Химический элемент Алюминий

Элемент алюминий - это мягкий, ковкий серебристо-белый металл. Алюминий получил свое название от классического латинского слова “квасцы”, что в широком переводе означает “горький”. Алюминий и его соединения обычно встречаются во многих аспектах нашей повседневной жизни. Легкий, повсеместный и недорогой алюминий является первым металлом, получившим всемирное промышленное применение с момента открытия железа.

Десять интересных фактов об алюминии
Когда алюминий был представлен миру в Париже в 1855 году, он был дороже золота.
Цена алюминия зависит от стоимости электроэнергии. Для производства одной тонны алюминия требуется в три раза больше электроэнергии, чем для производства одной тонны стали.
Алюминий примерно на треть плотнее железа или меди, что делает его идеальным для заворачивания в фольгу.
Алюминий - самый распространенный металл в земной коре.
Многие из самых драгоценных и красивых камней в мире состоят из соединений алюминия. Например, рубины представляют собой оксид алюминия со следами других элементов.
Алюминий был настолько дорог в 1860-х годах, что Наполеон III из Франции сделал из него свою личную столовую посуду.
Существование алюминия было впервые выдвинуто английским ученым сэром Хамфри Дэви в 1808 году. Однако он не смог выяснить, как его извлечь.
Алюминий устойчив к коррозии, поскольку образует тонкую, но прочную бесцветную пленку, которая защищает металл от дальнейших химических реакций.
Переработка алюминиевых изделий важна, потому что это намного экономичнее и энергоэффективнее, чем получение металла методом экстракции.
Алюминий хорошо противостоит большинству кислот, но он уязвим для щелочей (таких как аммоний и щелочь).

Алюминий в периодической таблице
Элемент алюминий, атомный символ Al, имеет атомный номер 13 и находится в группе 13 периодической таблицы (слева от кремния, ниже бора и выше галлия). Алюминий классифицируется как металл, и он относится к третьему периоду. Он имеет три валентных электрона и довольно химически активен. Таким образом, он не встречается в природе в чистом виде. Алюминий легко соединяется с большинством неметаллов.

Электроотрицательность алюминия составляет 1,61 по шкале Полинга. Его электронная конфигурация составляет 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Рядом с алюминием в периодической таблице находятся цинк, медь, никель и магний.

Элемент алюминий в наших телах
В отличие от соседних элементов натрия и магния, алюминий не является существенным. Он не требуется в качестве микроэлемента для питания человека. На самом деле, он обладает высокой биологической реактивностью и существенно токсичен.

Сплавы элемента алюминий
Алюминий образует твердые, легкие, устойчивые к коррозии сплавы. Он образует сплавы с несколькими элементами, такими как медь, цинк, магний, олово, марганец и кремний. Алюминиевые сплавы обычно делятся на две категории: литейные сплавы и кованые сплавы. Сплавы, содержащие 95% алюминия или более (по составу), обычно используются для изготовления металлических листов, пластин, фольги и химического оборудования. Сплавы, содержащие 90-95% алюминия, чаще используются в аэрокосмической промышленности, экструзии и криогенике. Алюминий имеет много подклассификаций сплавов, и это постоянная область исследований.

Дюралюминий из алюминиевого сплава по прочности не уступает мягкой стали. Он содержит приблизительно 94,3% алюминия, 4% меди, 0,5% марганца, 0,5% магния и 0,7% кремния. В дополнение к тому, что он прочнее чистого алюминия, он также более прочный, а компромисс заключается в том, что он менее устойчив к коррозии. Он часто защищен слоем чистого алюминия.

Применение алюминия в современном мире
В нашей современной экономике нет недостатка в использовании алюминия. Он широко используется в строительных материалах, оборудовании для химической обработки, электрических проводниках, самолетах и потребительских товарах. Он также используется в меньшей роли в фейерверках, ракетном топливе и изоляции.

Алюминий обладает уникальным весом, что делает его очень практичным для потребительских товаров и не только. Он весит примерно на две трети меньше, чем железо, медь, никель или цинк. Это делает его незаменимым для изготовления строительных материалов, рам транспортных средств и аэрокосмических деталей. Большинство двигателей самолетов на 90% состоят из алюминия по весу.

Алюминий также является довольно хорошим электрическим проводником. Это свойство позволило ему заменить медь и многие высоковольтные линии электропередачи. Для алюминиевых линий требуется меньше опорных башен, поскольку они намного легче. Эта электрическая проводимость также делает его практичным материалом для приготовления посуды. Когда нагреванию подвергается только одна сторона или край алюминиевой сковороды, это тепло равномерно распределяется по сковороде. Это предотвращает прилипание пищи к сковороде в определенных местах и пригорание.

Хотя алюминий действительно является прочным проводником, он также является хорошим изолятором (но не в классическом смысле). Блестящая поверхность металла довольно эффективно отражает солнечные лучи. По этой причине он также используется в серебре и зеркалах.

Когда алюминий испаряется в вакууме, он образует высокоотражающее покрытие, которое доказало свою устойчивость как к свету, так и к нагреву. В отличие от серебряных покрытий, это алюминиевое покрытие не портится. Эти покрытия используются в зеркалах телескопов, игрушках и упаковке продуктов.

Когда и как был открыт алюминий?
Гипотеза о существовании алюминия была выдвинута в 1808 году английским ученым сэром Хамфри Дэви. Однако он так и не смог доказать свою гипотезу, потому что не мог извлечь алюминий из его руды. Датский химик Ханс Кристиан Эрстед получил первый образец чистого алюминия в 1825 году. Образец был чрезвычайно мал и непригоден для проведения дальнейших экспериментов. Тем не менее, это было достаточным доказательством существования элемента. В 1845 году алюминий был выделен немецким химиком Фридрихом Велером. Он выделил его в виде порошка и был первым ученым, который распознал некоторые свойства элемента.

Где во Вселенной находится алюминий?
Алюминия в земной коре больше, чем любого другого металла. Он обычно не встречается в космосе, но считается, что алюминий-26 образуется в звездах во время их смерти. Когда звезды взрываются в результате события, известного как сверхновая, Al–26 распространяется при взрыве. Возможно, что одна единственная сверхновая ответственна за все месторождения алюминия во всей солнечной системе. Алюминий искусственного происхождения также встречается в космосе. Алюминий часто используется в качестве строительного материала для космических аппаратов. Твердотопливные ракетные ускорители также используют алюминий в качестве топлива.

Сверхновая
Химия алюминия - соединения, реакции, степени окисления, выделение
Химические свойства алюминия
Алюминий настолько химически реакционноспособен, что в чистом виде в природе его не найти. Однако при контакте с кислородом воздуха он образует защитную пленку, что затрудняет определение его реакционной способности.

Реакция алюминия с водой
Алюминий интенсивно реагирует с водой с образованием газообразного водорода. Это один из механизмов, лежащих в основе сгорания ракетного топлива.

2Al(s)+ 6H2O(l) —> 3H2 (g)+ 2Al(OH)3(s)

Соединения алюминия
Оксид алюминия – Al2O3
Оксид алюминия, также известный как оксид алюминия, встречается в природе в виде минерала корунда. Менее чистая форма соединения известна как наждак. В качестве абразивов используются как корунд, так и наждак. Чистый корунд бесцветен, но драгоценные камни сапфир и рубин представляют собой кристаллические соединения корунда, загрязненные небольшими количествами других оксидов металлов (таких как оксид титана или оксид хрома). Эти драгоценные камни могут быть искусственно изготовлены путем соединения этих веществ при чрезвычайно высоких температурах. Они неотличимы от натуральных камней, за исключением микроскопических пузырьков воздуха.

Оксид алюминия
Сульфат алюминия – Al2(SO4)3
Сульфат алюминия образуется в результате химической реакции, в которой серная кислота используется для растворения гидроксида алюминия.

2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O –> Al 2(SO4)3 18H2O

Это соединение используется для очистки воды и в качестве протравы при крашении и печати тканей. Сульфат алюминия используется для вышеупомянутых задач из-за его способности образовывать студенистый осадок гидроксида алюминия. Этот осадок образуется, когда он растворяется в слабощелочной воде. Это приводит к обратной реакции, показанной выше. Желатиновый осадок помогает удерживать краситель на одежде.

В процессе очистки воды сульфат алюминия поглощает взвешенные и растворенные примеси, которые затем оседают на дне резервуара, откуда их легче удалить.

При соединении сульфата алюминия с сульфатом калия в растворе образуются квасцы- (K) в виде кубических бесцветных кристаллов. Эти кристаллы используются для окрашивания ткани и очистки воды, а также для проклейки бумаги.

Хлорид алюминия – AlCl3
Хлорид алюминия - это безводная соль, используемая в многочисленных химических процессах. Он изготовлен путем пропускания сухого хлора или хлористого водорода над нагретым алюминием.

2Al + 3Cl2 –> 2AlCl3

2Al + 6HCl –> 2AlCl3 + 3H2

Гидроксид алюминия – Al(OH)3
Гидроксид алюминия используется в сочетании с гидроксидом магния и антацидами для облегчения расстройства желудка и дискомфорта в желудке. Несмотря на это применение, гидроксид алюминия очень токсичен и используется клинически только в очень малых дозах. Он встречается в природе в виде минерала гиббсита. Это соединение является амфотерным, что означает, что оно обладает как кислотными, так и основными свойствами.

Фосфат алюминия – AlPO4
Фосфат алюминия встречается в природе в виде минерала берлинита; однако он также имеет различные синтетические формы. Он является компонентом вакцин более 90 лет и в настоящее время демонстрирует перспективы в качестве потенциального удобрения. Он не имеет запаха, белый и кристаллический.

Нитрид алюминия – AlN
Нитрид алюминия представляет собой твердый нитрид алюминия с особенно высокой теплопроводностью. Он служит эффективным электрическим изолятором и в настоящее время исследуется в субдисциплине фотоники, известной как оптоэлектроника. Это соединение также используется в производстве стали и полупроводников.

Цитрат алюминия – AlC 6h5o7
Цитрат алюминия представляет собой кристаллическую соль белого цвета. Его получают путем смешивания лимонной кислоты с гексагидратом хлорида алюминия. Цитрат алюминия служит связующим звеном для масляных полимеров, а также содержится в антиперспирантах.

Выделение алюминия
В 1866 году американский ученый Чарльз Холл и французский ученый Поль Эрул почти одновременно открыли способ экономически эффективного превращения алюминиевой руды в пригодный для использования металлический алюминий. Этот метод известен как процесс Холла-Эрула. По сути, это двухэтапный процесс рафинирования алюминия. Бокситовая руда перерабатывается для получения оксида алюминия, который затем перерабатывается для получения чистого алюминия. Именно эффективность второго этапа так долго не позволяла алюминию выйти на рынок.

Эрул и Холл обнаружили, что оксид алюминия можно растворить в расплавленном криолите, минерале, который в основном встречается в Гренландии. После растворения через расплавленную смесь пропускают электрический ток. Этот ток - это то, что отделяет алюминий от кислорода (при этом алюминий оседает на дне ячейки). Выход алюминия из оксида алюминия составляет около 50%.

Степени окисления алюминия
Наиболее часто обнаруживается, что алюминий имеет степень окисления + 3, но он также может иметь степени окисления + 1 и + 2.

Физические свойства алюминия
Символ: Al
Температура плавления: 660,3 градуса Цельсия
Температура кипения: 2470 градусов Цельсия
Плотность: 2,7 г /см3
Атомная масса: 26,98
Атомный номер: 13
Электронная конфигурация: [Ne] 3s 2 3p 1
Ключевые изотопы: Al-27, Al-26
Главная руда: бокситы
Основные источники: Австралия, Ямайка, Бразилия, Россия
Удельный вес: 2,7
Токсичность: По существу токсичен

Дополнительная информация об алюминии
Хотя алюминий от природы гибкий и легкий, он не особенно прочен для металла. Не утруждая себя легированием, есть один способ сделать его прочнее. Это происходит с помощью процесса, известного как холодная обработка, который сводится к сплющиванию металла путем прокатки или ковки при комнатной температуре. Это сжимает металл, делая его более твердым в процессе.
Порошкообразный алюминий горит так хорошо, что его добавляют в фейерверки. Когда порошкообразный алюминий смешивается с порошкообразным оксидом железа (ржавчиной), образуется термит. Термит горит достаточно горячо, чтобы расплавить сталь.
Поскольку алюминиевая фольга отражает как свет, так и тепло, она идеально подходит для консервирования продуктов. Он полностью непроницаем, поэтому не пропускает свет, вкус или аромат.
Алюминий подлежит вторичной переработке на неопределенный срок. Переработка алюминия требует менее 5% от первоначальной энергии производства. Около 75% всего алюминия, когда-либо произведенного, все еще используется из-за переработки.

Где я могу купить алюминий?
Многие потребительские товары содержат высокую концентрацию алюминия, что позволяет относительно легко достать элемент. Например, алюминиевая фольга на 98,5% состоит из чистого алюминия. Чистые алюминиевые слитки и гранулы можно купить в интернет-магазинах примерно за 1,20 доллара за грамм.