Характеристики на алуминия. Алуминий: обща характеристика

Всеки химически елемент може да се разглежда от гледна точка на три науки: физика, химия и биология. И в тази статия ще се опитаме да дадем характеристиките на алуминий възможно най-точно. Това е химически елемент, разположен в третата група и в третия период, според таблицата на Менделеев. Алуминият е метал, който има средна химическа активност. Също така в неговите съединения е възможно да се наблюдават амфотерни свойства. Атомното тегло на алуминия е двадесет и шест грама на мол.

Физически характеристики на алуминия

При нормални условия е солидна. Формулата за алуминий е много проста. Състои се от атоми (които не се комбинират в молекули), които се изграждат с помощта на кристална решетка в твърда материя. Цветът на алуминия е сребристо бял. Освен това има метален блясък, подобно на всички други вещества в тази група. Цветът на алуминий, използван в промишлеността, може да бъде различен поради наличието на примеси в сплавта. Това е доста лек метал. Плътността му е 2,7 g / cm3, т.е. тя е приблизително три пъти по-лека от желязото. В това той може да добие само магнезий, който е дори по-лек от въпросния метал. Твърдостта на алуминия е доста ниска. В него тя е по-ниска от повечето метали. Твърдостта на алуминия е само две по скалата на Мос. Затова, за да се укрепи, сплави на базата на този метал са добавени по-солидни.

Топенето на алуминий се извършва при температура само 660 градуса по Целзий. И то кипва, когато се нагрява до температура от две хиляди четиристотин петдесет и два градуса по Целзий. Той е много ковък и ниско топим метал. Това не е краят на физическите характеристики на алуминия. Бих искал също така да отбележа, че този метал има най-добра електрическа проводимост след мед и сребро.

Разпространение в природата

Алуминият, техническите характеристики, които току-що разгледахме, често се срещат в околната среда. Тя може да се наблюдава в много минерали. Елемент алуминий - четвърти сред всички в разпространението в природата. му масова фракция в земната кора е почти девет процента. Основните минерали, които съдържат атоми, са боксит, корунд, криолит. Първият е скала, състояща се от оксиди от желязо, силиций и въпросния метал, а молекулите на водата също присъстват в структурата. Той има неравномерно оцветяване: фрагменти от сив, червеникаво-кафяв и други цветове, които зависят от наличието на различни примеси. От тридесет до шейсет процента от тази порода е алуминий, снимка от която може да се види по-горе. В допълнение, корундът е много разпространен в природата.

Това е алуминиев оксид. Неговата химична формула е Al2O3. Тя може да има червен, жълт, син или кафяв цвят. Твърдостта му по скалата на Мос е девет. Към сортовете корунд са известни сапфири и рубини, леукозаффири, както и padparadzha (жълт сапфир).

Криолитът е минерал с по-сложна химична формула. Състои се от алуминиеви и натриеви флуориди - AlF3 • 3NaF. Изглежда като безцветен или сивкав камък с ниска твърдост - само три на скалата на Мос. В съвременния свят той се синтезира изкуствено в лабораторията. Използва се в металургията.

Също така алуминий може да бъде намерен в природата в състава на глини, чиито основни компоненти са силициеви оксиди и разглеждания метал, свързани с водните молекули. В допълнение, този химичен елемент може да се наблюдава в състава на нефелините, чиято химична формула е както следва: KNa3 [AlSiO4] 4.

приемане

Характеристиките на алуминия включват разглеждане на методите за неговия синтез. Има няколко метода. Производството на алуминий се осъществява на три етапа. Последното от тях е процедурата за електролиза на катода и въгленния анод. За осъществяване на този процес изисква алуминиев оксид и помощни вещества, като например криолит (формула - Na3AlF6) и калциев флуорид (CaF2). За да настъпи разпадане на разтворен алуминий, е необходимо с течния криолит и калциев флуорид нагрява до температура най-малко девет сто и петдесет градуса по Целзий, и след това преминава през текущата на тези вещества в осемдесет хиляди ампера и напрежение пет- осем волта. По този начин, тъй като процесът за уреждане алуминиев катод и кислородни молекули ще бъдат събрани при анода, които на свой ред се окислява анодно и го преобразува във въглероден диоксид. Преди извършване на тази процедура боксит, който под формата на алуминиев оксид се екстрахира, предварително почиства от примеси, и преминава процеса на дехидратация.

Производството на алуминий по описания по-горе метод е много обичайно в металургията. Съществува и метод, изобретен през 1827 г. от Ф. Уелър. Състои се от факта, че алуминият може да бъде получен чрез химична реакция между неговия хлорид и калий. Такъв процес може да бъде постигнат само чрез създаване на специални условия под формата на много висока температура и вакуум. Така от един мол хлорид и един и същ обем калий може да се получи един мол алуминий и три мола калиев хлорид като страничен продукт. Тази реакция може да бъде написана под формата на следното уравнение: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Този метод не е спечелил много популярност в металургията.

Характеризиране на алуминия по отношение на химията

Както бе споменато по-горе, това е просто вещество, което се състои от атоми, които не се комбинират в молекули. Подобни структури формират почти всички метали. Алуминият има достатъчно висока химична активност и силни редуциращи свойства. Химическата характеристика на алуминий започва с описанието на неговите реакции с други прости вещества и ще бъдат описани допълнителни взаимодействия със сложни неорганични съединения.

Алуминий и прости вещества

Те включват, преди всичко, кислород - най-често срещаното съединение на планетата. От нея атмосферата на Земята е двадесет и един процента. Реакциите на това вещество с всяко друго се наричат ​​окисляване или изгаряне. Това обикновено се случва при високи температури. Но в случая на алуминий е възможно окисляването при нормални условия - така се образува оксидният филм. Ако даден метал е смазан, той ще гори, разпределяйки по този начин значително количество енергия под формата на топлина. За да се осъществи реакцията между алуминий и кислород, тези компоненти се изискват в моларно съотношение 4: 3, което води до две части на оксида.

Това химическо взаимодействие се изразява в следното уравнение: 4AI + 3O2 = 2AIO3. Възможни са и реакциите на алуминий с халогени, които включват флуор, йод, бром и хлор. Наименованията на тези процеси идват от имената на съответните халогени: флуориране, йодиране, бромиране и хлориране. Това са типични реакции на добавяне.

За пример, нека да споменем взаимодействието на алуминий с хлор. Този вид процес може да се случи само в студа.

Така че, като вземем два мола алуминий и три мола хлор, получаваме два мола хлорид от въпросния метал. Уравнението на тази реакция е следното: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. По същия начин могат да се получат алуминиев флуорид, неговият бромид и йодидът.

При сяра въпросното вещество реагира само при загряване. За да се осъществи взаимодействието между тези две съединения, е необходимо да се вземат в моларни пропорции от две до три и да се образува една част от алуминиев сулфид. Уравнението за реакцията е, както следва: 2А1 + 3S = А1 2S3.

В допълнение, при високи температури алуминият взаимодейства с въглерод, образувайки карбид и с азот, образувайки нитрид. Можем да цитираме следните уравнения на химическите реакции като пример: 4AI + 3C = AI4C3-2A1 + N2 = 2AlN.

Взаимодействие със сложни вещества

Те включват вода, соли, киселини, основи, оксиди. С всички тези химикали алуминият реагира по различен начин. Нека да разгледаме по-отблизо всеки случай.

Реакция с вода

С най-сложното вещество на Земята алуминият реагира с нагряване. Това се случва само в случай на предварително отстраняване на оксидния филм. В резултат на взаимодействието се образува амфотерен хидроксид и във въздуха също се отделя водород. Като вземем две части от алуминий и шест части вода, получаваме хидроксид и водород в моларни съотношения от два до три. Уравнението на тази реакция е написано както следва: 2AI + 6H2O = 2AI (OH) 3 + 3H2.

Взаимодействие с киселини, основи и оксиди

Подобно на другите активни метали, алуминият може да навлезе в реакция на заместване. В този случай той може да измести водорода от киселината или катиона на по-пасивния метал от неговата сол. В резултат на тези взаимодействия се оформя алуминиева сол и се освобождава водород (в случай на киселина) или утаени метална мрежа (този, който е по-малко активен от разглеждания). Във втория случай се появяват редуциращите свойства, които са споменати по-горе. Пример за това е взаимодействието на алуминий с солна киселина, при което се образува алуминиев хлорид и във въздуха се отделя водород. Този вид реакция се изразява под формата на следното уравнение: 2AI + 6HCl = 2AІСІ3 + 3H2.

Пример за взаимодействието на алуминий със сол е неговата реакция меден сулфат. Като вземем тези два компонента, в крайна сметка получаваме алуминиев сулфат и чиста мед, която ще падне като депозит. С киселини като сярна и азотна, алуминият реагира по особен начин. Например, добавянето на разреден разтвор на алуминиев нитрат киселина в моларно съотношение на осем части от тридесет осем части е оформена от метален нитрат, три части азотен оксид и петнадесет - водата. Уравнението на реакцията се записва по следния начин: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. Този процес се осъществява само при висока температура.

Ако смесвате алуминий и слаб разтвор на сулфатна киселина в моларни съотношения от две до три, ние получаваме сулфата на метала и водород в съотношение от един към три. Това означава, че ще възникне обикновена реакция на заместване, както в случая на други киселини. За яснота даваме уравнението: 2Al + 3H2SO4 = AI2 (SO4) 3 + 3H2. Въпреки това, с концентриран разтвор на същата киселина, всичко е по-сложно. Тук, както в случая с нитратите, се образува страничен продукт, но не под формата на оксид, а под формата на сяра и вода. Ако вземем два компонента, необходими за нас в моларно съотношение от две до четири, тогава в резултат ще получим една част от солта на метала и сярата и четири - водата. Това химическо взаимодействие може да бъде изразено чрез следното уравнение: 2Al + 4H2SO4 = AI2 (SO4) 3 + S + 4H2O. В допълнение, алуминият е в състояние да реагира с алкални разтвори. За да се извърши това химическо взаимодействие, е необходимо да се вземат и два метали от въпросния метал натриев хидроксид или калий, както и шест мола вода. В резултат на това се образуват вещества като натриев тетрахидроксоалуминат или калий, както и водород, който се отделя като газ с остър мирис в моларни пропорции от два до три. Тази химична реакция може да бъде представена като следното уравнение: 2AI + 2KOH + 6H2O = 2K [AI (OH) 4] + 3H2.

И последното нещо, което трябва да се разгледа, е моделът на взаимодействие на алуминий с определени оксиди. Най-често срещаният и използван случай е реакцията на Бекетов. Той, както и много други от гореизброените, се появява само при високи температури. Затова, за да го приложите, трябва да вземете два бензина от алуминий и един мол железен оксид. В резултат на взаимодействието на тези две вещества получаваме двуалуминиев триоксид и свободно желязо съответно в един и два мола.

Използване на въпросния метал в промишлеността

Имайте предвид, че използването на алуминий - много често явление. На първо място, авиационната индустрия се нуждае от това. Наред с магнезиевите сплави се използват и сплави на основата на разглеждания метал. Можем да кажем, че средният самолет е 50%, съставен от алуминиеви сплави, а неговият двигател - с 25%. Също така използването на алуминий се извършва в процеса на изработване на проводници и кабели, благодарение на неговата отлична електрическа проводимост. В допълнение, този метал и неговите сплави са широко използвани в автомобилната индустрия. От тези материали има корпуси на коли, автобуси, тролейбуси, някои трамваи, както и автомобили от конвенционални и електрически влакове. Използва се и за по-малки цели, например за производство на опаковки за храни и други продукти, съдове. За да се получи сребриста боя, е необходим прахът от метала. Тази боя е необходима, за да се предпази желязото от корозия. Може да се каже, че алуминият е вторият най-често използван метал в индустрията след ферум. Неговите съединения и самият той често се използват в химическата промишленост. Това се дължи на специалните химични свойства на алуминия, включително неговите редуциращи свойства и амфотерността на неговите съединения. Хидроксидът на въпросния химичен елемент е необходим за пречистването на водата. Освен това се използва в медицината при производството на ваксини. Също така може да се намери в някои видове пластмасови и други материали.

Роля в природата

Както вече бе споменато по-горе, алуминиевият материал се намира в големи количества в земната кора. Това е особено важно за живите организми. Алуминият участва в регулирането на процесите на растеж, образува съединителни тъкани, като кости, връзки и други. Благодарение на този микроелемент процесите на регенерация на тъканите се извършват по-бързо. Недостигът му се характеризира със следните симптоми: нарушения на развитието и растежа при деца, при възрастни - хронична умора, понижена ефективност, нарушена координация на движенията, намалена честота на регенерация на тъканите, отслабване на мускулите, особено в крайниците. Такова явление може да възникне, ако консумирате твърде малко продукти със съдържанието на даден микроелемент.

По-честият проблем обаче е излишъкът от алуминий в тялото. Тя често се наблюдава тези симптоми: тревожност, депресия, нарушения на съня, загуба на памет, стрес, омекотяване на опорно-двигателния апарат, който може да доведе до чести фрактури и навяхвания. При продължителен излишък на алуминий в организма, често има проблеми при функционирането на почти всяка система от органи.

Това явление може да доведе до редица причини. На първо място, това е така алуминиеви съдове. Учените отдавна доказаха, че съдовете, изработени от метал под въпрос, не е подходящ за готвене на храна в него, тъй като на по-висока температура от алуминия попадне в храната, и като резултат, когато ядете повече от този микроелемент, отколкото се нуждае тялото много.

Втората причина - редовно използване на козметика със съдържанието на метал или неговите соли. Преди да използвате някакъв продукт, трябва внимателно да прочетете състава му. Козметиката не е изключение.

Третата причина е вземането на лекарства, които съдържат много алуминий, за дълго време. А също и неправилно използване на витамини и хранителни добавки, които включват този микроелемент.

Сега нека разберем кои продукти съдържат алуминий, за да регулирате вашата диета и да организирате менюто правилно. На първо място, това са моркови, преработено сирене, пшеница, алуминий, картофи. От плодове, авокадо и праскови се препоръчват. В допълнение, бяло зеле, ориз, много билки са богати на алуминий. Също така, катионите на въпросния метал могат да се съдържат в питейната вода. За да избегнете повишено или понижено съдържание на алуминий в организма (обаче, точно както всеки друг микроелемент), трябва внимателно да следите диетата си и да се опитате да я направите възможно най-балансирано.