Keemilised omadused al. Alumiiniumi keemilised ja füüsikalised omadused

Seda kerget hõbevalge varjundiga metalli leidub tänapäeva elus peaaegu kõikjal. Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused võimaldavad seda laialdaselt kasutada tööstuses. Kõige kuulsamad leiukohad on Aafrikas, Lõuna-Ameerikas ja Kariibi mere piirkonnas. Venemaal asuvad boksiidi kaevanduskohad Uuralites. Alumiiniumi tootmises on maailmas juhtivad liidrid Hiina, Venemaa, Kanada ja USA.

Al kaevandamine

Looduses leidub seda hõbedast metalli oma kõrge keemilise aktiivsuse tõttu ainult ühendite kujul. Tuntumad alumiiniumi sisaldavad geoloogilised kivimid on boksiit, alumiiniumoksiid, korund ja päevakivi. Boksiit ja alumiiniumoksiid on tööstusliku tähtsusega, just nende maakide ladestused võimaldavad eraldada alumiiniumi puhtal kujul.

Omadused

Alumiiniumi füüsikaliste omaduste tõttu on sellest metallist toorikute traadiks tõmbamise ja õhukesteks lehtedeks rullimise lihtne. See metall ei ole vastupidav; selle indikaatori suurendamiseks sulatamise ajal legeeritakse see erinevate lisanditega: vask, räni, magneesium, mangaan, tsink. Tööstuslikel eesmärkidel on oluline veel üks alumiiniumi füüsikaline omadus - selle võime õhu käes kiiresti oksüdeeruda. Alumiiniumtoote pind on looduslikes tingimustes tavaliselt kaetud õhukese oksiidkilega, mis kaitseb tõhusalt metalli ja hoiab ära selle korrosiooni. Kui see kile hävib, oksüdeerub hõbemetall kiiresti ja selle temperatuur tõuseb märgatavalt.

Alumiiniumist sisemine struktuur

Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused sõltuvad suuresti selle sisemisest struktuurist. Selle elemendi kristallvõre on näokeskse kuubiku tüüp.

Seda tüüpi võre on omane paljudele metallidele, nagu vask, broom, hõbe, kuld, koobalt ja teised. Kõrge soojusjuhtivus ja elektrijuhtimise võime on teinud sellest metallist ühe populaarseima maailmas. Alumiiniumi ülejäänud füüsikalised omadused, mille tabel on esitatud allpool, paljastavad täielikult selle omadused ja näitavad nende kasutusala.

Alumiiniumi legeerimine

Vase ja alumiiniumi füüsikalised omadused on sellised, et kui alumiiniumsulamile lisada teatud kogus vaske, siis selle kristallvõre moondub ja sulami enda tugevus suureneb. Kergesulamite legeerimine põhineb Al sellel omadusel suurendada nende tugevust ja vastupidavust agressiivsele keskkonnale.

Kõvenemisprotsessi seletus peitub vase aatomite käitumises alumiiniumkristallvõres. Cu osakesed kipuvad Al-kristallvõrest välja kukkuma ja rühmituvad selle eripiirkondadesse.

Kohtades, kus vase aatomid moodustavad klastreid, tekib CuAl 2 segatüüpi kristallvõre, milles hõbemetalli osakesed on samaaegselt kaasatud nii üldisesse alumiiniumkristallvõre kui ka CuAl 2 segatüüpi võre Sisesidemete jõud moonutatud võres on palju suuremad kui tavalisel. See tähendab, et äsja moodustunud aine tugevus on palju suurem.

Keemilised omadused

Alumiiniumi vastastikmõju lahjendatud väävel- ja vesinikkloriidhappega on teada. Kuumutamisel lahustub see metall neis kergesti. Külm kontsentreeritud või väga lahjendatud lämmastikhape ei lahusta seda elementi. Leeliste vesilahused mõjutavad ainet aktiivselt, reaktsiooni käigus moodustuvad aluminaadid - alumiiniumioone sisaldavad soolad. Näiteks:

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

Saadud ühendit nimetatakse naatriumtetrahüdroksoaluminaadiks.

Alumiiniumtoodete pinnal olev õhuke kile kaitseb seda metalli mitte ainult õhu, vaid ka vee eest. Kui see õhuke barjäär eemaldatakse, interakteerub element ägedalt veega, vabastades sellest vesiniku.

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

Saadud ainet nimetatakse alumiiniumhüdroksiidiks.

AL (OH) 3 reageerib leelisega, moodustades hüdroksoaluminaadi kristalle:

Al(OH)2 + NaOH=2Na

Kui lisada see keemiline võrrand eelmisele, saame valemi elemendi lahustamiseks leeliselises lahuses.

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

Alumiiniumi põletamine

Alumiiniumi füüsikalised omadused võimaldavad tal reageerida hapnikuga. Kui selle metalli või alumiiniumfooliumi pulbrit kuumutada, süttib see ja põleb valge pimestava leegiga. Reaktsiooni lõpus moodustub alumiiniumoksiid Al 2 O 3.

Alumiiniumoksiid

Saadud alumiiniumoksiidil on geoloogiline nimi alumiiniumoksiid. Looduslikes tingimustes esineb see korundi - kõvade läbipaistvate kristallide kujul. Korund on väga kõva, kõvadusastmega 9. Korund ise on värvitu, kuid mitmesugused lisandid võivad muuta selle punaseks ja siniseks, mille tulemuseks on vääriskivid, mida ehetes tuntakse rubiinide ja safiiridena.

Alumiiniumoksiidi füüsikalised omadused võimaldavad neid vääriskive kunstlikes tingimustes kasvatada. Tööstuslikke vääriskive ei kasutata mitte ainult ehete valmistamisel, vaid ka täppisinstrumentide valmistamisel, kellade valmistamisel ja mujal. Tehisrubiinkristalle kasutatakse laialdaselt ka laserseadmetes.

Spetsiaalsele pinnale kantud suure hulga lisanditega peeneteraline korundi sort on kõigile tuntud kui smirgel. Alumiiniumoksiidi füüsikalised omadused selgitavad korundi kõrgeid abrasiivseid omadusi, samuti selle kõvadust ja hõõrdumist.

Alumiiniumhüdroksiid

Al2(OH)3 on tüüpiline amfoteerne hüdroksiid. Koos happega moodustab see aine positiivselt laetud alumiiniumioone sisaldava soola, moodustab see aluminaate. Aine amfoteersus avaldub selles, et see võib käituda nii happe kui ka leelisena. See ühend võib esineda nii tarretises kui ka tahkel kujul.

See on vees praktiliselt lahustumatu, kuid reageerib enamiku aktiivsete hapete ja leelistega. Alumiiniumhüdroksiidi füüsikalisi omadusi kasutatakse meditsiinis, seda kasutatakse gastriidi, duodeniidi ja haavandite korral. Tööstuses kasutatakse Al 2 (OH) 3 adsorbendina, see puhastab suurepäraselt vett ja sadestab selles lahustunud kahjulikke elemente.

Tööstuslik kasutamine

Alumiinium avastati 1825. aastal. Algul hinnati seda metalli kõrgemalt kui kulda ja hõbedat. Seda seletati selle maagist väljavõtmise raskustega. Alumiiniumi füüsikalised omadused ja selle võime kiiresti moodustada selle pinnale kaitsekile muutsid selle elemendi uurimise keeruliseks. Alles 19. sajandi lõpus avastati mugav meetod puhta elemendi sulatamiseks, mis sobib kasutamiseks tööstuslikus mastaabis.

Kergus ja korrosioonikindlus on alumiiniumi ainulaadsed füüsikalised omadused. Selle hõbedase metalli sulameid kasutatakse raketi-, auto-, laeva-, lennuki- ja instrumentide valmistamisel ning söögiriistade ja lauanõude tootmisel.

Puhta metallina kasutatakse Ali keemiaseadmete osade, elektrijuhtmete ja kondensaatorite valmistamisel. Alumiiniumi füüsikalised omadused on sellised, et selle elektrijuhtivus ei ole nii kõrge kui vasel, kuid selle puuduse kompenseerib vaadeldava metalli kergus, mis võimaldab muuta alumiiniumtraate paksemaks. Seega kaalub alumiiniumtraat sama elektrijuhtivusega poole vähem kui vasktraat.

Mitte vähem oluline pole alumiiniumi kasutamine aluminiseerimisprotsessis. Seda nimetatakse reaktsioonile, mille käigus malmi või terastoote pind küllastatakse alumiiniumiga, et kaitsta mitteväärismetalli kuumutamisel korrosiooni eest.

Praegu on teadaolevad alumiiniumimaakide varud üsna võrreldavad inimeste vajadustega selle hõbedase metalli järele. Alumiiniumi füüsikalised omadused võivad selle teadlastele siiski palju üllatusi valmistada ja selle metalli kasutusala on palju laiem, kui arvata võiks.

Alumiiniumist- D.I Mendelejevi keemiliste elementide perioodilisuse tabeli kolmanda perioodi põhirühma põhirühma element, aatomnumber 13. Tähistatakse sümboliga Al (alumiinium). Kuulub kergmetallide rühma. Levinuim metall ja kolmas (hapniku ja räni järel) keemiline element maakoores.

Lihtaine alumiinium (CAS number: 7429-90-5) on kerge, paramagnetiline hõbevalge metall, mida saab kergesti vormida, valada ja töödelda. Alumiiniumil on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus ning korrosioonikindlus tänu tugevate oksiidkilede kiirele moodustumisele, mis kaitsevad pinda edasise vastasmõju eest.

Mõnede bioloogiliste uuringute kohaselt peeti alumiiniumi sattumist inimkehasse Alzheimeri tõve väljakujunemise teguriks, kuid hiljem kritiseeriti neid uuringuid ning lükati ümber järeldus ühe ja teise vahelise seose kohta.

Lugu

Hans Oersted sai alumiiniumi esmakordselt 1825. aastal kaaliumamalgaami toimel alumiiniumkloriidile, millele järgnes elavhõbeda destilleerimine.

Kviitung

Kaasaegse tootmismeetodi töötasid iseseisvalt välja ameeriklane Charles Hall ja prantslane Paul Héroux. See koosneb alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 lahustamisest krüoliidi Na 3 AlF 6 sulatis, millele järgneb elektrolüüs grafiitelektroodide abil. See tootmismeetod nõuab palju elektrit ja sai seetõttu populaarseks alles 20. sajandil.

1 tonni tooralumiiniumi tootmiseks on vaja 1,920 tonni alumiiniumoksiidi, 0,065 tonni krüoliiti, 0,035 tonni alumiiniumfluoriidi, 0,600 tonni anoodi massi ja 17 tuhat kWh alalisvoolu.

Füüsikalised omadused

Metall on hõbevalge värvusega, hele, tihedus - 2,7 g/cm³, sulamistemperatuur tehnilisel alumiiniumil - 658 °C, kõrge puhtusastmega alumiiniumil - 660 °C, sulamiserisoojus - 390 kJ/kg, keemistemperatuur - 2500 ° C, aurustumiserisoojus - 10,53 MJ/kg, valualumiiniumi ajutine takistus - 10-12 kg/mm², deformeeritav - 18-25 kg/mm², sulamid - 38-42 kg/mm².

Brinelli kõvadus on 24-32 kgf/mm², kõrge elastsus: tehniline - 35%, puhas - 50%, rullitud õhukesteks lehtedeks ja ühtlaseks fooliumiks.

Alumiiniumil on kõrge elektri- ja soojusjuhtivus, 65% vase elektrijuhtivusest ja kõrge valguse peegelduvus.

Alumiinium moodustab sulameid peaaegu kõigi metallidega.

Looduses olemine

Looduslik alumiinium koosneb peaaegu täielikult ühest stabiilsest isotoobist 27Al, milles on jälgi 26Al-st, radioaktiivsest isotoobist, mille poolestusaeg on 720 000 aastat, mis tekib atmosfääris tuumade pommitamise teel. argoon kosmilise kiirguse prootonid.

Looduses esinemise poolest on see metallide hulgas 1. ja elementide hulgas 3. kohal, hapniku ja räni järel teisel kohal. Alumiiniumisisalduse protsent maakoores on erinevate teadlaste andmetel vahemikus 7,45–8,14% maakoore massist.

Looduses leidub alumiiniumi ainult ühendites (mineraalides). Mõned neist:

• Boksiit – Al 2 O 3. H 2 O (koos lisanditega SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Nefeliinid – KNa 3 4
• Aluniidid – KAl(SO 4) 2. 2Al(OH) 3
• Alumiiniumoksiid (kaoliinide segud liivaga SiO 2, lubjakivi CaCO 3, magnesiidiga MgCO 3)
• Korund – Al 2 O 3
• Päevakivi (ortoklaas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2
• Kaoliniit – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Aluniit – (Na,K)2SO4 ×Al2(SO4)3 ×4Al(OH)3
• Berüül - 3BeO. Al2O3. 6SiO2

Looduslikud veed sisaldavad alumiiniumi vähetoksiliste keemiliste ühendite, näiteks alumiiniumfluoriidi kujul. Katiooni või aniooni tüüp sõltub ennekõike vesikeskkonna happesusest. Alumiiniumi kontsentratsioon Venemaa pinnaveekogudes on vahemikus 0,001 kuni 10 mg/l.

Keemilised omadused

Alumiiniumhüdroksiid

Tavatingimustes on alumiinium kaetud õhukese ja vastupidava oksiidkilega ning seetõttu ei reageeri see klassikaliste oksüdeerivate ainetega: H 2 O (t° O 2, HNO 3) (ilma kuumutamata); Tänu sellele ei ole alumiinium praktiliselt korrosioonile allutatud ja on seetõttu kaasaegses tööstuses laialdaselt nõutud. Kui aga oksiidkile hävib (näiteks kokkupuutel ammooniumisoolade NH4+ lahustega, kuumade leelistega või amalgamatsiooni tulemusena), toimib alumiinium aktiivse redutseeriva metallina.

Reageerib kergesti lihtsate ainetega:

• hapnikuga: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• halogeenidega: 2Al + 3Br2 = 2AlBr 3
• reageerib kuumutamisel teiste mittemetallidega:
  • väävliga, moodustades alumiiniumsulfiidi: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • lämmastikuga, moodustades alumiiniumnitriidi: 2Al + N 2 = 2AlN
  • süsinikuga, moodustades alumiiniumkarbiidi: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Prantsusmaal Charles Halli ja USA-s Paul Héroux’ 1886. aastal peaaegu üheaegselt leiutatud meetod, mis põhineb alumiiniumi tootmisel sulas krüoliidis lahustatud alumiiniumoksiidi elektrolüüsil, pani aluse kaasaegsele alumiiniumi tootmismeetodile. Sellest ajast alates on alumiiniumi tootmine elektrotehnika täiustamise tõttu paranenud. Märkimisväärse panuse alumiiniumoksiidi tootmise arendamisse andsid Venemaa teadlased K. I. Bayer, D. A. Penjakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Žukovski, A. A. Jakovkin jt.

Venemaa esimene alumiiniumisulatus ehitati 1932. aastal Volhovis. NSV Liidu metallurgiatööstus tootis 1939. aastal 47,7 tuhat tonni alumiiniumi, veel 2,2 tuhat tonni imporditi.

Venemaal on alumiiniumi tootmise de facto monopolist Russian Aluminium OJSC, mis moodustab umbes 13% maailma alumiiniumiturust ja 16% alumiiniumoksiidist.

Maailma boksiidivarud on praktiliselt piiramatud, see tähendab, et need ei ole vastavuses nõudluse dünaamikaga. Olemasolevad rajatised suudavad toota kuni 44,3 miljonit tonni esmast alumiiniumi aastas. Arvestada tuleb ka sellega, et tulevikus võidakse osa alumiiniumi rakendusi ümber orienteerida näiteks komposiitmaterjalide kasutamisele.

Rakendus

Tükk alumiiniumi ja Ameerika münt.

Kasutatakse laialdaselt ehitusmaterjalina. Alumiiniumi peamised eelised selles kvaliteedis on kergus, stantsitavus, korrosioonikindlus (õhus kaetakse alumiinium koheselt vastupidava Al 2 O 3 kilega, mis takistab selle edasist oksüdeerumist), kõrge soojusjuhtivus ja mittetoksilisus. selle ühenditest. Eelkõige on need omadused muutnud alumiiniumi äärmiselt populaarseks kööginõude, toiduainetööstuses alumiiniumfooliumi tootmisel ja pakendamiseks.

Alumiiniumi kui konstruktsioonimaterjali peamiseks puuduseks on selle madal tugevus, seetõttu on see tavaliselt legeeritud väikese koguse vase ja magneesiumiga - duralumiiniumisulam.

Alumiiniumi elektrijuhtivus on vaid 1,7 korda väiksem kui vasel, samas kui alumiinium on ligikaudu 2 korda odavam. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt elektrotehnikas juhtmete tootmiseks, nende varjestamiseks ja isegi mikroelektroonikas kiipides juhtmete valmistamiseks. Alumiiniumi madalam elektrijuhtivus (37 1/oomi) võrreldes vasega (63 1/oomi) kompenseeritakse alumiiniumjuhtide ristlõike suurendamisega. Alumiiniumi kui elektrimaterjali puuduseks on tugev oksiidkile, mis teeb jootmise keeruliseks.

• Oma omaduste kompleksi tõttu kasutatakse seda laialdaselt kütteseadmetes.
• Alumiinium ja selle sulamid säilitavad tugevuse ülimadalatel temperatuuridel. Tänu sellele kasutatakse seda krüogeentehnoloogias laialdaselt.
• Kõrge peegeldusvõime koos madalate kulude ja sadestuslihtsusega muudab alumiiniumi ideaalseks materjaliks peeglite valmistamiseks.
• Ehitusmaterjalide tootmisel gaasimoodustajana.
• Aluminiseerimine annab korrosiooni- ja katlakivikindluse terasele ja muudele sulamitele, nagu kolb-sisepõlemismootori ventiilid, turbiinilabad, õliplatvormid, soojusvahetusseadmed, ning asendab ka galvaniseerimist.
• Alumiiniumsulfiidi kasutatakse vesiniksulfiidi tootmiseks.
• Käimas on uuringud vahustatud alumiiniumi väljatöötamiseks eriti tugeva ja kerge materjalina.

Redutseerijana

• Termiidi komponendina, segud aluminotermiaks
• Alumiiniumi kasutatakse haruldaste metallide eraldamiseks nende oksiididest või halogeniididest.

Alumiiniumsulamid

Tavaliselt ei kasutata konstruktsioonimaterjalina puhast alumiiniumi, vaid sellel põhinevaid erinevaid sulameid.

— alumiinium-magneesiumisulamitel on kõrge korrosioonikindlus ja need on hästi keevitatud; Neid kasutatakse näiteks kiirlaevade kerede valmistamiseks.

— Alumiiniumi-mangaani sulamid on paljuski sarnased alumiiniumi-magneesiumisulamitega.

— Alumiiniumi-vasesulamid (eriti duralumiinium) võib kuumtöödelda, mis suurendab oluliselt nende tugevust. Kahjuks ei saa kuumtöödeldud materjale keevitada, seega ühendatakse lennukiosad ikkagi neetidega. Suurema vasesisaldusega sulam on värvilt väga sarnane kullaga ja seda kasutatakse mõnikord ka viimase jäljendamiseks.

— Valamiseks sobivad kõige paremini alumiiniumi-räni sulamid (silumiinid). Tihti valatakse neist välja erinevate mehhanismide korpused.

— Alumiiniumil põhinevad komplekssulamid: aviaal.

— Alumiinium läheb ülijuhtivasse olekusse temperatuuril 1,2 kelvinit.

Alumiinium muude sulamite lisandina

Alumiinium on paljude sulamite oluline komponent. Näiteks alumiiniumpronksides on põhikomponendid vask ja alumiinium. Magneesiumisulamites kasutatakse alumiiniumi kõige sagedamini lisandina. Elektrikütteseadmete spiraalide valmistamiseks kasutatakse fekraali (Fe, Cr, Al) (koos teiste sulamitega).

Ehted

Kui alumiinium oli väga kallis, valmistati sellest mitmesuguseid ehteid. Nende mood läks kohe mööda, kui ilmusid selle tootmiseks uued tehnoloogiad, mis vähendasid kulusid mitu korda. Tänapäeval kasutatakse alumiiniumi mõnikord ka ehete valmistamisel.

Klaasi valmistamine

Klaasi valmistamisel kasutatakse fluoriidi, fosfaati ja alumiiniumoksiidi.

Toidutööstus

Alumiinium on registreeritud toidu lisaainena E173.

Alumiinium ja selle ühendid raketitehnoloogias

Alumiiniumi ja selle ühendeid kasutatakse väga tõhusa raketikütusena kahe raketikütusega raketikütustes ja põleva komponendina tahkete raketikütuste puhul. Järgmised alumiiniumiühendid pakuvad raketikütusena suurimat praktilist huvi:

— Alumiinium: kütus raketikütustes. Kasutatakse pulbrina ja suspensioonina süsivesinikes jne.
- alumiiniumhüdriid
— Alumiiniumboranaat
- trimetüülalumiinium
- trietüülalumiinium
- tripropüülalumiinium

Alumiiniumhüdriidist koos erinevate oksüdeerijatega moodustatud kütuste teoreetilised omadused.

Alumiinium maailma kultuuris

Luuletaja Andrei Voznesenski kirjutas 1959. aastal luuletuse “Sügis”, milles kasutas kunstilise kujundina alumiiniumi:
...Ja akna taga noores pakases
seal on alumiiniumiväljad...

Viktor Tsoi kirjutas laulu “Alumiiniumkurgid” koos refrääniga:
Alumiiniumkurkide istutamine
Presendiväljakul
Istutan alumiiniumkurke
Presendiväljakul

Toksilisus

Sellel on kerge toksiline toime, kuid paljud vees lahustuvad anorgaanilised alumiiniumiühendid püsivad kaua lahustunud olekus ning võivad joogivee kaudu avaldada kahjulikku mõju inimestele ja soojaverelistele loomadele. Kõige mürgisemad on kloriidid, nitraadid, atsetaadid, sulfaadid jne. Inimesele on allaneelamisel toksiline toime alumiiniumiühendite järgmistes annustes (mg/kg kehamassi kohta): alumiiniumatsetaat - 0,2-0,4; alumiiniumhüdroksiid - 3,7-7,3; alumiinium maarjas - 2,9. Mõjutab peamiselt närvisüsteemi (akumuleerub närvikoesse, põhjustades kesknärvisüsteemi tõsiseid häireid). Alumiiniumi neurotoksilisust on aga uuritud alates 1960. aastate keskpaigast, kuna metalli kuhjumist inimkehasse takistab selle eliminatsioonimehhanism. Normaalsetes tingimustes võib uriiniga erituda kuni 15 mg elementi päevas. Sellest lähtuvalt täheldatakse suurimat negatiivset mõju neerude eritusfunktsiooni kahjustusega inimestel.

Lisainformatsioon

— Alumiiniumhüdroksiid
— Entsüklopeedia alumiiniumist
— Alumiiniumist ühendused
— Rahvusvaheline Alumiiniumiinstituut

Alumiinium, alumiinium, Al (13)

Alumiiniumi sisaldavad sideained on tuntud juba iidsetest aegadest. Maarjast (ladina Alumen või Alumin, saksa Alaun) aga, mida mainib eelkõige Plinius, mõisteti iidsetel aegadel ja keskajal erinevate ainetena. Rulandi alkeemiasõnaraamatus on sõna Alumen koos erinevate definitsioonide lisamisega antud 34 tähenduses. Eelkõige tähendas see antimoni, Alumen alafuri - leelisesoola, Alumen Alcori - nitrumit või leelismaarjast, Alumen creptum - hea veini hambakivi, Alumen fascioli - leelist, Alumen odig - ammoniaaki, Alumen scoriole - kipsi jne. Lemery , kuulsa “Lihtsate farmaatsiatoodete sõnaraamatu” (1716) autor, pakub ka suure maarjasortide loetelu.

Kuni 18. sajandini alumiiniumiühendeid (maarja ja oksiid) ei olnud võimalik eristada teistest välimuselt sarnastest ühenditest. Lemery kirjeldab maarjat järgmiselt: „1754. aastal r. Marggraf eraldas maarjalahusest (leelise toimel) alumiiniumoksiidi sademe, mida ta nimetas "maarjamuldseks" (Alaunerde), ja tuvastas selle erinevuse teistest muldmetallidest. Peagi sai maarjamuld nimetuse alumiiniumoksiid (Alumina või Alumine). 1782. aastal väljendas Lavoisier ideed, et alumiinium on tundmatu elemendi oksiid. Lavoisier paigutas oma lihtsate kehade tabelis alumiiniumi "lihtsate, soola moodustavate ja mullaste kehade hulka". Siin on nimetuse alumiiniumoksiid sünonüümid: argiil, maarjas. maa, vundament maarjast. Sõna argilla ehk argilla, nagu Lemery oma sõnaraamatus osutab, pärineb kreeka keelest. keraamikas savi. Dalton annab oma “Uus keemiafilosoofia süsteemis” alumiiniumile erilise märgi ja annab maarja jaoks keeruka struktuurse (!) valemi.

Pärast galvaanilise elektri abil leelismetallide avastamist üritasid Davy ja Berzelius edutult samal viisil isoleerida metallilist alumiiniumi alumiiniumoksiidist. Alles 1825. aastal lahendas probleemi keemilise meetodi abil Taani füüsik Oersted. Ta lasi kloori läbi kuuma alumiiniumoksiidi ja kivisöe segu ning saadud veevaba alumiiniumkloriidi kuumutati kaaliumamalgaamiga. Pärast elavhõbeda aurustumist, kirjutab Oersted, saadi välimuselt tinaga sarnane metall. Lõpuks, 1827. aastal eraldas Wöhler alumiiniummetalli tõhusamal viisil – kuumutades veevaba alumiiniumkloriidi kaaliummetalliga.

1807. aasta paiku andis Davy, kes üritas läbi viia alumiiniumoksiidi elektrolüüsi, nimetada seda sisaldavat metalli alumiiniumiks (alumiinium) või alumiiniumiks (alumiinium). Viimane nimi on sellest ajast USA-s levinud, samas kui Inglismaal ja teistes riikides on kasutusele võetud sama Davy poolt hiljem välja pakutud nimi Alumiinium. On üsna selge, et kõik need nimetused pärinevad ladinakeelsest sõnast alum (Alumen), mille päritolu kohta on eri autorite tõendite põhjal erinevaid arvamusi, mis ulatuvad tagasi antiikajast.

A. M. Vassiljev, märkides selle sõna ebaselget päritolu, viitab teatud Isidore'i (ilmselgelt Sevilla Isidore, piiskop, kes elas aastatel 560–636, entsüklopedist, kes tegeles eelkõige etümoloogilise uurimisega) arvamust: "Alumen on nimetatakse luumeniks, nii et kuidas see annab värvidele luumenit (valgust, heledust), kui seda värvimise ajal lisatakse." See seletus, kuigi väga vana, ei tõesta aga, et sõnal aumen on just selline päritolu. Siin on üsna tõenäoline ainult juhuslik tautoloogia. Lemery (1716) toob omakorda välja, et sõna alumen on seotud kreeka keelega (halmi), mis tähendab soolsust, soolvett, soolvett jne.

Alumiiniumi venekeelsed nimetused 19. sajandi esimestel kümnenditel. üsna mitmekesine. Ilmselgelt püüdsid kõik selle perioodi keemiaraamatute autorid välja pakkuda oma pealkirja. Nii nimetab Zahharov alumiiniumi alumiiniumoksiidi (1810), Giese - alumiiniumoksiidi (1813), Strakhovit - maarjast (1825), Iovskit - savi, Shcheglovit - alumiiniumoksiidi (1830). Dvigubsky poes (1822 - 1830) nimetatakse alumiiniumoksiidi alumiiniumoksiidiks, alumiiniumoksiidiks, alumiiniumoksiidiks (näiteks fosforhappe alumiiniumoksiidiks) ja metalli nimetatakse alumiiniumiks ja alumiiniumiks (1824). Hess kasutab "Puhta keemia alused" esimeses väljaandes (1831) nimetust alumiiniumoksiid (alumiinium) ja viiendas väljaandes (1840) - savi. Siiski moodustab ta sooladele nimetused termini alumiiniumoksiid põhjal, näiteks alumiiniumoksiidsulfaat. Mendelejev kasutab "Keemia põhialuste" esimeses väljaandes (1871) nimetusi alumiinium ja savi. Järgmistes väljaannetes sõna savi enam ei esine.

(A l), gallium (Ga), indium (In) ja tallium (T l).

Nagu ülaltoodud andmetest näha, avastati kõik need elemendid aastal XIX sajandil.

Põhialarühma metallide avastamine III rühmad

Boor on mittemetall. Alumiinium on siirdemetall, gallium, indium ja tallium aga täieõiguslikud metallid. Seega suurenevad perioodilisuse tabeli iga rühma elementide aatomite raadiuste suurenemisega lihtainete metallilised omadused.

Selles loengus vaatleme alumiiniumi omadusi lähemalt.

1. Alumiiniumi asukoht D. I. Mendelejevi tabelis. Aatomi struktuur, oksüdatsiooniastmed.

Alumiiniumelement asub sees III rühm, "A" põhialarühm, perioodilisuse süsteemi 3. periood, seerianumber nr 13, suhteline aatommass Ar(Al ) = 27. Selle naaber tabelis vasakul on magneesium, tüüpiline metall, ja paremal räni, mittemetall. Järelikult peavad alumiiniumil olema teatud vahepealsed omadused ja selle ühendid on amfoteersed.

Al +13) 2) 8) 3, p – element,

Alumiiniumi oksüdatsiooniaste on ühendites +3:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Füüsikalised omadused

Alumiinium vabal kujul on kõrge soojus- ja elektrijuhtivusega hõbevalge metall.Sulamistemperatuur 650 o C. Alumiinium on väikese tihedusega (2,7 g/cm 3) - umbes kolm korda väiksem kui raual või vasel ja samas on see vastupidav metall.

3. Looduses viibimine

Looduses esinemise poolest on see pingereas 1. metallide ja 3. elementide seas, teisel kohal hapniku ja räni järel. Alumiiniumisisalduse protsent maakoores on erinevate teadlaste andmetel vahemikus 7,45–8,14% maakoore massist.

Looduses esineb alumiiniumi ainult ühendites (mineraalid).

Mõned neist:

· Boksiit – Al 2 O 3 H 2 O (koos SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3 lisanditega)

· Nefeliinid – KNa 3 4

· Aluniidid – KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Alumiiniumoksiid (kaoliinide segud liivaga SiO 2, lubjakivi CaCO 3, magnesiidiga MgCO 3)

· Korund – Al 2 O 3

· Päevakivi (ortoklaas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaoliniit – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· Alunite - (Na,K)2SO4 ×Al2(SO4)3 ×4Al(OH)3

· Berüül – 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Alumiiniumi ja selle ühendite keemilised omadused

Alumiinium reageerib normaalsetes tingimustes kergesti hapnikuga ja on kaetud oksiidkilega (mis annab sellele mati välimuse).

OKSIIDKILE DEMONSTREERIMINE

Selle paksus on 0,00001 mm, kuid tänu sellele alumiinium ei korrodeeru. Alumiiniumi keemiliste omaduste uurimiseks eemaldatakse oksiidkile. (Kasutades liivapaberit või keemiliselt: esmalt kastmine leeliselahusesse, et eemaldada oksiidkile, ja seejärel elavhõbedasoolade lahusesse, et moodustada alumiiniumi sulam elavhõbedaga – amalgaamiga).

I. Koostoime lihtsate ainetega

Juba toatemperatuuril reageerib alumiinium aktiivselt kõigi halogeenidega, moodustades halogeniide. Kuumutamisel reageerib see väävli (200 °C), lämmastiku (800 °C), fosfori (500 °C) ja süsinikuga (2000 °C), joodiga katalüsaatori - vee - juuresolekul:

2A l + 3 S = A l 2 S 3 (alumiiniumsulfiid),

2A l + N 2 = 2A lN (alumiiniumnitriid),

A l + P = A l P (alumiiniumfosfiid),

4A l + 3C = A l 4 C 3 (alumiiniumkarbiid).

2 Al +3 I 2 = 2 Al I 3 (alumiiniumjodiid) KOGEMUS

Kõik need ühendid hüdrolüüsitakse täielikult, moodustades alumiiniumhüdroksiidi ja vastavalt vesiniksulfiidi, ammoniaagi, fosfiini ja metaani:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

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

Laastude või pulbrina põleb see õhus eredalt, eraldades suurel hulgal soojust:

4A l + 3 O 2 = 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

ALUMIINIUMI PÕLEMINE ÕHUS

KOGEMUS

II. Koostoime keeruliste ainetega

Koostoime veega :

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

ilma oksiidkileta

KOGEMUS

Koostoime metallioksiididega:

Alumiinium on hea redutseerija, kuna see on üks aktiivsetest metallidest. See on tegevuste sarjas vahetult pärast leelismuldmetalle. Sellepärast taastab metallid nende oksiididest . Seda reaktsiooni, aluminotermiat, kasutatakse puhaste haruldaste metallide, nagu volfram, vanaadium jne, tootmiseks.

3 Fe 3 O 4 + 8 Al = 4 Al 2 O 3 + 9 Fe + K

Termiitkeevitamisel kasutatakse ka Fe 3 O 4 ja Al (pulber) termiidisegu.

C r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3

Koostoime hapetega :

Väävelhappe lahusega: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

See ei reageeri külma kontsentreeritud väävli ja lämmastikuga (passiveerib). Seetõttu transporditakse lämmastikhapet alumiiniummahutites. Kuumutamisel suudab alumiinium neid happeid redutseerida ilma vesinikku vabastamata:

2A l + 6H 2 S O 4 (konts.) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (konts.) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Koostoime leelistega .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na [ Al(OH)4 ] +3 H 2

KOGEMUS

Na[Al(OH) 4 ] – naatriumtetrahüdroksüaluminaat

Keemik Gorbovi ettepanekul kasutati seda reaktsiooni Vene-Jaapani sõja ajal õhupallide jaoks vesiniku tootmiseks.

Soolalahustega:

2 Al + 3 CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu

Kui alumiiniumi pinda hõõruda elavhõbedasoolaga, tekib järgmine reaktsioon:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Vabanenud elavhõbe lahustab alumiiniumi, moodustades amalgaami .

Alumiiniumioonide tuvastamine lahustes : KOGEMUS

5. Alumiiniumi ja selle ühendite pealekandmine

Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused on toonud kaasa selle laialdase kasutamise tehnoloogias. Lennutööstus on suur alumiiniumi tarbija: 2/3 lennukist koosneb alumiiniumist ja selle sulamitest. Terasest lennuk oleks liiga raske ja võiks vedada palju vähem reisijaid. Seetõttu nimetatakse alumiiniumi tiibadega metalliks. Kaablid ja juhtmed on valmistatud alumiiniumist: sama elektrijuhtivusega on nende mass 2 korda väiksem kui vastavatel vasktoodetel.

Arvestades alumiiniumi korrosioonikindlust, on see toodab lämmastikhappe masinaosi ja mahuteid. Alumiiniumpulber on hõbedavärvi valmistamise aluseks, et kaitsta raudtooteid korrosiooni eest ja peegeldada soojuskiirt, sellist värvi kasutatakse õlimahutite ja tuletõrjujate ülikondade katmiseks.

Alumiiniumoksiidi kasutatakse alumiiniumi tootmiseks ja ka tulekindla materjalina.

Alumiiniumhüdroksiid on tuntud ravimite Maalox ja Almagel põhikomponent, mis vähendavad maomahla happesust.

Alumiiniumisoolad on tugevalt hüdrolüüsitud. Seda omadust kasutatakse vee puhastamise protsessis. Tekkinud happe neutraliseerimiseks lisatakse puhastatavale veele alumiiniumsulfaati ja vähesel määral kustutatud lubi. Selle tulemusena eraldub mahukas alumiiniumhüdroksiidi sade, mis settides kannab endaga hõljuvaid hägususosakesi ja baktereid.

Seega on alumiiniumsulfaat koagulant.

6. Alumiiniumi tootmine

1) Ameerika Hall ja prantslane Héroux leiutasid 1886. aastal kaasaegse ja kuluefektiivse meetodi alumiiniumi tootmiseks. See hõlmab alumiiniumoksiidi lahuse elektrolüüsi sulas krüoliidis. Sulatatud krüoliit Na 3 AlF 6 lahustab Al 2 O 3, nagu vesi lahustab suhkrut. Alumiiniumoksiidi "lahuse" elektrolüüs sulas krüoliidis toimub nii, nagu oleks krüoliit ainult lahusti ja alumiiniumoksiid elektrolüüt.

2Al 2 O 3 elektrivool → 4Al + 3O 2

Ingliskeelses väljaandes “Encyclopedia for Boys and Girls” algab alumiiniumi käsitlev artikkel järgmiste sõnadega: “23. veebruaril 1886 algas tsivilisatsiooni ajaloos uus metalliajastu – alumiiniumiajastu. Sel päeval astus oma esimesse õpetaja laboratooriumisse 22-aastane keemik Charles Hall, käes tosin väikest hõbevalget alumiiniumpalli ja teade, et ta on leidnud viisi, kuidas metalli odavalt valmistada. suurtes kogustes." Nii sai Hallist Ameerika alumiiniumitööstuse rajaja ja anglosaksi rahvuskangelane mehena, kes muutis teaduse suureks äriks.

2) 2Al 2O 3 +3 C=4 Al+3 CO 2

SEE ON HUVITAV:

• Alumiiniummetalli eraldas esmakordselt 1825. aastal Taani füüsik Hans Christian Oersted. Juhtides gaasilise kloori läbi söega segatud kuuma alumiiniumoksiidi kihi, eraldas Oersted alumiiniumkloriidi vähimagi niiskuse jäljeta. Metallilise alumiiniumi taastamiseks oli Oerstedil vaja alumiiniumkloriidi töödelda kaaliumamalgaamiga. 2 aastat hiljem saksa keemik Friedrich Woeller. Ta täiustas meetodit, asendades kaaliumamalgaami puhta kaaliumiga.
• 18. ja 19. sajandil oli alumiinium ehete peamine metall. 1889. aastal pälvis D.I. Mendelejev Londonis keemia arendamisel tehtud teenuste eest väärtusliku kingituse - kullast ja alumiiniumist valmistatud kaalud.
• 1855. aastaks töötas prantsuse teadlane Saint-Clair Deville välja meetodi alumiiniummetalli tootmiseks tehnilises ulatuses. Kuid meetod oli väga kallis. Deville nautis Prantsusmaa keisri Napoleon III erilist patronaaži. Oma pühendumuse ja tänulikkuse märgiks valmistas Deville Napoleoni pojale, vastsündinud printsile, elegantselt graveeritud kõristi – esimese alumiiniumist valmistatud "tarbekauba". Napoleon kavatses isegi oma valvurid varustada alumiiniumist kürassiga, kuid hind osutus üle jõu käivaks. Tol ajal maksis 1 kg alumiiniumi 1000 marka, s.o. 5 korda kallim kui hõbe. Alles pärast elektrolüütilise protsessi leiutamist muutus alumiinium väärtuselt võrdväärseks tavaliste metallidega.
• Kas teadsid, et alumiinium põhjustab inimkehasse sattudes närvisüsteemi häireid Kui seda on liiga palju, on ainevahetus häiritud. Ja kaitsvad ained on C-vitamiin, kaltsiumi ja tsingi ühendid.
• Alumiiniumi põlemisel hapnikus ja fluoris eraldub palju soojust. Seetõttu kasutatakse seda raketikütuse lisandina. Rakett Saturn põletab oma lennu ajal 36 tonni alumiiniumipulbrit. Metallide kasutamise idee raketikütuse komponendina pakkus esmakordselt välja F. A. Zander.

HARJUTUSED

Simulaator nr 1 – alumiiniumi omadused positsioonide järgi D. I. Mendelejevi elementide perioodilises tabelis

Simulaator nr 2 – alumiiniumi reaktsioonide võrrandid lihtsate ja keeruliste ainetega

Simulaator nr 3 – Alumiiniumi keemilised omadused

ÜLESANDE ÜLESANDED

nr 1. Alumiiniumi saamiseks alumiiniumkloriidist võib redutseerijana kasutada kaltsiummetalli. Kirjutage selle keemilise reaktsiooni võrrand ja iseloomustage seda protsessi elektroonilise kaalu abil.
mõtle! Miks ei saa seda reaktsiooni läbi viia vesilahuses?

nr 2. Täitke keemiliste reaktsioonide võrrandid:
Al + H2SO4 (lahus ) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO3 ( konts ) - t ->
Al + NaOH + H2O ->

nr 3. Tehke ümberkujundamine:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

nr 4. Lahendage probleem:
Alumiiniumi-vasesulam puutus kuumutamise ajal kokku kontsentreeritud naatriumhüdroksiidi lahuse liiaga. Välja lasti 2,24 liitrit gaasi (n.o.). Arvutage sulami protsentuaalne koostis, kui selle kogumass oli 10 g?

1807. aasta paiku andis Davy, kes üritas läbi viia alumiiniumoksiidi elektrolüüsi, seda sisaldavale metallile nimeks Alumium. Hans Oersted sai alumiiniumi esmakordselt 1825. aastal kaaliumamalgaami toimel alumiiniumkloriidile, millele järgnes elavhõbeda destilleerimine. 1827. aastal eraldas Wöhler alumiiniummetalli tõhusamal viisil – kuumutades veevaba alumiiniumkloriidi kaaliummetalliga.

Looduses viibimine, saades:

Looduses esinemise poolest on see metallide hulgas 1. ja elementide hulgas 3. kohal, hapniku ja räni järel teisel kohal. Alumiiniumisisaldus maakoores on erinevate teadlaste andmetel vahemikus 7,45–8,14% maakoore massist. Looduses leidub alumiiniumi ainult ühendites (mineraalides).
Korund: Al 2 O 3 - kuulub lihtsate oksiidide klassi ja moodustab mõnikord läbipaistvaid vääriskristalle - safiiri ja kroomi lisamisega rubiini. Koguneb asetajatesse.
Boksiit: Al 2 O 3 *nH 2 O - settelised alumiiniumimaagid. Sisaldavad kahjulikku lisandit - SiO 2. Boksiit on oluline tooraine alumiiniumi, samuti värvide ja abrasiivide tootmisel.
Kaoliniit: Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O on kihilise silikaadi alamklassi mineraal, valge, tulekindla ja portselansavi põhikomponent.
Kaasaegse alumiiniumi tootmise meetodi töötasid sõltumatult välja ameeriklane Charles Hall ja prantslane Paul Héroult. See koosneb alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 lahustamisest krüoliidi Na 3 AlF 3 sulatis, millele järgneb elektrolüüs grafiitelektroodide abil. See tootmismeetod nõuab palju elektrit ja sai seetõttu populaarseks alles 20. sajandil. 1 tonni alumiiniumi tootmiseks kulub 1,9 tonni alumiiniumoksiidi ja 18 tuhat kWh elektrit.

Füüsikalised omadused:

Metall on hõbevalge, kerge, tihedus 2,7 g/cm 3, sulamistemperatuur 660°C, keemistemperatuur 2500°C. Kõrge elastsus, rullitud õhukesteks lehtedeks ja ühtlaseks fooliumiks. Alumiiniumil on kõrge elektri- ja soojusjuhtivus ning see peegeldab hästi. Alumiinium moodustab sulameid peaaegu kõigi metallidega.

Keemilised omadused:

Tavatingimustes on alumiinium kaetud õhukese ja vastupidava oksiidkilega ning seetõttu ei reageeri see klassikaliste oksüdeerivate ainetega: H 2 O (t° O 2, HNO 3) (ilma kuumutamata); Tänu sellele ei ole alumiinium praktiliselt korrosioonile allutatud ja on seetõttu kaasaegses tööstuses laialdaselt nõutud. Kui aga oksiidkile hävib (näiteks kokkupuutel ammooniumisoolade NH4+ lahustega, kuumade leelistega või amalgamatsiooni tulemusena), toimib alumiinium aktiivse redutseeriva metallina. Reageerib kergesti lihtsate ainetega: hapnik, halogeenid: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Alumiinium reageerib kuumutamisel teiste mittemetallidega:
2Al + 3S = Al 2S 3 2Al + N 2 = 2AlN
Alumiinium suudab lahustada ainult vesinikku, kuid ei reageeri sellega.
Komplekssete ainetega: alumiinium reageerib leelistega (moodustab tetrahüdroksüaluminaate):
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2
Lahustub kergesti lahjendatud ja kontsentreeritud väävelhapetes:
2Al + 3H 2SO 4 (dil) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (konts.) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Alumiinium redutseerib metalle nende oksiididest (aluminotermia): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Kõige olulisemad ühendused:

Alumiiniumoksiid, Al 2 O 3: tahke, tulekindel valge aine. Kristalliline Al 2 O 3 on keemiliselt passiivne, amorfne on aktiivsem. Reageerib aeglaselt lahuses olevate hapete ja leelistega, millel on amfoteersed omadused:
Al 2 O 3 + 6HCl (konts.) = 2AlCl 3 + ZH 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH (konts.) + 3H 2 O = 2Na
(Leelissulatis tekib NaAlO 2).
Alumiiniumhüdroksiid, Al(OH) 3: valge amorfne (geelitaoline) või kristalne. Vees praktiliselt lahustumatu. Kuumutamisel laguneb see samm-sammult. Sellel on amfoteersed, võrdselt väljendunud happelised ja aluselised omadused. NaOH-ga sulatamisel tekib NaAlO2. Al(OH) 3 sademe saamiseks ei kasutata tavaliselt leelist (sademe lahusesse ülemineku lihtsuse tõttu), vaid see toimib ammoniaagilahusega alumiiniumsooladele - toatemperatuuril tekib Al(OH) 3
Alumiiniumi soolad. Alumiiniumisoolad ja tugevad happed lahustuvad vees hästi ja läbivad olulise katioonide hüdrolüüsi, luues tugevalt happelise keskkonna, milles metallid nagu magneesium ja tsink lahustuvad: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +
AlF 3 fluoriid ja AlPO 4 ortofosfaat on vees lahustumatud ning väga nõrkade hapete soolad, näiteks H 2 CO 3, ei moodustu vesilahusest sadestamisel üldse.
Kahekordsed alumiiniumisoolad on tuntud - maarjas koostis MAl(SO 4) 2 *12H 2 O (M=Na +, K +, Rb +, Cs +, TI +, NH 4 +), levinuim neist on kaaliummaarjas KAl(SO 4) 2 *12H 2 O .
Amfoteersete hüdroksiidide lahustumist leeliselistes lahustes peetakse moodustumise protsessiks hüdrokso soolad(hüdroksükompleksid). Hüdroksokomplekside [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -, [Al(OH) 6] 3-, [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2- olemasolu on katseliselt tõestatud; neist esimene on kõige vastupidavam. Alumiiniumi koordinatsiooniarv nendes kompleksides on 6, s.o. alumiinium on kuue koordinatsiooniga.
Binaarsed alumiiniumiühendid Peamiselt kovalentsete sidemetega ühendid, näiteks Al 2 S 3 sulfiid ja Al 4 C 3 karbiid, lagunevad täielikult vee toimel:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SAl4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Rakendus:

Kasutatakse laialdaselt ehitusmaterjalina. Alumiiniumi peamised eelised selles kvaliteedis on kergus, stantsitavus, korrosioonikindlus ja kõrge soojusjuhtivus. Alumiinium on paljude sulamite (vask - alumiiniumpronks, magneesium jne) oluline komponent.
Seda kasutatakse elektrotehnikas juhtmete ja nende varjestuse valmistamiseks.
Alumiiniumi kasutatakse laialdaselt nii soojusseadmetes kui ka krüogeentehnoloogias.
Kõrge peegeldusvõime koos madalate kulude ja sadestuslihtsusega muudab alumiiniumi ideaalseks materjaliks peeglite valmistamiseks.
Alumiiniumi ja selle ühendeid kasutatakse raketitehnoloogias raketikütusena. Ehitusmaterjalide tootmisel gaasimoodustajana.

Allajarov Damir
HF Tjumeni Riiklik Ülikool, rühm 561.

MÄÄRATLUS

Alumiiniumist– IIIA rühma 3. perioodi keemiline element. Seerianumber – 13. Metall. Alumiinium kuulub p-perekonna elementide hulka. Sümbol – Al.

Aatommass – 27 amu. Välise energiataseme elektrooniline konfiguratsioon on 3s 2 3p 1. Alumiiniumi ühendites on oksüdatsiooniaste "+3".

Alumiiniumi keemilised omadused

Alumiiniumil on reaktsioone redutseerivad omadused. Kuna õhuga kokkupuutel tekib selle pinnale oksiidkile, on see vastupidav koostoimele teiste ainetega. Näiteks alumiinium passiveeritakse vees, kontsentreeritud lämmastikhappes ja kaaliumdikromaadi lahuses. Kuid pärast oksiidkile eemaldamist selle pinnalt on see võimeline suhtlema lihtsate ainetega. Enamik reaktsioone toimub kuumutamisel:

2Al pulber +3/2O2 = Al 2O 3;

2Al + 3F2 = 2AlF3 (t);

2Al pulber + 3Hal2 = 2AlHal3 (t = 25 °C);

2AI + N2 = 2AlN (t);

2AI +3S = Al2S3 (t);

4Al + 3C grafiit = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, H 2 atmosfääris).

Samuti on alumiinium pärast oksiidkile eemaldamist selle pinnalt võimeline suhtlema veega, moodustades hüdroksiidi:

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

Alumiiniumil on amfoteersed omadused, nii et see lahustub hapete ja leeliste lahjendatud lahustes:

2Al + 3H2S04 (lahjendatud) = Al2(SO4)3 + 3H2;

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

8Al + 30HNO3 (lahjendatud) = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O;

2Al +2NaOH +3H20 = 2Na + 3H2;

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

Aluminotermia on meetod metallide tootmiseks nende oksiididest, mis põhineb nende metallide redutseerimisel alumiiniumiga:

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

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

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Alumiinium on hõbevalge värvusega. Alumiiniumi peamised füüsikalised omadused on kergus, kõrge soojus- ja elektrijuhtivus. Vabas olekus on alumiinium õhuga kokkupuutel kaetud vastupidava Al 2 O 3 oksiidi kilega, mis muudab selle kontsentreeritud hapete toimele vastupidavaks. Sulamistemperatuur – 660,37C, keemistemperatuur – 2500C.

Alumiiniumi tootmine ja kasutamine

Alumiiniumi toodetakse selle elemendi sulaoksiidi elektrolüüsil:

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

Toote madala saagise tõttu kasutatakse aga sagedamini alumiiniumi tootmise meetodit Na 3 ja Al 2 O 3 segu elektrolüüsi teel. Reaktsioon toimub kuumutamisel temperatuurini 960 C ja katalüsaatorite - fluoriidide (AlF 3, CaF 2 jne) juuresolekul, samal ajal kui alumiinium vabaneb katoodil ja hapnik vabaneb anoodil.

Alumiinium on leidnud laialdast rakendust tööstuses, alumiiniumipõhised sulamid on lennuki- ja laevaehituse peamised konstruktsioonimaterjalid.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1