Aluminium – elementets allmänna egenskaper, kemiska egenskaper. Aluminium, förekomst i naturen Aluminium och dess föreningar i naturen

Metaller är ett av de mest bekväma materialen att bearbeta. De har också sina egna ledare. Till exempel har de grundläggande egenskaperna hos aluminium varit kända för människor under lång tid. De är så pass lämpliga för vardagsbruk att denna metall har blivit väldigt populär. Vad är både ett enkelt ämne och en atom kommer vi att överväga i den här artikeln.

Historien om upptäckten av aluminium

Under lång tid har människan känt till föreningen av metallen i fråga - den användes som ett medel som kunde svälla och binda samman komponenterna i blandningen detta var också nödvändigt vid tillverkning av läderprodukter. Förekomsten av aluminiumoxid i sin rena form blev känd på 1700-talet, under dess andra hälft. Den mottogs dock inte.

Forskaren H. K. Ørsted var den första som isolerade metallen från dess klorid. Det var han som behandlade saltet med kaliumamalgam och isolerade grått pulver från blandningen, som var aluminium i sin rena form.

Då blev det klart att aluminiumets kemiska egenskaper manifesteras i dess höga aktivitet och starka reducerande förmåga. Därför arbetade ingen annan med honom under lång tid.

Men 1854 kunde fransmannen Deville erhålla metallgöt genom elektrolys av smältan. Denna metod är fortfarande relevant idag. Särskilt massproduktion av värdefullt material började på 1900-talet, när problemen med att generera stora mängder el i företag löstes.

Idag är denna metall en av de mest populära och används inom bygg- och hushållsindustrin.

Allmänna egenskaper hos aluminiumatomen

Om vi ​​karakteriserar elementet i fråga genom dess position i det periodiska systemet, kan flera punkter urskiljas.

1. Serienummer - 13.
2. Ligger i den tredje lilla perioden, tredje gruppen, huvudundergruppen.
3. Atommassa - 26,98.
4. Antalet valenselektroner är 3.
5. Konfigurationen av det yttre lagret uttrycks med formeln 3s 2 3p 1.
6. Elementnamnet är aluminium.
7. starkt uttryckt.
8. Den har inga isotoper i naturen, den finns bara i en form, med ett massatal på 27.
9. Den kemiska symbolen är AL, läs som "aluminium" i formler.
10. Oxidationstillståndet är ett, lika med +3.

De kemiska egenskaperna hos aluminium bekräftas till fullo av den elektroniska strukturen hos dess atom, eftersom den har en stor atomradie och låg elektronaffinitet och kan fungera som ett starkt reduktionsmedel, som alla aktiva metaller.

Aluminium som ett enkelt ämne: fysikaliska egenskaper

Om vi ​​talar om aluminium som ett enkelt ämne, så är det en silvervit glänsande metall. I luften oxiderar den snabbt och täcks med en tät oxidfilm. Samma sak händer när man utsätts för koncentrerade syror.

Närvaron av en sådan funktion gör produkter gjorda av denna metall resistenta mot korrosion, vilket naturligtvis är mycket bekvämt för människor. Det är därför aluminium används i så stor utsträckning i byggandet. De är också intressanta eftersom denna metall är väldigt lätt, men ändå hållbar och mjuk. Kombinationen av sådana egenskaper är inte tillgänglig för alla substanser.

Det finns flera grundläggande fysikaliska egenskaper som är karakteristiska för aluminium.

1. Hög grad av formbarhet och duktilitet. Lätt, stark och mycket tunn folie är gjord av denna metall, och den är också rullad till tråd.
2. Smältpunkt - 660 0 C.
3. Kokpunkt - 2450 0 C.
4. Densitet - 2,7 g/cm3.
5. Kristallgittret är volymetriskt ansiktscentrerat, metall.
6. Typ av anslutning - metall.

De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos aluminium bestämmer användningsområdena och användningsområdena. Om vi ​​pratar om vardagliga aspekter spelar de egenskaper vi redan har diskuterat ovan en stor roll. Som en lätt, hållbar och korrosionsskyddande metall används aluminium i flygplan och skeppsbyggnad. Därför är dessa egenskaper mycket viktiga att känna till.

Kemiska egenskaper hos aluminium

Ur kemisk synvinkel är metallen i fråga ett starkt reduktionsmedel som kan uppvisa hög kemisk aktivitet samtidigt som det är ett rent ämne. Det viktigaste är att ta bort oxidfilmen. I det här fallet ökar aktiviteten kraftigt.

De kemiska egenskaperna hos aluminium som ett enkelt ämne bestäms av dess förmåga att reagera med:

• syror;
• alkalier;
• halogener;
• grå.

Det interagerar inte med vatten under normala förhållanden. I detta fall, av halogenerna, utan uppvärmning, reagerar den endast med jod. Andra reaktioner kräver temperatur.

Exempel kan ges för att illustrera de kemiska egenskaperna hos aluminium. Ekvationer för reaktioner av interaktion med:

• syror- AL + HCL = AICL3 + H2;
• alkalier- 2Al + 6H2O + 2NaOH = Na + 3H2;
• halogener- AL + Hal = ALHal3;
• grå- 2AL + 3S = AL 2S 3.

I allmänhet är den viktigaste egenskapen hos ämnet i fråga dess höga förmåga att återställa andra grundämnen från deras föreningar.

Regenerativ förmåga

De reducerande egenskaperna hos aluminium är tydligt synliga i reaktionerna av interaktion med oxider av andra metaller. Det extraherar dem lätt från ämnets sammansättning och låter dem existera i en enkel form. Till exempel: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

Inom metallurgin finns en hel metod för att framställa ämnen baserade på liknande reaktioner. Det kallas aluminiumtermi. Därför används detta element i den kemiska industrin specifikt för produktion av andra metaller.

Utbredning i naturen

När det gäller förekomsten bland andra metallelement rankas aluminium först. Det finns i jordskorpan 8,8%. Om vi ​​jämför det med icke-metaller, kommer dess plats att vara tredje, efter syre och kisel.

På grund av sin höga kemiska aktivitet finns den inte i ren form, utan endast som en del av olika föreningar. Till exempel finns det många kända malmer, mineraler och stenar som innehåller aluminium. Det utvinns dock endast från bauxit, vars innehåll i naturen inte är särskilt högt.

De vanligaste ämnena som innehåller metallen i fråga:

• fältspat;
• bauxit;
• graniter;
• kiseldioxid;
• aluminiumsilikater;
• basalter och andra.

I små mängder finns aluminium nödvändigtvis i cellerna hos levande organismer. Vissa arter av klubbmossor och marina invånare kan ackumulera detta element i sina kroppar under hela livet.

Mottagande

De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos aluminium gör det möjligt att erhålla det endast på ett sätt: genom elektrolys av en smälta av motsvarande oxid. Denna process är dock tekniskt komplex. Smältpunkten för AL 2 O 3 överstiger 2000 0 C. På grund av detta kan den inte utsättas för elektrolys direkt. Fortsätt därför enligt följande.

Produktutbytet är 99,7%. Det är dock möjligt att få ännu renare metall, som används för tekniska ändamål.

Ansökan

De mekaniska egenskaperna hos aluminium är inte så bra att det kan användas i sin rena form. Därför används oftast legeringar baserade på detta ämne. Det finns många av dessa, de mest grundläggande kan nämnas.

1. Duraluminium.
2. Aluminium-mangan.
3. Aluminium-magnesium.
4. Aluminium-koppar.
5. Siluminer.
6. Avial.

Deras huvudsakliga skillnad är naturligtvis tillsatser från tredje part. Alla är baserade på aluminium. Andra metaller gör materialet mer hållbart, korrosionsbeständigt, slitstarkt och lätt att bearbeta.

Det finns flera huvudsakliga användningsområden för aluminium, både i ren form och i form av dess föreningar (legeringar).

Tillsammans med järn och dess legeringar är aluminium den viktigaste metallen. Det var dessa två representanter för det periodiska systemet som hittade den mest omfattande industriella tillämpningen i mänskliga händer.

Egenskaper hos aluminiumhydroxid

Hydroxid är den vanligaste föreningen som aluminium bildar. Dess kemiska egenskaper är desamma som för själva metallen - den är amfotär. Detta betyder att det kan uppvisa en dubbel natur, reagera med både syror och alkalier.

Aluminiumhydroxid i sig är en vit gelatinös fällning. Den erhålls lätt genom att omsätta ett aluminiumsalt med en alkali eller genom att reagera med syror, denna hydroxid ger det vanliga motsvarande saltet och vattnet. Om reaktionen sker med ett alkali, bildas hydroxokomplex av aluminium, där dess koordinationsnummer är 4. Exempel: Na - natriumtetrahydroxoaluminat.

Själva namnet på metallen "aluminium" kommer från det latinska ordet "aluminium". Den kemiska symbolen för elementet i fråga är en uppsättning av de två första bokstäverna i namnet - "Al", i det periodiska systemet av Dmitry Ivanovich Mendeleev är det i den tredje gruppen, har atomnummer tretton och atommassa 26,9815.

Låt oss titta på grundämnets grundläggande kemiska egenskaper. Aluminium är en lätt, mjuk metall med en vit-silver färg. Det oxiderar ganska snabbt, har en specifik densitet på 2,7 g/cm³ och en smältpunkt på 660 grader Celsius.

Aluminium är den metall som förekommer mest i jordskorpan och är den tredje vanligaste av alla atomer efter ämnen som syre och kisel. I naturen representeras det kemiska grundämnet i fråga av endast en stabil nuklid "27 Al". Olika radioaktiva isotoper av aluminium har producerats artificiellt, varav den längsta livslängden är "26 Al", dess halveringstid är så mycket som 720 tusen år.

Som nämnts ovan är aluminium den vanligaste metallen i jordskorpan på vår planet och rankas på tredje plats bland alla kända kemiska grundämnen i jordskorpan. Jag skulle vilja notera att denna metall står för cirka åtta procent av sammansättningen av hela jordskorpan.

För närvarande utförs industriell aluminiumbrytning huvudsakligen genom bearbetning av bauxitmalm. Runt om i världen bryts mellan åttio och nittio miljoner ton baccitmalm varje år. Inte mycket mindre än trettio procent av världens produktion kommer från Australien, och femton procent av världens bevisade reserver av bauxitmalm kommer från Jamaica. Om den nuvarande nivån på internationell konsumtion och produktion av aluminium bibehålls, kommer de befintliga bevisade reserverna av metallen att vara ganska tillräckliga för att tillfredsställa mänsklighetens behov i flera hundra år.

Om vi ​​tar hänsyn till alla metaller som finns idag, kommer vi att märka att aluminium har de mest mångsidiga tillämpningarna i en mängd olika industrier. Låt oss titta närmare på vilka industrier som oftast använder aluminium som metall.

Aluminium används ganska brett inom verkstadsindustrin. Alla vet att flygplan är gjorda av denna metall, dessutom används metallen vid tillverkning av bilar, sjö- och flodfartyg och tillverkning av delar till andra maskiner och utrustning.

Inom den kemiska industrin används aluminium som ett så kallat reduktionsmedel. I byggbranschen används denna metall i stor utsträckning vid tillverkning av fönsterramar, såväl som ingångs- och innerdörrar, efterbehandlingselement och andra element.

Aluminium används även inom livsmedelsindustrin som ett hjälpmaterial vid tillverkning av förpackningsprodukter. Bland annat används aluminium flitigt vid tillverkning av hushållsartiklar, till exempel aluminiumbestick (skedar, gafflar, köksknivar), eller aluminiumfolie avsedd för förvaring av mat och andra varor.

Berättelse

Själva namnet på metallen "Aluminium" kommer från latinets "aluminium", som i sin tur kommer från det latinska ordet "alumen". Detta är namnet som i forna tider gavs till alun, vilket är kalium och aluminiumsulfat, vars kemiska formel är KAl(SO 4) 2 12H 2 O. Denna alun har länge använts som ett hjälpmedel för garvning och bearbetning av läder, som såväl som som sammandragande .

Aluminium är mycket reaktivt, varför det tog ungefär hundra år att upptäcka och isolera rent aluminium. Redan i slutet av 1700-talet, 1754, drog den tyske kemisten A. Marggraf slutsatsen att ett fast eldfast ämne, med andra ord aluminiumoxid, kunde erhållas från alun. Marggraf beskrev detta med lite andra ord han sa att det var fullt möjligt att få "jord" från alun (på den tiden var detta vad de kallade ett fast, eldfast ämne). Lite senare blev det känt att exakt samma "jord" kunde erhållas från vanlig lera själv, vilket resulterade i att denna "jord" började kallas aluminiumoxid.

Människor kunde få aluminium som metall först 1825. Pionjären på detta område var den danske fysikern H. K. Ørsted. Han behandlade ämnet AlCl 3 med en legering av kalium och kvicksilver (i kemin kallas denna blandning för natriumamalgam), d.v.s. aluminiumklorid. En sådan substans skulle kunna erhållas från vanlig aluminiumoxid. I slutet av experimentet destillerade Oersted helt enkelt bort kvicksilvret, varefter han kunde isolera aluminiumpulver, som hade en grå nyans.

I mer än ett kvarts sekel var denna metod den enda möjliga metoden i världen för att tillverka metalliskt aluminium, men lite senare var det möjligt att modernisera den. År 1854 föreslog den franske kemisten A. E. Sainte-Clair Deville sin egen metod för att tillverka aluminium som en metall. När han isolerade aluminium använde han metalliskt natrium, från vilket han kunde få fram en helt ny metall, och det var så de första göten av äkta metalliskt aluminium i historien såg ut. På den tiden var aluminium väldigt dyrt, denna metall ansågs vara dyrbar och olika smycken och dyra tillbehör gjordes av den.

Industriell produktion av aluminium började ännu senare, först i slutet av 1800-talet. År 1886 utvecklade och föreslog den franske vetenskapsmannen P. Heroux och den amerikanske vetenskapsmannen C. Hall oberoende av varandra en industriell metod för framställning av aluminium som en metall genom smältelektrolys av komplexa kemiska blandningar, inklusive fluorid och aluminiumoxid. som andra ämnen.

Men i slutet av artonhundratalet hade elektriciteten ännu inte använts tillräckligt brett för att tillåta aluminiumindustrin att expandera till sin fulla omfattning, eftersom aluminiumproduktionsprocessen kräver enorma mängder elektricitet. Det var denna faktor som gjorde att den omfattande industriella produktionen av aluminium försenades ytterligare flera decennier. På industriell nivå började aluminium produceras först på nittonhundratalet.

I vårt hemland började man bryta aluminium lite senare än i väst. Detta hände under den stalinistiska regimen och den industriella utvecklingen av Sovjetunionens ekonomi. Den 14 maj 1932 producerades det första industriella aluminiumet industriellt för första gången i Sovjetunionen. Denna betydelsefulla händelse ägde rum vid Volkhovs aluminiumsmältverk, som byggdes precis intill Volkhovs vattenkraftverk. Sedan dess har aluminium producerats flitigt i många länder runt om i världen och används inte mindre i olika livssfärer i det moderna samhället.

Att vara i naturen

Aluminium är ett av de vanligaste ämnena på vår planet. Bland alla för närvarande kända metaller som finns i jordskorpan är den på första plats, och bland alla kemiska grundämnen i jordskorpan hamnar den på tredje plats, näst efter syre och kisel. Aluminium står för cirka 8,8 procent av den totala massan av jordskorpan.

Aluminium på jorden är dubbelt så mycket som järn, trehundrafemtio gånger mer än koppar, krom, zink, bly och tenn tillsammans. Aluminium är en del av ett stort antal olika mineraler, varav huvuddelen är aluminosilikater och stenar. Föreningar av aluminium som ett kemiskt element innehåller leror, basalter, samt graniter, fältspat och andra naturliga formationer.

Med alla de olika stenar och mineraler som innehåller aluminium är den huvudsakliga råvaran för den industriella nivån av aluminiumproduktion endast bauxit, vars avlagringar är mycket, mycket sällsynta. På Ryska federationens territorium kan sådana fyndigheter endast hittas i Sibirien och Ural. Dessutom är nefeliner och aluniter av industriell betydelse.

Det viktigaste aluminiummineralet idag är bauxit, som är en blandning av en basisk oxid, vars kemiska formel är AlO(OH) med en hydroxid, vars kemiska formel är Al(OH) 3 . De största bauxitfyndigheterna finns i länder som Australien (cirka 30 % av världens reserver), Jamaica, Brasilien och Guinea. Industriell brytning av bauxit bedrivs också i andra länder i världen.

Alunit (den så kallade alunstenen) är ganska rik på aluminium, vars kemiska formel är följande (Na,K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH), samt nefelin kemisk formel ( Na, K)2O·Al2O3·2SiO2. Men mer än tvåhundrafemtio mineraler är kända som innehåller aluminium. De flesta av dessa mineraler är aluminosilikater, av vilka jordskorpan på vår planet till stor del bildas. När dessa mineral är vittrade bildas lera som är baserad på mineralet kaolinit vars kemiska formel är Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Lera innehåller vanligtvis järnföroreningar som ger den en brunaktig färg, men ibland ren. vit finns också lera som kallas kaolin. Denna lera används i stor utsträckning vid tillverkning av olika porslins- och lergodsprodukter.

Det mycket hårda mineralet korund är extremt sällsynt, näst efter diamant i hårdhet. Mineralet är en kristallin oxid, har den kemiska formeln Al 2 O 3, och är ofta färgad på grund av föroreningar av andra grundämnen i olika färger. Det finns en blå variant av detta mineral, som fick sin färg på grund av förekomsten av järn- och titanföroreningar, detta är den välkända safirädelstenen. Korund med en röd blandning kallas rubin den fick denna färg på grund av en blandning av krom. Olika föroreningar kan färga det så kallade ädla mineralet korund i andra färger, inklusive grönt, gult, lila, orange, samt andra mycket olika färger och nyanser.

Aluminium som spårelement kan finnas i vävnaderna hos invånarna på vår planet: växter och djur. I naturen finns det varelser med organismer som koncentrerar aluminium de samlar metallen i några av sina organ. Sådana organismer inkluderar klubbmossar och vissa blötdjur.

Ansökan

Aluminium och dess legeringar upptar andra plats i tillämpningen, näst efter järn och dess legeringar. Den utbredda användningen av aluminium inom olika områden beror till stor del på dess unika egenskaper: låg densitet, korrosionsbeständighet i luft, hög elektrisk och termisk ledningsförmåga och relativt hög hållfasthet. Aluminium kan lätt bearbetas: stämpling, smide, valsning, etc.

Den elektriska ledningsförmågan hos aluminium är ganska hög (65,5% av den elektriska ledningsförmågan hos koppar) och hög hållfasthet, så tråd och folie för förpackning är gjorda av rent aluminium. Men huvuddelen av aluminium används för att tillverka legeringar. Aluminiumlegeringar har hög densitet, god korrosionsbeständighet, termisk och elektrisk ledningsförmåga, duktilitet och värmebeständighet. Dekorativa eller skyddande beläggningar kan lätt appliceras på ytan av sådana legeringar.

Mångfalden av aluminiumlegeringar beror på olika tillsatser som bildar intermetalliska föreningar eller lösningar med den. Huvuddelen av aluminium används vid tillverkning av lätta legeringar: silumin, duralumin, etc. En sådan legering blir efter härdning cirka 7 gånger starkare än rent aluminium och tre gånger lättare än järn. Den tillverkas genom att legera aluminium med koppar, magnesium, mangan, kisel och järn.

Siluminer används i stor utsträckning, d.v.s. aluminiumlegeringar med kisel. Värmebeständiga och kryogena legeringar tillverkas också. Den extraordinära lättheten och styrkan hos aluminiumlegeringar är mycket användbar vid tillverkning av flygplan. Helikopterpropellrar är till exempel gjorda av en legering av aluminium med magnesium och kisel. Aluminiumbrons (11% aluminium) är mycket motståndskraftig inte bara mot havsvatten utan även mot saltsyra. I Sovjetunionen från 26 till 57. Mynt i valörer från 1 till 5 kopek präglades av en sådan legering. Inom metallurgin används aluminium som bas för legeringar, och även som legeringstillsats i legeringar baserade på magnesium, järn, koppar, nickel etc.

Aluminiumlegeringar används ofta i vardagen, inom arkitektur och konstruktion, inom varvsindustrin, fordonsindustrin samt inom rymd- och flygteknik. Den första konstgjorda satelliten på jorden var gjord av en aluminiumlegering. Zircaloy - en legering av aluminiumzirkonium - används i stor utsträckning vid tillverkning av kärnraketer. Aluminium används också vid tillverkning av sprängämnen. En gjuten blandning av trinitrotoluen och aluminiumpulver, d.v.s. alumotol är ett av de mest kraftfulla industriella sprängämnena. Utöver aluminium innehåller brandkompositioner oxidationsmedlet perklorat och nitrat. Den pyrotekniska sammansättningen av Zvezdochka inkluderar också aluminium. Termit, dvs. en blandning av aluminiumpulver med oxider av andra metaller, som används för att tillverka olika legeringar och metaller, i brandfarlig ammunition och för svetsning av skenor.

Det är värt att notera möjligheten att färga en aluminiumoxidfilm på ytan av en metall, som erhålls med elektrokemiska metoder. Detta aluminium kallas anodiserat. Anodiserad aluminium påminner om guld till utseendet och används som material för att tillverka smycken.

När du använder aluminiumprodukter i vardagen måste du förstå att endast vätskor med neutral surhet, till exempel vatten, kan förvaras i aluminiumbehållare eller värmas i dem. Om du lagar sur kålsoppa i en aluminiumpanna får maten en obehaglig metallisk smak. Därför är det inte tillrådligt att använda kokkärl i aluminium.

Ungefär en fjärdedel av allt aluminium som produceras i världen används i konstruktion, lika mycket inom transportteknik, cirka 15 % används i tillverkning av förpackningsmaterial och en tiondel används i radioelektronik.

Produktion

Charles Martin Hall upptäckte den moderna metoden att tillverka aluminium redan 1886. Vid 16 års ålder hörde han sin lärare F. F. Jewett säga att personen som upptäckte ett billigt sätt att tillverka aluminium inte bara skulle bli vansinnigt rik, utan också göra en stor tjänst för hela mänskligheten. Jewett visade sina elever ett litet prov av räfflad metall, varefter Charles Martin Hall förklarade att han skulle hitta ett sätt att få tag på det.

I sex år arbetade Hall med aluminium och försökte alla metoder, men utan resultat. Till slut bestämde han sig för att använda elektrolys. Det fanns inga kraftverk på den tiden, så elektrisk ström erhölls från enorma kol-zinkbatterier med svavelsyra och salpetersyra. Hall inrättade ett litet laboratorium i sin lada. Hans syster Julia hjälpte sin bror på alla möjliga sätt hon lyckades spara alla hans anteckningar, tack vare vilka upptäckten kan spåras dag för dag.

Den svåraste delen av arbetet var valet av elektrolyten, samt att skydda aluminiumet från oxidation. Efter sex månaders ansträngande arbete lyckades vi äntligen få ut flera metallkulor. Under inflytande av känslor sprang Hall omedelbart till sin nu före detta lärare och visade honom silverkulorna med orden "I got it!" Denna incident inträffade den 23 februari 1886. Hur konstigt det än kan verka tog fransmannen Paul Héroux patent på uppfinningen två månader efter detta datum. Faktum är att de, oberoende av varandra, nästan samtidigt upptäckte en metod för att tillverka aluminium. Intressant nog sammanfaller födelse- och dödsåren för dessa forskare också.

De första tio bollarna som Hall lyckades producera lagras i Pittsburgh hos American Aluminium Company. Detta föremål anses vara en nationell relik. På Pittsburgh College finns ett hallmonument gjutet i aluminium.

Den 21-årige vetenskapsmannen fick, som hans lärare förutspådde, världsomspännande erkännande och blev en berömd och rik man. Allt var bra med honom, bara inte personligen. Halls fästmö kunde inte förlika sig med att hennes fästman tillbringade all sin tid i laboratoriet, och bröt därefter förlovningen utan att någonsin gifta sig. Efter detta återvände Hall till sin hemskola, där han arbetade till slutet av sitt liv. Det sades att college var Halls mor, fru och barn. Charles Martin Hall testamenterade mer än hälften av sitt arv till sin inhemska högskola, nämligen $5 000 000 (på den tiden var det helt enkelt en kosmisk summa). Hall dog i leukemi när han var 51 år gammal.

Metoden som utvecklats av Hall och Heroux gjorde det möjligt att producera enorma mängder aluminium med el. Den relativt billiga metoden nådde snabbt den industriella nivån. Om du jämför hur mycket aluminium som erhölls före och efter upptäckten kommer allt omedelbart att bli klart. Från 1855 till 1890 producerades endast 200 ton metall, medan från 1890 till 1900, med hjälp av Charles Martin Hall-metoden, producerades redan 28 000 ton metall över hela världen. I början av 30-talet av 1900-talet nådde den globala aluminiumproduktionen per år 300 tusen ton. Idag produceras cirka 15 miljoner ton aluminium varje år.

I specialdesignade bad vid en temperatur av ca 965 ° C utsätts teknisk Al2O3 (aluminiumoxidlösning) för elektrolys i Na3AlF6, d.v.s. smält kryolit, som delvis syntetiseras eller bryts som ett mineral. Flytande aluminium (katod) ansamlas i botten av badet, och syre frigörs vid de inre anoderna, som gradvis brinner. Om spänningen är låg och runt 4,5 V blir strömförbrukningen cirka 250 tusen A. För att producera 1 ton aluminium tar det 1 dygn och 15 tusen kW/h el. Som jämförelse skulle denna energi räcka till en byggnad med tre våningar i nio våningar i mer än en månad. Framställning av aluminium producerar flyktiga föreningar, så att framställa metallen anses vara en miljöfarlig process.

Fysikaliska egenskaper

När det gäller allmänna fysikaliska egenskaper är aluminium en typisk metall. Dess kristallgitter är kubiskt, ansiktscentrerat. Metallparametern a är 0,40403 nm. Smältpunkten för aluminium i sin rena form är 660 grader Celsius, metallens kokpunkt är 2450 grader Celsius, och ämnets densitet är 2,6989 gram per kubikmeter. För metallen i fråga är temperaturkoefficienten för linjär expansion ungefär 2,5·10 -5 K -1. Aluminium har en standard elektronisk potential, som kan representeras som Al 3+ /Al-1.663V.

Baserat på metallens massa kan vi säga att aluminium är ett av de lättaste metalliska ämnena på planeten. De enda lättare metallerna är magnesium och beryllium, samt jordalkalimetaller och alkalimetaller, minus barium. Att smälta aluminium är ganska enkelt för att göra detta måste du värma metallen till en temperatur på 660 grader Celsius. Till exempel kan tunn aluminiumtråd smältas på en vanlig brännare av en enkel hemgasspis. Men att nå kokpunkten är mycket svårare; aluminium börjar koka först när det når 2452 grader Celsius.

När det gäller dess elektriska ledande egenskaper rankas aluminium på fjärde plats bland alla andra metaller. Det är sämre än silver, som för övrigt är på första plats, och är också sämre än koppar och guld. Detta faktum bestämmer den utbredda praktiska användningen av metallen, vilket till stor del beror på dess relativa billighet. Värmeledningsförmågan hos de ovan beskrivna metallerna ändras i exakt samma ordning. Aluminiums förmåga att snabbt leda värme är ganska lätt att verifiera i praktiken för att göra detta, doppa helt enkelt en aluminiumsked i varmt te eller kaffe, och du kommer genast att känna hur snabbt skeden värms upp.

En annan sällsynt och på många sätt unik egenskap hos aluminium är dess reflekterande förmåga. Den släta, polerade, glänsande ytan på metallen reflekterar ljusstrålar perfekt. Åttio till nittio procent av ljuset reflekteras i det synliga området av spektrumet, den exakta siffran beror till stor del på själva våglängden. Inom området för ultraviolett strålning har aluminium ingen motsvarighet bland andra metaller här är dess reflekterande förmåga helt enkelt unik. Till exempel har silver mycket låg reflektivitet i ultraviolett ljus. Men i det infraröda området är aluminium sämre än silver i sin reflekterande förmåga.

Rent aluminium, utan alla föroreningar, är en ganska mjuk metall. Jag skulle vilja notera att den är ungefär tre gånger mjukare än koppar. Det är därför ganska tjocka aluminiumstavar eller -lister är förvånansvärt lätta att böja utan större ansträngning. Men detta är bara i sin rena form i några av de dussintals kända aluminiumlegeringar, metallens hårdhet ökar flera gånger och till och med tiotals gånger.

Bland annat har aluminium en mycket låg känslighet för frätande miljöpåverkan.
Aluminium och dess legeringar kan delas in i tre typer enligt produktionsmetoden:

• - deformerbar;
• - utsätts för tryckbehandling;
• - gjuterier, som används i form av formgjutning.

• - inte termiskt härdad;
• - termiskt härdad.

Om man subtraherar klassificeringarna som beskrivits ovan, kan aluminiumlegeringar också delas in efter legeringssystem.

Kemiska egenskaper

Aluminium är en ganska aktiv metall. De korrosionsskyddande egenskaperna hos aluminium beror på att det i luft är täckt med en tjock oxidfilm av Al 2 O 3, vilket förhindrar ytterligare penetration av syre. En film bildas också om metallen placeras i ett salpetersyrakoncentrat.

Oxidationstillståndet för aluminium är +3. Men aluminium kan också bilda donator-acceptorbindningar på grund av ofyllda 3d- och 3p-orbitaler. Det är därför en jon som Al3+ är benägen att bilda komplex och bildar anjoniska och katjoniska komplex: AlF 6 3-, AlCl 4 -, Al(OH) 4 -, Al(OH) 6 3- och många andra. Det finns också komplex med organiska föreningar.

När det gäller dess kemiska aktivitet ligger aluminium omedelbart bakom magnesium. Detta kan tyckas konstigt, eftersom aluminiumprodukter inte försämras vare sig i luft eller i kokande vatten, till skillnad från järn rostar inte aluminium. Men allt detta beror på närvaron av ett skyddande oxidskal av aluminium. Om du börjar värma upp en tunn 1 mm platta av metall på en brännare kommer den att smälta, men kommer inte att flyta, eftersom... är alltid i ett oxidskal. Men om aluminium tas av sin skyddande "rustning", vilket kan uppnås genom att doppa det i en lösning av kvicksilversalter, börjar det omedelbart visa sin "svaghet". Även vid rumstemperatur reagerar den kraftigt med vatten och frigör väte 2Al + 6H 2 O -> 2Al(OH) 3 + 3H 2. Och när det utsätts för luft, förvandlas aluminium, utan en skyddsfilm, helt enkelt till pulver 2Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3. I ett krossat tillstånd är aluminium särskilt aktivt metalldamm brinner omedelbart i en brand. Om du blandar aluminiumdamm med natriumperoxid och sedan droppar i vattenblandningen kommer aluminiumet lätt att blossa upp och brinna med en vit låga.

På grund av dess täta bindning med syre kan aluminium bokstavligen "ta bort" syre från oxiderna av andra metaller. Till exempel termitblandning. När det brinner frigörs så mycket värme att det resulterande järnet börjar smälta 8Al + 3Fe 3 O 4 -> 4Al 2 O 3 + 9Fe. Denna metod reducerar CoO, Fe 2 O 3, NiO, V 2 O 5, MoO 3 och ett antal andra oxider till metaller. Men under aluminotermi av oxiderna Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3, är reaktionsvärmen inte tillräckligt för att nå smältpunkten för reaktionsprodukter.

Aluminium kan lätt lösas upp i mineralsyror och bilda salter. Salpetersyrakoncentratet hjälper till att förtjocka metalloxidfilmen efter denna behandling, aluminium slutar reagera även på effekterna av saltsyra. Anodisering skapar en tjock film på metallytan som enkelt kan målas i olika färger.

Reaktionen 3CuCl 2 + 2Al -> 2AlCl 3 + 3Cu sker ganska lätt, vilket resulterar i mycket värme, allt på grund av den snabba förstörelsen av skyddsfilmen på grund av kopparklorid. När metall smälts samman med alkalier bildas så kallade vattenfria aluminater: Al 2 O 3 + 2NaOH -> 2NaAlO 2 + H 2 O. Det finns även ett halvädelt aluminat Mg(AlO2)2, detta är en spinellsten.

Aluminium reagerar häftigt med halogener. Om en tunn aluminiumtråd läggs i 1 ml brom kommer den att lysa upp starkt efter en tid. Om aluminium- och jodpulver blandas kan reaktionen initieras av en droppe vatten, varefter en klar låga och lila rök från jodet kan ses. Aluminiumhalogener har alltid en sur reaktion AlCl 3 + H 2 O -> Al(OH)Cl 2 + HCl, vilket beror på hydrolys.

Aluminium reagerar med kväve endast vid en temperatur av 800°C, och AlN-nitrid bildas, med fosfor vid en temperatur av 500°C, och AlP-fosfid bildas. Reaktionen med svavel börjar när den når 200°C och Al2S3-sulfid bildas. Boriderna AlB2 och AlB12 bildas genom tillsats av bor till smält aluminium.

Upptäckten av elements historia

Den dokumenterade upptäckten av aluminium inträffade 1825. Denna metall erhölls först av den danske fysikern Hans Christian Oersted, när han isolerade den genom inverkan av kaliumamalgam på vattenfri aluminiumklorid (erhållen genom att passera klor genom en het blandning av aluminiumoxid och kol ). Efter att ha destillerat bort kvicksilvret erhöll Oersted aluminium, även om det var förorenat med föroreningar. År 1827 erhöll den tyske kemisten Friedrich Wöhler aluminium i pulverform genom att reducera hexafluoroaluminat med kalium. Den moderna metoden att framställa aluminium upptäcktes 1886 av en ung amerikansk forskare, Charles Martin Hall. (Från 1855 till 1890 producerades endast 200 ton aluminium, och under det följande decenniet, med Halls metod, producerades 28 000 ton av denna metall över hela världen.) Aluminium med en renhet på över 99,99 % erhölls först genom elektrolys 1920. År 1925 publicerade Edwards lite information om de fysiska och mekaniska egenskaperna hos sådant aluminium. År 1938 Taylor, Willey, Smith och Edwards publicerade en artikel som ger några egenskaper hos aluminium med en renhet på 99,996 %, även erhållna i Frankrike genom elektrolys. Den första upplagan av monografin om egenskaperna hos aluminium publicerades 1967. Fram till nyligen trodde man att aluminium, som en mycket aktiv metall, inte kunde förekomma i naturen i ett fritt tillstånd, men 1978. I klipporna på den sibiriska plattformen upptäcktes inhemskt aluminium - i form av trådliknande kristaller endast 0,5 mm långa (med en trådtjocklek på flera mikrometer). Inhemskt aluminium upptäcktes också i månens jord som fördes till jorden från regionerna i havet av kris och överflöd.

Historisk referens

Namnet Aluminium kommer från latinet. alumen - så tillbaka i 500 f.Kr. e. kallad aluminiumalun, som användes som betningsmedel för färgning av tyger och för garvning av läder. Den danske vetenskapsmannen H. K. Oersted erhöll 1825, verkande med kaliumamalgam på vattenfri AlCl 3 och sedan avdestillerat kvicksilver, relativt rent aluminium. Den första industriella metoden för framställning av aluminium föreslogs 1854 av den franske kemisten A. E. Saint-Clair Deville: metoden bestod i reduktion av dubbelklorid av aluminium och natrium Na 3 AlCl 6 med metalliskt natrium. Liknande i färg som silver var aluminium mycket dyrt till en början. Från 1855 till 1890 producerades endast 200 ton aluminium. Den moderna metoden att framställa aluminium genom elektrolys av kryolit-aluminiumoxidsmältan utvecklades 1886 samtidigt och oberoende av C. Hall i USA och P. Heroux i Frankrike

Distribution av aluminium i naturen

När det gäller överflöd i naturen är aluminium 3:a efter syre och kisel och 1:a bland metaller. Dess innehåll i jordskorpan är 8,80 viktprocent. Aluminium förekommer inte i fri form på grund av dess kemiska aktivitet. Flera hundra aluminiummineraler är kända, främst aluminiumsilikater. Bauxit, alunit och nefelin är av industriell betydelse. Nefelinstenar är fattigare på aluminiumoxid än bauxit, men deras komplexa användning ger viktiga biprodukter: soda, kaliumklorid, svavelsyra. En metod för integrerad användning av nefelin har utvecklats i Sovjetunionen. Nefelinmalmer i Sovjetunionen bildar, i motsats till bauxit, mycket stora fyndigheter och skapar praktiskt taget obegränsade möjligheter för utvecklingen av aluminiumindustrin.

Lektionsanteckningar om kemi i årskurs 9.

Ämne: Aluminium. Att vara i naturen. Fysikaliska och kemiska egenskaper hos aluminium. Oxid och hydroxid, deras amfotericitet.

Lektionstyp: lära sig nytt material.

Lektionens mål. Tänk på den elektroniska strukturen hos aluminiumatomen. Studera dess grundläggande fysikaliska och kemiska egenskaper. Prevalens och viktigaste aluminiumföreningar. Visa betydelsen och tillämpningarna av aluminium. Främja en känsla av anständighet och ärlighet; fortsätta att forma elevernas dialektiskt-materialistiska världsbild. Utveckla färdigheter i att rita upp ekvationer av kemiska reaktioner som involverar enkla ämnen. Visa den praktiska betydelsen av kemisk kunskap.

Under lektionerna.

Kollar läxor.

Vad är vattnets hårdhet?

Vilka typer av vattenhårdhet känner du till?

Metoder för att eliminera stelhet.

Problematisk fråga: är hårt vatten bra eller dåligt för människor?

Klassen gör sedan ett litet testarbete på egen hand:

För att eliminera tillfällig vattenhårdhet (närvaro av bikarbonater) kan du använda ... och ...:

A) natriumkarbonat; b) kalciumhydroxid ; c) natriumklorid;

D) saltsyra.

2. Tillfällig vattenhårdhet kan elimineras genom att utföra följande reaktion:

A) kalciumkarbonat + svavelsyra;

B) kalciumkarbonat + vatten + koldioxid;

B) kalciumbikarbonat + kalciumhydroxid;

D) kalciumhydroxid + svavelsyra.

2. Uppdatera kunskap och lära sig nytt material.

Det bör inte vara några svårigheter när man lär sig nytt material, så lektionen bör struktureras så att eleverna självständigt upptäcker innehållet i detta ämne. Man måste ta hänsyn till att en del av informationen som ges om det i läroboken är känd för elever från 8:e årskursen i kemi och därför bör dessa egenskaper studeras i upprepningsordning.

Det står en låda på bordet, och i den finns en aluminiumsked.

God eftermiddag Idag ska vi bekanta oss med ett kemiskt element och ett enkelt ämne, men du måste gissa vilken. Jag ska ge dig en ledtråd, jag ska säga de första inledande orden om detta ämne.

”Weller får några gram ny metall. Efter honom får en annan forskare, som använder natrium, ett kilogram och senare ton ny metall. Men metallen var lika dyr som silver. Fransmännen gjorde kurasser av den till Napoleons vakter och leksaker till Hans Majestäts arvtagare. Det finns en produkt gjord av denna metall i lådan.”

Vilken produkt tillverkad av denna metall finns i lådan (Svar: aluminiumsked).

Så, ämnet för vår lektion är "Aluminium. Att vara i naturen. Fysikaliska och kemiska egenskaper hos aluminium. Oxid och hydroxid, deras amfotericitet."

Aluminium är den vanligaste metallen på jorden. Vi kommer att studera det steg för steg.

Planera för att lära sig nytt material.

Aluminium är som ett kemiskt element.

Position i PSHE.

Atomens struktur.

Att vara i naturen.

Aluminium är ett enkelt ämne.

Upptäcktshistoria.

Fysikaliska egenskaper.

Kemiska egenskaper.

Mottagande.

Ansökan.

1. Position i PSHE.

Aluminium är i 3A-gruppen, 3:e perioden.

Atomens struktur.

(se sidorna 125-126 i läroboken).

Kärnladdning +13, tre elektronlager, 3 elektroner på det yttre lagret. Som ett resultat av parningen av 3-c2-elektroner erhålls tre oparade elektroner, därför uppvisar aluminium i föreningar ett oxidationstillstånd på +3.

Genom att jämföra strukturen hos atomerna i natrium, magnesium och aluminium drar vi en slutsats om den relativa kemiska aktiviteten hos dessa metaller. Det finns en ökning av kärnans laddning och en ökning av styrkan hos bindningen mellan valenselektronerna och atomkärnan i följande sekvens: natrium, magnesium, aluminium. Följaktligen bör den kemiska aktiviteten hos dessa metaller minska i samma ordning: natrium, magnesium, aluminium.

Att vara i naturen.

(se diagram 17 på sidan 127 i läroboken).

I naturen finns aluminium i form av bauxit, kaolin, nefelin, korund och fältspat. Aluminium är det tredje vanligaste grundämnet i jordskorpan. Det förekommer endast i föreningar. De viktigaste av dem anges i detta diagram. Skriv ner deras formler och namn i din anteckningsbok.

Det finns fyndigheter av aluminiumråvaror i Ural, Kazakstan, Sibirien och Basjkirien.

Det enkla ämnet är aluminium.

Upptäcktshistoria.

Aluminium är också en del av alun, aluminiumoxid och kryolit.

Jag vill berätta historien om upptäckten av aluminium. En dag kom en främling till den romerske kejsaren Tiberius. Som en gåva till kejsaren presenterade han en skål han hade gjort, gjord av en metall som glänser som silver, men extremt lätt. Mästaren sa att han lyckades få tag i denna okända metall från lerjord. Känslan av tacksamhet måste sällan ha belastat Tiberius, och han var också en kortsynt härskare. I rädsla för att den nya metallen med dess utmärkta egenskaper skulle försämra värdet på guldet och silver som lagrats i statskassan, högg han av uppfinnarens huvud och förstörde hans verkstad så att ingen skulle vilja fortsätta att producera den "farliga metallen". Ett och ett halvt tusen år senare skrevs en ny sida i aluminiumets historia. Detta gjordes av den begåvade tyske läkaren och naturforskaren Paracelsus Philip.

Enligt forntida historiker och författare bröts alun (på latin "alumene") på många platser i den antika världen. Redan i gamla tider användes det för färgning och färgning av tyger. I början av vår tideräkning beordrade befälhavaren Archelaos, under kriget mellan romarna och perserna, att hans trätorn skulle beläggas med alun och gjorde dem därigenom så eldhärdiga att alla försök att bränna dem slutade i misslyckande.

Den bas som motsvarar alun, aluminiumoxid, erhölls 1754.

Aluminium är en del av många värdefulla stenar: rubin, safir, smaragd, spinell, turkos. Yakhont är det gamla ryska namnet för rubin.

Röd rubin och blå safir ansågs vara läkande stenar i antiken och medeltiden:

"Ruby läker hjärtat, hjärnan, styrkan och minnet hos en person, safir bevarar och ökar modet, renar ögonen, stärker musklerna." Ruby är nu inte bara en lyxvara, den har blivit en hårt arbetande sten. Om du öppnar klocklocket kan du se små vackra stenar. Dessa är de stödjande rubinstenarna. Hela klockindustrin går på konstgjorda rubiner.

Hur länge har aluminium varit känt?

I Kina finns en grav av den berömda befälhavaren Zhou Zhu, som dog i början av 300-talet. Legeringen som de gamla hantverkarna gjorde ornamenten på graven av innehåller 85 % aluminium. Men hur lyckades de få tag i denna metall på 300-talet? När allt kommer omkring var folk bara bekanta med el från blixten!

Kanske fanns det i dessa avlägsna tider något annat sätt att tillverka aluminium, som tyvärr gick förlorat under århundradena.

Fysikaliska egenskaper.

Aluminium är en metall och har därför ett metalliskt kristallgitter. Färgen är silvervit, eftersom den alltid är täckt med en tunn oxidfilm. Aluminium är en lätt och seg metall.

Densitet - 2700 kg per kubikmeter, smältpunkt - 660 grader Celsius. Den har låg densitet, så den är lätt att rulla och andra typer av mekanisk bearbetning.

När det gäller elektrisk ledningsförmåga rankas aluminium på fjärde plats efter koppar, silver och guld. Alla dessa egenskaper öppnade vägen för aluminium till modern transportmekanik och elektroteknik. Olika aluminiumlegeringar används, varav särskilt bör nämnas de anmärkningsvärda egenskaperna hos duralumin (duralumin), som vid låg densitet har stålets mekaniska egenskaper.

Kemiska egenskaper.

När man karakteriserar de kemiska egenskaperna hos aluminium är det nödvändigt att ta hänsyn till att eleverna redan känner till den amfotera naturen hos dess oxid och hydroxid. Eftersom aluminium är i den 3:e gruppen och är ett övergångselement. Detta är dualiteten av dess kemiska egenskaper. Dess oxid och hydroxid är amfotera till sin natur; de reagerar med både syror och alkalier. Metallen i sig är också amfoter till sin natur och löser sig i både syror och alkalier. Vanligtvis är användningen av aktiva metaller i deras rena form begränsad på grund av deras höga kemiska reaktivitet.

Aluminium är den enda mycket aktiva metallen som används flitigt i vardagen i sin rena form (ej legeringar räknat). Detta faktum kan förklaras mycket enkelt - aluminium är belagd med en tunn, menen mycket stark film av dess oxid, som de flesta andra metaller inte har.

Ser vi lite framåt så informerar vi om att aluminiumoxid används som slipmaterial i form av smärgel- och korundhjul. Andra metaller är också täckta med en oxidfilm, men denna film är lös och inte stark, så dessa metaller korroderar snabbt, kollapsar osv.

Eleverna arbetar utifrån läroboken på sidorna 127-129. Läraren skriver på tavlan, och eleverna i sina anteckningsböcker, ekvationerna för de kemiska egenskaperna hos aluminium, samt dess oxid och hydroxid.

Oxideras av syre för att bilda en oxid;

Bildar salter med halogener;

Med en lösning av syror - salt;

Om du blir av med oxidfilmen reagerar den med vatten - aluminiumhydroxid och väte;

Med svavel – sulfid;

Med salter fungerar det som ett reduktionsmedel - aluminisering;

Med alkalier – komplext salt och väte (natriumtetrahydroxoaluminat).

Kemiska egenskaper hos aluminiumoxid och aluminiumhydroxid (s. 129). 1) + syra – salt och vatten;

2) + alkali – komplexsalt.

4. Kvitto.

Den huvudsakliga industriella metoden för att framställa aluminium är elektrolys av smält aluminiumoxid (aluminiumoxid) i kryolit (natriumfluorid * aluminiumfluorid):

Aluminiumoxid – aluminium + syre (elektrisk ström; smälta).

Den tyske kemisten F. Weller skaffade aluminium i laboratoriet 1827. Han värmde aluminiumklorid med alkalimetaller med kalium eller natrium utan tillgång till luft:

Aluminiumklorid + kalium – kaliumklorid + aluminium.

För industriell produktion är dessa metoder inte ekonomiskt lönsamma, så en elektrokemisk metod utvecklades för att framställa aluminium från bauxit.

5.Användning av aluminium.

50 000 produkter är tillverkade av aluminium. Var och en av oss stöter på aluminium varje dag: gafflar, skedar, krukor, bord, stolar. Aluminiumlegeringar används mycket på grund av sina egenskaper. Hittills har en originallegering av aluminium och zink skapats. Samtidigt som metallens alla fördelar bibehålls, har legeringen fantastisk duktilitet: en stång gjord av den kan sträckas 10 gånger även med låg uppvärmning! Sådana "gummi" material är av intresse främst för flygplansindustrin. Aluminium kallas en "flygplansmetall" eftersom... det används ofta i flygplanskonstruktion. Den används för att göra folie för choklad och andra ändamål. Ingår i rubiner, safirer och lera. Används i form av smärgelstenar - ett slipmaterial.

Biologisk roll av aluminium: är en del av intercellulära lösningar och vävnader hos levande organismer. Det mesta aluminium, huvudsakligen bundet till proteiner, är koncentrerat i hjärnan, levern och lungorna. De växter som är rikast på aluminium är paprika, gurka, aprikoser och svarta vinbär. Däremot har överskott av aluminium i maten en skadlig effekt på kroppen.

Denna oändliga lista över användningsområden för aluminium kan fortsätta. Jag tror att ni själva känner till några andra användningsområden för aluminium. Baserat på dess egenskaper bestämde vi användningsområdena för aluminium.

Sammanfattande.

Aluminium är en aktiv metall, reagerar med icke-metaller, syror och alkalier; På grund av dess fysikaliska egenskaper och närvaron av en skyddande oxidfilm används den i stor utsträckning inom teknik och vardagsliv.

Läxa.

1. Sammanfattningar om aluminium.

2.Punkt nr 42 och frågor till den.

Lektionens mål:överväga fördelningen av aluminium i naturen, dess fysikaliska och kemiska egenskaper, samt egenskaperna hos de föreningar som det bildar.

Framsteg

2. Studera nytt material. Aluminium

Huvudundergruppen av grupp III i det periodiska systemet består av bor (B), aluminium (Al), gallium (Ga), indium (In) och tallium (Tl).

Som framgår av ovanstående data upptäcktes alla dessa element på 1800-talet.

Upptäckt av metaller i huvudundergruppen III grupper

Bor är en icke-metall. Aluminium är en övergångsmetall, medan gallium, indium och tallium är fullvärdiga metaller. Således, med ökande radier av atomerna i elementen i varje grupp i det periodiska systemet, ökar de metalliska egenskaperna hos enkla ämnen.

I denna föreläsning ska vi titta närmare på aluminiumets egenskaper.

Ladda ner:

Förhandsvisning:

KOMMUNAL BUDGET UTBILDNINGSINSTITUT

ALLMÄNNA UTBILDNINGSSKOLA nr 81

Aluminium. Placeringen av aluminium i det periodiska systemet och strukturen för dess atom. Att vara i naturen. Fysikaliska och kemiska egenskaper hos aluminium.

kemilärare

MBOU gymnasieskola nr 81

2013

Lektionens ämne: Aluminium. Placeringen av aluminium i det periodiska systemet och strukturen för dess atom. Att vara i naturen. Fysikaliska och kemiska egenskaper hos aluminium.

Lektionens mål: överväga fördelningen av aluminium i naturen, dess fysikaliska och kemiska egenskaper, samt egenskaperna hos de föreningar som det bildar.

Framsteg

1. Organisatoriskt ögonblick av lektionen.

2. Studera nytt material. Aluminium

Huvudundergruppen i grupp III i det periodiska systemet består av bor (B),aluminium (Al), gallium (Ga), indium (In) och tallium (Tl).

Som framgår av ovanstående data upptäcktes alla dessa element på 1800-talet.

Upptäckt av metaller i huvudundergruppen av grupp III

Bor är en icke-metall. Aluminium är en övergångsmetall, medan gallium, indium och tallium är fullvärdiga metaller. Således, med ökande radier av atomerna i elementen i varje grupp i det periodiska systemet, ökar de metalliska egenskaperna hos enkla ämnen.

I denna föreläsning ska vi titta närmare på aluminiumets egenskaper.

1. Placeringen av aluminium i D. I. Mendeleevs bord. Atomstruktur, uppvisade oxidationstillstånd.

Grundämnet aluminium är beläget i grupp III, den huvudsakliga "A"-undergruppen, period 3 i det periodiska systemet, serienummer nr 13, relativ atommassa Ar(Al) = 27. Dess granne till vänster i tabellen är magnesium - en typisk metall, och till höger är kisel - en icke-metall . Följaktligen måste aluminium uppvisa egenskaper av någon mellanliggande natur och dess föreningar är amfotera.

Al +13) 2 ) 8 ) 3 , p – element,

Aluminium uppvisar ett oxidationstillstånd på +3 i föreningar:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Fysikaliska egenskaper

Aluminium i sin fria form är en silvervit metall med hög termisk och elektrisk ledningsförmåga. Smältpunkt 650 O C. Aluminium har en låg densitet (2,7 g/cm 3 ) - ungefär tre gånger mindre än för järn eller koppar, och samtidigt är det en hållbar metall.

3. Att vara i naturen

När det gäller prevalens i naturen rankas den1:a bland metaller och 3:a bland grundämnen, näst efter syre och kisel. Andelen aluminiumhalt i jordskorpan varierar enligt olika forskare från 7,45 till 8,14 % av jordskorpans massa.

I naturen förekommer aluminium endast i föreningar(mineraler).

Några av dem:

Bauxit - Al 2 O 3 H 2 O (med föroreningar av SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

Nefeliner - KNa 3 4

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

Aluminiumoxid (blandningar av kaoliner med sand SiO 2, kalksten CaCO 3, magnesit MgCO 3)

Korund - Al 2 O 3

Fältspat (ortoklas) - K 2 O×Al2O3×6SiO2

Kaolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

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

Beryl - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Kemiska egenskaper hos aluminium och dess föreningar

Aluminium reagerar lätt med syre under normala förhållanden och är belagd med en oxidfilm (som ger det ett matt utseende).

Dess tjocklek är 0,00001 mm, men tack vare den korroderar inte aluminium. För att studera aluminiums kemiska egenskaper tas oxidfilmen bort. (Med hjälp av sandpapper, eller kemiskt: doppa det först i en alkalilösning för att ta bort oxidfilmen och sedan i en lösning av kvicksilversalter för att bilda en legering av aluminium med kvicksilver - amalgam).

I. Interaktion med enkla ämnen

Redan vid rumstemperatur reagerar aluminium aktivt med alla halogener och bildar halogenider. Vid upphettning reagerar den med svavel (200 °C), kväve (800 °C), fosfor (500 °C) och kol (2000 °C), med jod i närvaro av en katalysator - vatten:

2Al + 3S = Al2S3 (aluminiumsulfid),

2Al + N2 = 2AlN (aluminiumnitrid),

Al + P = AlP (aluminiumfosfid),

4Al + 3C = Al4C3 (aluminiumkarbid).

2Al + 3I2 = 2AlI3 (aluminiumjodid)

Alla dessa föreningar hydrolyseras fullständigt för att bilda aluminiumhydroxid och följaktligen vätesulfid, ammoniak, fosfin och metan:

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

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

I form av spån eller pulver brinner det starkt i luften och frigör en stor mängd värme:

4Al + 3O2 = 2Al2O3 + 1676 kJ.

II. Interaktion med komplexa ämnen

Interaktion med vatten:

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

utan oxidfilm

Interaktion med metalloxider:

Aluminium är ett bra reduktionsmedel, eftersom det är en av de aktiva metallerna. Den rankas i aktivitetsserien omedelbart efter jordalkalimetallerna. Det är därföråterställer metaller från deras oxider. Denna reaktion, aluminotermi, används för att producera rena sällsynta metaller, såsom volfram, vanadin, etc.

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

Termitblandning Fe 3 O 4 och Al (pulver) – används även vid termitsvetsning.

Сr 2 О 3 + 2 Аl = 2 Сr + Al 2 О 3

Interaktion med syror:

Med svavelsyralösning: 2 Al + 3 H 2SO4 = Al2(SO4)3 + 3 H2

Det reagerar inte med kallt koncentrerat svavel och kväve (passiverar). Därför transporteras salpetersyra i aluminiumtankar. Vid uppvärmning kan aluminium reducera dessa syror utan att frigöra väte:

2Al + 6H2SO4 (konc) = Al2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H2O,

Al + 6HNO3(konc) = Al(NO3)3 + 3N02 + 3H2O.

Interaktion med alkalier.

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

Na[Al(OH)4] – natriumtetrahydroxialuminat

På förslag av kemisten Gorbov användes denna reaktion under det rysk-japanska kriget för att producera väte för ballonger.

Med saltlösningar:

2Al + 3CuSO4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu

Om ytan av aluminium gnids med kvicksilversalt uppstår följande reaktion:

2Al + 3HgCl2 = 2AlCl3 + 3Hg

Det frigjorda kvicksilvret löser upp aluminiumet och bildar ett amalgam.

5. Applicering av aluminium och dess föreningar

De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos aluminium har lett till dess utbredda användning inom teknik.Flygindustrin är en storkonsument av aluminium: 2/3 av flygplanet består av aluminium och dess legeringar. Ett stålplan skulle vara för tungt och kunde ta mycket färre passagerare.Det är därför aluminium kallas en bevingad metall.Kablar och ledningar är gjorda av aluminium: med samma elektriska ledningsförmåga är deras massa 2 gånger mindre än motsvarande kopparprodukter.

Med tanke på aluminiumets korrosionsbeständighet är det dettillverka maskindelar och behållare för salpetersyra. Aluminiumpulver är grunden för tillverkning av silverfärg för att skydda järnprodukter från korrosion, och för att reflektera värmestrålar används sådan färg för att täcka oljelagringstankar och brandmansdräkter.

Aluminiumoxid används för att tillverka aluminium och även som ett eldfast material.

Aluminiumhydroxid är huvudkomponenten i de välkända läkemedlen Maalox och Almagel, som minskar surheten i magsaften.

Aluminiumsalter är höggradigt hydrolyserade. Denna egenskap används i processen för vattenrening. Aluminiumsulfat och en liten mängd släckt kalk tillsätts till vattnet som ska renas för att neutralisera den resulterande syran. Som ett resultat frigörs en voluminös fällning av aluminiumhydroxid, som, sedimenterar, bär med sig suspenderade partiklar av grumlighet och bakterier.

Således är aluminiumsulfat ett koaguleringsmedel.

6. Aluminiumtillverkning

1) En modern, kostnadseffektiv metod för att tillverka aluminium uppfanns av American Hall och fransmannen Héroux 1886. Det innebär elektrolys av en lösning av aluminiumoxid i smält kryolit. Smält kryolit Na 3 AlF 6 löser Al 2 O 3, Hur vatten löser socker. Elektrolys av en "lösning" av aluminiumoxid i smält kryolit sker som om kryoliten bara vore lösningsmedlet och aluminiumoxiden elektrolyten.

2Al 2 O 3 elektrisk ström → 4Al + 3O 2

I det engelska "Encyclopedia for Boys and Girls" börjar en artikel om aluminium med följande ord: "Den 23 februari 1886 började en ny metallålder i civilisationens historia - aluminiumtiden. Den här dagen gick Charles Hall, en 22-årig kemist, in i sitt första lärarlaboratorium med ett dussin små kulor av silvervit aluminium i handen och med nyheten att han hittat ett sätt att tillverka metallen billigt och i stora mängder." Så Hall blev grundaren av den amerikanska aluminiumindustrin och en anglosaxisk nationalhjälte, som en man som gjorde vetenskapen till en stor affär.

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

DET HÄR ÄR INTRESSANT:

• Aluminiummetall isolerades först 1825 av den danske fysikern Hans Christian Oersted. Genom att passera klorgas genom ett lager av het aluminiumoxid blandat med kol, isolerade Oersted aluminiumklorid utan minsta spår av fukt. För att återställa metalliskt aluminium behövde Oersted behandla aluminiumklorid med kaliumamalgam. 2 år senare, tyska kemisten Friedrich Woeller. Han förbättrade metoden genom att ersätta kaliumamalgam med rent kalium.
• På 1700- och 1800-talen var aluminium huvudmetallen för smycken. 1889 tilldelades D.I. Mendeleev i London en värdefull gåva för sina tjänster inom utvecklingen av kemi - vågar gjorda av guld och aluminium.
• År 1855 hade den franske vetenskapsmannen Saint-Clair Deville utvecklat en metod för att tillverka aluminiummetall i teknisk skala. Men metoden var väldigt dyr. Deville åtnjöt det särskilda beskydd av Napoleon III, Frankrikes kejsare. Som ett tecken på hans hängivenhet och tacksamhet gjorde Deville till Napoleons son, den nyfödde prinsen, en elegant graverad skallra - den första "konsumentprodukten" gjord av aluminium. Napoleon hade till och med för avsikt att utrusta sina vakter med aluminiumkyrass, men priset visade sig vara oöverkomligt. Då kostade 1 kg aluminium 1000 mark, d.v.s. 5 gånger dyrare än silver. Först efter uppfinningen av den elektrolytiska processen blev aluminium lika i värde som konventionella metaller.
• Visste du att aluminium, när det kommer in i människokroppen, orsakar störningar i nervsystemet? När det är i överskott störs ämnesomsättningen. Och skyddsmedel är vitamin C, kalcium och zinkföreningar.
• När aluminium brinner i syre och fluor frigörs mycket värme. Därför används det som tillsats till raketbränsle. Saturnusraketen bränner 36 ton aluminiumpulver under sin flygning. Idén att använda metaller som en komponent i raketbränsle föreslogs först av F. A. Zander.

3. Konsolidering av det studerade materialet

Nr 1. För att erhålla aluminium från aluminiumklorid kan kalciummetall användas som reduktionsmedel. Skriv en ekvation för denna kemiska reaktion och karakterisera denna process med hjälp av en elektronisk våg.
Tror! Varför kan denna reaktion inte utföras i en vattenlösning?

Nr 2. Slutför ekvationerna för kemiska reaktioner:
Al+H 2 SO 4 (lösning) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO3 (konc) - t ->
Al + NaOH + H2O ->

Nr 3. Lösa problemet:
En aluminium-kopparlegering exponerades för ett överskott av koncentrerad natriumhydroxidlösning under upphettning. 2,24 liter gas (n.o.) släpptes ut. Beräkna den procentuella sammansättningen av legeringen om dess totala massa var 10 g?

4. Läxor Bild 2

AL Element III (A) i tabellgrupp D.I. Mendelejev Element med serienummer 13, dess element från 3:e perioden Det tredje vanligaste namnet i jordskorpan kommer från latinet. "Aluminis" – alun

Danske fysikern Hans Oersted (1777-1851) Aluminium erhölls först av honom 1825 genom inverkan av kaliumamalgam på aluminiumklorid följt av destillation av kvicksilver.

Modern tillverkning av aluminium Den moderna tillverkningsmetoden utvecklades oberoende av varandra: av amerikanen Charles Hall och fransmannen Paul Héroux 1886. Den består av att lösa aluminiumoxid i smält kryolit, följt av elektrolys med förbrukningsbara koks- eller grafitelektroder.

Som student vid Oberlin College lärde han sig att han kunde bli rik och få mänsklighetens tacksamhet om han kunde uppfinna ett sätt att producera aluminium i industriell skala. Som en besatt man experimenterade Charles med att framställa aluminium genom elektrolys av kryolit-aluminiumoxidsmälta. Den 23 februari 1886, ett år efter examen från college, producerade Charles det första aluminiumet med hjälp av elektrolys. Charles Hall (1863 – 1914), amerikansk kemiingenjör

Paul Héroux (1863-1914) - Fransk kemiingenjör 1889 öppnade han ett aluminiumsmältverk i Front (Frankrike), och blev dess direktör, designade han en elektrisk ljusbågsugn för stålsmältning, uppkallad efter honom; han utvecklade också en elektrolytisk metod för framställning av aluminiumlegeringar

8 Aluminium 1. Från upptäcktens historia Hem Nästa Under upptäcktsperioden för aluminium var metallen dyrare än guld. Britterna ville hedra den store ryske kemisten D.I. Mendeleev med en rik gåva de gav honom kemiska vågar, där den ena bägaren var gjord av guld, den andra av aluminium. En aluminiumkopp har blivit dyrare än en guld. Det resulterande "silvret från lera" intresserade inte bara vetenskapsmän, utan också industrimän och till och med Frankrikes kejsare. Ytterligare

9 Aluminium 7. Innehåll i jordskorpan huvud Nästa

Finns i naturen Det viktigaste mineralet i aluminium idag är bauxit. Den huvudsakliga kemiska komponenten i bauxit är aluminiumoxid (Al 2 O 3) (28 - 80%).

11 Aluminium 4. Fysikaliska egenskaper Färg – silvervit t pl. = 660°C. t kip. ≈ 2450 °C. Elektriskt ledande, värmeledande Lättvikt, densitet ρ = 2,6989 g/cm 3 Mjuk, plast. hem Nästa

12 Aluminium 7. Förekomst i naturen Bauxit – Al 2 O 3 Aluminiumoxid – Al 2 O 3 main Nästa

13 Aluminium huvud Fyll i de saknade orden Aluminium är ett element i grupp III, huvudundergruppen. Laddningen av kärnan i en aluminiumatom är +13. Det finns 13 protoner i kärnan i en aluminiumatom. Det finns 14 neutroner i kärnan i en aluminiumatom. Det finns 13 elektroner i en aluminiumatom. Aluminiumatomen har 3 energinivåer. Elektronskalet har strukturen 2e, 8e, 3e. På den yttre nivån finns det 3 elektroner i en atom. Oxidationstillståndet för en atom i föreningar är +3. Det enkla ämnet aluminium är en metall. Aluminiumoxid och hydroxid är amfotera till sin natur. Ytterligare

14 Aluminium 3 . Struktur av en enkel substans Metal Bond - metall Kristallgitter - metall, kubisk ansiktscentrerad huvud Nästa

15 Aluminium 2. Elektronisk struktur 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 Kort elektronisk notation 1 s 2 2 s 6 2 2 3s 2 3p 1 Fyllningsorder hem Nästa

16 Aluminium 6. Kemiska egenskaper 4A l + 3O 2 = 2Al 2 O 3 t 2Al + 3S = Al 2 S 3 C icke-metaller (med syre, med svavel) 2 A l + 3Cl 2 = 2AlCl 3 4Al + 3C = Al 4 C 3 C icke-metaller (med halogener, med kol) (Ta bort oxidfilm) 2 Al + 6 H 2 O = 2Al(OH) 2 + H 2 C vatten 2 Al + 6 HCl = 2AlCl 3 + H 2 2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + H 2 C-syror och 2 Al + 6NaOH + 6H 2 O = 2Na 3 [ Al (OH ) 6 ] + 3H 2 2Al + 2NaOH + 2H 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 C alkalier och 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 hem Nästa

17 Aluminium 8. Preparation 1825 H. Oersted: AlCl 3 + 3K = 3KCl + Al: Elektrolys (t pl. = 2050 ° C): 2Al 2 O 3 = 4 Al + 3O 2 Elektrolys (i smält kryolit Na 3 AlF 6, t pl ≈ 1000 ° C): 2Al 2 O 3 = 4 Al + 3O 2 huvud Nästa.