HVA ER ALUMINIUM

Lett, slitesterk, korrosjonsbestandig og funksjonell - det er denne kombinasjonen av kvaliteter som har gjort aluminium til vår tids viktigste strukturelle materiale. Aluminium er i husene vi bor i, bilene, togene og flyene vi reiser med, i mobiltelefoner og datamaskiner, i kjøleskapshyller og i moderne interiør. Men for 200 år siden var lite kjent om dette metallet.

"Det som virket umulig i århundrer, det som i går bare var en dristig drøm, i dag blir en reell oppgave, og i morgen - en prestasjon."

Sergei Pavlovich Korolev
vitenskapsmann, designer, grunnlegger av praktisk astronautikk

Aluminium – sølvhvitt metall, det 13. elementet i det periodiske systemet. Utrolig, men sant: aluminium er det mest tallrike metallet på jorden, og står for mer enn 8% av den totale massen av jordskorpen, og det er det tredje mest tallrike kjemiske elementet på planeten vår etter oksygen og silisium.

Aluminium finnes imidlertid ikke i naturen i sin rene form på grunn av sin høye kjemiske reaktivitet. Derfor fikk vi vite om det relativt nylig. Aluminium ble formelt produsert først i 1824, og det gikk ytterligere et halvt århundre før den industrielle produksjonen startet.

Oftest i naturen finnes aluminium i sammensetningen alun. Dette er mineraler som kombinerer to salter av svovelsyre: ett basert på et alkalimetall (litium, natrium, kalium, rubidium eller cesium), og det andre basert på et metall fra den tredje gruppen i det periodiske systemet, hovedsakelig aluminium.

Alun brukes fortsatt i dag i vannrensing, matlaging, medisin, kosmetikk, kjemiske og andre industrier. Aluminium har forresten fått navnet sitt takket være alun, som på latin ble kalt alumen.

Korund

Rubiner, safirer, smaragder og akvamarin er aluminiumsmineraler.
De to første tilhører korund - dette er aluminiumoksid (Al 2 O 3) i krystallinsk form. Den har naturlig gjennomsiktighet og er nest etter diamanter i styrke. Skuddsikkert glass, flyvinduer og smarttelefonskjermer er laget av safir.
Og et av de mindre verdifulle korundmineralene, smergel, brukes som et slipemateriale, inkludert for å lage sandpapir.

I dag er nesten 300 forskjellige aluminiumsforbindelser og mineraler kjent – ​​fra feltspat, som er det viktigste steindannende mineralet på jorden, til rubin, safir eller smaragd, som ikke lenger er så vanlig.

Hans Christian Ørsted(1777–1851) – dansk fysiker, æresmedlem av St. Petersburgs vitenskapsakademi (1830). Født i byen Rudkörbing i familien til en farmasøyt. I 1797 tok han eksamen ved Københavns Universitet, i 1806 ble han professor.

Men uansett hvor vanlig aluminium var, ble oppdagelsen først mulig da forskerne hadde et nytt verktøy til rådighet som gjorde det mulig å bryte ned komplekse stoffer til enklere - elektrisitet.

Og i 1824, ved hjelp av elektrolyseprosessen, skaffet den danske fysikeren Hans Christian Oersted aluminium. Det var forurenset med urenheter av kalium og kvikksølv involvert i kjemiske reaksjoner, men dette var første gang aluminium ble produsert.

Ved hjelp av elektrolyse produseres aluminium fortsatt i dag.

Råmaterialet for aluminiumsproduksjon i dag er en annen aluminiummalm som er vanlig i naturen - bauxitt. Dette er en leiraktig bergart som består av ulike modifikasjoner av aluminiumhydroksid med en blanding av oksider av jern, silisium, titan, svovel, gallium, krom, vanadium, karbonatsalter av kalsium, jern og magnesium - nesten halvparten av det periodiske systemet. I gjennomsnitt produseres 1 tonn aluminium av 4-5 tonn bauxitt.

Bauksitt

Bauksitt ble oppdaget av geolog Pierre Berthier i Sør-Frankrike i 1821. Rasen har fått navnet sitt etter området Les Baux der den ble funnet. Omtrent 90% av verdens bauxittreserver er konsentrert i land i de tropiske og subtropiske sonene - Guinea, Australia, Vietnam, Brasil, India og Jamaica.

Det er hentet fra bauxitt alumina. Dette er aluminiumoksid Al 2 O 3, som har form av et hvitt pulver og hvorfra metall produseres ved elektrolyse i aluminiumssmelteverk.

Aluminiumsproduksjon krever enorme mengder elektrisitet. For å produsere ett tonn metall kreves det cirka 15 MWh energi – det er hvor mye et bygg på 100 leiligheter forbruker i en hel måned.Derfor er det mest fornuftig å bygge aluminiumssmelteverk i nærheten av kraftige og fornybare energikilder. Den mest optimale løsningen er vannkraftverk, som representerer den kraftigste av alle typer "grønn energi".

Egenskaper til aluminium

Aluminium har en sjelden kombinasjon av verdifulle egenskaper. Dette er et av de letteste metallene i naturen: det er nesten tre ganger lettere enn jern, men samtidig er det sterkt, ekstremt duktilt og ikke utsatt for korrosjon, siden overflaten alltid er dekket med et tynt, men veldig slitesterkt oksid. film. Det er ikke magnetisk, leder elektrisitet godt, og danner legeringer med nesten alle metaller.

Lett

Tre ganger lettere enn jern

Varig

Sammenlignbar i styrke med stål

Plast

Egnet for alle typer mekanisk bearbeiding

Ingen korrosjon

Tynn oksidfilm beskytter mot korrosjon

Aluminium behandles enkelt ved trykk, både varmt og kaldt. Den kan rulles, tegnes, stemples. Aluminium brenner ikke, krever ikke spesiell maling og er ikke giftig, i motsetning til plast.

Formbarheten til aluminium er veldig høy: ark med en tykkelse på bare 4 mikron og den tynneste ledningen kan lages av den. Og ultratynn aluminiumsfolie er tre ganger tynnere enn et menneskehår. I tillegg, sammenlignet med andre metaller og materialer, er det mer økonomisk.

Den høye evnen til å danne forbindelser med ulike kjemiske elementer har gitt opphav til mange aluminiumslegeringer. Selv en liten andel av urenheter endrer egenskapene til metallet betydelig og åpner nye områder for dets anvendelse. For eksempel kan kombinasjonen av aluminium med silisium og magnesium finnes bokstavelig talt på veien i hverdagen – i form av lettmetallfelger, motorer, chassiselementer og andre deler av en moderne bil. Og hvis du tilsetter sink til aluminiumslegeringen, så holder du den kanskje i hendene nå, for denne legeringen brukes i produksjon av etuier til mobiltelefoner og nettbrett. I mellomtiden fortsetter forskerne å finne opp nye aluminiumslegeringer.
Aluminiumsreserver
Omtrent 75 % av aluminiumet som produseres gjennom hele industriens eksistens er fortsatt i bruk i dag.

Fotomateriale som brukes i denne artikkelen er © Shutterstock og © Rusal.

Metaller er et av de mest praktiske materialene å behandle. De har også egne ledere. For eksempel har de grunnleggende egenskapene til aluminium vært kjent for folk i lang tid. De egner seg såpass til hverdags at dette metallet har blitt veldig populært. Hva er både et enkelt stoff og et atom, vil vi vurdere i denne artikkelen.

Historien om oppdagelsen av aluminium

I lang tid har mennesket kjent sammensetningen av det aktuelle metallet - det ble brukt som et middel som kunne svelle og binde sammen komponentene i blandingen; dette var også nødvendig ved fremstilling av lærprodukter. Eksistensen av aluminiumoksid i sin rene form ble kjent på 1700-tallet, i andre halvdel. Den ble imidlertid ikke mottatt.

Forskeren H. K. Ørsted var den første som isolerte metallet fra kloridet. Det var han som behandlet saltet med kaliumamalgam og isolerte grått pulver fra blandingen, som var aluminium i sin rene form.

Da ble det klart at de kjemiske egenskapene til aluminium manifesteres i dets høye aktivitet og sterke reduserende evne. Derfor jobbet ingen andre sammen med ham på lenge.

Imidlertid var franskmannen Deville i 1854 i stand til å skaffe metallblokker ved elektrolyse av smelten. Denne metoden er fortsatt relevant i dag. Spesielt masseproduksjon av verdifullt materiale begynte på 1900-tallet, da problemene med å generere store mengder elektrisitet i bedrifter ble løst.

I dag er dette metallet et av de mest populære og brukt i bygg- og husholdningsindustrien.

Generelle egenskaper ved aluminiumatomet

Hvis vi karakteriserer det aktuelle elementet ved dets plassering i det periodiske systemet, kan flere punkter skilles.

1. Serienummer - 13.
2. Ligger i tredje lille periode, tredje gruppe, hovedundergruppe.
3. Atommasse - 26,98.
4. Antall valenselektroner er 3.
5. Konfigurasjonen av det ytre laget uttrykkes med formelen 3s 2 3p 1.
6. Elementnavnet er aluminium.
7. sterkt uttrykt.
8. Den har ingen isotoper i naturen; den eksisterer bare i én form, med et massetall på 27.
9. Det kjemiske symbolet er AL, lest som "aluminium" i formler.
10. Oksydasjonstilstanden er én, lik +3.

De kjemiske egenskapene til aluminium bekreftes fullt ut av den elektroniske strukturen til atomet, fordi det har en stor atomradius og lav elektronaffinitet, og er i stand til å fungere som et sterkt reduksjonsmiddel, som alle aktive metaller.

Aluminium som et enkelt stoff: fysiske egenskaper

Hvis vi snakker om aluminium som et enkelt stoff, så er det et sølvhvitt skinnende metall. I luft oksiderer den raskt og blir dekket med en tett oksidfilm. Det samme skjer ved eksponering for konsentrerte syrer.

Tilstedeværelsen av en slik funksjon gjør produkter laget av dette metallet motstandsdyktige mot korrosjon, noe som naturligvis er veldig praktisk for folk. Det er derfor aluminium er så mye brukt i konstruksjon. De er også interessante fordi dette metallet er veldig lett, men likevel slitesterkt og mykt. Kombinasjonen av slike egenskaper er ikke tilgjengelig for alle stoffer.

Det er flere grunnleggende fysiske egenskaper som er karakteristiske for aluminium.

1. Høy grad av formbarhet og duktilitet. Lett, sterk og veldig tynn folie er laget av dette metallet, og det er også rullet inn i tråd.
2. Smeltepunkt - 660 0 C.
3. Kokepunkt - 2450 0 C.
4. Tetthet - 2,7 g/cm3.
5. Krystallgitteret er volumetrisk ansiktssentrert, metall.
6. Type tilkobling - metall.

De fysiske og kjemiske egenskapene til aluminium bestemmer bruksområdene. Hvis vi snakker om hverdagsaspekter, spiller egenskapene vi allerede har diskutert ovenfor en stor rolle. Som et lett, slitesterkt og anti-korrosjonsmetall brukes aluminium i fly og skipsbygging. Derfor er disse egenskapene svært viktige å kjenne til.

Kjemiske egenskaper av aluminium

Fra et kjemisk synspunkt er det aktuelle metallet et sterkt reduksjonsmiddel som er i stand til å utvise høy kjemisk aktivitet samtidig som det er et rent stoff. Det viktigste er å fjerne oksidfilmen. I dette tilfellet øker aktiviteten kraftig.

De kjemiske egenskapene til aluminium som et enkelt stoff bestemmes av dets evne til å reagere med:

• syrer;
• alkalier;
• halogener;
• svovel.

Det samhandler ikke med vann under normale forhold. I dette tilfellet, av halogenene, uten oppvarming, reagerer det bare med jod. Andre reaksjoner krever temperatur.

Eksempler kan gis for å illustrere de kjemiske egenskapene til aluminium. Likninger av reaksjoner av interaksjon med:

• syrer- AL + HCL = AICL3 + H2;
• alkalier- 2Al + 6H20 + 2NaOH = Na + 3H2;
• halogener- AL + Hal = ALHal3;
• grå- 2AL + 3S = AL 2S 3.

Generelt er den viktigste egenskapen til det aktuelle stoffet dets høye evne til å gjenopprette andre elementer fra deres forbindelser.

Regenerativ kapasitet

De reduserende egenskapene til aluminium er tydelig synlige i reaksjonene av interaksjon med oksider av andre metaller. Det trekker dem enkelt ut av sammensetningen av stoffet og lar dem eksistere i en enkel form. For eksempel: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

I metallurgi er det en hel metode for å produsere stoffer basert på lignende reaksjoner. Det kalles aluminotermi. Derfor, i den kjemiske industrien brukes dette elementet spesielt for produksjon av andre metaller.

Utbredelse i naturen

Når det gjelder utbredelse blant andre metallelementer, rangerer aluminium først. Det er inneholdt i jordskorpen 8,8%. Hvis vi sammenligner det med ikke-metaller, vil dens plass være tredje, etter oksygen og silisium.

På grunn av sin høye kjemiske aktivitet finnes den ikke i ren form, men bare som en del av forskjellige forbindelser. For eksempel er det mange kjente malmer, mineraler og bergarter som inneholder aluminium. Imidlertid utvinnes det bare fra bauxitt, hvis innhold i naturen ikke er veldig høyt.

De vanligste stoffene som inneholder det aktuelle metallet:

• feltspat;
• bauxitt;
• granitt;
• silika;
• aluminosilikater;
• basalter og andre.

I små mengder er aluminium nødvendigvis funnet i cellene til levende organismer. Noen arter av klubbmoser og marine innbyggere er i stand til å samle dette elementet i kroppen gjennom hele livet.

Kvittering

De fysiske og kjemiske egenskapene til aluminium gjør det mulig å oppnå det bare på én måte: ved elektrolyse av en smelte av det tilsvarende oksidet. Imidlertid er denne prosessen teknologisk kompleks. Smeltepunktet til AL 2 O 3 overstiger 2000 0 C. På grunn av dette kan det ikke utsettes for elektrolyse direkte. Fortsett derfor som følger.

Produktutbyttet er 99,7%. Det er imidlertid mulig å få til enda renere metall, som brukes til tekniske formål.

applikasjon

De mekaniske egenskapene til aluminium er ikke så gode at det kan brukes i sin rene form. Derfor brukes legeringer basert på dette stoffet oftest. Det er mange av disse, du kan nevne de mest grunnleggende.

1. Duralumin.
2. Aluminium-mangan.
3. Aluminium-magnesium.
4. Aluminium-kobber.
5. Siluminer.
6. Avial.

Hovedforskjellen deres er naturligvis tredjeparts tilsetningsstoffer. Alle er basert på aluminium. Andre metaller gjør materialet mer holdbart, korrosjonsbestandig, slitesterkt og enkelt å behandle.

Det er flere hovedanvendelsesområder for aluminium, både i ren form og i form av dets forbindelser (legeringer).

Sammen med jern og dets legeringer er aluminium det viktigste metallet. Det var disse to representantene for det periodiske systemet som fant den mest omfattende industrielle anvendelsen i menneskelige hender.

Egenskaper til aluminiumhydroksid

Hydroksyd er den vanligste forbindelsen som aluminium danner. Dens kjemiske egenskaper er de samme som til selve metallet - det er amfotert. Dette betyr at det er i stand til å utvise en dobbel natur, og reagere med både syrer og alkalier.

Aluminiumhydroksid i seg selv er et hvitt gelatinøst bunnfall. Det oppnås lett ved å omsette et aluminiumsalt med et alkali eller ved å reagere med syrer, dette hydroksydet gir det vanlige tilsvarende salt og vann. Hvis reaksjonen skjer med et alkali, dannes hydroksokomplekser av aluminium, hvor koordinasjonstallet er 4. Eksempel: Na - natriumtetrahydroksoaluminat.

Aluminium ble først isolert i sin rene form av Friedrich Wöhler. En tysk kjemiker varmet opp vannfritt klorid av grunnstoffet med kaliummetall. Dette skjedde i 2. halvdel av 1800-tallet. Fram til 1900-tallet kg aluminium koste mer.

Bare de rike og statseide hadde råd til det nye metallet. Årsaken til de høye kostnadene er vanskeligheten med å skille aluminium fra andre stoffer. En metode for å trekke ut elementet i industriell skala ble foreslått av Charles Hall.

I 1886 løste han opp oksidet i smeltet kryolitt. Tyskeren lukket blandingen inn i et granittkar og koblet en elektrisk strøm til den. Plaketter av rent metall satte seg på bunnen av beholderen.

Kjemiske og fysiske egenskaper av aluminium

Hvilket aluminium? Sølvhvit, skinnende. Derfor sammenlignet Friedrich Wöhler metallgranulatet han fikk med. Men det var et forbehold: aluminium er mye lettere.

Plastisitet er nær dyrebare og. Aluminium er et stoff, lett trukket inn i tynn tråd og ark. Bare husk folien. Den er laget på grunnlag av det 13. elementet.

Aluminium er lett på grunn av sin lave tetthet. Det er tre ganger mindre enn for jern. Samtidig er det 13. elementet nesten like sterkt som det er.

Denne kombinasjonen har gjort sølvmetall uunnværlig i industrien, for eksempel i produksjon av bildeler. Vi snakker også om håndverksproduksjon, pga sveising av aluminium mulig selv hjemme.

Formel i aluminium lar deg aktivt reflektere lys, men også varmestråler. Den elektriske ledningsevnen til elementet er også høy. Det viktigste er å ikke varme den opp for mye. Det vil smelte ved 660 grader. Hvis temperaturen stiger litt høyere, vil det brenne.

Metallet vil bare forsvinne aluminiumoksid. Den er også dannet under standardforhold, men bare i form av en overflatefilm. Det beskytter metallet. Derfor motstår den korrosjon godt, fordi oksygentilgangen er blokkert.

Oksydfilmen beskytter også metallet mot vann. Fjerner du plakk fra overflaten av aluminium, starter en reaksjon med H 2 O. Frigjøring av hydrogengasser vil skje selv ved romtemperatur. Så, aluminiumsbåt blir ikke til røyk bare på grunn av oksidfilmen og beskyttende maling påført skipets skrog.

Mest aktive aluminium interaksjon med ikke-metaller. Reaksjoner med brom og klor skjer selv under normale forhold. Som et resultat dannes de aluminiumssalter. Hydrogensalter oppnås ved å kombinere det 13. elementet med sure løsninger. Reaksjonen vil også finne sted med alkalier, men først etter fjerning av oksidfilmen. Rent hydrogen vil frigjøres.

Påføring av aluminium

Metall sprayes på speil. Høye lysreflektansverdier kommer godt med. Prosessen foregår under vakuumforhold. De lager ikke bare standard speil, men også gjenstander med speiloverflater. Disse inkluderer: keramiske fliser, husholdningsapparater, lamper.

Duett aluminium-kobber– basen er duraluminium. Rett og slett kalt duralumin. Legg til som kvalitet. Sammensetningen er 7 ganger sterkere enn rent aluminium, derfor er den egnet for maskinteknikk og flykonstruksjon.

Kobber gir det 13. element styrke, men ikke tyngde. Dural forblir 3 ganger lettere enn jern. Liten masse av aluminium– en garanti for letthet til biler, fly, skip. Dette forenkler transport og drift, og reduserer prisen på produktene.

Kjøp aluminium bilprodusenter er også ivrige fordi legeringene lett kan belegges med beskyttende og dekorative forbindelser. Malingen påføres raskere og jevnere enn på stål og plast.

Samtidig er legeringene formbare og enkle å behandle. Dette er verdifullt, gitt massen av svinger og designoverganger på moderne bilmodeller.

Det 13. elementet er ikke bare lett å farge, men kan også fungere som et fargestoff selv. Kjøpt i tekstilindustrien aluminiumsulfat. Den er også nyttig i trykking, der det kreves uløselige pigmenter.

jeg lurer på hva løsning sulfat aluminium De brukes også til vannrensing. I nærvær av "middelet", utfelles skadelige urenheter og nøytraliseres.

Nøytraliserer det 13. grunnstoffet og syrer. Spesielt god i denne rollen aluminiumhydroksid. Det er verdsatt i farmakologi og medisin, og legger det til halsbrannmedisiner.

Hydroksyd er også foreskrevet for sår og inflammatoriske prosesser i tarmkanalen. Så stoffet er også tilgjengelig på apotek aluminium. Syre i magen - en grunn til å lære mer om slike medisiner.

I USSR ble det også preget bronse med 11 % tilsetning av aluminium. Navnene på skiltene er 1, 2 og 5 kopek. De begynte å produsere den i 1926 og avsluttet den i 1957. Men produksjonen av aluminiumsbokser til hermetikk har ikke stoppet opp.

Stuet kjøtt, saury og andre turistfrokoster er fortsatt pakket i containere basert på det 13. elementet. Slike krukker reagerer ikke med mat, samtidig er de lette og billige.

Aluminiumspulver er en del av mange eksplosive blandinger, inkludert pyroteknikk. Industrien bruker sprengningsmekanismer basert på trinitrotoluen og knust element 13. Et kraftig sprengstoff oppnås også ved å tilsette ammoniumnitrat til aluminium.

I oljeindustrien er det nødvendig aluminiumklorid. Det spiller rollen som en katalysator i nedbrytningen av organisk materiale til fraksjoner. Olje har egenskapen til å frigjøre gassformige, lette hydrokarboner av bensintypen, som interagerer med kloridet til det 13. metallet. Reagenset må være vannfritt. Etter tilsetning av klorid oppvarmes blandingen til 280 grader Celsius.

I konstruksjon blander jeg ofte natrium Og aluminium. Det viser seg å være et tilsetningsstoff til betong. Natriumaluminat akselererer herdingen ved å akselerere hydrering.

Mikrokrystalliseringshastigheten øker, noe som betyr at styrken og hardheten til betongen øker. I tillegg sparer natriumaluminat armeringen som legges i løsningen fra korrosjon.

Utvinning av aluminium

Metall lukker de tre mest vanlige på jorden. Dette forklarer dens tilgjengelighet og utbredte bruk. Naturen gir imidlertid ikke elementet til mennesker i sin rene form. Aluminium må skilles fra ulike forbindelser. Det 13. elementet er mest rikelig i bauxitt. Dette er leirlignende bergarter, hovedsakelig konsentrert i den tropiske sonen.

Bauksitt knuses, tørkes deretter, knuses igjen og males i nærvær av et lite volum vann. Det viser seg å være en tykk masse. Den varmes opp med damp. Samtidig fordamper det meste, hvorav bauxitt heller ikke er dårlig. Det som gjenstår er oksidet til det 13. metallet.

Den er plassert i industribad. De inneholder allerede smeltet kryolitt. Temperaturen holdes på rundt 950 grader Celsius. Det kreves også en elektrisk strøm på minst 400 kA. Det vil si at elektrolyse brukes, akkurat som for 200 år siden, da grunnstoffet ble isolert av Charles Hall.

Ved å gå gjennom en varm løsning bryter strømmen bindingene mellom metallet og oksygen. Som et resultat forblir bunnen av badekaret ren aluminium. Reaksjoner ferdig. Prosessen fullføres ved å støpe fra sedimentet og sende det til forbrukeren, eller bruke det til å danne ulike legeringer.

Hovedproduksjonen av aluminium ligger på samme sted som bauksittforekomstene. I forkant - Guinea. Nesten 8 000 000 tonn av det 13. elementet er skjult i dypet. Australia ligger på 2. plass med en indikator på 6 000 000. I Brasil er aluminium allerede 2 ganger mindre. Globale reserver er estimert til 29 000 000 tonn.

Aluminiumspris

For et tonn aluminium ber de om nesten 1500 dollar. Dette er dataene fra utvekslinger av ikke-jernholdige metaller per 20. januar 2016. Kostnaden bestemmes hovedsakelig av industrifolk. Mer presist er prisen på aluminium påvirket av deres etterspørsel etter råvarer. Det påvirker også leverandørenes krav og strømkostnadene, fordi produksjonen av det 13. elementet er energikrevende.

Det er satt ulike priser på aluminium. Han går til smelteverket. Kostnaden opplyses per kilogram, og arten av materialet som leveres har betydning.

Så for elektrisk metall gir de omtrent 70 rubler. For matgodkjent aluminium kan du få 5-10 rubler mindre. De betaler det samme for motormetall. Hvis du leier ut en blandet variant, er prisen 50-55 rubler per kilo.

Den billigste typen skrap er aluminiumsspon. Du kan bare få 15-20 rubler for det. De vil gi litt mer for det 13. elementet. Dette refererer til beholdere for drikke og hermetikk.

Aluminiumsradiatorer er heller ikke høyt verdsatt. Prisen per kilo skrap er omtrent 30 rubler. Dette er gjennomsnitt. I forskjellige regioner og på forskjellige punkter aksepteres aluminium dyrere eller billigere. Ofte avhenger materialkostnadene av leverte volumer.

Aluminium er et sølvhvitt metall som har høy elektrisk og termisk ledningsevne. (Den termiske ledningsevnen til aluminium er 1,8 ganger større enn for kobber og 9 ganger større enn for rustfritt stål.) Den har lav tetthet - omtrent tre ganger mindre enn den for jern, kobber og sink. Og likevel er det et veldig slitesterkt metall.

Tre elektroner fra det ytre skallet til et aluminiumatom er delokalisert gjennom krystallgitteret til aluminiummetall. Dette gitteret har en ansiktssentrert kubisk struktur, lik gitteret av tinn og gull (se avsnitt 3.2). Derfor har aluminium god formbarhet.

Kjemiske egenskaper

Aluminium danner ioniske og kovalente forbindelser. Den er preget av høy ioniseringsenergi (tabell 15.1). Ladningstettheten (forholdet mellom ladning og radius) for ionet er svært høy sammenlignet med kationer av andre metaller i samme periode (se tabell 15.2).

Ris. 15.2. Hydrert aluminiumion.

Tabell 15.2. Forholdet mellom ladning og radius av kationer

Fordi ionet har en høy ladningstetthet, har det stor polariserende kraft. Dette forklarer hvorfor det isolerte ionet finnes i bare noen få forbindelser, slik som vannfritt aluminiumfluorid og aluminiumoksyd, og selv disse forbindelsene viser en merkbar kovalent karakter. I en vandig løsning polariserer ionet vannmolekyler, som følgelig hydrerer kationen (se fig. 15.2). Denne hydreringen er preget av stor eksotermitet:

Standard redokspotensial for aluminium er - 1,66 V:

Derfor er aluminium plassert ganske høyt i den elektrokjemiske serien av elementer (se avsnitt 10.5). Dette antyder at aluminium bør reagere lett med oksygen og fortynnede mineralsyrer. Men når aluminium reagerer med oksygen, dannes et tynt, ikke-porøst lag av oksid på overflaten. Dette laget beskytter aluminium mot ytterligere interaksjon med miljøet. Oksydlaget kan fjernes fra overflaten av aluminium ved å gni det med kvikksølv. Aluminium er da i stand til å kombineres direkte med oksygen og andre ikke-metaller som svovel og nitrogen. Interaksjon med oksygen fører til en reaksjon

Anodisering. Aluminium og lette aluminiumslegeringer kan beskyttes ytterligere ved å fortykke det naturlige oksidlaget gjennom en prosess som kalles anodisering. I denne prosessen plasseres en aluminiumsgjenstand som en anode i en elektrolysecelle, hvor kromsyre eller svovelsyre brukes som elektrolytt.

Aluminium reagerer med varm fortynnet saltsyre og svovelsyre for å danne hydrogen:

Denne reaksjonen er langsom først på grunn av tilstedeværelsen av et oksidlag. Men når den fjernes, blir reaksjonen mer intens.

Konsentrert og fortynnet salpetersyre, samt konsentrert svovelsyre, gjør aluminium passivt. Dette betyr at den ikke reagerer med nevnte syrer. Denne passiviteten forklares av dannelsen av et tynt oksidlag på overflaten av aluminium.

Løsninger av natriumhydroksid og andre alkalier reagerer med aluminium og danner tetrahydroksoaluminat(III)-ioner og hydrogen:

Hvis oksidlaget fjernes fra overflaten, kan aluminium virke som et reduksjonsmiddel i redoksreaksjoner (se avsnitt 10.2). Det fortrenger metaller som ligger under den i den elektrokjemiske serien fra løsningene deres. For eksempel

Et tydelig eksempel på den reduserende evnen til aluminium er den aluminotermiske reaksjonen. Dette er navnet på reaksjonen mellom pulverisert aluminium og

oksid Under laboratorieforhold initieres det vanligvis med en magnesiumstrimmel som tenner. Denne reaksjonen fortsetter veldig voldsomt, og den frigjør en mengde energi som er tilstrekkelig til å smelte det resulterende jernet:

Den aluminotermiske reaksjonen brukes til å utføre aluminotermisk sveising; for eksempel er skinner koblet sammen på denne måten.

Aluminiumoksid Aluminiumoksid, eller alumina som det ofte kalles, er en forbindelse som har både ioniske og kovalente egenskaper. Den har et smeltepunkt og er, når den er smeltet, en elektrolytt. Av denne grunn regnes det ofte som en ionisk forbindelse. Imidlertid har aluminiumoksyd i fast tilstand en krystallinsk rammestruktur.

Korund. Vannfrie former for aluminiumoksid dannes under naturlige forhold av mineraler fra korundgruppen. Korund er en veldig hard krystallinsk form av aluminiumoksid. Den brukes som et slipende materiale, siden hardheten er nest etter diamant. Store og gjennomsiktige, ofte fargede, korundkrystaller er verdsatt som edelstener. Ren korund er fargeløs, men tilstedeværelsen av små mengder metalloksidurenheter gir edel korund sin karakteristiske farge. For eksempel skyldes rubinfargen tilstedeværelsen av ioner i korund, og fargen på safirer skyldes tilstedeværelsen av koboltioner. Den lilla fargen på ametyst skyldes tilstedeværelsen av manganurenheter i den. Ved å smelte sammen alumina med oksider av forskjellige metaller kan man få kunstige edelstener (se også tabell 14.6 og 14.7).

Aluminiumoksid er uløselig i vann og har amfotere egenskaper, og reagerer med både fortynnede syrer og fortynnede alkalier. Reaksjonen med syrer er beskrevet av den generelle ligningen:

Reaksjon med alkalier fører til dannelse av -ion:

Aluminiumhalogenider. Strukturen og den kjemiske bindingen i aluminiumhalogenider er beskrevet i avsnitt. 16.2.

Aluminiumklorid kan produseres ved å føre tørt klor eller tørt hydrogenklorid over oppvarmet aluminium. For eksempel

Med unntak av aluminiumfluorid, hydrolyseres alle andre aluminiumhalogenider av vann:

Av denne grunn «røyker» aluminiumhalogenider i kontakt med fuktig luft.

Aluminiumioner. Vi har allerede indikert ovenfor at ionet er hydrert i vann. Når aluminiumsalter løses i vann, etableres følgende likevekt:

I denne reaksjonen fungerer vann som en base fordi det aksepterer et proton, og det hydratiserte aluminiumionet fungerer som en syre fordi det donerer et proton. Av denne grunn har aluminiumsalter sure egenskaper. Hvis i

Et av de vanligste elementene på planeten er aluminium. De fysiske og kjemiske egenskapene til aluminium brukes i industrien. Du finner alt du trenger å vite om dette metallet i artikkelen vår.

Atomstruktur

Aluminium er det 13. grunnstoffet i det periodiske systemet. Det er i tredje periode, gruppe III, hovedundergruppen.

Egenskapene og bruken av aluminium er relatert til dets elektroniske struktur. Aluminiumatomet har en positivt ladet kjerne (+13) og 13 negativt ladede elektroner, plassert på tre energinivåer. Den elektroniske konfigurasjonen av atomet er 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

Det ytre energinivået inneholder tre elektroner, som bestemmer den konstante valensen til III. I reaksjoner med stoffer går aluminium inn i en eksitert tilstand og er i stand til å gi fra seg alle tre elektronene, og danner kovalente bindinger. Som andre aktive metaller er aluminium et kraftig reduksjonsmiddel.

Ris. 1. Struktur av aluminium atom.

Aluminium er et amfotert metall som danner amfotere oksider og hydroksider. Avhengig av forholdene viser forbindelsene sure eller basiske egenskaper.

Fysisk beskrivelse

Aluminium har:

• letthet (tetthet 2,7 g/cm 3);
• sølv-grå farge;
• høy elektrisk ledningsevne;
• formbarhet;
• plastisitet;
• smeltepunkt - 658°C;
• kokepunkt - 2518,8°C.

Tinnbeholdere, folie, tråd og legeringer er laget av metall. Aluminium brukes til fremstilling av mikrokretser, speil og komposittmaterialer.

Ris. 2. Tinnbeholdere.

Aluminium er paramagnetisk. Metall tiltrekkes av en magnet bare i nærvær av et magnetfelt.

Kjemiske egenskaper

I luft oksiderer aluminium raskt, og blir dekket med en oksidfilm. Det beskytter metallet mot korrosjon og forhindrer også interaksjon med konsentrerte syrer (salpetersyre, svovelsyre). Derfor lagres og transporteres syrer i aluminiumsbeholdere.

Under normale forhold er reaksjoner med aluminium bare mulig etter fjerning av oksidfilmen. De fleste reaksjoner skjer ved høye temperaturer.

De viktigste kjemiske egenskapene til grunnstoffet er beskrevet i tabellen.

Reaksjon	Beskrivelse	Ligningen
Med oksygen	Brenner ved høye temperaturer og avgir varme	4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Med ikke-metall	Reagerer med svovel ved temperaturer over 200°C, med fosfor - ved 500°C, med nitrogen - ved 800°C, med karbon - ved 2000°C	2Al + 3S → Al2S3; Al + P → AlP; 2Al + N2 → 2AlN; 4Al + 3C → Al4C3
Med halogener	Reagerer under normale forhold, med jod - når det varmes opp i nærvær av en katalysator (vann)	2Al + 3Cl2 → 2AlCl3; 2Al + 3I2 -> 2AlI3; 2Al + 3Br2 → 2AlBr3
Med syrer	Reagerer med fortynnede syrer under normale forhold, med konsentrerte syrer ved oppvarming	2Al + 3H2SO4 (fortynnet) → Al2 (SO4)3 + 3H2; Al + 6HNO3 (konsentrert) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Med alkalier	Reagerer med vandige løsninger av alkalier og ved fusjon	2Al + 2NaOH + 10H20 → 2Na + 3H2; 2Al + 6KOH → 2KAlO2 + 2K2O + 3H2
Med oksider	Fortrenger mindre aktive metaller	2Al + Fe 2 O 3 → 2 Fe + Al 2 O 3

Aluminium reagerer ikke direkte med hydrogen. Reaksjon med vann er mulig etter fjerning av oksidfilmen.

Ris. 3. Reaksjon av aluminium med vann.

Hva har vi lært?

Aluminium er et amfotert aktivt metall med konstant valens. Den har lav tetthet, høy elektrisk ledningsevne og plastisitet. Tiltrukket av en magnet bare i nærvær av et magnetfelt. Aluminium reagerer med oksygen og danner en beskyttende film som forhindrer reaksjoner med vann, konsentrert salpetersyre og svovelsyre. Ved oppvarming interagerer den med ikke-metaller og konsentrerte syrer, og under normale forhold - med halogener og fortynnede syrer. I oksider fortrenger den mindre aktive metaller. Reagerer ikke med hydrogen.

Test om emnet

Evaluering av rapporten

Gjennomsnittlig rangering: 4.3. Totalt mottatte vurderinger: 73.