Aluminij – splošne značilnosti elementa, kemijske lastnosti. Aluminij, pojavljanje v naravi Aluminij in njegove spojine v naravi

Kovine so eden najprimernejših materialov za obdelavo. Imajo tudi svoje vodje. Na primer, osnovne lastnosti aluminija so ljudem znane že dolgo. Tako primerni so za vsakodnevno uporabo, da je ta kovina postala zelo priljubljena. Kaj sta preprosta snov in atom, bomo razmislili v tem članku.

Zgodovina odkritja aluminija

Človek je že dolgo poznal sestavo obravnavane kovine - uporabljali so jo kot sredstvo za nabrekanje in povezovanje komponent zmesi, kar je bilo potrebno tudi pri izdelavi usnjenih izdelkov. Obstoj aluminijevega oksida v čisti obliki je postal znan v 18. stoletju, v njegovi drugi polovici. Vendar ni bil prejet.

Znanstvenik H. K. Ørsted je prvi izoliral kovino iz njenega klorida. Prav on je sol obdelal s kalijevim amalgamom in iz zmesi izoliral siv prah, ki je bil v čisti obliki aluminij.

Potem je postalo jasno, da se kemijske lastnosti aluminija kažejo v njegovi visoki aktivnosti in močni redukcijski sposobnosti. Zato z njim dolgo ni sodeloval nihče drug.

Vendar pa je leta 1854 Francoz Deville uspel pridobiti kovinske ingote z elektrolizo taline. Ta metoda je še danes pomembna. Še posebej množična proizvodnja dragocenega materiala se je začela v 20. stoletju, ko so bili rešeni problemi proizvodnje velikih količin električne energije v podjetjih.

Danes je ta kovina ena najbolj priljubljenih in uporabljenih v gradbeništvu in gospodinjski industriji.

Splošne značilnosti atoma aluminija

Če zadevni element označimo z njegovim položajem v periodnem sistemu, potem lahko ločimo več točk.

1. Serijska številka - 13.
2. Nahaja se v tretji majhni periodi, tretji skupini, glavni podskupini.
3. Atomska masa - 26,98.
4. Število valenčnih elektronov je 3.
5. Konfiguracija zunanje plasti je izražena s formulo 3s 2 3p 1.
6. Ime elementa je aluminij.
7. močno izražena.
8. V naravi nima izotopov, obstaja samo v eni obliki, z masnim številom 27.
9. Kemijski simbol je AL, ki se v formulah bere kot "aluminij".
10. Stopnja oksidacije je ena, enaka +3.

Kemične lastnosti aluminija v celoti potrjuje elektronska zgradba njegovega atoma, saj ima velik atomski radij in nizko afiniteto do elektronov, zato lahko deluje kot močno redukcijsko sredstvo, tako kot vse aktivne kovine.

Aluminij kot enostavna snov: fizikalne lastnosti

Če govorimo o aluminiju kot o preprosti snovi, potem je to srebrno bela sijoča ​​kovina. Na zraku hitro oksidira in se prekrije z gostim oksidnim filmom. Enako se zgodi, če smo izpostavljeni koncentriranim kislinam.

Zaradi prisotnosti takšne lastnosti so izdelki iz te kovine odporni proti koroziji, kar je seveda zelo priročno za ljudi. Zato se aluminij tako pogosto uporablja v gradbeništvu. Zanimivi so tudi zato, ker je ta kovina zelo lahka, a hkrati trpežna in mehka. Kombinacija takih lastnosti ni na voljo za vsako snov.

Obstaja več osnovnih fizikalnih lastnosti, ki so značilne za aluminij.

1. Visoka stopnja upogljivosti in duktilnosti. Iz te kovine je izdelana lahka, močna in zelo tanka folija, ki jo tudi zvijajo v žico.
2. Tališče - 660 0 C.
3. Vrelišče - 2450 0 C.
4. Gostota - 2,7 g / cm3.
5. Kristalna mreža je volumetrična, osredotočena na obraz, kovina.
6. Vrsta povezave - kovina.

Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija določajo področja njegove uporabe in uporabe. Če govorimo o vsakdanjih vidikih, potem imajo značilnosti, o katerih smo že razpravljali zgoraj, veliko vlogo. Kot lahka, trpežna in protikorozijska kovina se aluminij uporablja v letalstvu in ladjedelništvu. Zato je te lastnosti zelo pomembno poznati.

Kemijske lastnosti aluminija

S kemijskega vidika je zadevna kovina močno redukcijsko sredstvo, ki je sposobno pokazati visoko kemično aktivnost, medtem ko je čista snov. Glavna stvar je odstraniti oksidni film. V tem primeru se aktivnost močno poveča.

Kemične lastnosti aluminija kot enostavne snovi so določene z njegovo sposobnostjo reagiranja z:

• kisline;
• alkalije;
• halogeni;
• žveplo.

V normalnih pogojih ne deluje z vodo. V tem primeru od halogenov brez segrevanja reagira le z jodom. Druge reakcije zahtevajo temperaturo.

Za ponazoritev kemijskih lastnosti aluminija lahko navedemo primere. Enačbe reakcij interakcije z:

• kisline- AL + HCL = AlCL 3 + H 2;
• alkalije- 2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3H 2;
• halogeni- AL + Hal = ALHal 3;
• siva- 2AL + 3S = AL 2 S 3.

Na splošno je najpomembnejša lastnost zadevne snovi njena visoka sposobnost obnavljanja drugih elementov iz njihovih spojin.

Regenerativna sposobnost

Redukcijske lastnosti aluminija so jasno vidne v reakcijah interakcije z oksidi drugih kovin. Z lahkoto jih izloči iz sestave snovi in ​​jim omogoči obstoj v preprosti obliki. Na primer: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

V metalurgiji obstaja cela metoda za proizvodnjo snovi, ki temelji na podobnih reakcijah. Imenuje se aluminotermija. Zato se v kemični industriji ta element uporablja posebej za proizvodnjo drugih kovin.

Razširjenost v naravi

Po razširjenosti med drugimi kovinskimi elementi je aluminij na prvem mestu. V zemeljski skorji ga je 8,8%. Če ga primerjamo z nekovinami, bo njegovo mesto tretje, za kisikom in silicijem.

Zaradi visoke kemične aktivnosti ga ne najdemo v čisti obliki, temveč le kot del različnih spojin. Na primer, obstaja veliko znanih rud, mineralov in kamnin, ki vsebujejo aluminij. Vendar se pridobiva samo iz boksita, katerega vsebnost v naravi ni zelo visoka.

Najpogostejše snovi, ki vsebujejo zadevno kovino:

• glinenci;
• boksit;
• graniti;
• silicijev dioksid;
• aluminosilikati;
• bazalti in drugi.

V majhnih količinah je aluminij nujno prisoten v celicah živih organizmov. Nekatere vrste plavastih mahov in morskih prebivalcev lahko kopičijo ta element v svojih telesih vse življenje.

potrdilo o prejemu

Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija omogočajo, da ga dobimo le na en način: z elektrolizo taline ustreznega oksida. Vendar je ta proces tehnološko zapleten. Tališče AL 2 O 3 presega 2000 0 C. Zaradi tega ga ni mogoče neposredno elektrolizirati. Zato nadaljujte, kot sledi.

Dobitek produkta je 99,7 %. Možno pa je pridobiti še čistejšo kovino, ki se uporablja v tehnične namene.

Aplikacija

Mehanske lastnosti aluminija niso tako dobre, da bi ga lahko uporabljali v čisti obliki. Zato se najpogosteje uporabljajo zlitine na osnovi te snovi. Teh je veliko, najosnovnejše lahko poimenujemo.

1. Duraluminij.
2. Aluminij-mangan.
3. Aluminij-magnezij.
4. Aluminij-baker.
5. Silumini.
6. Avial.

Njihova glavna razlika so seveda dodatki tretjih oseb. Vsi so izdelani na osnovi aluminija. Zaradi drugih kovin je material bolj trpežen, odporen proti koroziji, odporen proti obrabi in enostaven za obdelavo.

Obstaja več glavnih področij uporabe aluminija, tako v čisti obliki kot v obliki njegovih spojin (zlitin).

Aluminij je poleg železa in njegovih zlitin najpomembnejša kovina. Prav ta dva predstavnika periodnega sistema sta našla najobsežnejšo industrijsko uporabo v človeških rokah.

Lastnosti aluminijevega hidroksida

Hidroksid je najpogostejša spojina, ki jo tvori aluminij. Njegove kemijske lastnosti so enake kot kovina sama – je amfoterna. To pomeni, da je sposoben pokazati dvojno naravo, reagirati s kislinami in alkalijami.

Sam aluminijev hidroksid je bela želatinasta oborina. Z lahkoto ga dobimo z reakcijo aluminijeve soli z alkalijo ali z reakcijo s kislinami, ta hidroksid daje običajno ustrezno sol in vodo. Če pride do reakcije z alkalijo, nastanejo hidrokso kompleksi aluminija, v katerih je njegovo koordinacijsko število 4. Primer: Na - natrijev tetrahidroksoaluminat.

Samo ime kovine "aluminij" izhaja iz latinske besede "aluminij". Kemični simbol zadevnega elementa je niz prvih dveh črk imena - "Al", v periodnem sistemu Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva je v tretji skupini, ima atomsko številko trinajst in atomsko maso 26,9815.

Poglejmo si osnovne kemijske lastnosti elementa. Aluminij je lahka, mehka kovina belo-srebrne barve. Zelo hitro oksidira, ima specifično gostoto 2,7 g/cm³ in tališče 660 stopinj Celzija.

Aluminij je najbolj razširjena kovina v zemeljski skorji in je tretji najpogostejši med vsemi atomi za snovmi, kot sta kisik in silicij. V naravi je zadevni kemični element predstavljen le z enim stabilnim nuklidom "27 Al". Umetno so proizvedeni različni radioaktivni izotopi aluminija, med katerimi je najdlje živ "26 Al", njegova razpolovna doba je kar 720 tisoč let.

Kot je navedeno zgoraj, je aluminij najpogostejša kovina v zemeljski skorji našega planeta in je na tretjem mestu med vsemi znanimi kemičnimi elementi v zemeljski skorji. Rad bi omenil, da ta kovina predstavlja približno osem odstotkov sestave celotne zemeljske skorje.

Trenutno se industrijsko pridobivanje aluminija izvaja predvsem s predelavo boksitne rude. Po vsem svetu vsako leto izkopljejo med osemdeset in devetdeset milijonov ton bakcitne rude. Nič manj kot trideset odstotkov svetovne proizvodnje prihaja iz Avstralije, petnajst odstotkov svetovnih dokazanih zalog boksitne rude pa iz Jamajke. Če se ohrani sedanja raven mednarodne porabe in proizvodnje aluminija, bodo obstoječe dokazane zaloge kovine povsem zadostovale za zadovoljevanje potreb človeštva še nekaj sto let.

Če upoštevamo vse danes obstoječe kovine, bomo opazili, da ima aluminij najbolj vsestransko uporabo v najrazličnejših industrijah. Oglejmo si podrobneje, v katerih panogah se aluminij najpogosteje uporablja kot kovina.

Aluminij se zelo pogosto uporablja v strojništvu. Vsi vedo, da so iz te kovine izdelana letala, poleg tega se kovina uporablja pri izdelavi avtomobilov, morskih in rečnih plovil ter izdelavi delov za druge stroje in opremo.

V kemični industriji se aluminij uporablja kot ti redukcijsko sredstvo. V gradbeništvu se ta kovina pogosto uporablja pri izdelavi okenskih okvirjev, pa tudi vhodnih in notranjih vrat, zaključnih elementov in drugih elementov.

Aluminij se uporablja tudi v prehrambeni industriji kot pomožni material pri izdelavi embalaže. Med drugim se aluminij pogosto uporablja pri izdelavi izdelkov za gospodinjstvo, na primer aluminijastega jedilnega pribora (žlice, vilice, kuhinjski noži) ali aluminijaste folije, namenjene shranjevanju hrane in drugega blaga.

Zgodba

Samo ime kovine "aluminij" izhaja iz latinskega "aluminium", ta pa iz latinske besede "alumen". Tako so v starih časih imenovali galun, ki je kalijev in aluminijev sulfat, katerega kemijska formula je KAl(SO 4) 2 12H 2 O. Ta galun se že dolgo uporablja kot pomožno sredstvo pri strojenju in obdelavi usnja, kot tudi kot adstringent.

Aluminij je zelo kemično reaktiven, zato je trajalo približno sto let, da so odkrili in izolirali čisti aluminij. Konec osemnajstega stoletja, leta 1754, je nemški kemik A. Marggraf ugotovil, da je mogoče iz galuna dobiti trdno ognjevarno snov, z drugimi besedami, aluminijev oksid. Marggraf je to opisal z nekoliko drugačnimi besedami; rekel je, da je povsem mogoče pridobiti »zemljo« iz galuna (takrat so temu rekli trdna, ognjevzdržna snov). Malo kasneje je postalo znano, da je popolnoma enako "zemljo" mogoče dobiti iz same navadne gline, zaradi česar so to "zemljo" začeli imenovati aluminijev oksid.

Aluminij kot kovino so ljudje lahko dobili šele leta 1825. Pionir na tem področju je bil danski fizik H. K. Ørsted. Snov AlCl 3 je obdelal z zlitino kalija in živega srebra (v kemiji to zmes imenujemo natrijev amalgam), tj. aluminijev klorid. Takšno snov bi lahko dobili iz navadnega aluminijevega oksida. Na koncu poskusa je Oersted preprosto oddestiliral živo srebro, nakar mu je uspelo izolirati aluminijev prah, ki je imel siv odtenek.

Ta metoda je bila več kot četrt stoletja edina možna na svetu za pridobivanje kovinskega aluminija, nekoliko kasneje pa jo je bilo mogoče posodobiti. Leta 1854 je francoski kemik A.E. Sainte-Clair Deville predlagal lastno metodo za proizvodnjo aluminija kot kovine. Pri izolaciji aluminija je uporabil kovinski natrij, iz katerega je lahko dobil povsem novo kovino in tako so nastali prvi ingoti pravega kovinskega aluminija v zgodovini. Takrat je bil aluminij zelo drag, ta kovina je veljala za dragoceno in iz nje so izdelovali razni nakit in drage dodatke.

Industrijska proizvodnja aluminija se je začela še kasneje, šele na samem koncu 19. stoletja. Leta 1886 sta francoski znanstvenik P. Heroux in ameriški znanstvenik C. Hall neodvisno razvila in predlagala industrijsko metodo za proizvodnjo aluminija kot kovine s postopkom elektrolize taline kompleksnih kemičnih zmesi, vključno s fluoridom in aluminijevim oksidom. kot druge snovi.

Toda ob koncu devetnajstega stoletja električna energija še ni bila dovolj razširjena, da bi se industrija aluminija lahko razširila v polnem obsegu, saj proces proizvodnje aluminija zahteva ogromne količine električne energije. Prav ta dejavnik je povzročil, da se je razširjena industrijska proizvodnja aluminija odložila še za nekaj desetletij. Na industrijski ravni so aluminij začeli proizvajati šele v dvajsetem stoletju.

V naši domovini so aluminij začeli kopati nekoliko pozneje kot na zahodu. To se je zgodilo v času stalinističnega režima in industrijskega napredka gospodarstva Sovjetske zveze. 14. maja 1932 je bil v ZSSR prvič industrijsko proizveden prvi industrijski aluminij. Ta pomemben dogodek se je zgodil v talilnici aluminija Volkhov, ki je bila zgrajena tik ob hidroelektrarni Volkhov. Od takrat se aluminij široko proizvaja v številnih državah po svetu in se nič manj uporablja na različnih področjih življenja sodobne družbe.

Biti v naravi

Aluminij je ena najpogostejših snovi na našem planetu. Med vsemi trenutno znanimi kovinami, ki jih najdemo v zemeljski skorji, je na prvem mestu, med vsemi kemičnimi elementi zemeljske skorje pa na tretjem mestu, takoj za kisikom in silicijem. Aluminij predstavlja približno 8,8 odstotka celotne mase zemeljske skorje.

Aluminija je na Zemlji dvakrat več kot železa, tristo petdesetkrat več kot bakra, kroma, cinka, svinca in kositra skupaj. Aluminij je del velikega števila različnih mineralov, od katerih so glavni del aluminosilikati in kamnine. Spojine aluminija kot kemijskega elementa vsebujejo gline, bazalte, pa tudi granite, glinence in druge naravne tvorbe.

Ob vsej raznolikosti kamnin in mineralov, ki vsebujejo aluminij, je glavna surovina za industrijsko raven proizvodnje aluminija le boksit, katerega nahajališča so zelo, zelo redka. Na ozemlju Ruske federacije je takšna nahajališča mogoče najti le v Sibiriji in na Uralu. Poleg tega so nefelini in aluniti industrijskega pomena.

Najpomembnejši aluminijev mineral danes je boksit, ki je zmes bazičnega oksida, katerega kemijska formula je AlO(OH) s hidroksidom, kemijska formula Al(OH) 3. Največja nahajališča boksita se nahajajo v državah, kot so Avstralija (približno 30% svetovnih zalog), Jamajka, Brazilija in Gvineja. Industrijsko rudarjenje boksita se izvaja tudi v drugih državah sveta.

Alunit (tako imenovani galunov kamen) je precej bogat z aluminijem, katerega kemijska formula je naslednja (Na,K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH), kot tudi kemijska formula nefelina ( Na, K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 . Znanih pa je več kot dvesto petdeset mineralov, ki vsebujejo aluminij. Večina teh mineralov je aluminosilikatov, iz katerih je v veliki meri sestavljena skorja našega planeta. Ko ti minerali preperejo, nastane glina, katere osnova je mineral kaolinit, katerega kemijska formula je Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Glina običajno vsebuje primesi železa, ki ji dajejo rjavkasto barvo, včasih pa čisto belo najdemo tudi glino, imenovano kaolin. Ta glina se pogosto uporablja pri izdelavi različnih izdelkov iz porcelana in fajanse.

Zelo trd mineral korund je izjemno redek, po trdoti je takoj za diamantom. Mineral je kristalni oksid, ima kemijsko formulo Al 2 O 3 in je pogosto obarvan zaradi primesi drugih elementov v različne barve. Obstaja modra različica tega minerala, ki je dobila svojo barvo zaradi prisotnosti nečistoč železa in titana; to je dobro znani dragi kamen safir. Korund z rdečo primesjo se imenuje rubin; to barvo je dobil zaradi primesi kroma. Različne primesi lahko obarvajo tako imenovani žlahtni mineral korund v druge barve, med drugim v zeleno, rumeno, vijolično, oranžno, pa tudi v druge zelo različne barve in odtenke.

Aluminij kot element v sledovih je lahko prisoten v tkivih prebivalcev našega planeta: rastlin in živali. V naravi obstajajo bitja z organizmi, ki koncentrirajo aluminij; kovino kopičijo v nekaterih svojih organih. Takšni organizmi vključujejo plavaste mahove in nekatere mehkužce.

Aplikacija

Aluminij in njegove zlitine zasedajo drugo mesto po uporabi, takoj za železom in njegovimi zlitinami. Široka uporaba aluminija na različnih področjih je v veliki meri posledica njegovih edinstvenih lastnosti: nizke gostote, odpornosti proti koroziji na zraku, visoke električne in toplotne prevodnosti ter relativno visoke trdnosti. Aluminij je mogoče enostavno obdelovati: vtiskovanje, kovanje, valjanje itd.

Električna prevodnost aluminija je precej visoka (65,5 % električne prevodnosti bakra) in visoka trdnost, zato sta žica in embalažna folija izdelani iz čistega aluminija. Toda večina aluminija se uporablja za izdelavo zlitin. Aluminijeve zlitine imajo visoko gostoto, dobro odpornost proti koroziji, toplotno in električno prevodnost, duktilnost in toplotno odpornost. Na površino takšnih zlitin je mogoče enostavno nanesti dekorativne ali zaščitne premaze.

Raznolikost aluminijevih zlitin je posledica različnih dodatkov, ki z njim tvorijo intermetalne spojine ali raztopine. Glavni del aluminija se uporablja pri izdelavi lahkih zlitin: silumin, duralumin itd. Takšna zlitina po strjevanju postane približno 7-krat močnejša od čistega aluminija in trikrat lažja od železa. Proizvaja se z legiranjem aluminija z bakrom, magnezijem, manganom, silicijem in železom.

Široko se uporabljajo silumini, tj. aluminijeve zlitine s silicijem. Proizvajajo se tudi toplotno odporne in kriogene zlitine. Izredna lahkost in trdnost aluminijevih zlitin je zelo uporabna pri izdelavi letal. Na primer, propelerji helikopterjev so izdelani iz zlitine aluminija z magnezijem in silicijem. Aluminijev bron (11 % aluminija) je zelo odporen ne samo na morsko vodo, ampak tudi na klorovodikovo kislino. V Sovjetski zvezi od 26 do 57. Iz takšne zlitine so bili kovani kovanci v apoenih od 1 do 5 kopeck. V metalurgiji se aluminij uporablja kot osnova za zlitine, pa tudi kot legirni dodatek v zlitinah na osnovi magnezija, železa, bakra, niklja itd.

Aluminijeve zlitine se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju, v arhitekturi in gradbeništvu, v ladjedelništvu, avtomobilski industriji, pa tudi v vesoljski in letalski tehnologiji. Prvi umetni satelit na Zemlji je bil narejen iz aluminijeve zlitine. Zircaloy - zlitina aluminijevega cirkonija - se pogosto uporablja v proizvodnji jedrskih raket. Aluminij se uporablja tudi pri izdelavi eksploziva. Ulita mešanica trinitrotoluena in aluminijevega prahu, tj. alumotol je eden najmočnejših industrijskih eksplozivov. Zažigalne sestavke poleg aluminija vsebujejo še oksidant perklorat in nitrat. Pirotehnična sestava Zvezdočke vključuje tudi aluminij. Termit, tj. mešanica aluminijevega prahu z oksidi drugih kovin, ki se uporablja za proizvodnjo različnih zlitin in kovin, v zažigalnem strelivu in za varjenje tirnic.

Omeniti velja možnost barvanja filma aluminijevega oksida na površini kovine, ki se pridobiva z elektrokemijsko metodo. Ta aluminij se imenuje eloksiran. Anodiziran aluminij po videzu spominja na zlato in se uporablja kot material za izdelavo nakita.

Pri uporabi aluminijastih izdelkov v vsakdanjem življenju morate razumeti, da lahko v aluminijastih posodah ali v njih segrevate samo tekočine z nevtralno kislostjo, kot je voda. Če juho iz kislega zelja kuhate v aluminijasti posodi, bo hrana dobila neprijeten kovinski okus. Zato uporaba aluminijaste posode ni priporočljiva.

Približno četrtina vsega proizvedenega aluminija na svetu se porabi v gradbeništvu, prav toliko v prometnem strojništvu, okoli 15 % se ga porabi za proizvodnjo embalaže, desetina pa v radijski elektroniki.

Proizvodnja

Charles Martin Hall je leta 1886 odkril moderno metodo proizvodnje aluminija. Pri 16 letih je slišal svojega učitelja F. F. Jewetta reči, da tisti, ki bo odkril poceni način proizvodnje aluminija, ne bo samo noro obogatel, ampak bo naredil veliko uslugo vsemu človeštvu. Jewett je svojim študentom pokazal majhen vzorec rebraste kovine, nakar je Charles Martin Hall izjavil, da bo našel način, kako ga dobiti.

Hall je šest let delal z aluminijem in poskušal vse metode, a brez uspeha. Končno se je odločil za uporabo elektrolize. Takrat še ni bilo elektrarn, zato so električni tok pridobivali iz ogromnih premogovno-cinkovih baterij z žveplovo in dušikovo kislino. Hall je v svojem skednju postavil majhen laboratorij. Njegova sestra Julia je bratu pomagala na vse možne načine; uspelo ji je rešiti vse njegove zapiske, zaradi česar je odkritje mogoče slediti dan za dnem.

Najtežji del dela je bila izbira elektrolita ter zaščita aluminija pred oksidacijo. Po šestih mesecih napornega dela nam je končno uspelo izvleči nekaj kovinskih kroglic. Pod vplivom čustev je Hall takoj stekel k svojemu zdaj že nekdanjemu učitelju in mu pokazal srebrne kroglice z besedami "Imam!" Ta incident se je zgodil 23. februarja 1886. Ne glede na to, kako čudno se zdi, je Francoz Paul Héroux patentiral izum dva meseca po tem datumu. Pravzaprav sta neodvisno drug od drugega skoraj sočasno odkrila način pridobivanja aluminija. Zanimivo je, da tudi letnice rojstva in smrti teh znanstvenikov sovpadajo.

Prvih deset žog, ki jih je uspelo izdelati Hallu, je shranjenih v Pittsburghu pri American Aluminium Company. Ta predmet velja za nacionalno relikvijo. Na kolidžu v Pittsburghu je spomenik v dvorani, ulit iz aluminija.

21-letni znanstvenik je, kot je napovedal njegov učitelj, prejel svetovno priznanje in postal znan in bogat človek. Z njim je bilo vse v redu, osebno pa ne. Hallova zaročenka se ni mogla sprijazniti z dejstvom, da je njen zaročenec ves čas preživel v laboratoriju, in je nato prekinila zaroko, ne da bi se sploh poročila. Po tem se je Hall vrnil na domači kolidž, kjer je delal do konca svojega življenja. Rečeno je bilo, da so bili Hallovi kolegij mati, žena in otroci. Charles Martin Hall je več kot polovico svoje dediščine zapustil domačemu kolidžu, in sicer 5.000.000 $ (takrat je bila to preprosto kozmična vsota). Hall je umrl zaradi levkemije, ko je bil star 51 let.

Metoda, ki sta jo razvila Hall in Heroux, je omogočila proizvodnjo ogromnih količin aluminija z uporabo električne energije. Relativno poceni metoda je hitro dosegla industrijsko raven. Če primerjate, koliko aluminija je bilo pridobljenega pred in po odkritju, bo vse takoj jasno. Od leta 1855 do 1890 je bilo proizvedenih le 200 ton kovine, medtem ko je bilo od leta 1890 do 1900 po metodi Charlesa Martina Halla po vsem svetu proizvedenih že 28.000 ton kovine. Do začetka tridesetih let dvajsetega stoletja je svetovna proizvodnja aluminija na leto dosegla 300 tisoč ton. Danes vsako leto proizvedejo približno 15 milijonov ton aluminija.

V posebej zasnovanih kopelih pri temperaturi približno 965 ° C se tehnični Al2O3 (raztopina aluminijevega oksida) podvrže elektrolizi v Na3AlF6, tj. staljeni kriolit, ki je delno sintetiziran ali izkopan kot mineral. Na dnu kopeli se nabira tekoči aluminij (katoda), na notranjih anodah, ki postopoma zgorevajo, pa se sprošča kisik. Če je napetost nizka in okoli 4,5 V, bo poraba toka približno 250 tisoč A. Za proizvodnjo 1 tone aluminija potrebujemo 1 dan in 15 tisoč kW/h električne energije. Za primerjavo, ta energija bi zadostovala trivhodni devetnadstropni stavbi za več kot mesec dni. Pri proizvodnji aluminija nastajajo hlapne spojine, zato se proizvodnja kovine šteje za okolju nevaren proces.

Fizične lastnosti

Glede na splošne fizikalne lastnosti je aluminij tipična kovina. Njegova kristalna mreža je kubična, osredotočena na obraz. Kovinski parameter a je 0,40403 nm. Tališče aluminija v čisti obliki je 660 stopinj Celzija, vrelišče kovine je 2450 stopinj Celzija, gostota snovi pa je 2,6989 grama na kubični meter. Za zadevno kovino je temperaturni koeficient linearne razteznosti približno 2,5·10 -5 K -1. Aluminij ima standardni elektronski potencial, ki ga lahko predstavimo kot Al 3+ /Al-1,663V.

Glede na maso kovine lahko rečemo, da je aluminij ena najlažjih kovinskih snovi na planetu. Edine lažje kovine so magnezij in berilij ter zemeljskoalkalijske in alkalijske kovine brez barija. Taljenje aluminija je precej preprosto, kovino morate segreti na temperaturo 660 stopinj Celzija. Na primer, tanko aluminijasto žico lahko stopite na navadnem gorilniku preprostega domačega plinskega štedilnika. Toda doseči vrelišče je veliko težje; aluminij začne vreti šele, ko doseže 2452 stopinj Celzija.

Po svojih električnih prevodnih lastnostih je aluminij na četrtem mestu med vsemi drugimi kovinami. Slabše je od srebra, ki je, mimogrede, na prvem mestu, prav tako pa je slabše od bakra in zlata. To dejstvo določa široko praktično uporabo kovine, kar je v veliki meri posledica njegove relativne poceni. Toplotna prevodnost zgoraj opisanih kovin se spreminja v popolnoma enakem vrstnem redu. Sposobnost aluminija, da hitro prevaja toploto, je v praksi precej enostavno preveriti; preprosto potopite aluminijasto žlico v vroč čaj ali kavo in takoj boste občutili, kako hitro se žlica segreje.

Druga redka in v mnogih pogledih edinstvena lastnost aluminija je njegova odsevna sposobnost. Gladka, polirana, sijoča ​​površina kovine odlično odbija svetlobne žarke. Osemdeset do devetdeset odstotkov svetlobe se odbije v vidnem območju spektra, natančna številka je v veliki meri odvisna od same valovne dolžine. Na področju ultravijoličnega sevanja aluminiju ni enakega med drugimi kovinami, tu so njegove odbojne sposobnosti preprosto edinstvene. Na primer, srebro ima zelo nizko odbojnost v ultravijolični svetlobi. Toda v infrardečem območju je aluminij v odsevnih lastnostih slabši od srebra.

Čisti aluminij, brez vseh primesi, je precej mehka kovina. Rad bi omenil, da je približno trikrat mehkejši od bakra. Zato je dokaj debele aluminijaste palice ali trakove presenetljivo enostavno upogniti brez posebnega truda. Toda to je le v čisti obliki; v nekaterih od desetin znanih aluminijevih zlitin se trdota kovine poveča večkrat in celo desetkrat.

Med drugim ima aluminij zelo nizko dovzetnost za korozivne vplive okolja.
Aluminij in njegove zlitine lahko glede na način proizvodnje razdelimo na tri vrste:

• - deformabilen;
• - izpostavljeni tlačni obdelavi;
• - livarne, ki se uporabljajo v obliki oblikovanih odlitkov.

• - termično ni utrjena;
• - termično utrjeno.

Če odštejemo zgoraj opisane klasifikacije, lahko aluminijeve zlitine razdelimo tudi glede na legirne sisteme.

Kemijske lastnosti

Aluminij je precej aktivna kovina. Protikorozijske lastnosti aluminija so posledica dejstva, da je na zraku prekrit z debelim oksidnim filmom Al 2 O 3, ki preprečuje nadaljnje prodiranje kisika. Film nastane tudi, če kovino damo v koncentrat dušikove kisline.

Oksidacijsko stanje, značilno za aluminij, je +3. Toda aluminij je zaradi nezapolnjenih 3d in 3p orbital sposoben tvoriti tudi donorske in akceptorske vezi. Zato je ion, kot je Al3+, nagnjen k tvorbi kompleksov in tvori anionske in kationske komplekse: AlF 6 3-, AlCl 4 -, Al(OH) 4 -, Al(OH) 6 3- in mnoge druge. Obstajajo tudi kompleksi z organskimi spojinami.

Po kemijski aktivnosti je aluminij takoj za magnezijem. To se morda zdi čudno, saj se izdelki iz aluminija ne pokvarijo niti na zraku niti v vreli vodi; za razliko od železa aluminij ne rjavi. Toda vse to je posledica prisotnosti zaščitne oksidne lupine iz aluminija. Če na gorilniku začnete segrevati tanko 1 mm debelo kovinsko ploščo, se bo stopila, vendar ne bo tekla, ker... je vedno v oksidni lupini. Če pa aluminiju odvzamemo zaščitni »oklep«, kar lahko dosežemo s potopitvijo v raztopino živosrebrovih soli, takoj začne kazati svojo »šibkost«. Že pri sobni temperaturi burno reagira z vodo in sprošča vodik 2Al + 6H 2 O -> 2Al(OH) 3 + 3H 2. In ko je izpostavljen zraku, se aluminij, brez zaščitne folije, preprosto spremeni v prah 2Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3. V zdrobljenem stanju je aluminij še posebej aktiven; kovinski prah takoj zgori v ognju. Če aluminijev prah zmešate z natrijevim peroksidom in nato kapnete v mešanico vode, bo aluminij zlahka vnel in zagorel z belim plamenom.

Zaradi tesne vezi s kisikom lahko aluminij dobesedno "odvzame" kisik oksidom drugih kovin. Na primer mešanica termita. Pri gorenju se sprosti toliko toplote, da se nastalo železo začne taliti 8Al + 3Fe 3 O 4 -> 4Al 2 O 3 + 9Fe. Ta metoda reducira CoO, Fe 2 O 3, NiO, V 2 O 5, MoO 3 in številne druge okside v kovine. Vendar med aluminotermijo oksidov Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 reakcijska toplota ni dovolj, da bi dosegla tališče produkti reakcije.

Aluminij se zlahka raztopi v mineralnih kislinah in tvori soli. Koncentrat dušikove kisline pomaga zgostiti film kovinskega oksida; po tej obdelavi aluminij preneha reagirati tudi na učinke klorovodikove kisline. Anodiziranje ustvari debel film na kovinski površini, ki ga je mogoče enostavno barvati v različnih barvah.

Reakcija 3CuCl 2 + 2Al -> 2AlCl 3 + 3Cu poteka precej enostavno, posledica pa je veliko toplote, vse zaradi hitrega uničenja zaščitne folije zaradi bakrovega klorida. Pri taljenju kovine z alkalijami nastanejo tako imenovani brezvodni aluminati: Al 2 O 3 + 2NaOH -> 2NaAlO 2 + H 2 O. Obstaja tudi poldragi aluminat Mg(AlO2)2, to je spinelni kamen.

Aluminij burno reagira s halogeni. Če tanko aluminijasto žico položimo v 1 ml broma, bo čez nekaj časa močno zasvetila. Če mešamo aluminijev in jodov prah, lahko reakcijo sproži kapljica vode, po kateri se vidi svetel plamen in vijoličen dim iz joda. Aluminijevi halogeni imajo vedno kislo reakcijo AlCl 3 + H 2 O -> Al(OH)Cl 2 + HCl, ki je posledica hidrolize.

Aluminij z dušikom reagira šele pri temperaturi 800°C in nastane nitrid AlN, s fosforjem pri temperaturi 500°C pa fosfid AlP. Reakcija z žveplom se začne, ko doseže 200 °C, pri čemer nastane Al 2 S 3 sulfid. Borida AlB 2 in AlB 12 nastaneta z dodajanjem bora staljenemu aluminiju.

Zgodovina odkrivanja elementov

Dokumentirano odkritje aluminija se je zgodilo leta 1825. To kovino je prvi pridobil danski fizik Hans Christian Oersted, ko jo je izoliral z delovanjem kalijevega amalgama na brezvodni aluminijev klorid (pridobljen s prehajanjem klora skozi vročo mešanico aluminijevega oksida in premoga ). Po destilaciji živega srebra je Oersted dobil aluminij, čeprav je bil onesnažen z nečistočami. Leta 1827 je nemški kemik Friedrich Wöhler pridobil aluminij v obliki prahu z redukcijo heksafluoroaluminata s kalijem. Sodoben način pridobivanja aluminija je leta 1886 odkril mladi ameriški raziskovalec Charles Martin Hall. (Od leta 1855 do 1890 so proizvedli le 200 ton aluminija, v naslednjem desetletju pa so po Hallovi metodi proizvedli 28.000 ton te kovine po vsem svetu.) Aluminij s čistostjo nad 99,99 % je bil prvič pridobljen z elektrolizo leta 1920. Leta 1925 je Edwards objavil nekaj informacij o fizikalnih in mehanskih lastnostih takšnega aluminija. Leta 1938 Taylor, Willey, Smith in Edwards so objavili članek, ki navaja nekatere lastnosti aluminija s čistostjo 99,996%, prav tako pridobljenega v Franciji z elektrolizo. Prva izdaja monografije o lastnostih aluminija je izšla leta 1967. Do nedavnega je veljalo, da se aluminij kot zelo aktivna kovina v naravi ne more pojaviti v prostem stanju, vendar je leta 1978. V kamninah sibirske platforme so odkrili samorodni aluminij - v obliki nitastih kristalov, dolgih le 0,5 mm (z debelino niti več mikrometrov). Samorodni aluminij so odkrili tudi v lunarni zemlji, ki so jo na Zemljo prinesli iz območij Morij krize in obilja.

Zgodovinska referenca

Ime aluminij izvira iz latinščine. alumen – torej že leta 500 pr. e. imenovan aluminijev alum, ki so ga uporabljali kot jedkalno sredstvo za barvanje tkanin in strojenje usnja. Danski znanstvenik H. K. Oersted je leta 1825 z delovanjem s kalijevim amalgamom na brezvodni AlCl 3 in nato z destilacijo živega srebra dobil relativno čist aluminij. Prvo industrijsko metodo za proizvodnjo aluminija je leta 1854 predlagal francoski kemik A. E. Saint-Clair Deville: metoda je bila redukcija dvojnega klorida aluminija in natrija Na 3 AlCl 6 s kovinskim natrijem. Po barvi podoben srebru je bil aluminij sprva zelo drag. Od leta 1855 do 1890 je bilo proizvedenih le 200 ton aluminija. Sodobno metodo pridobivanja aluminija z elektrolizo taline kriolit-aluminijev oksid sta leta 1886 istočasno in neodvisno razvila C. Hall v ZDA in P. Heroux v Franciji.

Razširjenost aluminija v naravi

Po razširjenosti v naravi je aluminij na 3. mestu za kisikom in silicijem ter na 1. mestu med kovinami. Njegova vsebnost v zemeljski skorji je 8,80 mas.%. Aluminij se zaradi svoje kemične aktivnosti ne pojavlja v prosti obliki. Znanih je nekaj sto aluminijevih mineralov, predvsem aluminosilikatov. Boksit, alunit in nefelin so industrijskega pomena. Nefelinske kamnine so revnejše z aluminijevim oksidom kot boksit, vendar njihova kompleksna uporaba proizvaja pomembne stranske produkte: soda, pepelika, žveplova kislina. Metoda za integrirano uporabo nefelinov je bila razvita v ZSSR. Nefelinske rude v ZSSR tvorijo v nasprotju z boksitom zelo velika nahajališča in ustvarjajo praktično neomejene možnosti za razvoj industrije aluminija.

Učni zapiski o kemiji v 9. razredu.

Zadeva: Aluminij. Biti v naravi. Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija. Oksid in hidroksid, njuna amfoternost.

Vrsta lekcije: učenje nove snovi.

Cilji lekcije. Razmislite o elektronski zgradbi atoma aluminija. Preučite njegove osnovne fizikalne in kemijske lastnosti. Razširjenost in najpomembnejše aluminijeve spojine. Pokažite pomen in uporabo aluminija. Spodbujati občutek spodobnosti in poštenosti; nadaljevati z oblikovanjem dialektično-materialističnega svetovnega nazora učencev. Razviti spretnosti pri sestavljanju enačb kemijskih reakcij, ki vključujejo preproste snovi. Pokažite praktični pomen kemijskega znanja.

Med poukom.

Preverjanje domače naloge.

Kaj je trdota vode?

Katere vrste trdote vode poznate?

Metode za odpravo togosti.

Problematično vprašanje: ali je trda voda dobra ali škodljiva za človeka?

Razred nato sam opravi majhno testno delo:

Za odpravo začasne trdote vode (prisotnost bikarbonatov) lahko uporabite ... in ...:

A) natrijev karbonat; b) kalcijev hidroksid ; c) natrijev klorid;

D) klorovodikova kislina.

2. Začasno trdoto vode je mogoče odpraviti z izvedbo naslednje reakcije:

A) kalcijev karbonat + žveplova kislina;

B) kalcijev karbonat + voda + ogljikov dioksid;

B) kalcijev bikarbonat + kalcijev hidroksid;

D) kalcijev hidroksid + žveplova kislina.

2. Posodabljanje znanja in učenje nove snovi.

Pri učenju nove snovi ne bi smelo biti težav, zato naj bo lekcija strukturirana tako, da učenci samostojno odkrivajo vsebino te teme. Upoštevati je treba, da so nekateri podatki, ki so o tem podani v učbeniku, učencem poznani iz predmeta kemija 8. razreda, zato je treba te lastnosti preučevati po vrstnem redu ponavljanja.

Na mizi je škatla, v njej pa aluminijasta žlica.

Dober večer Danes se bomo seznanili s kemičnim elementom in preprosto snovjo, vendar morate uganiti, katero. Ti bom namignil, povedal bom prvih nekaj uvodnih besed o tej snovi.

»Weller dobi nekaj gramov nove kovine. Za njim drugi znanstvenik z uporabo natrija pridobi kilogram in kasneje tone nove kovine. Toda kovina je bila tako draga kot srebro. Francozi so iz njega izdelovali oklope za Napoleonove garde in igrače za dediča njegovega veličanstva. V škatli je izdelek iz te kovine.”

Kateri izdelek iz te kovine je v škatli (odgovor: aluminijasta žlica).

Torej, tema naše lekcije je "Aluminij. Biti v naravi. Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija. Oksid in hidroksid, njuna amfoternost."

Aluminij je najpogostejša kovina na zemlji. Preučevali ga bomo korak za korakom.

Načrt učenja nove snovi.

Aluminij je kot kemični element.

Položaj v PSHE.

Struktura atoma.

Biti v naravi.

Aluminij je enostavna snov.

Zgodovina odkritja.

Fizične lastnosti.

Kemijske lastnosti.

potrdilo o prejemu.

Aplikacija.

1. Položaj v PSHE.

Aluminij je v 3A skupini, 3. tretjina.

Struktura atoma.

(glej strani 125-126 učbenika).

Jedrski naboj +13, tri plasti elektronov, 3 elektroni na zunanji plasti. Kot rezultat združevanja elektronov 3-c2 dobimo tri neparne elektrone, zato ima aluminij v spojinah oksidacijsko stanje +3.

S primerjavo zgradbe atomov natrija, magnezija in aluminija sklepamo o relativni kemijski aktivnosti teh kovin. Pride do povečanja naboja jedra in povečanja moči vezi med valenčnimi elektroni in jedrom atomov v naslednjem zaporedju: natrij, magnezij, aluminij. Posledično bi se morala kemična aktivnost teh kovin zmanjšati v enakem vrstnem redu: natrij, magnezij, aluminij.

Biti v naravi.

(glej diagram 17 na strani 127 učbenika).

V naravi aluminij obstaja v obliki boksita, kaolina, nefelina, korunda in glinenca. Aluminij je tretji najpogostejši element v zemeljski skorji. Pojavlja se samo v spojinah. Najpomembnejši med njimi so prikazani v tem diagramu. Zapiši njihove formule in imena v zvezek.

Nahajališča aluminijevih surovin so na Uralu, v Kazahstanu, Sibiriji in Baškiriji.

Preprosta snov je aluminij.

Zgodovina odkritja.

Aluminij je tudi del galuna, aluminijevega oksida in kriolita.

Želim povedati zgodbo o odkritju aluminija. Nekega dne je k rimskemu cesarju Tiberiju prišel neznanec. Kot darilo je cesarju podaril skledo, ki jo je izdelal iz kovine, lesketajoče kot srebro, a izjemno lahke. Mojster je povedal, da mu je uspelo pridobiti to neznano kovino iz ilovnate zemlje. Občutek hvaležnosti je moral Tiberija redko obremenjevati, bil pa je tudi kratkoviden vladar. V strahu, da bi nova kovina s svojimi odličnimi lastnostmi razvrednotila zlato in srebro, shranjeno v zakladnici, je izumitelju odsekal glavo in uničil njegovo delavnico, da nihče ne bi želel nadaljevati s proizvodnjo »nevarne kovine«. Tisoč in pol kasneje je bila napisana nova stran v zgodovini aluminija. To je naredil nadarjeni nemški zdravnik in naravoslovec Paracelsus Philip.

Po mnenju starodavnih zgodovinarjev in piscev so galun (v latinščini »alumene«) kopali marsikje v starem svetu. Že v starih časih so ga uporabljali za barvanje in barvanje tkanin. Na začetku našega štetja je poveljnik Arhelaj med vojno med Rimljani in Perzijci ukazal svoje lesene stolpe premazati z galunom in jih tako narediti tako ognjevarne, da so se vsi poskusi, da bi jih zažgali, končali neuspešno.

Osnova, ki ustreza galunu, aluminijev oksid, je bila pridobljena leta 1754.

Aluminij je del številnih dragocenih kamnov: rubin, safir, smaragd, spinel, turkiz. Yakhont je staro rusko ime za rubin.

Rdeči rubin in modri safir sta v starih časih in srednjem veku veljala za zdravilna kamna:

"Rubin zdravi srce, možgane, moč in spomin osebe, safir ohranja in povečuje pogum, čisti oči, krepi mišice." Rubin zdaj ni le luksuzen predmet, postal je trdo obdelovan kamen. Če odprete pokrov ure, lahko vidite drobne čudovite kamenčke. To so podporni rubinasti kamni. Celotna urarska industrija temelji na umetnih rubinih.

Kako dolgo je aluminij znan?

Na Kitajskem je grobnica slavnega poveljnika Zhou Zhuja, ki je umrl v začetku 3. stoletja. Zlitina, iz katere so starodavni obrtniki izdelovali okraske na grobu, vsebuje 85 % aluminija. Kako pa jim je v 3. stoletju uspelo pridobiti to kovino? Navsezadnje so ljudje elektriko poznali le po streli!

Morda je v tistih daljnih časih obstajal kakšen drug način pridobivanja aluminija, ki pa se je skozi stoletja na žalost izgubil.

Fizične lastnosti.

Aluminij je kovina in ima zato kovinsko kristalno mrežo. Barva je srebrno bela, saj je vedno prekrit s tankim oksidnim filmom. Aluminij je lahka in duktilna kovina.

Gostota - 2700 kg na kubični meter, tališče - 660 stopinj Celzija. Ima nizko gostoto, zato je enostaven za valjanje in druge vrste mehanske obdelave.

Po električni prevodnosti je aluminij na 4. mestu za bakrom, srebrom in zlatom. Vse te lastnosti so aluminiju odprle pot v sodobno prometno strojništvo in elektrotehniko. Uporabljajo se različne aluminijeve zlitine, od katerih je treba posebej omeniti izjemne lastnosti duraluminija (duraluminij), ki ima pri nizki gostoti mehanske lastnosti jekla.

Kemijske lastnosti.

Pri karakterizaciji kemijskih lastnosti aluminija je treba upoštevati, da učenci že poznajo amfoternost njegovega oksida in hidroksida. Ker je aluminij v 3. skupini in je prehodni element. To je dvojnost njegovih kemijskih lastnosti. Njegov oksid in hidroksid sta po naravi amfoterna; reagirajo tako s kislinami kot z alkalijami. Običajno je uporaba aktivnih kovin v njihovi čisti obliki omejena zaradi njihove visoke kemične reaktivnosti.

Aluminij je edina zelo aktivna kovina, ki se pogosto uporablja v vsakdanjem življenju v svoji čisti obliki (ne štejemo zlitin). To dejstvo je mogoče razložiti zelo preprosto - aluminij je prevlečen s tanko, vendarzelo močan film njenega oksida, ki ga večina drugih kovin nima.

Če pogledamo malo naprej, vas obveščamo, da se aluminijev oksid uporablja kot abrazivni material v obliki smirkovega in korundnega kolesa. Tudi druge kovine so prekrite z oksidnim filmom, vendar je ta film ohlapen in ni močan, zato te kovine hitro korodirajo, se sesedejo itd.

Učenci delajo po učbeniku na straneh 127-129. Učitelj napiše na tablo, učenci pa v zvezke enačbe kemijskih lastnosti aluminija ter njegovega oksida in hidroksida.

Oksidira s kisikom, da nastane oksid;

Tvori soli s halogeni;

Z raztopino kislin - soli;

Če se znebite oksidnega filma, reagira z vodo - aluminijevim hidroksidom in vodikom;

Z žveplom – sulfid;

S solmi se obnaša kot reducent - aluminizacija;

Z alkalijami - kompleksna sol in vodik (natrijev tetrahidroksoaluminat).

Kemijske lastnosti aluminijevega oksida in aluminijevega hidroksida (str. 129). 1) + kislina – sol in voda;

2) + alkalija – kompleksna sol.

4. Prejem.

Glavna industrijska metoda za proizvodnjo aluminija je elektroliza staljenega aluminijevega oksida (aluminijev oksid) v kriolitu (natrijev fluorid * aluminijev fluorid):

Aluminijev oksid – aluminij + kisik (električni tok; talina).

Nemški kemik F. Weller je leta 1827 v laboratoriju pridobil aluminij. Segreval je aluminijev klorid z alkalijskimi kovinami s kalijem ali natrijem brez dostopa do zraka:

Aluminijev klorid + kalij – kalijev klorid + aluminij.

Za industrijsko proizvodnjo te metode niso ekonomsko upravičene, zato je bila razvita elektrokemijska metoda za pridobivanje aluminija iz boksita.

5.Uporaba aluminija.

50.000 izdelkov je izdelanih iz aluminija. Vsak od nas se vsak dan srečuje z aluminijem: vilice, žlice, lonci, mize, stoli. Aluminijeve zlitine so zaradi svojih lastnosti zelo razširjene. Do danes je bila ustvarjena izvirna zlitina aluminija in cinka. Medtem ko ohranja vse prednosti kovine, ima zlitina neverjetno duktilnost: palico iz nje je mogoče raztegniti 10-krat tudi pri nizkem segrevanju! Takšni "gumijasti" materiali so zanimivi predvsem za letalsko industrijo. Aluminij imenujemo "letalska" kovina, ker ... široko se uporablja pri gradnji letal. Uporablja se za izdelavo folije za čokolado in druge namene. Vključeno v rubine, safirje in glino. Uporablja se v obliki smirkovega kamna - abrazivnega materiala.

Biološka vloga aluminija: je del medceličnih raztopin in tkiv živih organizmov. Večina aluminija, predvsem vezanega na beljakovine, je skoncentrirana v možganih, jetrih in pljučih. Rastline, ki so najbogatejše z aluminijem, so paprika, kumare, marelice in črni ribez. Vendar presežek aluminija v hrani škodljivo vpliva na telo.

Ta neskončen seznam uporab aluminija se lahko nadaljuje. Mislim, da tudi sami poznate nekatera druga področja uporabe aluminija. Na podlagi njegovih lastnosti smo določili področja uporabe aluminija.

Povzemanje.

Aluminij je aktivna kovina, reagira z nekovinami, kislinami in alkalijami; Zaradi svojih fizikalnih lastnosti in prisotnosti zaščitnega oksidnega filma se pogosto uporablja v tehnologiji in vsakdanjem življenju.

Domača naloga.

1. Povzetki o aluminiju.

2. Odstavek št. 42 in vprašanja k njemu.

Cilji lekcije: razmislite o razširjenosti aluminija v naravi, njegovih fizikalnih in kemijskih lastnostih ter lastnostih spojin, ki jih tvori.

Napredek

2. Študij novega gradiva. Aluminij

Glavno podskupino III. skupine periodnega sistema sestavljajo bor (B), aluminij (Al), galij (Ga), indij (In) in talij (Tl).

Kot je razvidno iz zgornjih podatkov, so bili vsi ti elementi odkriti v 19. stoletju.

Odkritje kovin glavne podskupine III skupine

Bor je nekovina. Aluminij je prehodna kovina, medtem ko so galij, indij in talij polnopravne kovine. Tako se z naraščajočimi polmeri atomov elementov vsake skupine periodnega sistema povečujejo kovinske lastnosti preprostih snovi.

V tem predavanju si bomo podrobneje ogledali lastnosti aluminija.

Prenesi:

Predogled:

OBČINSKI PRORAČUN VZGOJNO-IZOBRAŽEVALNI ZAVOD

SPLOŠNA IZOBRAŽEVALNA ŠOLA št. 81

Aluminij. Položaj aluminija v periodnem sistemu in zgradba njegovega atoma. Biti v naravi. Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija.

učiteljica kemije

Srednja šola MBOU št. 81

2013

Tema lekcije: Aluminij. Položaj aluminija v periodnem sistemu in zgradba njegovega atoma. Biti v naravi. Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija.

Cilji lekcije: razmislite o razširjenosti aluminija v naravi, njegovih fizikalnih in kemijskih lastnostih ter lastnostih spojin, ki jih tvori.

Napredek

1. Organizacijski trenutek lekcije.

2. Študij novega gradiva. Aluminij

Glavno podskupino III. skupine periodnega sistema sestavljajo bor (B),aluminij (Al), galij (Ga), indij (In) in talij (Tl).

Kot je razvidno iz zgornjih podatkov, so bili vsi ti elementi odkriti v 19. stoletju.

Odkritje kovin glavne podskupine III

Bor je nekovina. Aluminij je prehodna kovina, medtem ko so galij, indij in talij polnopravne kovine. Tako se z naraščajočimi polmeri atomov elementov vsake skupine periodnega sistema povečujejo kovinske lastnosti preprostih snovi.

V tem predavanju si bomo podrobneje ogledali lastnosti aluminija.

1. Položaj aluminija v tabeli D. I. Mendelejeva. Atomska zgradba, izražena oksidacijska stanja.

Element aluminij se nahaja v skupini III, glavna podskupina "A", obdobje 3 periodnega sistema, zaporedna številka 13, relativna atomska masa Ar(Al) = 27. Njegov sosed na levi v tabeli je magnezij - tipična kovina, na desni pa je silicij - nekovina . Posledično mora aluminij kazati lastnosti neke vmesne narave in njegove spojine so amfoterne.

Al +13) 2 ) 8 ) 3 , p – element,

Aluminij ima oksidacijsko stopnjo +3 v spojinah:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Fizikalne lastnosti

Aluminij v prosti obliki je srebrno bela kovina z visoko toplotno in električno prevodnostjo. Tališče 650 O C. Aluminij ima nizko gostoto (2,7 g/cm 3 ) - približno trikrat manj kot pri železu ali bakru, hkrati pa je trpežna kovina.

3. Biti v naravi

Po razširjenosti v naravi se uvršča1. med kovinami in 3. med elementi, takoj za kisikom in silicijem. Odstotek vsebnosti aluminija v zemeljski skorji se po mnenju različnih raziskovalcev giblje od 7,45 do 8,14% mase zemeljske skorje.

V naravi se aluminij pojavlja le v spojinah(minerali).

Nekateri od njih:

Boksit - Al 2 O 3 H 2 O (z nečistočami SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

Nefelini - KNa 3 4

Aluniti - KAl(SO 4 ) 2 2Al(OH) 3

Aluminijev oksid (mešanice kaolina s peskom SiO 2, apnenec CaCO 3, magnezit MgCO 3)

Korund - Al 2 O 3

Glinec (ortoklaz) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

Kaolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

Alunit - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3

Beril - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Kemijske lastnosti aluminija in njegovih spojin

Aluminij v normalnih pogojih zlahka reagira s kisikom in je prevlečen z oksidnim filmom (kar mu daje mat videz).

Njegova debelina je 0,00001 mm, vendar zaradi njega aluminij ne korodira. Za preučevanje kemijskih lastnosti aluminija odstranimo oksidni film. (Z brusnim papirjem ali kemično: najprej ga potopimo v raztopino alkalije, da odstranimo oksidni film, nato pa v raztopino živosrebrovih soli, da nastane zlitina aluminija z živim srebrom - amalgam).

I. Interakcija z enostavnimi snovmi

Že pri sobni temperaturi aluminij aktivno reagira z vsemi halogeni in tvori halogenide. Pri segrevanju reagira z žveplom (200 °C), dušikom (800 °C), fosforjem (500 °C) in ogljikom (2000 °C), z jodom v prisotnosti katalizatorja - vode:

2Al + 3S = Al 2 S 3 (aluminijev sulfid),

2Al + N 2 = 2AlN (aluminijev nitrid),

Al + P = AlP (aluminijev fosfid),

4Al + 3C = Al 4 C 3 (aluminijev karbid).

2 Al + 3 I 2 = 2 Al I 3 (aluminijev jodid)

Vse te spojine so popolnoma hidrolizirane in tvorijo aluminijev hidroksid in s tem vodikov sulfid, amoniak, fosfin in metan:

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

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

V obliki ostružkov ali prahu močno gori na zraku in sprošča veliko količino toplote:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + 1676 kJ.

II. Interakcija s kompleksnimi snovmi

Interakcija z vodo:

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

brez oksidnega filma

Interakcija s kovinskimi oksidi:

Aluminij je dober reducent, saj je ena izmed aktivnih kovin. V vrsti aktivnosti se uvršča takoj za zemeljskoalkalijskimi kovinami. Zatoobnavlja kovine iz njihovih oksidov. Ta reakcija, aluminotermija, se uporablja za proizvodnjo čistih redkih kovin, kot so volfram, vanadij itd.

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

Termitna zmes Fe 3 O 4 in Al (prah) – uporablja se tudi pri termitnem varjenju.

Сr 2 О 3 + 2Аl = 2Сr + Al 2 О 3

Interakcija s kislinami:

Z raztopino žveplove kisline: 2 Al + 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2

Ne reagira s hladnim koncentriranim žveplom in dušikom (pasivira). Zato se dušikova kislina prevaža v aluminijastih cisternah. Pri segrevanju lahko aluminij reducira te kisline brez sproščanja vodika:

2Al + 6H 2 SO 4 (konc.) = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O,

Al + 6HNO 3(konc) = Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Interakcija z alkalijami.

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 NaAl(OH) 4 + 3 H 2

Na[Al(OH) 4 ] – natrijev tetrahidroksialuminat

Po predlogu kemika Gorbova so med rusko-japonsko vojno to reakcijo uporabili za proizvodnjo vodika za balone.

S solnimi raztopinami:

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

Če površino aluminija podrgnemo z živosrebrovo soljo, pride do naslednje reakcije:

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

Izpuščeno živo srebro raztopi aluminij in nastane amalgam.

5. Uporaba aluminija in njegovih spojin

Fizikalne in kemijske lastnosti aluminija so privedle do njegove široke uporabe v tehnologiji.Letalska industrija je velik porabnik aluminija: 2/3 letala je sestavljenega iz aluminija in njegovih zlitin. Jekleno letalo bi bilo pretežko in bi lahko prepeljalo veliko manj potnikov.Zato aluminij imenujemo krilata kovina.Kabli in žice so izdelani iz aluminija: z enako električno prevodnostjo je njihova masa 2-krat manjša od ustreznih bakrenih izdelkov.

Glede na odpornost aluminija proti koroziji jeproizvodnja strojnih delov in posod za dušikovo kislino. Aluminijev prah je osnova za izdelavo srebrne barve za zaščito železnih izdelkov pred korozijo, za odbijanje toplotnih žarkov pa se s takšno barvo prekrivajo rezervoarji za olje in gasilske obleke.

Aluminijev oksid se uporablja za proizvodnjo aluminija in tudi kot ognjevarni material.

Aluminijev hidroksid je glavna sestavina znanih zdravil Maalox in Almagel, ki zmanjšujejo kislost želodčnega soka.

Aluminijeve soli so močno hidrolizirane. Ta lastnost se uporablja v procesu čiščenja vode. Vodi za čiščenje dodamo aluminijev sulfat in majhno količino gašenega apna, da nevtraliziramo nastalo kislino. Posledično se sprosti obsežna oborina aluminijevega hidroksida, ki ob usedanju nosi s seboj suspendirane delce motnosti in bakterij.

Tako je aluminijev sulfat koagulant.

6. Proizvodnja aluminija

1) Moderno, stroškovno učinkovito metodo za proizvodnjo aluminija sta izumila Američan Hall in Francoz Héroux leta 1886. Vključuje elektrolizo raztopine aluminijevega oksida v staljenem kriolitu. Staljeni kriolit Na 3 AlF 6 raztopi Al 2 O 3, Kako voda raztopi sladkor. Elektroliza "raztopine" aluminijevega oksida v staljenem kriolitu poteka, kot da bi bil kriolit le topilo, aluminijev oksid pa elektrolit.

2Al 2 O 3 električni tok → 4Al + 3O 2

V angleški »Enciklopediji za dečke in dekleta« se članek o aluminiju začne z naslednjimi besedami: »23. februarja 1886 se je v zgodovini civilizacije začela nova kovinska doba - doba aluminija. Na ta dan je Charles Hall, 22-letni kemik, vstopil v laboratorij svojega prvega učitelja z ducatom majhnih kroglic srebrnobelega aluminija v roki in z novico, da je našel način za poceni izdelavo kovine in v velikih količinah." Hall je tako postal ustanovitelj ameriške industrije aluminija in anglosaški narodni heroj, kot človek, ki je znanost spremenil v velik posel.

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

TO JE ZANIMIVO:

• Kovinski aluminij je leta 1825 prvi izoliral danski fizik Hans Christian Oersted. S prehodom klorovega plina skozi plast vročega aluminijevega oksida, pomešanega s premogom, je Oersted izoliral aluminijev klorid brez najmanjše sledi vlage. Za obnovitev kovinskega aluminija je moral Oersted obdelati aluminijev klorid s kalijevim amalgamom. 2 leti pozneje nemški kemik Friedrich Woeller. Metodo je izboljšal tako, da je kalijev amalgam nadomestil s čistim kalijem.
• V 18. in 19. stoletju je bil aluminij glavna kovina za nakit. Leta 1889 je D.I. Mendelejev v Londonu prejel dragoceno darilo za svoje zasluge pri razvoju kemije - tehtnice iz zlata in aluminija.
• Do leta 1855 je francoski znanstvenik Saint-Clair Deville razvil metodo za proizvodnjo kovinskega aluminija v tehničnem obsegu. Toda metoda je bila zelo draga. Deville je užival posebno pokroviteljstvo francoskega cesarja Napoleona III. V znak svoje predanosti in hvaležnosti je Deville za Napoleonovega sina, novorojenega princa, izdelal elegantno gravirano ropotuljico - prvi "izdelek široke potrošnje" iz aluminija. Napoleon je celo nameraval opremiti svoje stražarje z aluminijastimi oklopi, vendar se je cena izkazala za previsoko. Takrat je 1 kg aluminija stal 1000 mark, t.j. 5-krat dražji od srebra. Šele po izumu elektrolitskega postopka se je aluminij po vrednosti izenačil z navadnimi kovinami.
• Ali ste vedeli, da aluminij ob vstopu v človeško telo povzroči motnjo živčnega sistema? Če je presežek, je metabolizem moten. In zaščitna sredstva so vitamin C, kalcijeve in cinkove spojine.
• Ko aluminij gori v kisiku in fluoru, se sprosti veliko toplote. Zato se uporablja kot dodatek k raketnemu gorivu. Raketa Saturn med poletom sežge 36 ton aluminijevega prahu. Zamisel o uporabi kovin kot sestavine raketnega goriva je prvi predlagal F. A. Zander.

3. Utrjevanje preučenega gradiva

št. 1. Za pridobivanje aluminija iz aluminijevega klorida lahko kot redukcijsko sredstvo uporabimo kovinski kalcij. Napišite enačbo za to kemijsko reakcijo in opišite ta proces z uporabo elektronske tehtnice.
pomisli! Zakaj te reakcije ni mogoče izvesti v vodni raztopini?

št. 2. Dopolnite enačbe kemijskih reakcij:
Al+H 2 SO 4 (rešitev) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 (konc) - t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

št. 3. Rešiti problem:
Zlitino aluminija in bakra smo med segrevanjem izpostavili presežku koncentrirane raztopine natrijevega hidroksida. Izpuščeno je bilo 2,24 litra plina (n.o.). Izračunajte odstotno sestavo zlitine, če je bila njena skupna masa 10 g?

4. Domača naloga Diapozitiv 2

AL Element III (A) skupine tabel D.I. Mendelejev Element z zaporedno številko 13, njegov Element 3. obdobja Tretje najpogostejše ime v zemeljski skorji izhaja iz latinščine. "Aluminis" – galun

Danski fizik Hans Oersted (1777-1851) Aluminij je prvič pridobil leta 1825 z delovanjem kalijevega amalgama na aluminijev klorid, ki mu je sledila destilacija živega srebra.

Sodobna proizvodnja aluminija Sodobno proizvodno metodo sta razvila neodvisno drug od drugega: Američan Charles Hall in Francoz Paul Héroux leta 1886. Sestoji iz raztapljanja aluminijevega oksida v staljenem kriolitu, čemur sledi elektroliza z uporabo potrošnega koksa ali grafitnih elektrod.

Kot študent na kolidžu Oberlin se je naučil, da bi lahko postal bogat in pridobil hvaležnost človeštva, če bi izumil način za proizvodnjo aluminija v industrijskem obsegu. Charles je kot obseden človek eksperimentiral s proizvodnjo aluminija z elektrolizo taline kriolit-aluminijev oksid. 23. februarja 1886, leto po diplomi na kolidžu, je Charles izdelal prvi aluminij z elektrolizo. Charles Hall (1863 – 1914) ameriški kemijski inženir

Paul Héroux (1863-1914) - francoski kemijski inženir Leta 1889 je odprl talilnico aluminija v Frontu (Francija), postal njen direktor, zasnoval elektroobločno peč za taljenje jekla, poimenovano po njem; razvil je tudi elektrolitsko metodo za proizvodnjo aluminijevih zlitin

8 Aluminij 1. Iz zgodovine odkritij Domov Naprej V času odkritja aluminija je bila kovina dražja od zlata. Britanci so velikega ruskega kemika D.I. Mendelejeva želeli počastiti z bogatim darilom; Aluminijasta skodelica je postala dražja od zlate. Nastalo "srebro iz gline" ni zanimalo le znanstvenikov, ampak tudi industrialce in celo francoskega cesarja. Nadalje

9 Aluminij 7. Vsebnost v zemeljski skorji glavno Naprej

Najpomembnejši mineral aluminija je danes glavna kemična sestavina boksita (Al 2 O 3) (28 - 80 %).

11 Aluminij 4. Fizikalne lastnosti Barva – srebrno bela t pl. = 660 °C. t kip. ≈ 2450 °C. Električno prevoden, toplotno prevoden Lahek, gostota ρ = 2,6989 g/cm 3 Mehak, plastičen. domov Naprej

12 Aluminij 7. Pojavnost v naravi Boksit – Al 2 O 3 Aluminijev oksid – Al 2 O 3 glavni Naprej

13 Aluminij glavna Dopolni manjkajoče besede Aluminij je element III. skupine, glavne podskupine. Naboj jedra atoma aluminija je +13. V jedru atoma aluminija je 13 protonov. V jedru atoma aluminija je 14 nevtronov. V atomu aluminija je 13 elektronov. Atom aluminija ima 3 energijske ravni. Elektronska lupina ima strukturo 2e, 8e, 3e. Na zunanji ravni so v atomu 3 elektroni. Oksidacijsko stanje atoma v spojinah je +3. Preprosta snov aluminij je kovina. Aluminijev oksid in hidroksid sta po naravi amfoterna. Nadalje

14 Aluminij 3 . Struktura preproste snovi Kovinska vez - kovina Kristalna mreža - kovina, kubična ploskev osredotočena glavna Naprej

15 Aluminij 2. Elektronska struktura 27 A l +13 0 2e 8e 3e P + = 13 n 0 = 14 e - = 13 1 s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Kratek elektronski zapis 1 s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Izpolnjevanje naloga domov Naprej

16 Aluminij 6. Kemijske lastnosti 4A l + 3O 2 = 2Al 2 O 3 t 2Al + 3S = Al 2 S 3 C nekovine (s kisikom, z žveplom) 2 A l + 3Cl 2 = 2AlCl 3 4Al + 3C = Al 4 C 3 C nekovine (s halogeni, z ogljikom) (Odstrani oksidni film) 2 Al + 6 H 2 O = 2Al(OH) 2 + H 2 C voda 2 Al + 6 HCl = 2AlCl 3 + H 2 2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + H 2 C kisline in 2 Al + 6NaOH + 6H 2 O = 2Na 3 [ Al (OH ) 6 ] + 3H 2 2Al + 2NaOH + 2H 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 C alkalije in 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe 2Al + WO 3 = Al 2 O 3 + W C o x i d a m m e t a l l o v domov Naprej

17 Aluminij 8. Priprava 1825 H. Oersted: AlCl 3 + 3K = 3KCl + Al: Elektroliza (t pl. = 2050 °C): 2Al 2 O 3 = 4 Al + 3O 2 Elektroliza (v staljenem kriolitu Na 3 AlF 6, t pl. ≈ 1000 ° C): 2Al 2 O 3 = 4 Al + 3O 2 Naprej