Hliníková základňa. hliník

3s 2 3p 1 Chemické vlastnosti Kovalentný polomer 118 hod Polomer iónov 51 (+3e) pm Elektronegativita
(podľa Paulinga) 1,61 Elektródový potenciál -1,66 V Oxidačné stavy 3 Termodynamické vlastnosti jednoduchej látky Hustota 2,6989 /cm³ Molárna tepelná kapacita 24,35 J/(mol) Tepelná vodivosť 237 W/( ·) Teplota topenia 933,5 Teplo topenia 10,75 kJ/mol Teplota varu 2792 Výparné teplo 284,1 kJ/mol Molárny objem 10,0 cm³/mol Kryštálová mriežka jednoduchej látky Mriežková štruktúra kubický tvárovo centrovaný Parametre mriežky 4,050 pomer c/a — Debyeho teplota 394

hliník- prvok hlavnej podskupiny tretej skupiny tretej periódy periodickej sústavy chemických prvkov D.I.Mendelejeva, atómové číslo 13. Označuje sa symbolom Al (Hliník). Patrí do skupiny ľahkých kovov. Najbežnejší kov a tretí najrozšírenejší (po kyslíku a kremíku) chemický prvok v zemskej kôre.

Jednoduchá látka hliník (číslo CAS: 7429-90-5) je ľahký, paramagnetický strieborno-biely kov, ktorý možno ľahko tvarovať, odlievať a opracovávať. Hliník má vysokú tepelnú a elektrickú vodivosť a odolnosť voči korózii vďaka rýchlej tvorbe silných oxidových filmov, ktoré chránia povrch pred ďalšou interakciou.

Podľa niektorých biologických štúdií bol príjem hliníka v ľudskom tele považovaný za faktor rozvoja Alzheimerovej choroby, no tieto štúdie boli neskôr kritizované a záver o spojitosti jedného s druhým bol vyvrátený.

Príbeh

Hliník prvýkrát získal Hans Oersted v roku 1825 pôsobením amalgámu draslíka na chlorid hlinitý, po ktorom nasledovala destilácia ortuti.

Potvrdenie

Moderný spôsob výroby nezávisle od seba vyvinuli Američan Charles Hall a Francúz Paul Héroux. Pozostáva z rozpustenia oxidu hlinitého Al 2 O 3 v tavenine kryolitu Na 3 AlF 6 s následnou elektrolýzou pomocou grafitových elektród. Tento spôsob výroby vyžaduje veľa elektriny, a preto sa stal populárnym až v 20. storočí.

Na výrobu 1 tony surového hliníka je potrebných 1,920 tony oxidu hlinitého, 0,065 tony kryolitu, 0,035 tony fluoridu hlinitého, 0,600 tony anódovej hmoty a 17 tisíc kWh jednosmernej elektriny.

Fyzikálne vlastnosti

Kov je strieborno-bielej farby, svetlý, hustota - 2,7 g/cm³, bod topenia pre technický hliník - 658 °C, pre vysoko čistý hliník - 660 °C, špecifické teplo topenia - 390 kJ/kg, bod varu - 2500 ° C, špecifické teplo vyparovania - 10,53 MJ/kg, dočasná odolnosť liateho hliníka - 10-12 kg/mm², deformovateľné - 18-25 kg/mm², zliatiny - 38-42 kg/mm².

Tvrdosť podľa Brinella je 24-32 kgf/mm², vysoká ťažnosť: technická - 35%, čistá - 50%, valcované do tenkých plechov a dokonca aj fólie.

Hliník má vysokú elektrickú a tepelnú vodivosť, 65 % elektrickej vodivosti medi a má vysokú odrazivosť svetla.

Hliník tvorí zliatiny takmer so všetkými kovmi.

Byť v prírode

Prírodný hliník pozostáva takmer výlučne z jediného stabilného izotopu, 27Al, so stopami 26Al, rádioaktívneho izotopu s polčasom rozpadu 720 000 rokov, ktorý vzniká v atmosfére bombardovaním jadier. argón protóny kozmického žiarenia.

Z hľadiska prevalencie v prírode je na 1. mieste medzi kovmi a na 3. mieste medzi prvkami, na druhom mieste za kyslíkom a kremíkom. Percento obsahu hliníka v zemskej kôre sa podľa rôznych výskumníkov pohybuje od 7,45 do 8,14 % hmotnosti zemskej kôry.

V prírode sa hliník nachádza iba v zlúčeninách (mineráloch). Niektorí z nich:

Bauxit - Al 2 O 3. H 2 O (s nečistotami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
Nefelíny - KNa 3 4
Alunity - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH) 3
Alumina (zmesi kaolínov s pieskom SiO 2, vápenec CaCO 3, magnezit MgCO 3)
Korund - Al 2 O 3
Živec (ortoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2
Kaolinit - Al203 x 2Si02 x 2H20
Alunit - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4 Al (OH) 3
Beryl - 3BeO. Al203. 6SiO2

Prírodné vody obsahujú hliník vo forme nízko toxických chemických zlúčenín, napríklad fluoridu hlinitého. Typ katiónu alebo aniónu závisí predovšetkým od kyslosti vodného prostredia. Koncentrácie hliníka v povrchových vodách v Rusku sa pohybujú od 0,001 do 10 mg/l.

Chemické vlastnosti

Hydroxid hlinitý

Za normálnych podmienok je hliník pokrytý tenkým a odolným oxidovým filmom, a preto nereaguje s klasickými oxidačnými činidlami: s H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (bez zahrievania). Vďaka tomu hliník prakticky nepodlieha korózii, a preto je v modernom priemysle veľmi žiadaný. Keď je však oxidový film zničený (napríklad pri kontakte s roztokmi amónnych solí NH 4 +, horúcimi zásadami alebo v dôsledku amalgamácie), hliník pôsobí ako aktívny redukčný kov.

Ľahko reaguje s jednoduchými látkami:

s kyslíkom: 4Al + 302 = 2Al203
s halogénmi: 2Al + 3Br2 = 2AlBr3
pri zahrievaní reaguje s inými nekovmi:
- so sírou za vzniku sulfidu hlinitého: 2Al + 3S = Al 2 S 3
- s dusíkom za vzniku nitridu hliníka: 2Al + N 2 = 2AlN
- s uhlíkom, tvoriaci karbid hliníka: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Metóda, vynájdená takmer súčasne Charlesom Hallom vo Francúzsku a Paulom Hérouxom v USA v roku 1886 a založená na výrobe hliníka elektrolýzou oxidu hlinitého rozpusteného v roztavenom kryolite, položila základ moderného spôsobu výroby hliníka. Odvtedy sa vďaka zlepšeniam v elektrotechnike výroba hliníka zlepšila. Významný príspevok k rozvoju výroby oxidu hlinitého mali ruskí vedci K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznecov, E. I. Žukovskij, A. A. Jakovkin a ďalší.

Prvá hlinikáreň v Rusku bola postavená v roku 1932 vo Volchove. Hutnícky priemysel ZSSR v roku 1939 vyrobil 47,7 tisíc ton hliníka, ďalších 2,2 tisíc ton bolo dovezených.

V Rusku je de facto monopolistom vo výrobe hliníka Russian Aluminium OJSC, ktorý predstavuje asi 13 % svetového trhu s hliníkom a 16 % oxidu hlinitého.

Svetové zásoby bauxitu sú prakticky neobmedzené, to znamená, že sú neúmerné dynamike dopytu. Existujúce zariadenia dokážu vyrobiť až 44,3 milióna ton primárneho hliníka ročne. Treba počítať aj s tým, že v budúcnosti sa môžu niektoré aplikácie hliníka preorientovať na použitie napríklad kompozitných materiálov.

Aplikácia

Kus hliníka a americká minca.

Široko používaný ako stavebný materiál. Hlavnými výhodami hliníka v tejto kvalite sú ľahkosť, tvárnosť pre lisovanie, odolnosť proti korózii (na vzduchu je hliník okamžite pokrytý odolným filmom Al 2 O 3, ktorý zabraňuje jeho ďalšej oxidácii), vysoká tepelná vodivosť a netoxicita. jeho zlúčenín. Najmä vďaka týmto vlastnostiam je hliník mimoriadne obľúbený pri výrobe riadu, hliníkovej fólie v potravinárskom priemysle a na balenie.

Hlavnou nevýhodou hliníka ako konštrukčného materiálu je jeho nízka pevnosť, preto sa zvyčajne leguje malým množstvom medi a horčíka - duralová zliatina.

Elektrická vodivosť hliníka je len 1,7-krát menšia ako u medi, zatiaľ čo hliník je približne 2-krát lacnejší. Preto je široko používaný v elektrotechnike na výrobu drôtov, ich tienenie a dokonca aj v mikroelektronike na výrobu vodičov v čipoch. Nižšia elektrická vodivosť hliníka (37 1/ohm) v porovnaní s meďou (63 1/ohm) je kompenzovaná zväčšením prierezu hliníkových vodičov. Nevýhodou hliníka ako elektrického materiálu je jeho silný oxidový film, ktorý sťažuje spájkovanie.

Vďaka svojmu komplexu vlastností je široko používaný vo vykurovacích zariadeniach.
Hliník a jeho zliatiny si zachovávajú pevnosť aj pri veľmi nízkych teplotách. Vďaka tomu je široko používaný v kryogénnej technológii.
Vysoká odrazivosť v kombinácii s nízkou cenou a jednoduchosťou nanášania robí z hliníka ideálny materiál na výrobu zrkadiel.
Pri výrobe stavebných materiálov ako plynotvorné činidlo.
Hliníkovanie dodáva oceli a iným zliatinám odolnosť proti korózii a tvorbe vodného kameňa, ako sú ventily piestových spaľovacích motorov, lopatky turbín, ropné plošiny, zariadenia na výmenu tepla a tiež nahrádza galvanizáciu.
Na výrobu sírovodíka sa používa sulfid hlinitý.
Prebieha výskum s cieľom vyvinúť penový hliník ako obzvlášť pevný a ľahký materiál.

Ako redukčné činidlo

Ako zložka termitu, zmesi na aluminotermiu
Hliník sa používa na získavanie vzácnych kovov z ich oxidov alebo halogenidov.

Zliatiny hliníka

Obvykle používaným konštrukčným materiálom nie je čistý hliník, ale rôzne zliatiny na jeho báze.

— zliatiny hliníka a horčíka majú vysokú odolnosť proti korózii a dobre sa zvárajú; Používajú sa napríklad na výrobu trupov vysokorýchlostných lodí.

— Zliatiny hliníka a mangánu sú v mnohom podobné zliatinám hliníka a horčíka.

— Zliatiny hliníka a medi (najmä dural) môžu byť podrobené tepelnému spracovaniu, čo výrazne zvyšuje ich pevnosť. Žiaľ, tepelne spracované materiály sa nedajú zvárať, a tak sa časti lietadiel stále spájajú nitmi. Zliatina s vyšším obsahom medi je vo farbe veľmi podobná zlatu a niekedy sa používa na napodobňovanie zlata.

— Zliatiny hliníka a kremíka (siluminy) sú najvhodnejšie na odlievanie. Často sa z nich odlievajú puzdrá rôznych mechanizmov.

— Komplexné zliatiny na báze hliníka: aviál.

— Hliník prechádza do supravodivého stavu pri teplote 1,2 Kelvina.

Hliník ako prísada do iných zliatin

Hliník je dôležitou súčasťou mnohých zliatin. Napríklad v hliníkových bronzoch sú hlavnými komponentmi meď a hliník. V horčíkových zliatinách sa ako prísada najčastejšie používa hliník. Na výrobu špirál v elektrických vykurovacích zariadeniach sa používa (spolu s inými zliatinami) fechral (Fe, Cr, Al).

Šperky

Keď bol hliník veľmi drahý, vyrábali sa z neho rôzne šperky. Móda pre nich okamžite prešla, keď sa objavili nové technológie na jeho výrobu, čo mnohonásobne znížilo náklady. V súčasnosti sa hliník občas používa aj pri výrobe bižutérie.

Výroba skla

Fluorid, fosfát a oxid hlinitý sa používajú pri výrobe skla.

Potravinársky priemysel

Hliník je registrovaný ako potravinárska prídavná látka E173.

Hliník a jeho zlúčeniny v raketovej technike

Hliník a jeho zlúčeniny sa používajú ako vysoko účinná pohonná látka v raketových pohonných látkach s dvoma pohonnými hmotami a ako horľavá zložka pohonných látok pre rakety na tuhé palivo. Nasledujúce zlúčeniny hliníka majú najväčší praktický význam ako raketové palivo:

— Hliník: palivo v raketových palivách. Používa sa vo forme prášku a suspenzií v uhľovodíkoch atď.
— hydrid hlinitý
— Boritan hlinitý
- trimetylhliník
— trietylhliník
- Tripropylhliník

Teoretická charakteristika palív tvorených hydridom hlinitým s rôznymi okysličovadlami.

Oxidačné činidlo	Špecifický ťah (P1, s)	Teplota spaľovania °C	Hustota paliva, g/cm³	Zvýšenie rýchlosti, ΔV id, 25, m/s	Obsah hmotnosti palivo, %
Fluór	348,4	5009	1,504	5328	25
Tetrafluórhydrazín	327,4	4758	1,193	4434	19
ClF 3	287,7	4402	1,764	4762	20
ClF5	303,7	4604	1,691	4922	20
Perchlorylfluorid	293,7	3788	1,589	4617	47
Fluorid kyslíka	326,5	4067	1,511	5004	38,5
Kyslík	310,8	4028	1,312	4428	56
Peroxid vodíka	318,4	3561	1,466	4806	52
N204	300,5	3906	1,467	4537	47
Kyselina dusičná	301,3	3720	1,496	4595	49

Hliník vo svetovej kultúre

Básnik Andrei Voznesensky napísal v roku 1959 báseň „Jeseň“, v ktorej použil hliník ako umelecký obraz:
...A za oknom v mladom mraze
sú tam polia hliníka...

Viktor Tsoi napísal pieseň „Aluminium Cucumbers“ s refrénom:
Výsadba hliníkových uhoriek
Na plachtovom poli
Sadím hliníkové uhorky
Na plachtovom poli

Toxicita

Pôsobí mierne toxicky, ale mnohé vo vode rozpustné anorganické zlúčeniny hliníka zostávajú dlhodobo v rozpustenom stave a prostredníctvom pitnej vody môžu škodlivo pôsobiť na človeka a teplokrvné živočíchy. Najtoxickejšie sú chloridy, dusičnany, acetáty, sírany atď. Pre človeka majú nasledujúce dávky zlúčenín hliníka (mg/kg telesnej hmotnosti) toxický účinok pri požití: octan hlinitý - 0,2-0,4; hydroxid hlinitý - 3,7-7,3; hliníkový kamenec - 2,9. Ovplyvňuje predovšetkým nervový systém (hromadí sa v nervovom tkanive, čo vedie k závažným poruchám centrálneho nervového systému). Neurotoxicita hliníka sa však skúma už od polovice 60. rokov 20. storočia, keďže hromadeniu kovu v ľudskom tele bráni jeho eliminačný mechanizmus. Za normálnych podmienok sa môže močom vylúčiť až 15 mg prvku denne. V súlade s tým sa najväčší negatívny účinok pozoruje u ľudí s poruchou funkcie vylučovania obličiek.

Ďalšie informácie

— Hydroxid hlinitý
— Encyklopédia o hliníku
— Hliníkové spoje
— Medzinárodný inštitút hliníka

Hliník, hliník, Al (13)

Spojivá obsahujúce hliník sú známe už od staroveku. Kamenec (lat. Alumen alebo Alumin, nem. Alaun), o ktorom sa zmieňuje najmä Plínius, sa však v staroveku a v stredoveku chápal ako rôzne látky. V Rulandovom alchymickom slovníku sa slovo Alumen s rôznymi definíciami uvádza v 34 významoch. Konkrétne to znamenalo antimón, Alumen alafuri - alkalická soľ, Alumen Alcori - nitrum alebo alkalický kamenec, Alumen creptum - vínny kameň (vínny kameň) dobrého vína, Alumen fascioli - zásada, Alumen odig - amoniak, Alumen scoriole - sadra atď. Lemery , autor slávneho „Dictionary of Simple Pharmaceutical Products“ (1716), tiež poskytuje veľký zoznam odrôd kamenca.

Až do 18. storočia zlúčeniny hliníka (kamenec a oxid) nebolo možné odlíšiť od iných zlúčenín podobného vzhľadu. Lemery opisuje kamenec takto: „V roku 1754 r. Marggraf izoloval z roztoku kamenca (pôsobením alkálie) zrazeninu oxidu hlinitého, ktorú nazval „kamencová zemina“ (Alaunerde), a stanovil jej odlišnosť od iných zemín. Čoskoro dostala kamencová zem názov alumina (Alumina alebo Alumine). V roku 1782 Lavoisier vyjadril myšlienku, že hliník je oxid neznámeho prvku. Lavoisier vo svojej tabuľke jednoduchých telies zaradil hliník medzi „jednoduché telá, tvoriace soľ, zemité“. Tu sú synonymá pre názov alumina: argile, alum. zem, základ kamenca. Slovo argilla alebo argilla, ako uvádza Lemery vo svojom slovníku, pochádza z gréčtiny. hrnčiarska hlina. Dalton vo svojom „Novom systéme chemickej filozofie“ uvádza špeciálne označenie pre hliník a poskytuje komplexný štruktúrny (!) vzorec pre kamenec.

Po objavení alkalických kovov pomocou galvanickej elektriny sa Davy a Berzelius neúspešne pokúsili rovnakým spôsobom izolovať kovový hliník od oxidu hlinitého. Až v roku 1825 problém vyriešil dánsky fyzik Oersted pomocou chemickej metódy. Chlór prechádzal cez horúcu zmes oxidu hlinitého a uhlia a výsledný bezvodý chlorid hlinitý sa zahrieval s amalgámom draselným. Po odparení ortuti, píše Oersted, sa získal kov podobný vzhľadu cínu. Nakoniec v roku 1827 Wöhler izoloval kovový hliník efektívnejším spôsobom - zahrievaním bezvodého chloridu hlinitého s kovom draslíka.

Okolo roku 1807 dal Davy, ktorý sa pokúšal uskutočniť elektrolýzu oxidu hlinitého, názov kovu, ktorý ho mal obsahovať hliník (Alumium) alebo hliník (Aluminium). Posledný názov sa odvtedy stal bežným v USA, zatiaľ čo v Anglicku a iných krajinách sa ujal názov Aluminium, ktorý neskôr navrhol ten istý Davy. Je celkom jasné, že všetky tieto pomenovania pochádzajú z latinského slova alum (Alumen), o pôvode ktorého sú rôzne názory na základe svedectiev rôznych autorov, siahajúcich až do staroveku.

A. M. Vasiliev, poukazujúc na nejasný pôvod tohto slova, cituje názor istého Isidora (zrejme Izidora zo Sevilly, biskupa, ktorý žil v rokoch 560 - 636, encyklopedistu, ktorý sa zaoberal najmä etymologickým výskumom): „Alumen je nazývaný lúmen, teda ako dáva lúmen (svetlo, jas) farbám, keď sa pridáva počas farbenia.“ Toto vysvetlenie, hoci je veľmi staré, však nedokazuje, že slovo alumen má presne takýto pôvod. Tu je dosť pravdepodobná len náhodná tautológia. Lemery (1716) zasa poukazuje na to, že slovo alumen súvisí s gréčtinou (halmi), čo znamená slanosť, soľanka, soľanka atď.

Ruské názvy hliníka v prvých desaťročiach 19. storočia. dosť rôznorodé. Každý z autorov kníh o chémii tohto obdobia sa zjavne snažil navrhnúť svoj vlastný názov. Zacharov teda nazýva hliník alumina (1810), Giese - hliník (1813), Strakhov - kamenec (1825), Iovsky - hlina, Shcheglov - alumina (1830). V obchode Dvigubsky's Store (1822 - 1830) sa oxid hlinitý nazýva oxid hlinitý, oxid hlinitý, oxid hlinitý (napríklad oxid hlinitý kyseliny fosforečnej) a kov sa nazýva hliník a hliník (1824). Hess v prvom vydaní „Základy čistej chémie“ (1831) používa názov alumina (hliník) av piatom vydaní (1840) - íl. Názvy pre soli však tvorí na základe výrazu oxid hlinitý, napríklad síran hlinitý. Mendelejev v prvom vydaní „Základy chémie“ (1871) používa názvy hliník a íl.V ďalších vydaniach sa slovo hlina už nevyskytuje.

Ako najľahší a najťažnejší kov má široké využitie. Je odolný voči korózii, má vysokú elektrickú vodivosť a ľahko odoláva náhlym teplotným výkyvom. Ďalšou vlastnosťou je, že pri kontakte so vzduchom sa na jeho povrchu objaví špeciálny film, ktorý chráni kov.

Všetky tieto, ale aj ďalšie funkcie prispeli k jeho aktívnemu využívaniu. Pozrime sa teda podrobnejšie na využitie hliníka.

Tento konštrukčný kov je široko používaný. Najmä s jeho používaním začala svoju prácu výroba lietadiel, raketová veda, potravinársky priemysel a výroba riadu. Hliník vďaka svojim vlastnostiam umožňuje lepšiu manévrovateľnosť lodí vďaka nižšej hmotnosti.

Hliníkové konštrukcie sú v priemere o 50 % ľahšie ako podobné výrobky z ocele.

Samostatne stojí za zmienku schopnosť kovu viesť prúd. Táto funkcia mu umožnila stať sa jeho hlavným konkurentom. Aktívne sa používa pri výrobe mikroobvodov a vo všeobecnosti v oblasti mikroelektroniky.

Medzi najobľúbenejšie oblasti použitia patria:

Výroba lietadiel: čerpadlá, motory, kryty a iné prvky;
Raketová veda: ako horľavý komponent pre raketové palivo;
Stavba lodí: trupy a palubné nadstavby;
Elektronika: vodiče, káble, usmerňovače;
Výroba obrany: guľomety, tanky, lietadlá, rôzne zariadenia;
Konštrukcia: schody, rámy, povrchová úprava;
Železničná oblasť: nádrže na ropné produkty, diely, rámy pre autá;
Automobilový priemysel: nárazníky, chladiče;
Domácnosť: fólie, riad, zrkadlá, malé spotrebiče;

Jeho široká distribúcia je vysvetlená výhodami kovu, ale má aj významnú nevýhodu - nízku pevnosť. Na jej minimalizáciu sa do kovu pridáva aj horčík.

Ako ste už pochopili, hliník a jeho zlúčeniny sa používajú hlavne v elektrotechnike (a jednoducho technológii), každodennom živote, priemysle, strojárstve a letectve. Teraz si povieme niečo o použití hliníkového kovu v stavebníctve.

Toto video vám povie o použití hliníka a jeho zliatin:

Použitie v stavebníctve

Využitie hliníka ľuďmi v oblasti stavebníctva je determinované jeho odolnosťou voči korózii. To umožňuje z neho vyrábať konštrukcie, ktoré sa plánujú používať v agresívnom prostredí, ako aj vonku.

Strešné materiály

Hliník sa aktívne používa na. Tento plošný materiál má okrem dobrých dekoratívnych, nosných a uzatváracích vlastností aj prijateľnú cenu v porovnaní s inými strešnými krytinami. Takáto strecha navyše nevyžaduje preventívnu kontrolu ani opravu a jej životnosť presahuje mnohé existujúce materiály.

Pridaním iných kovov k čistému hliníku môžete získať absolútne akékoľvek dekoratívne prvky. Táto strešná krytina vám umožňuje mať širokú škálu farieb, ktoré dokonale zapadajú do celkového štýlu.

Okenné krídla

Hliník nájdete medzi lampášmi a okennými rámami. Ak sa použije na podobný účel, ukáže sa, že ide o nespoľahlivý materiál s krátkou životnosťou.

Oceľ sa rýchlo pokryje koróziou, bude mať veľkú väzbovú hmotnosť a bude sa nepohodlne otvárať. Na druhej strane hliníkové konštrukcie takéto nevýhody nemajú.

Video nižšie vám povie o vlastnostiach a použití hliníka:

Nástenné panely

Hliníkové panely sú vyrobené zo zliatin tohto kovu a používajú sa na vonkajšiu výzdobu domov. Môžu mať formu obyčajných lisovaných plechov alebo hotových obkladových panelov pozostávajúcich z plechov, izolácie a obkladu. V každom prípade udržujú teplo vo vnútri domu čo najviac a vzhľadom na nízku hmotnosť nenesú zaťaženie základov.

Každý chemický prvok možno posudzovať z hľadiska troch vied: fyziky, chémie a biológie. A v tomto článku sa pokúsime čo najpresnejšie charakterizovať hliník. Ide o chemický prvok nachádzajúci sa v tretej skupine a tretej perióde podľa periodickej tabuľky. Hliník je kov, ktorý má priemernú chemickú reaktivitu. V jeho zlúčeninách možno pozorovať aj amfotérne vlastnosti. Atómová hmotnosť hliníka je dvadsaťšesť gramov na mól.

Fyzikálne vlastnosti hliníka

Za normálnych podmienok je pevná. Vzorec hliníka je veľmi jednoduchý. Pozostáva z atómov (nespojených do molekúl), ktoré sú pomocou kryštálovej mriežky usporiadané do pevnej látky. Farba hliníka je strieborno-biela. Navyše má kovový lesk, ako všetky ostatné látky z tejto skupiny. Farba hliníka používaného v priemysle sa môže líšiť v dôsledku prítomnosti nečistôt v zliatine. Ide o pomerne ľahký kov.

Jeho hustota je 2,7 g/cm3, to znamená, že je približne trikrát ľahší ako železo. V tomto môže byť iba horší ako horčík, ktorý je ešte ľahší ako príslušný kov. Tvrdosť hliníka je pomerne nízka. V ňom je nižšia ako väčšina kovov. Tvrdosť hliníka je len dva.Pre jeho spevnenie sa preto do zliatin na báze tohto kovu pridávajú tvrdšie.

Hliník sa topí pri teplote iba 660 stupňov Celzia. A vrie pri zahriatí na teplotu dvetisíc štyristopäťdesiatdva stupňov Celzia. Je to veľmi ťažný a taviteľný kov. Fyzikálne vlastnosti hliníka tu nekončia. Chcel by som tiež poznamenať, že tento kov má najlepšiu elektrickú vodivosť po medi a striebre.

Prevalencia v prírode

Hliník, ktorého technické vlastnosti sme práve preskúmali, je v životnom prostredí celkom bežný. Dá sa pozorovať v zložení mnohých minerálov. Prvok hliník je štvrtým najrozšírenejším prvkom v prírode. V zemskej kôre je takmer deväť percent. Hlavnými minerálmi obsahujúcimi jeho atómy sú bauxit, korund a kryolit. Prvým je hornina, ktorá pozostáva z oxidov železa, kremíka a príslušného kovu a v štruktúre sú prítomné aj molekuly vody. Má heterogénnu farbu: fragmenty šedej, červenohnedej a iných farieb, ktoré závisia od prítomnosti rôznych nečistôt. Od tridsiatich do šesťdesiatich percent tejto horniny je hliník, ktorého fotografiu môžete vidieť vyššie. Okrem toho je korund v prírode veľmi bežným minerálom.

Toto je oxid hlinitý. Jeho chemický vzorec je Al2O3. Môže byť červená, žltá, modrá alebo hnedá. Jeho tvrdosť na Mohsovej stupnici je deväť. Medzi odrody korundu patria známe zafíry a rubíny, leukozafíry, ako aj padparadscha (žltý zafír).

Kryolit je minerál so zložitejším chemickým vzorcom. Skladá sa z fluoridov hliníka a sodíka – AlF3.3NaF. Vyzerá ako bezfarebný alebo sivastý kameň s nízkou tvrdosťou iba tri na Mohsovej stupnici. V modernom svete sa syntetizuje umelo v laboratórnych podmienkach. Používa sa v metalurgii.

Hliník možno v prírode nájsť aj v íloch, ktorých hlavnými zložkami sú oxidy kremíka a príslušný kov spojený s molekulami vody. Okrem toho možno tento chemický prvok pozorovať v zložení nefelínov, ktorých chemický vzorec je nasledujúci: KNa34.

Potvrdenie

Medzi vlastnosti hliníka patrí zváženie spôsobov jeho syntézy. Spôsobov je viacero. Výroba hliníka pomocou prvej metódy prebieha v troch etapách. Posledným z nich je elektrolýza na katóde a uhlíkovej anóde. Na uskutočnenie takéhoto procesu je potrebný oxid hlinitý, ako aj pomocné látky, ako je kryolit (vzorec - Na3AlF6) a fluorid vápenatý (CaF2). Aby došlo k procesu rozkladu oxidu hlinitého rozpusteného vo vode, je potrebné ho spolu s roztaveným kryolitom a fluoridom vápenatým zahriať na teplotu najmenej deväťstopäťdesiat stupňov Celzia a následne prejsť prúdom osemdesiattisíc ampérov a napätie päť cez tieto látky.osem voltov. Výsledkom tohto procesu je, že hliník sa usadzuje na katóde a molekuly kyslíka sa hromadia na anóde, ktoré následne oxidujú anódu a premieňajú ju na oxid uhličitý. Pred touto procedúrou sa bauxit, vo forme ktorého sa ťaží oxid hlinitý, najskôr očistí od nečistôt a tiež prejde procesom dehydratácie.

Výroba hliníka vyššie opísaným spôsobom je v metalurgii veľmi bežná. Existuje aj metóda, ktorú v roku 1827 vynašiel F. Wöhler. Spočíva v tom, že hliník možno extrahovať chemickou reakciou medzi jeho chloridom a draslíkom. Takýto proces je možné uskutočniť len vytvorením špeciálnych podmienok vo forme veľmi vysokej teploty a vákua. Takže z jedného mólu chloridu a rovnakého objemu draslíka možno získať jeden mól hliníka a tri móly ako vedľajší produkt. Túto reakciu možno zapísať vo forme nasledujúcej rovnice: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Táto metóda si v metalurgii nezískala veľkú popularitu.

Charakteristika hliníka z chemického hľadiska

Ako bolo uvedené vyššie, ide o jednoduchú látku, ktorá pozostáva z atómov, ktoré nie sú spojené do molekúl. Takmer všetky kovy tvoria podobné štruktúry. Hliník má pomerne vysokú chemickú aktivitu a silné redukčné vlastnosti. Chemická charakterizácia hliníka začne popisom jeho reakcií s inými jednoduchými látkami a následne budú opísané interakcie s komplexnými anorganickými zlúčeninami.

Hliník a jednoduché látky

Medzi ne patrí predovšetkým kyslík - najbežnejšia zlúčenina na planéte. Pozostáva z nej 21 percent zemskej atmosféry. Reakcia danej látky s akoukoľvek inou sa nazýva oxidácia alebo spaľovanie. Zvyčajne sa vyskytuje pri vysokých teplotách. Ale v prípade hliníka je za normálnych podmienok možná oxidácia – tak vzniká oxidový film. Ak sa tento kov rozdrví, bude horieť, pričom sa uvoľní veľké množstvo energie vo forme tepla. Na uskutočnenie reakcie medzi hliníkom a kyslíkom sú tieto zložky potrebné v molárnom pomere 4:3, výsledkom čoho sú dve časti oxidu.

Táto chemická interakcia je vyjadrená vo forme nasledujúcej rovnice: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Možné sú aj reakcie hliníka s halogénmi, ktoré zahŕňajú fluór, jód, bróm a chlór. Názvy týchto procesov pochádzajú z názvov zodpovedajúcich halogénov: fluorácia, jodácia, bromácia a chlorácia. Toto sú typické adičné reakcie.

Ako príklad uvažujme interakciu hliníka s chlórom. Tento druh procesu sa môže vyskytnúť iba v chlade.

Takže ak vezmeme dva móly hliníka a tri móly chlóru, výsledkom sú dva móly chloridu príslušného kovu. Rovnica pre túto reakciu je nasledovná: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Rovnakým spôsobom môžete získať fluorid hlinitý, jeho bromid a jodid.

Príslušná látka reaguje so sírou iba pri zahrievaní. Ak chcete uskutočniť reakciu medzi týmito dvoma zlúčeninami, musíte ich vziať v molárnych pomeroch dva až tri a vytvorí sa jedna časť sulfidu hlinitého. Reakčná rovnica vyzerá takto: 2Al + 3S = Al2S3.

Okrem toho hliník pri vysokých teplotách reaguje s uhlíkom za vzniku karbidu a s dusíkom za vzniku nitridu. Ako príklad možno uviesť nasledujúce rovnice chemických reakcií: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Interakcia s komplexnými látkami

Patria sem voda, soli, kyseliny, zásady, oxidy. Hliník reaguje so všetkými týmito chemickými zlúčeninami odlišne. Pozrime sa bližšie na každý prípad.

Reakcia s vodou

Hliník pri zahrievaní reaguje s najbežnejšou komplexnou látkou na Zemi. Stáva sa to iba vtedy, ak sa najskôr odstráni oxidový film. V dôsledku interakcie vzniká amfotérny hydroxid a do ovzdušia sa uvoľňuje aj vodík. Ak vezmeme dva diely hliníka a šesť dielov vody, dostaneme hydroxid a vodík v molárnych pomeroch dva až tri. Rovnica pre túto reakciu je napísaná takto: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Interakcia s kyselinami, zásadami a oxidmi

Rovnako ako iné aktívne kovy, aj hliník je schopný podstúpiť substitučné reakcie. Pritom môže vytesniť vodík z kyseliny alebo katión pasívnejšieho kovu zo svojej soli. V dôsledku takýchto interakcií vzniká hlinitá soľ a tiež sa uvoľňuje vodík (v prípade kyseliny) alebo sa vyzráža čistý kov (menej aktívny ako ten, o ktorý ide). V druhom prípade sa objavia regeneračné vlastnosti uvedené vyššie. Príkladom je interakcia hliníka, s ktorou vzniká chlorid hlinitý a vodík sa uvoľňuje do ovzdušia. Tento druh reakcie je vyjadrený vo forme nasledujúcej rovnice: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Príkladom interakcie hliníka so soľou je jeho reakcia s Ak vezmeme tieto dve zložky, v konečnom dôsledku získame čistú meď, ktorá sa vyzráža. Hliník reaguje jedinečným spôsobom s kyselinami ako je sírová a dusičná. Napríklad, keď sa hliník pridá k zriedenému roztoku dusičnanovej kyseliny v molárnom pomere osem dielov ku tridsiatim, vytvorí sa osem dielov dusičnanu príslušného kovu, tri diely oxidu dusnatého a pätnásť vody. Rovnica pre túto reakciu je napísaná takto: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Tento proces prebieha iba v prítomnosti vysokej teploty.

Ak zmiešame hliník a slabý roztok síranovej kyseliny v molárnych pomeroch dva až tri, získame síran príslušného kovu a vodík v pomere jedna ku trom. To znamená, že dôjde k bežnej substitučnej reakcii, ako je to v prípade iných kyselín. Pre názornosť uvádzame rovnicu: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. S koncentrovaným roztokom tej istej kyseliny je však všetko komplikovanejšie. Tu, rovnako ako v prípade dusičnanov, vzniká vedľajší produkt, nie však vo forme oxidu, ale vo forme síry a vody. Ak vezmeme dve zložky, ktoré potrebujeme, v molárnom pomere dva ku štyrom, výsledkom bude jedna časť soli príslušného kovu a síry, ako aj štyri časti vody. Túto chemickú interakciu možno vyjadriť pomocou nasledujúcej rovnice: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Okrem toho je hliník schopný reagovať s alkalickými roztokmi. Na uskutočnenie takejto chemickej interakcie musíte vziať dva móly príslušného kovu, rovnaké množstvo draslíka a tiež šesť mólov vody. V dôsledku toho vznikajú látky ako tetrahydroxyaluminát sodný alebo draselný a tiež vodík, ktorý sa uvoľňuje vo forme plynu s prenikavým zápachom v molárnych pomeroch dva až tri. Táto chemická reakcia môže byť vyjadrená vo forme nasledujúcej rovnice: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

A posledná vec, ktorú je potrebné zvážiť, sú vzorce interakcie hliníka s určitými oxidmi. Najbežnejším a najpoužívanejším prípadom je Beketovova reakcia. Rovnako ako mnohé iné vyššie uvedené sa vyskytuje iba pri vysokých teplotách. Takže, aby ste to implementovali, musíte vziať dva móly hliníka a jeden mól oxidu železitého. V dôsledku interakcie týchto dvoch látok získame oxid hlinitý a voľné železo v množstve jeden a dva móly.

Použitie predmetného kovu v priemysle

Všimnite si, že použitie hliníka je veľmi bežný jav. V prvom rade to potrebuje letecký priemysel. Spolu s tým sa používajú aj zliatiny na báze príslušného kovu. Dá sa povedať, že priemerné lietadlo pozostáva z 50% hliníkových zliatin a jeho motor - 25%. Hliník sa tiež používa pri výrobe drôtov a káblov vďaka svojej vynikajúcej elektrickej vodivosti. Okrem toho sa tento kov a jeho zliatiny široko používajú v automobilovom priemysle. Z týchto materiálov sa vyrábajú karosérie áut, autobusov, trolejbusov, niektorých električiek, ale aj konvenčných a elektrických vozňov.

Používa sa aj na menšie účely, napríklad na výrobu obalov na potraviny a iné výrobky a riad. Na výrobu striebornej farby potrebujete prášok príslušného kovu. Táto farba je potrebná na ochranu železa pred koróziou. Dá sa povedať, že hliník je po železe druhým najpoužívanejším kovom v priemysle. Jeho zlúčeniny a samotné sa často používajú v chemickom priemysle. Vysvetľujú to špeciálne chemické vlastnosti hliníka, vrátane jeho redukčných vlastností a amfotérnych vlastností jeho zlúčenín. Hydroxid príslušného chemického prvku je potrebný na čistenie vody. Okrem toho sa používa v medicíne v procese výroby vakcín. Možno ho nájsť aj v niektorých druhoch plastov a iných materiáloch.

Úloha v prírode

Ako už bolo napísané vyššie, hliník sa vo veľkom množstve nachádza v zemskej kôre. Je to dôležité najmä pre živé organizmy. Hliník sa podieľa na regulácii rastových procesov, tvorí spojivové tkanivá ako kosť, väzivo a iné. Vďaka tomuto mikroelementu sa procesy regenerácie telesných tkanív uskutočňujú rýchlejšie. Jeho nedostatok sa prejavuje nasledovnými príznakmi: zhoršený vývoj a rast u detí, u dospelých chronická únava, znížená výkonnosť, zhoršená koordinácia pohybov, znížená rýchlosť regenerácie tkanív, ochabnutie svalstva, najmä končatín. Tento jav sa môže vyskytnúť, ak budete jesť príliš málo potravín obsahujúcich tento mikroelement.

Častejším problémom je však nadbytok hliníka v tele. V tomto prípade sa často pozorujú tieto príznaky: nervozita, depresia, poruchy spánku, znížená pamäť, odolnosť voči stresu, mäknutie pohybového aparátu, čo môže viesť k častým zlomeninám a vyvrtnutiam. Pri dlhodobom nadbytku hliníka v tele často vznikajú problémy vo fungovaní takmer každého orgánového systému.

K tomuto javu môže viesť niekoľko dôvodov. Po prvé, vedci už dávno dokázali, že nádoby vyrobené z predmetného kovu nie sú vhodné na varenie jedla v nich, pretože pri vysokých teplotách sa časť hliníka dostane do jedla a v dôsledku toho spotrebujete oveľa viac tohto mikroprvku ako telo potrebuje.

Druhým dôvodom je pravidelné používanie kozmetických prípravkov s obsahom predmetného kovu alebo jeho solí. Pred použitím akéhokoľvek produktu by ste si mali pozorne prečítať jeho zloženie. Kozmetika nie je výnimkou.

Tretím dôvodom je dlhodobé užívanie liekov, ktoré obsahujú veľa hliníka. Rovnako ako nesprávne používanie vitamínov a potravinárskych prísad, ktoré obsahujú tento mikroelement.

Teraz poďme zistiť, aké produkty obsahujú hliník, aby ste regulovali stravu a správne usporiadali svoje menu. V prvom rade ide o mrkvu, tavené syry, pšenicu, kamenec, zemiaky. Z ovocia sa odporúča avokádo a broskyne. Okrem toho biela kapusta, ryža a mnohé liečivé bylinky sú bohaté na hliník. V pitnej vode môžu byť obsiahnuté aj katióny príslušného kovu. Aby ste sa vyhli vysokej alebo nízkej hladine hliníka v tele (rovnako ako akýmkoľvek iným stopovým prvkom), musíte starostlivo sledovať svoju stravu a snažiť sa, aby bola čo najvyváženejšia.

V zemskej kôre je veľa hliníka: 8,6 % hmotnosti. Je na prvom mieste medzi všetkými kovmi a na treťom mieste medzi ostatnými prvkami (po kyslíku a kremíku). Hliníka je dvakrát toľko ako železa a 350-krát viac ako medi, zinku, chrómu, cínu a olova dohromady! Ako napísal pred viac ako 100 rokmi vo svojej klasickej učebnici Základy chémie D.I. Mendelejev, zo všetkých kovov je „hliník v prírode najbežnejší; Stačí zdôrazniť, že je súčasťou hliny, aby bolo jasné univerzálne rozloženie hliníka v zemskej kôre. Hliník alebo kamencový kov (alumen) sa tiež nazýva íl, pretože sa nachádza v hline.“

Najdôležitejším minerálom hliníka je bauxit, zmes zásaditého oxidu AlO(OH) a hydroxidu Al(OH) 3. Najväčšie ložiská bauxitu sa nachádzajú v Austrálii, Brazílii, Guinei a na Jamajke; priemyselná výroba sa vykonáva aj v iných krajinách. Alunit (kameň kamenca) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 a nefelín (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 sú tiež bohaté na hliník. Celkovo je známych viac ako 250 minerálov, ktoré obsahujú hliník; väčšina z nich sú hlinitokremičitany, z ktorých sa tvorí hlavne zemská kôra. Pri zvetrávaní vzniká hlina, ktorej základom je minerál kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Nečistoty železa zvyčajne farbia hlinu do hneda, ale existuje aj biely íl – kaolín, ktorý sa používa na výrobu porcelánové a kameninové výrobky.

Občas sa nájde výnimočne tvrdý (po diamante druhý) minerálny korund - kryštalický oxid Al 2 O 3, často zafarbený nečistotami v rôznych farbách. Jeho modrá odroda (prímes titánu a železa) sa nazýva zafír, červená (prímes chrómu) sa nazýva rubín. Rôzne nečistoty môžu zafarbiť aj takzvaný ušľachtilý korund na zelenú, žltú, oranžovú, fialovú a iné farby a odtiene.

Až donedávna sa verilo, že hliník ako vysoko aktívny kov sa nemôže v prírode vyskytovať vo voľnom stave, ale v roku 1978 bol v horninách Sibírskej plošiny objavený prírodný hliník - iba vo forme vláknitých kryštálov. 0,5 mm dlhé (s hrúbkou závitu niekoľko mikrometrov). Natívny hliník bol objavený aj v mesačnej pôde privezenej na Zem z oblastí morí krízy a hojnosti. Predpokladá sa, že kovový hliník môže byť vytvorený kondenzáciou z plynu. Je známe, že pri zahrievaní halogenidov hliníka - chlorid, bromid, fluorid - sa môžu s väčšou alebo menšou ľahkosťou odparovať (napríklad AlCl 3 sublimuje už pri 180 °C). Pri silnom zvýšení teploty sa halogenidy hliníka rozkladajú a prechádzajú do stavu s nižšou valenciou kovu, napríklad AlCl. Keď takáto zlúčenina kondenzuje pri znížení teploty a absencii kyslíka, dochádza v tuhej fáze k disproporcionačnej reakcii: časť atómov hliníka sa oxiduje a prechádza do obvyklého trojmocného stavu a časť sa redukuje. Monivalentný hliník možno redukovať iba na kov: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Tento predpoklad podporuje aj niťovitý tvar kryštálov natívneho hliníka. Kryštály tejto štruktúry sa zvyčajne tvoria v dôsledku rýchleho rastu z plynnej fázy. Je pravdepodobné, že mikroskopické hliníkové nugety v lunárnej pôde vznikli podobným spôsobom.

Názov hliník pochádza z latinského alumen (rod aluminis). Tak sa nazýval kamenec, podvojný draselno-hlinitý síran KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), ktorý sa používal ako moridlo na farbenie látok. Latinský názov pravdepodobne pochádza z gréckeho „halme“ - soľanka, soľný roztok. Je zvláštne, že v Anglicku je hliník hliník a v USA je to hliník.

V mnohých populárnych knihách o chémii je legenda, že istý vynálezca, ktorého meno sa históriou nezachovalo, priniesol cisárovi Tiberiovi, ktorý vládol Rímu v rokoch 14–27 n. l., misku vyrobenú z kovu pripomínajúceho farbu striebra, ale ľahší. Tento dar stál majstra život: Tiberius nariadil jeho popravu a zničenie dielne, pretože sa bál, že nový kov by mohol znehodnotiť hodnotu striebra v cisárskej pokladnici.

Táto legenda je založená na príbehu Plínia staršieho, rímskeho spisovateľa a učenca, autora Prírodná história– encyklopédia prírodovedných poznatkov staroveku. Podľa Plínia bol nový kov získaný z „ílovej zeme“. Ale hlina obsahuje hliník.

Moderní autori si takmer vždy vyhradzujú, že celý tento príbeh nie je ničím iným ako krásnou rozprávkou. A to nie je prekvapujúce: hliník v horninách je mimoriadne pevne viazaný na kyslík a na jeho uvoľnenie je potrebné vynaložiť veľa energie. Nedávno sa však objavili nové údaje o základnej možnosti získania kovového hliníka v staroveku. Ako ukázala spektrálna analýza, dekorácie na hrobke čínskeho veliteľa Zhou-Zhu, ktorý zomrel na začiatku 3. storočia. AD, sú vyrobené zo zliatiny pozostávajúcej z 85% hliníka. Mohli starovekí ľudia získať voľný hliník? Všetky známe metódy (elektrolýza, redukcia kovovým sodíkom alebo draslíkom) sú automaticky eliminované. Dalo by sa v staroveku nájsť prírodný hliník, ako napríklad hrudky zlata, striebra a medi? To je tiež vylúčené: prírodný hliník je vzácny minerál, ktorý sa nachádza v zanedbateľných množstvách, takže starí remeselníci nemohli nájsť a zozbierať takéto nugety v požadovanom množstve.

Je však možné aj iné vysvetlenie Plíniovho príbehu. Hliník sa dá z rúd získať nielen pomocou elektriny a alkalických kovov. Od staroveku je dostupné a široko používané redukčné činidlo - uhlie, pomocou ktorého sa oxidy mnohých kovov pri zahrievaní redukujú na voľné kovy. Koncom 70. rokov sa nemeckí chemici rozhodli otestovať, či sa hliník dal v staroveku vyrábať redukciou uhlím. Zmes hliny s uhoľným práškom a kuchynskou soľou alebo potašom (uhličitan draselný) zohrievali v hlinenom tégliku do červeného tepla. Soľ sa získavala z morskej vody a potaš z popola rastlín, aby sa použili len tie látky a metódy, ktoré boli dostupné v staroveku. Po určitom čase vyplávala na povrch téglika troska s hliníkovými guličkami! Výťažnosť kovu bola malá, ale je možné, že práve týmto spôsobom mohli starovekí metalurgovia získať „kov 20. storočia“.

Vlastnosti hliníka.

Farba čistého hliníka pripomína striebro, je to veľmi ľahký kov: jeho hustota je len 2,7 g/cm 3 . Jedinými kovmi ľahšími ako hliník sú alkalické kovy a kovy alkalických zemín (okrem bária), berýlium a horčík. Hliník sa tiež ľahko topí - pri 600 ° C (tenký hliníkový drôt možno roztaviť na bežnom kuchynskom horáku), ale vrie iba pri 2452 ° C. Z hľadiska elektrickej vodivosti je hliník na 4. mieste, hneď za striebrom (ten je na prvom mieste), meď a zlato, čo má vzhľadom na lacnosť hliníka veľký praktický význam. Tepelná vodivosť kovov sa mení v rovnakom poradí. Vysokú tepelnú vodivosť hliníka si ľahko overíte ponorením hliníkovej lyžičky do horúceho čaju. A ešte jedna pozoruhodná vlastnosť tohto kovu: jeho hladký, lesklý povrch dokonale odráža svetlo: od 80 do 93 % vo viditeľnej oblasti spektra, v závislosti od vlnovej dĺžky. V ultrafialovej oblasti sa hliník v tomto ohľade nevyrovná a iba v červenej oblasti je o niečo horší ako striebro (v ultrafialovej oblasti má striebro veľmi nízku odrazivosť).

Čistý hliník je pomerne mäkký kov - takmer trikrát mäkší ako meď, takže aj pomerne hrubé hliníkové dosky a tyče sa dajú ľahko ohýbať, ale keď hliník tvorí zliatiny (je ich obrovské množstvo), jeho tvrdosť sa môže zdesaťnásobiť.

Charakteristický oxidačný stav hliníka je +3, ale kvôli prítomnosti nenaplnených 3 R- a 3 d-orbitály, atómy hliníka môžu vytvárať ďalšie väzby donor-akceptor. Preto je ión Al 3+ s malým polomerom veľmi náchylný na tvorbu komplexov, tvoriacich rôzne katiónové a aniónové komplexy: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – a mnohé ďalšie. Sú známe aj komplexy s organickými zlúčeninami.

Chemická aktivita hliníka je veľmi vysoká; v sérii elektródových potenciálov stojí bezprostredne za horčíkom. Na prvý pohľad sa takéto tvrdenie môže zdať zvláštne: hliníková panvica alebo lyžica je predsa na vzduchu celkom stabilná a vo vriacej vode sa nezrúti. Hliník na rozdiel od železa nehrdzavie. Ukazuje sa, že keď je kov vystavený vzduchu, je pokrytý bezfarebným, tenkým, ale odolným „brnením“ oxidu, ktorý chráni kov pred oxidáciou. Ak teda do plameňa horáka vložíte hrubý hliníkový drôt alebo platňu s hrúbkou 0,5–1 mm, kov sa roztopí, ale hliník netečie, pretože zostáva vo vrecku oxidu. Ak hliník zbavíte ochranného filmu alebo ho uvoľníte (napríklad ponorením do roztoku ortuťových solí), hliník okamžite odhalí svoju pravú podstatu: už pri izbovej teplote začne prudko reagovať s vodou a uvoľňuje vodík : 2Al + 6H20® 2Al(OH)3 + 3H2. Na vzduchu sa hliník zbavený ochranného filmu priamo pred našimi očami mení na sypký oxidový prášok: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Hliník je obzvlášť aktívny v jemne drvenom stave; Pri fúkaní do plameňa sa hliníkový prach okamžite spáli. Ak na keramickej platni zmiešate hliníkový prach s peroxidom sodným a kvapnete na zmes vodu, hliník sa tiež rozhorí a horí bielym plameňom.

Veľmi vysoká afinita hliníka ku kyslíku mu umožňuje „odoberať“ kyslík z oxidov množstva iných kovov a redukovať ich (aluminotermická metóda). Najznámejším príkladom je termitová zmes, ktorá pri spaľovaní uvoľňuje toľko tepla, že sa výsledné železo roztaví: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Túto reakciu objavil v roku 1856 N. N. Beketov. Týmto spôsobom je možné redukovať Fe203, CoO, NiO, MoO3, V205, Sn02, CuO a množstvo ďalších oxidov na kovy. Pri redukcii Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 hliníkom nestačí reakčné teplo na zahriatie reakčných produktov nad ich teplotu topenia.

Hliník sa ľahko rozpúšťa v zriedených minerálnych kyselinách za vzniku solí. Koncentrovaná kyselina dusičná, oxidujúca povrch hliníka, podporuje zhrubnutie a spevnenie oxidového filmu (tzv. pasiváciu kovu). Takto upravený hliník nereaguje ani s kyselinou chlorovodíkovou. Pomocou elektrochemickej anodickej oxidácie (eloxovania) možno na povrchu hliníka vytvoriť hrubý film, ktorý sa dá jednoducho natrieť rôznymi farbami.

Vytesňovaniu menej aktívnych kovov hliníkom z roztokov solí často bráni ochranný film na povrchu hliníka. Tento film je rýchlo zničený chloridom meďnatým, takže ľahko prebieha reakcia 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu, ktorá je sprevádzaná silným zahriatím. V silných alkalických roztokoch sa hliník ľahko rozpúšťa za uvoľňovania vodíka: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (vznikajú aj iné aniónové hydroxokomplexy). Amfotérny charakter zlúčenín hliníka sa prejavuje aj v ľahkom rozpúšťaní jeho čerstvo vyzrážaného oxidu a hydroxidu v zásadách. Kryštalický oxid (korund) je veľmi odolný voči kyselinám a zásadám. Pri tavení s alkáliami vznikajú bezvodé hlinitany: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Hlinitan horečnatý Mg(AlO 2) 2 je polodrahokam spinel, zvyčajne farbený nečistotami v širokej škále farieb .

Reakcia hliníka s halogénmi prebieha rýchlo. Ak sa do skúmavky s 1 ml brómu zavedie tenký hliníkový drôt, potom sa hliník po krátkom čase zapáli a horí jasným plameňom. Reakcia zmesi hliníkového a jódového prášku je iniciovaná kvapkou vody (voda s jódom vytvára kyselinu, ktorá ničí oxidový film), po ktorej sa objaví jasný plameň s oblakmi fialovej jódovej pary. Halogenidy hliníka vo vodných roztokoch majú kyslú reakciu v dôsledku hydrolýzy: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Reakcia hliníka s dusíkom nastáva iba nad 800 ° C za vzniku nitridu AlN, so sírou - pri 200 ° C (tvorí sa sulfid Al 2 S 3), s fosforom - pri 500 ° C (tvorí sa fosfid AlP). Pri pridávaní bóru do roztaveného hliníka vznikajú boridy zloženia AlB 2 a AlB 12 - žiaruvzdorné zlúčeniny odolné voči kyselinám. Hydrid (AlH) x (x = 1,2) vzniká len vo vákuu pri nízkych teplotách pri reakcii atómového vodíka s parami hliníka. AlH3 hydrid, stabilný v neprítomnosti vlhkosti pri teplote miestnosti, sa získa v roztoku bezvodého éteru: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. S nadbytkom LiH vzniká soli podobný lítiumalumíniumhydrid LiAlH 4 - veľmi silné redukčné činidlo používané v organických syntézach. Okamžite sa rozkladá vodou: LiAlH4 + 4H20® LiOH + Al(OH)3 + 4H2.

Výroba hliníka.

K zdokumentovanému objavu hliníka došlo v roku 1825. Prvýkrát tento kov získal dánsky fyzik Hans Christian Oersted, keď ho izoloval pôsobením amalgámu draselného na bezvodý chlorid hlinitý (získaný prechodom chlóru cez horúcu zmes oxidu hlinitého a uhlia ). Po oddestilovaní ortuti získal Oersted hliník, hoci bol kontaminovaný nečistotami. V roku 1827 nemecký chemik Friedrich Wöhler získal hliník v práškovej forme redukciou hexafluórhlinitanu draslíkom:

Na3AlF6 + 3K® Al + 3NaF + 3KF. Neskôr sa mu podarilo získať hliník vo forme lesklých kovových guľôčok. V roku 1854 francúzsky chemik Henri Etienne Saint-Clair Deville vyvinul prvý priemyselný spôsob výroby hliníka - redukciou taveniny tetrachlórhlinitanu sodíkom: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Hliník bol však naďalej mimoriadne vzácnym a drahým kovom; nebolo oveľa lacnejšie ako zlato a 1500-krát drahšie ako železo (teraz len trikrát). Zo zlata, hliníka a drahých kameňov vyrobili v 50. rokoch 19. storočia hrkálku pre syna francúzskeho cisára Napoleona III. Keď bol v roku 1855 na svetovej výstave v Paríži vystavený veľký ingot hliníka vyrobený novou metódou, pozeralo sa naň ako na šperk. Vrchná časť (v podobe pyramídy) Washingtonovho pamätníka v hlavnom meste USA bola vyrobená z vzácneho hliníka. Hliník vtedy nebol oveľa lacnejší ako striebro: v USA sa napríklad v roku 1856 predával za cenu 12 dolárov za libru (454 g), striebro za 15 dolárov.V 1. zväzku známej Brockhaus Encyclopedic Dictionary vydaný v roku 1890, Efron povedal, že „hliník sa stále používa predovšetkým na výrobu... luxusného tovaru“. V tom čase sa na celom svete ťažilo len 2,5 tony kovu ročne. Až koncom 19. storočia, keď bol vyvinutý elektrolytický spôsob výroby hliníka, jeho ročná produkcia začala dosahovať tisíce ton av 20. storočí. - milión ton. To premenilo hliník z polodrahého kovu na široko dostupný kov.

Moderný spôsob výroby hliníka objavil v roku 1886 mladý americký výskumník Charles Martin Hall. O chémiu sa začal zaujímať už v detstve. Keď našiel starú otcovu učebnicu chémie, začal ju usilovne študovať a robiť pokusy, raz dokonca dostal od matky pokarhanie za poškodenie obrusu. A o 10 rokov neskôr urobil výnimočný objav, ktorý ho preslávil po celom svete.

Ako študent vo veku 16 rokov Hall počul od svojho učiteľa F. F. Jewetta, že ak by niekto dokázal vyvinúť lacný spôsob výroby hliníka, nielenže by urobil veľkú službu ľudstvu, ale zarobil by aj obrovské bohatstvo. Jewett vedel, čo hovorí: predtým trénoval v Nemecku, spolupracoval s Wöhlerom a diskutoval s ním o problémoch výroby hliníka. Jewett si so sebou do Ameriky priniesol aj vzorku vzácneho kovu, ktorú ukázal svojim študentom. Hall zrazu verejne vyhlásil: "Dostanem tento kov!"

Pokračovalo šesť rokov tvrdej práce. Hall sa pokúšal získať hliník rôznymi metódami, no neúspešne. Nakoniec sa pokúsil extrahovať tento kov elektrolýzou. V tom čase ešte neexistovali elektrárne, prúd sa musel vyrábať pomocou veľkých domácich batérií z uhlia, zinku, kyseliny dusičnej a sírovej. Hall pracoval v stodole, kde si zriadil malé laboratórium. Pomohla mu jeho sestra Julia, ktorá sa veľmi zaujímala o pokusy svojho brata. Zachovala všetky jeho listy a pracovné denníky, ktoré umožňujú doslova deň čo deň sledovať históriu objavu. Tu je úryvok z jej spomienok:

„Charles mal vždy dobrú náladu a aj v tých najhorších dňoch sa dokázal zasmiať na osude nešťastných vynálezcov. V časoch zlyhania nachádzal útechu na našom starom klavíri. Vo svojom domácom laboratóriu pracoval dlhé hodiny bez prestávky; a keď mohol na chvíľu odísť z prostredia, ponáhľal sa cez náš dlhý dom, aby sa trochu pohral... Vedel som, že pri hre s takým šarmom a citom neustále myslí na svoju prácu. A hudba mu v tom pomohla.“

Najťažšie bolo vybrať elektrolyt a chrániť hliník pred oxidáciou. Po šiestich mesiacoch vyčerpávajúcej práce sa v tégliku konečne objavilo niekoľko malých strieborných guľôčok. Hall okamžite bežal za svojím bývalým učiteľom, aby mu povedal o svojom úspechu. "Pán profesor, mám to!" zvolal a natiahol ruku: v jeho dlani ležal tucet malých hliníkových guľôčok. Stalo sa tak 23. februára 1886. A presne o dva mesiace, 23. apríla toho istého roku, si Francúz Paul Héroux nechal patentovať podobný vynález, ktorý vyrobil nezávisle a takmer súčasne (zarážajúce sú aj dve ďalšie náhody: Hall aj Héroux sa narodili v roku 1863 a zomreli v roku 1914).

Teraz sú prvé hliníkové gule vyrobené Hallom uchovávané v American Aluminium Company v Pittsburghu ako národná pamiatka a na jeho vysokej škole je Hallov pamätník odliaty z hliníka. Jewett následne napísal: „Môj najdôležitejší objav bol objav človeka. Bol to Charles M. Hall, ktorý vo veku 21 rokov objavil metódu redukcie hliníka z rudy, a tak spravil z hliníka ten úžasný kov, ktorý je teraz široko používaný po celom svete.“ Jewettovo proroctvo sa naplnilo: Hall získal široké uznanie a stal sa čestným členom mnohých vedeckých spoločností. Jeho osobný život bol však neúspešný: nevesta sa nechcela vyrovnať s tým, že jej snúbenec trávi všetok čas v laboratóriu, a zrušila zásnuby. Hall našiel útechu v rodnej vysokej škole, kde pôsobil do konca života. Ako napísal Charlesov brat: „Vysoká škola bola jeho manželkou, deťmi a všetkým ostatným – celým jeho životom. Hall odkázal väčšinu svojho dedičstva vysokej škole – 5 miliónov dolárov Hall zomrel na leukémiu vo veku 51 rokov.

Hallova metóda umožnila vyrábať relatívne lacný hliník vo veľkom meradle pomocou elektriny. Ak sa od roku 1855 do roku 1890 získalo iba 200 ton hliníka, potom sa v priebehu nasledujúceho desaťročia Hallovou metódou získalo na celom svete už 28 000 ton tohto kovu! Do roku 1930 dosiahla celosvetová ročná produkcia hliníka 300 tisíc ton. Teraz sa ročne vyrobí viac ako 15 miliónov ton hliníka. V špeciálnych kúpeľoch pri teplote 960–970 °C sa podrobí roztoku oxidu hlinitého (technický Al 2 O 3) v roztavenom kryolite Na 3 AlF 6, ktorý sa čiastočne ťaží vo forme minerálu a čiastočne sa špeciálne syntetizuje. k elektrolýze. Tekutý hliník sa hromadí na dne vane (katódy), kyslík sa uvoľňuje na uhlíkových anódach, ktoré postupne horia. Pri nízkom napätí (asi 4,5 V) spotrebúvajú elektrolyzéry obrovské prúdy - až 250 000 A! Jeden elektrolyzér vyrobí asi tonu hliníka za deň. Výroba si vyžaduje veľa elektriny: na výrobu 1 tony kovu je potrebných 15 000 kilowatthodín elektriny. Toto množstvo elektriny spotrebuje veľký 150-bytový dom za celý mesiac. Výroba hliníka je nebezpečná pre životné prostredie, pretože atmosférický vzduch je znečistený prchavými zlúčeninami fluóru.

Aplikácia hliníka.

Dokonca aj D.I. Mendeleev napísal, že „kovový hliník, ktorý má veľkú ľahkosť a pevnosť a nízku variabilitu na vzduchu, je veľmi vhodný pre niektoré výrobky“. Hliník je jedným z najbežnejších a najlacnejších kovov. Je ťažké si bez nej predstaviť moderný život. Niet divu, že hliník je nazývaný kovom 20. storočia. Dobre sa hodí na spracovanie: kovanie, razenie, valcovanie, ťahanie, lisovanie. Čistý hliník je pomerne mäkký kov; Vyrábajú sa z neho elektrické vodiče, konštrukčné diely, potravinové fólie, kuchynské náčinie a „strieborné“ farby. Tento krásny a ľahký kov je široko používaný v stavebníctve a leteckej technike. Hliník veľmi dobre odráža svetlo. Preto sa používa na výrobu zrkadiel metódou nanášania kovov vo vákuu.

V letectve a strojárstve, pri výrobe stavebných konštrukcií sa používajú oveľa tvrdšie zliatiny hliníka. Jednou z najznámejších je zliatina hliníka s meďou a horčíkom (dural, alebo jednoducho „dural“; názov pochádza z nemeckého mesta Duren). Po vytvrdnutí získava táto zliatina špeciálnu tvrdosť a stáva sa približne 7-krát pevnejšou ako čistý hliník. Zároveň je takmer trikrát ľahší ako železo. Získava sa legovaním hliníka s malými prídavkami medi, horčíka, mangánu, kremíka a železa. Široko používané sú siluminy – odlievacie zliatiny hliníka a kremíka. Vyrábajú sa aj vysokopevnostné, kryogénne (mrazuvzdorné) a žiaruvzdorné zliatiny. Ochranné a dekoratívne nátery sa ľahko nanášajú na výrobky z hliníkových zliatin. Ľahkosť a pevnosť hliníkových zliatin sú užitočné najmä v leteckej technike. Napríklad rotory vrtuľníkov sú vyrobené zo zliatiny hliníka, horčíka a kremíka. Pomerne lacný hliníkový bronz (až 11% Al) má vysoké mechanické vlastnosti, je stabilný v morskej vode a dokonca aj v zriedenej kyseline chlorovodíkovej. Od roku 1926 do roku 1957 sa v ZSSR razili mince v nominálnych hodnotách 1, 2, 3 a 5 kopejok z hliníkového bronzu.

V súčasnosti sa štvrtina všetkého hliníka využíva na stavebné potreby, rovnaké množstvo spotrebuje dopravné strojárstvo, približne 17 % minie na obalové materiály a plechovky a 10 % na elektrotechniku.

Mnoho horľavých a výbušných zmesí obsahuje aj hliník. Alumotol, liata zmes trinitrotoluénu a hliníkového prášku, je jednou z najsilnejších priemyselných trhavín. Ammonal je výbušná látka pozostávajúca z dusičnanu amónneho, trinitrotoluénu a hliníkového prášku. Zápalné kompozície obsahujú hliník a oxidačné činidlo - dusičnan, chloristan. Pyrotechnické zmesi Zvezdochka obsahujú aj práškový hliník.

Zmes hliníkového prášku s oxidmi kovov (termit) sa používa na výrobu určitých kovov a zliatin, na zváranie koľajníc a v zápalnej munícii.

Hliník našiel praktické využitie aj ako raketové palivo. Na úplné spálenie 1 kg hliníka je potrebných takmer štyrikrát menej kyslíka ako na 1 kg petroleja. Okrem toho sa hliník môže oxidovať nielen voľným kyslíkom, ale aj kyslíkom viazaným, ktorý je súčasťou vody alebo oxidu uhličitého. Pri „horení“ hliníka vo vode sa na 1 kg výrobkov uvoľní 8800 kJ; to je 1,8-krát menej ako pri spaľovaní kovu v čistom kyslíku, ale 1,3-krát viac ako pri spaľovaní na vzduchu. To znamená, že namiesto nebezpečných a drahých zlúčenín možno ako okysličovadlo takéhoto paliva použiť jednoduchú vodu. Myšlienku použitia hliníka ako paliva navrhol už v roku 1924 domáci vedec a vynálezca F.A. Tsander. Podľa jeho plánu je možné ako dodatočné palivo použiť hliníkové prvky kozmickej lode. Tento odvážny projekt ešte nebol prakticky zrealizovaný, no väčšina v súčasnosti známych pevných raketových palív obsahuje kovový hliník vo forme jemného prášku. Pridanie 15% hliníka do paliva môže zvýšiť teplotu spaľovacích produktov o tisíc stupňov (z 2200 na 3200 K); Rýchlosť toku produktov spaľovania z dýzy motora sa tiež výrazne zvyšuje - hlavný energetický indikátor, ktorý určuje účinnosť raketového paliva. V tomto ohľade môžu hliníku konkurovať iba lítium, berýlium a horčík, ale všetky sú oveľa drahšie ako hliník.

Široko používané sú aj zlúčeniny hliníka. Oxid hlinitý je žiaruvzdorný a brúsny (šmirgľový) materiál, surovina na výrobu keramiky. Používa sa tiež na výrobu laserových materiálov, ložísk hodiniek a šperkových kameňov (umelé rubíny). Kalcinovaný oxid hlinitý je adsorbent na čistenie plynov a kvapalín a katalyzátor mnohých organických reakcií. Bezvodý chlorid hlinitý je katalyzátorom organickej syntézy (Friedel-Craftsova reakcia), východiskovým materiálom na výrobu vysoko čistého hliníka. Síran hlinitý sa používa na čistenie vody; pri reakcii s hydrogénuhličitanom vápenatým, ktorý obsahuje:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, tvorí oxido-hydroxidové vločky, ktoré usadzovaním zachytávajú a na povrchu aj sorbujú tie v suspendované nečistoty a dokonca aj mikroorganizmy vo vode. Okrem toho sa síran hlinitý používa ako moridlo na farbenie látok, opaľovanie kože, konzervovanie dreva a glejenie papiera. Hlinitan vápenatý je súčasťou cementových materiálov vrátane portlandského cementu. Ytriový hliníkový granát (YAG) YAlO 3 je laserový materiál. Nitrid hliníka je žiaruvzdorný materiál pre elektrické pece. Syntetické zeolity (patria medzi hlinitokremičitany) sú adsorbenty v chromatografii a katalyzátory. Organohlinité zlúčeniny (napríklad trietylhliník) sú súčasťou katalyzátorov Ziegler-Natta, ktoré sa používajú na syntézu polymérov vrátane vysokokvalitného syntetického kaučuku.

Iľja Leenson

Literatúra:

Tichonov V.N. Analytická chémia hliníka. M., "Veda", 1971
Populárna knižnica chemických prvkov. M., "Veda", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall a jeho Metal. J.Chem.Educ. 1986, roč. 63, č.7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall a Veľká hliníková revolúcia. J. Chem. Educ., 1987, zv. 64, č.8