3    , p – элемент,

Основное состояние

1s22s22p63s23p1

 

Возбуждённое состояние

1s22s22p63s13p2

 

 

Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:

Al0 – 3 e- → Al+3

2. Физические свойства

Алюминий в свободном виде — серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления  650 оС. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см3) — примерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл.

3. Нахождение в природе

По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).

 Некоторые из них:

         Бокситы — Al2O3 • h3O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)

         Нефелины — KNa3[AlSiO4]4

         Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3

         Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)

         Корунд — Al2O3

         Полевой шпат (ортоклаз) — K2O×Al2O3×6SiO2

         Каолинит — Al2O3×2SiO2 × 2h3O

         Алунит — (Na,K)2SO4×Al2(SO4)3×4Al(OH)3

         Берилл — 3ВеО • Al2О3 • 6SiO2

Боксит

 

Al2O3

Корунд

Рубин

Сапфир

4. Химические свойства алюминия и его соединений

Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид). 

Её толщина 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения  химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия с ртутью – амальгамы).

I. Взаимодействие с простыми веществами

Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды. При нагревании он взаимодействует с серой (200 °С), азотом (800 °С), фосфором (500 °С) и углеродом (2000 °С), с йодом в присутствии катализатора – воды:

 

2Аl + 3S = Аl2S3  (сульфид алюминия),

2Аl + N2 = 2АlN  (нитрид алюминия),

Аl + Р = АlР (фосфид алюминия),

4Аl + 3С = Аl4С3 (карбид алюминия).

2 Аl   +  3  I2   =  2 AlI3  (йодид алюминия)    

 

Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:

Al2S3 + 6h3O = 2Al(OH)3 + 3h3S

Al4C3 + 12h3O = 4Al(OH)3+ 3Ch5

 В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты:

4Аl + 3O2 = 2Аl2О3 + 1676 кДж.

II. Взаимодействие со сложными веществами

 Взаимодействие с водой: 

2 Al + 6 h3O  =  2 Al (OH)3  +  3 h3

без оксидной пленки       

Взаимодействие с оксидами металлов:

Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов. Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др.                                                                            

3 Fe3O4  +   8 Al =   4 Al2O3  +  9 Fe +Q

Термитная смесь Fe3O4  и   Al (порошок) –используется ещё и в термитной сварке. 

Сr2О3 + 2Аl = 2Сr + Аl2О3

Взаимодействие с кислотами:

С раствором серной кислоты:  2 Al  + 3 h3SO4  =  Al2(SO4)3 +  3 h3

С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

2Аl + 6Н2SО4(конц) = Аl2(SО4)3 + 3SО2 + 6Н2О,

Аl + 6НNO3(конц) = Аl(NO3)3 + 3NO2 + 3Н2О.

 

Взаимодействие со щелочами.

2 Al + 2 NaOH + 6 h3O  =  2 NaAl(OH)4   +  3 h3

Na[Аl(ОН)4] – тетрагидроксоалюминат натрия

По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.

 С растворами солей:

2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu

 

Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

2Al + 3HgCl2 = 2AlCl3 + 3Hg

Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя  амальгаму.

5. Применение алюминия и его соединений

Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия  является авиационная промышленность: самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом. Из алюминия изготовляют кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.

Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения  тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сок.

 Соли алюминия сильно  гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.

Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.

6. Получение алюминия

1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na3AlF6 растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия – электролитом.

2Al2O3 эл.ток→  4Al + 3O2

 

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век – век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

 

2) 2Al2O3   +   3 C  =  4 Al  +  3 CO2

 

 ЭТО ИНТЕРЕСНО:

  • Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.
  • В 18-19 веках алюминий был главным ювелирным металлом. В 1889 году Д.И.Менделеев в Лондоне за заслуги в развитии химии был награжден ценным подарком – весами, сделанными из золота и алюминия.
  • К 1855 году французский ученый  Сен- Клер Девиль разработал способ получения металлического алюминия в технических масштабах. Но способ был очень дорогостоящий. Девиль пользовался особым покровительством Наполеона  III, императора  Франции. В знак  своей преданности и благодарности Девиль изготовил для сына Наполеона, новорожденного принца, изящно гравированную погремушку – первое «изделие ширпотреба» из алюминия. Наполеон намеревался даже снарядить своих гвардейцев алюминиевыми кирасами, но цена оказалась непомерно высокой. В то время 1 кг алюминия стоил 1000 марок, т.е. в 5 раз дороже серебра. Только после изобретения электролитического процесса алюминий по своей стоимости сравнялся с обычными металлами.
  • А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы.  При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.
  • При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета “Сатурн” сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.

3. Закрепление изученного материала

№1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса.
Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

№2. Закончите уравнения химических реакций:
Al + h3SO4 (раствор) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO3(конц) -t-> 
Al + NaOH + h3O ->

№3. Решите задачу:
На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании. Выделилось 2,24 л газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г?

4. Домашнее задание

 Примечание: на уроке может использоваться презентация   « Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.»

        

Алюминий, его физические и химические свойства



жүктеу/скачать 162 Kb.
бет1/14
Дата02.01.2021
өлшемі162 Kb.
түріУрок
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   …   14
    Бұл бет үшін навигация:
  • Задачи урока

Тема урока: Алюминий, его физические и химические свойства. (9 класс)

Цели урока:


  • сформировать представление о физических и химических свойствах алюминия,

  • развивать умения учащихся прогнозировать свойства вещества, на основе знаний о его строении;

  • развивать умения проводить анализ, сравнение, обобщение.

Задачи урока:


  • актуализировать знания учащихся о строении атома,

  • показать зависимость физических свойств алюминия от его строения,

  • возбудить интерес к изучению науки путем предоставления кратких исторических и научных сообщений об алюминии,

  • продолжить формирование исследовательских навыков учащих­ся при выполнении лабораторной работы,

  • формировать умения работать в коллективе.
Каталог: razrabotki
razrabotki -> Формирование культуры чтения младших школьников на уроках и во внеурочное время Великий Сократ сказал однажды своему
razrabotki -> Урок-обобщение по теме: “северная америка “
razrabotki -> Урок географии в 7 классе по теме «Страны Северной Африки. Алжир»
razrabotki -> Алюминий, его физические и химические свойства
razrabotki -> Урок № хим 9 тема «Аммиак и его свойства»
razrabotki -> Тест Физическая культура, 7 класс Формирование человеческого организма заканчивается к
razrabotki -> «Самодельный анемометр»
razrabotki -> Правила проведения игры: в игре принимает участие весь класс. Класс делится на группы по 4 человека. Каждая команда получает две фишки и 12 карточек со словами
razrabotki -> Общая тема уроков
razrabotki -> План-конспект урока предыстория информатики (тема урока) фио (полностью) Беликова Елена Николаевна

Достарыңызбен бөлісу:

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   …   14

©netrefs.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Оксид алюминия | Сульфат алюминия

Оксид алюминия – это обычное встречающееся в природе соединение, которое используется в различных отраслях промышленности, особенно в производстве алюминия. Используется в производстве промышленной керамики. Его наиболее распространенная кристаллическая форма, корунд, также имеет несколько разновидностей ювелирного качества.

Химические свойства

Существует множество различных форм оксида алюминия, включая как кристаллические, так и некристаллические формы.Химическая формула оксида алюминия – Al₂O₃. Это электрический изолятор, что означает, что он не проводит электричество, а также имеет относительно высокую теплопроводность. Кроме того, в кристаллической форме, корунд, его твердость делает его пригодным в качестве абразива. Высокая температура плавления оксида алюминия делает его хорошим огнеупорным материалом для футеровки высокотемпературных устройств, таких как обжиговые печи, печи, мусоросжигательные печи, реакторы различных типов и тигли.

Использование в производстве алюминия

Чаще всего оксид алюминия используется в производстве металлического алюминия.Металлический алюминий реагирует с кислородом, что может вызвать коррозию. Однако, когда алюминий связывается с кислородом с образованием оксида алюминия, он создает тонкое покрытие, которое защищает его от окисления. Это предохраняет алюминий от коррозии и потери прочности. Толщина и другие свойства оксидного слоя могут быть изменены с помощью процесса анодирования. Оксид алюминия также является продуктом процесса плавки алюминия.

Корунд Драгоценные камни

Наиболее распространенной кристаллической формой оксида алюминия является корунд.И рубины, и сапфиры представляют собой корунды ювелирного качества. Своей отличительной окраской они обязаны следам примесей. Рубины получают свой темно-красный цвет и лазерные свойства из-за следов хрома. Сапфиры бывают разных цветов, которые происходят из других примесей, таких как железо и титан. Твердость различных видов корунда делает их пригодными для использования в качестве абразивов и компонентов в режущих инструментах.

Применение в керамике

Оксид алюминия, также называемый оксидом алюминия, используется в инженерной керамике.Он твердый и износостойкий, устойчив к воздействию кислот и щелочей, обладает высокой прочностью и жесткостью, а также хорошей теплопроводностью, что делает его ценным при производстве различных керамических изделий. К ним относятся такие вещи, как высокотемпературные электрические изоляторы и изоляторы напряжения, детали контрольно-измерительных приборов для машин для термических испытаний, уплотнительные кольца, газовые лазерные трубки и другое лабораторное оборудование. Оксид алюминия также используется в производстве баллистической брони.

Другое применение

Поскольку оксид алюминия довольно инертен в химическом отношении, имеет белый цвет и относительно нетоксичен, он служит наполнителем в пластмассах.Это также частый ингредиент солнцезащитного крема. Из-за своей твердости и прочности он используется как абразив, в том числе в наждачной бумаге, и как менее дорогой заменитель промышленных алмазов. Некоторые комплекты для полировки CD и DVD содержат оксид алюминия. Те же качества делают его хорошим ингредиентом зубной пасты. Стоматологи используют оксид алюминия в качестве полирующего средства для удаления зубных пятен.

Оксид алюминия используется для различных целей. Самая важная из них – производство металлического алюминия, но, конечно, не единственная.Возможно, вы этого не знаете, но рубины и сапфиры состоят из оксида алюминия, что делает его очень ценным элементом!

Формула для оксида алюминия

Al2O3

Свойства оксида алюминия
Молярная масса: 101,96 г · моль -1
Точка плавления: 2,072 ° C (3762 ° F; 2345 K)
Точка кипения: 2,977 ° C (5,391 ° F; 3,250 K)
Плотность: 3,95–4,1 г / см3

РЕШЕНИЕ: Классифицируйте каждое свойство как физическое или химическое свойство.{\ circ} С е. Серебро тускнеет. f. Ртуть – жидкость при комнатной температуре.

Расшифровка стенограммы

в этой задаче были даны шесть свойств от разницы смыслов, чтобы определить их как физико-химические свойства, прежде чем получить результат, который позволит понять разницу между физическими и химическими свойствами. Физические свойства наблюдаются без изменения состава вещества. Примерами являются химические свойства массы по плотности, другие, которые наблюдаются только тогда, когда состав клеток из УЗИ меняет реакцию пальца.Пример офф. Это отдых и брожение. Рассмотрим случай каждого из этих шести свойств и определим, какие из них являются физическими, а какие – химическими. Первый – алюминий серебристого цвета. Это физическое свойство, потому что для измерения или наблюдения этого свойства субстанция не должна подвергаться учению. Золото имеет плотность от 19 джемпер. Сантиметровый куб находится в поддержке. Быть, который снова является физическим свойством. Что касается причины, обсуждаемой в поддержке в поддержку, см. Натрий воспламеняется при стыковке с водой.Это химическое свойство, потому что в этом случае гидроксид натрия и газообразный водород образуются, когда натрий падает в избирателе, поэтому создаются новые вещества. Не наблюдайте, упускают это. Это вечеринка. Это были шары для голосования, которые 100 представили, это снова физическое свойство, потому что нет никакого нового вещества, создаваемого вода просто меняет состояние с жидкого газа на пальце ноги в качестве тумана в поддержку того, что упомянутое свойство – серебро тускнеет на пальце ноги. Соблюдайте это свойство. Серебро должно подвергнуться окислению, и поэтому его химическое свойство снова становится жидким при комнатной температуре.В этом случае для наблюдения за нашими страданиями в субстанции не требуется никаких изменений. Это и, следовательно, это физическое свойство.

Какие два физических свойства и одно химическое у алюминия? – MVOrganizing

Каковы два физических и 1 химические свойства алюминия?

Алюминий – металл серебристого цвета с голубоватым оттенком. Он имеет температуру плавления 660 ° C (1220 ° F) и точку кипения 2327-2450 ° C (4221-4442 ° F). Плотность 2.708 грамм на кубический сантиметр. Алюминий пластичен и податлив.

Какие преимущества у алюминия?

Легкие, прочные и бесконечно перерабатываемые алюминиевые изделия с добавленной стоимостью могут снизить затраты на электроэнергию и выбросы углерода в десятках областей применения. Крыши из алюминия с покрытием могут отражать до 95 процентов солнечного света, что значительно повышает энергоэффективность здания.

Что плохого в алюминии?

Эти условия могут включать высокий уровень алюминия в повседневной жизни.Алюминий представляет и другие риски для здоровья. Исследования показали, что высокое потребление алюминия может быть вредным для некоторых пациентов с заболеваниями костей или почечной недостаточностью. Он также снижает скорость роста клеток головного мозга человека.

Какие два наиболее важных свойства алюминия?

Свойства и преимущества алюминия

  • Тепловая и электрическая проводимость. Алюминий отлично проводит тепло и электричество.
  • Отражающая способность.
  • Нетоксичные свойства.
  • Возможность вторичного использования.
  • Готовность к отделке.
  • Прочность.
  • Высокое отношение прочности к массе.
  • Простота изготовления.

Какие качества алюминия?

Малый вес, высокая прочность, коррозионная стойкость и формуемость – вот некоторые из ключевых свойств алюминия. Алюминий составляет одну треть веса стали, но при легировании его соотношение прочности к весу превосходит таковое у стали.

Алюминий лучше нержавеющей стали?

Отношение прочности к весу Алюминий составляет около одной трети веса нержавеющей стали, поэтому он используется в таких отраслях, как производство самолетов и велосипедов.Таким образом, хотя нержавеющая сталь прочнее, соотношение прочности и веса алюминия намного лучше.

Алюминий дешевле нержавеющей стали?

Алюминий обычно дешевле нержавеющей стали. Работоспособность. Из-за его устойчивости к износу и истиранию с нержавеющим может быть трудно работать. Нержавеющая сталь тверже, и ее особенно труднее формовать, чем алюминий.

Алюминиевая плита полезна для здоровья?

Алюминий. Хотя алюминий был связан с болезнью Альцгеймера, точных доказательств связи нет.По оценкам Всемирной организации здравоохранения, взрослые могут потреблять более 50 миллиграммов алюминия в день без вреда для здоровья. Во время приготовления алюминий легче всего растворяется в изношенных кастрюлях и сковородках.

Насколько безопасна алюминиевая посуда?

Наш научный редактор сообщает, что в медицинском сообществе все согласны с тем, что использование алюминиевой посуды не представляет угрозы для здоровья. Вкратце: хотя необработанный алюминий небезопасен, его не следует использовать с кислой пищей, так как это может испортить как пищу, так и посуду.

Алюминий Преимущества, недостатки, свойства Алюминий

Знаете ли вы, что алюминий – один из наиболее часто используемых элементов на Земле?

Он очень универсален и может использоваться на самых разных уровнях, обеспечивая множество различных применений и целей. Он используется очень давно, после того, как его впервые открыл Ганс Кристиан Эрстед в 1825 году. Мы используем алюминий в повседневной жизни и в различных ситуациях.

Атомный номер этого элемента – 13, а символ – AL.Возможно, вы узнали немного об этом элементе, когда учились в школе, будь то средняя школа или колледж, но, возможно, вы не сохранили большую часть этих знаний. Цель этой статьи – предоставить вам важную информацию о наиболее важных и отличительных свойствах этого типа материала.

Химические свойства

Есть как физические, так и химические свойства, которые важно понимать. Оба эти свойства объединяются вместе, чтобы создать общий продукт и то, что вы в конечном итоге получите.Мы рассмотрим как физические, так и химические свойства.

Некоторые физические свойства включают: отчетливый цвет, который отделяет его от других металлов. На вид это белый / серебристый цвет. Температура 660,4 градуса по Цельсию – это точка плавления алюминия. Он будет закипать при температуре 4472,33 Фаренгейта. Вес алюминия 26,98154, атомный радиус 143,1 пм. Это немагнитный материал, а также податливый. В алюминии три изотопа, а внутри – 16 искусственных изотопов.

Химические свойства включают следующее: AL при контакте с кислородом образует так называемый оксид алюминия. Он известен как кожа, потому что он придает материалу защитный слой, защищающий его от коррозии. Хотя эта оболочка предназначена для защиты, алюминий является легковоспламеняющимся материалом, который может легко загореться при воздействии пламени, и он все еще находится в порошкообразной форме. Щелочи и кислота реагируют с соединением алюминия.

В сочетании с физическими и химическими свойствами алюминия он легко превращается в универсальный металл.Алюминий может использоваться в металлической форме для создания самых разных изделий. Скорее всего, вы даже используете несколько изделий из алюминия. Клапаны, насосы и редукторы мойки высокого давления в основном изготовлены из литого под давлением сплава AL. Материал AL является наиболее широко используемым материалом в автомобилях.

Алюминий также часто используется для создания промышленных машин и литых под давлением деталей.

Обзор

Алюминий – это элемент, который мы очень часто используем в повседневной жизни.Он обладает многими важными свойствами, как физическими, так и химическими, которые делают его таким полезным и широко используемым сегодня продуктом. Оглянись. Есть действительно хороший шанс, что вы окружены большим разнообразием различных продуктов, которые все начали с этих различных соединений. Кто бы мог знать, что могли произойти такие великие вещи?

Алюминий: использование, свойства, открытия и факты

Что такое алюминий?

Алюминий – серебристо-белый твердый металл, 13-й химический элемент в периодической таблице Менделеева.Возможно, вы уже знакомы с алюминием, если пьете газировку из банки или используете алюминиевую фольгу для заворачивания остатков еды. Алюминий – самый распространенный металл и третий по распространенности элемент на Земле.

Информация о периодической таблице

Химический символ алюминия – Al. Его атомный номер 13, и, соответственно, он имеет 13 протонов и 13 электронов, что дает ему чистый заряд 0. Его атомная масса составляет 26,981539, и он имеет 14 нейтронов. Он имеет атомный радиус 143 пикометра.Он расположен в группе бора, которая является тринадцатой колонкой в ​​периодической таблице. Все элементы этой группы представляют собой металлы с вариациями серебристо-белого цвета, за исключением бора. Ни один из элементов группы бора никогда не существовал в чистом виде до того, как химические технологии предоставили возможность их изолировать. Алюминий находится во втором периоде периодической таблицы, что означает, что атом алюминия имеет две орбитали для своих электронов. Всего существует 27 изотопов алюминия.

Свойства алюминия

Физические свойства

Алюминий тверд при комнатной температуре и является относительно прочным металлом, особенно с учетом его легкости. Это пост-переходный металл (также называемый плохим металлом), что означает, что он более мягкий и имеет более низкие температуры плавления и кипения, чем обычные металлы. Это также отличный проводник электричества и тепла, поэтому, если вы когда-нибудь увидите, как ваш младший брат пытается вставить алюминиевую фольгу в электрическую розетку, остановите его! (На самом деле, если вы видите, что ваш младший брат пытается вставить что-нибудь в электрическую розетку, вам следует остановить его.)

Алюминий легче большинства металлов. Его плотность составляет 2,7 г / см3, что примерно в три раза больше плотности воды, а это означает, что даже если алюминиевая фольга на вашей кухне кажется легкой, ее шарик все равно будет тонуть в воде. Это один из самых пластичных металлов (то есть его можно деформировать, например, в тонкую проволоку, без потери прочности), и это один из самых податливых металлов (то есть его можно штамповать или прессовать тонкими молотками. без поломки и трещин).Алюминий также немагнитен, поэтому нет, мы не сможем использовать магнит холодильника, чтобы извлечь шар из алюминиевой фольги, который мы погрузили в воду.

Температура плавления алюминия составляет 1221 ° F, а температура кипения – колоссальные 4478 ° F. Страшно подумать о парах алюминия в воздухе. К счастью, мы никогда не будем кипятить алюминий, поэтому не нужно беспокоиться о том, чтобы вдохнуть его в легкие!

Химические свойства

Алюминий имеет три валентных электрона (или три электрона во внешней части его атомной структуры).Он чрезвычайно реактивен, и по этой причине в природе не встречается в чистом виде. Фактически, после извлечения в чистую форму он почти сразу вступает в реакцию с кислородом воздуха. Однако только атомы алюминия на поверхности реагируют с кислородом. (Имеет смысл, потому что воздух не может достичь атомов внутри куска алюминия!) Эта реакция создает тонкий прозрачный (и инертный!) Слой оксида алюминия, который фактически защищает алюминий от любой дальнейшей коррозии или реакций. Это похоже на реакцию между железом и кислородом (в присутствии воды), которая создает ржавчину, за исключением того, что общество обычно пытается избежать ржавчины железа.(Никто не любит ржавый велосипед!)

Еще одно интересное химическое свойство алюминия состоит в том, что когда он находится в порошкообразной форме, он очень легко загорается при воздействии пламени. Алюминий также реагирует как с кислотами, так и с щелочами (основаниями, растворяющимися в воде).

Алюминий имеет три степени окисления. Самый распространенный – +3, который содержится в молекуле Al2O3. Две другие возможные степени окисления – +2 и +1. Удельная теплоемкость алюминия составляет 0,902 Дж / г ° C, а его электроотрицательность – 1.61. Его теплота плавления составляет 10,79 кДж / моль, а теплота испарения составляет 293,4 кДж / моль.

Изотопы

Во-первых, что такое изотопы? Изотопы – это атомы одного и того же элемента, которые имеют одинаковое количество протонов и электронов, но разное количество нейтронов.

Стандартный атом алюминия имеет 14 нейтронов (с 13 протонами, что дает ему массовое число 27). Этот изотоп – единственный стабильный нерадиоактивный изотоп алюминия. Он составляет более 99,9% всего алюминия, встречающегося в природе на Земле.Единственный другой изотоп, который естественным образом встречается на нашей планете (который составляет менее 0,1% от общего количества алюминия), – это изотоп с 13 нейтронами (с 13 протонами, что дает ему массовое число 26). Период полураспада этого изотопа, также называемого 26Al, составляет 720 000 лет! (Период полураспада – это время, необходимое для того, чтобы половина образца радиоактивного материала распалась на другой ядерный вид.) Этот естественный изотоп с таким длительным периодом полураспада помог ученым датировать ледяной лед и метеориты.Остальные 23 изотопа алюминия были созданы учеными, и их период полураспада намного короче: от 6,5 минут до менее 35 наносекунд. 19Al – 43Al представляют все 25 изотопов алюминия.

Сплавы

Сплав – это металл, который в сочетании с другим веществом обычно делает его прочнее, тверже, легче или лучше. Что касается алюминия, его обычно смешивают с другим материалом, чтобы сделать его прочнее. Процент алюминия в его сплавах обычно составляет от 85% до более 99%.Некоторые из наиболее распространенных элементов в сочетании с алюминием для создания алюминиевых сплавов – это железо, кремний, медь, магний, марганец и цинк.

Каждому алюминиевому сплаву присвоен четырехзначный номер. Первая цифра говорит нам, к какому классу относится сплав, и каждый класс характеризуется своими основными легирующими добавками. Магний является основным легирующим элементом серии 5XXX, в то время как цинк является основным легирующим элементом серии 7XXX. Обе эти серии из алюминиевого сплава используются для создания военной боевой машины Bradley.Естественная прочность и малая масса алюминия делают его идеальным для обеспечения безопасности и мобильности солдат.

«Боевая машина M2A2 ODS-SA Bradley.JPG», написанная штабным сержантом армии. имеет лицензию CC BY 4.0

Интересные факты об алюминии

Lavish Cutlery

  • В середине 1800-х годов алюминий был дороже золота. Поскольку добывать его было труднее, количество было ограничено, а цены взлетели до небес, поэтому алюминий продавался по цене 1200 долларов за килограмм, тогда как золото продавалось всего по 664 доллара за килограмм.
  • Алюминий стал такой роскошью, что Наполеон III сохранил специальный набор алюминиевых столовых приборов, предназначенный только для самых уважаемых гостей. Остальным гостям подвергались «низкокачественные» золотые и серебряные столовые приборы.

Алюминиевые гроши!

  • В 1973 году Монетный двор США рассмотрел возможность изготовления всех пенсов из алюминия вместо меди и создал немногим более 1,5 миллиона алюминиевых пенсов.

  • Но Монетному двору США требовалось одобрение Конгресса, чтобы заменить медь, поэтому они раздали часть новых алюминиевых пенни нескольким конгрессменам, сенаторам и чиновникам казначейства в попытке повлиять на их голосование.В конечном итоге Конгресс отклонил предложение Монетного двора США, и каждому, кому дали алюминиевую монету, было приказано вернуть ее для уничтожения. Монетный двор США уничтожил все алюминиевые монеты, которые у них были, но, по оценкам, от 12 до 14 алюминиевых пенни хранились и никогда не возвращались. Предполагается, что один из этих пенни будет продаваться за 2 миллиона долларов или больше, что сделает их значительно более ценными, чем рулон алюминиевой фольги на вашей кухне.

Изобилие алюминия

Алюминий – самый распространенный металл на нашей планете, и его количество составляет 8.1% земной коры. Это, безусловно, более распространено здесь, чем в известной нам вселенной, в которой оно составляет всего 0,005% всего, что нас окружает. Вы не поверите, но алюминий даже присутствует в наших телах, но только в количестве 0,00009%.

Области применения алюминия

Алюминий используется во многих вещах, в современном обществе трудно найти что-то, сделанное из него. Конечно, широко известные применения включают в себя любимый в Америке контейнер для напитков, алюминиевую банку, и любимый кухонный помощник Америки, алюминиевую фольгу.Однако многие не знают, что алюминий составляет наши линии электропередач, самолеты, грузовики, бейсбольные биты, велосипеды и часы Apple.

Многие люди ошибочно полагают, что алюминиевая фольга – это чистый алюминий. Однако обычно это от 92% до 99% алюминия. Чистый алюминий слишком реактивен, чтобы его можно было использовать на наших кухнях. (Помните, чистый алюминий вступает в реакцию с кислородом воздуха.) Алюминий часто ошибочно называют оловянной фольгой, но это совершенно разные продукты. Оловянная фольга использовалась в конце 18-го и начале 19-го веков до алюминиевой фольги.Однако пища, завернутая в оловянную фольгу, приобрела вкус олова, и когда алюминий стал доступен для коммерческого использования, он стал гораздо лучшей заменой.

Алюминий в основном содержится в минералах Земли. Однако его извлечение из этих минералов чрезвычайно дорого. Боксит – это руда, которая выглядит как обычная горная порода, но на самом деле она на 15-25% состоит из алюминия. В настоящее время он является основным мировым источником нового алюминия, потому что ученые разработали способ извлечения алюминия из него, используя более дешевый метод, чем методы, используемые для извлечения из других алюминийсодержащих минералов.Несмотря на улучшение, извлечение алюминия из бокситов по-прежнему является дорогостоящим.

Алюминий на 100% пригоден для вторичной переработки. Это один из немногих материалов, который сохраняет все свои свойства после вторичной переработки. Это как новый алюминий после переработки! Однако его по-прежнему часто выбрасывают в мусор. Переработка алюминия требует всего 5% энергии, которая используется при его извлечении из бокситовой руды, что также делает его значительно дешевле.

Кто открыл алюминий?

Ответ на этот вопрос состоит из двух частей.

Поскольку алюминий не присутствует в чистом виде, его нельзя было должным образом открыть путем извлечения до появления электричества. В 1825 году датский химик Ганс Кристиан Эрстед применил электролиз для разложения химических соединений в минерале на их элементы. Он смог изолировать только крошечные кусочки алюминия, но это было все, что было нужно, чтобы сдвинуть дело с мертвой точки.

До официального открытия Эрстедом изолированного алюминия британский химик и физик сэр Хамфри Дэви доказал существование алюминия (хотя он не смог его извлечь), и он несет ответственность за то, что в 1807 году этому элементу было дано название.Первоначально он назвал его алюминием, затем изменил его на алюминий, а затем, наконец, в 1812 году снова изменил его на алюминий. Все его коллеги предпочитали окончательное название, алюминий, потому что для них он имел классическое звучание, более похожее на другие элементы, оканчивающиеся на -ium (гелий, калий, натрий, магний). В начале 19 века некоторые все еще называли 13-й элемент алюминием, но преобладающим написанием было слово «алюминий». Так его до сих пор называют в Британии.

В Соединенных Штатах существовали оба написания, но поскольку этот элемент особо не обсуждался из-за сложности извлечения его из минералов, официальное название не было принято примерно до 1895 года, когда алюминий начал становиться все более популярным (в основном из-за научных исследований). достижения, которые сделали возможным большее извлечение алюминия). В словаре Ноя Вебстера все еще было указано второе написание Дэви: алюминий. Считается, что журналисты обращались к этому влиятельному и популярному словарю, чтобы определить написание этого захватывающего нового металла.С тех пор американцы и канадцы называют Al алюминием, в то время как большая часть остального мира использует британское написание.

Алюминий в будущем

Ученые недавно создали прозрачную броню из алюминия, которая невероятно прочна, легка и долговечна. Он изготовлен из оксинитрида алюминия и призван заменить пуленепробиваемые стекла в военной технике! Его тонкий слой обеспечивает лучшую защиту от пуль, чем несколько слоев традиционного защитного стекла, и он вдвое легче.Есть надежда, что он также сможет противостоять взрывчатке. Этот новый и интересный материал, на световые годы опережающий стекло, является еще одним свидетельством магии алюминия.

Список минералов от А до Я

Эти списки в алфавитном порядке включают синонимы общепринятых названий минералов, произношение этого имени, происхождение имени и информация о местонахождении. Посетите наш расширен выбор картинок с минералами.


Иконки быстрого доступа Обозначения
B Допустимые виды (жирный шрифт) – Все минералы, входящие в состав IMA утверждены или считались действительными до 1959 г., выделены жирным шрифтом тип.
Значок произношения – звуковой файл. Предоставлено фото Atlas of Minerals.
Mineral Image Icon – Минеральное изображение присутствует для этого минеральная. Щелкните значок, чтобы просмотреть изображение.
Значок галереи изображений минералов – присутствует несколько изображений для этого минерала. Щелкните значок, чтобы просмотреть галерею изображений.
j Значок формы кристалла – есть форма кристалла (jCrystal) форма для этого минерала.Щелкните значок, чтобы просмотреть кристаллическую форму. Аплет.
НОВИНКА – Файл структуры jPOWD от американского минералога База данных по кристаллической структуре присутствует. Щелкните значок, чтобы просмотреть апплет Crystal Structure, полученный из файлов .cif с использованием jPOWD ..
Расчетные значки радиоактивной опасности
Радиационная способность обнаруживается с помощью очень чувствительной инструменты.API Gamma Ray Intensity
Излучение очень слабое. API Gamma Ray Intensity> 501 Единицы API и <10 000 единиц API.
Радиация слабая. API Gamma Ray Intensity> 10,001 Единицы API и <100 000 единиц API.
Радиация сильная. API Gamma Ray Intensity> 100 001 единиц API и <1 000 000 единиц API.
Радиация очень сильная. API Gamma Ray Intensity> 1 000 001 единиц API и <10 000 000 единиц API.
Радиация ОПАСНО. API Gamma Ray Intensity> 10,000 001 Единицы API.
Разложение по минеральным видам В Webmineral

Количество видов

Примечания
2,722 Допустимые минеральные породы, утвержденные IMA.
1,627 Текущее количество полезных ископаемых до 1959 г. (Прадеды).
4,349 Всего допустимых видов
111 Не одобрен IMA.
81 Ранее действующий вид Дискредитирован IMA.
149 Предлагаемые новые минералы ожидают публикации.
6 + 6 = 12 Дубликаты минералов с действительной даной или Струнц Классификационные номера.
12 Потенциально полезные полезные ископаемые, не представленные в IMA.
4,714 Всего в Webmineral
2691 Количество синонимов названий минералов (Все Минералы = 7 407) 90 300

Другие алфавитные списки минеральных видов в Интернете

Alkali-Nuts (английский)
Орехи щелочные (Francais)
Amethyst Galleries, Inc.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.