Egenskaper hos aluminium. Aluminium: Allmänt karakteristiskt

Varje kemiskt element kan övervägas ur tre vetenskapliga perspektiv: fysik, kemi och biologi. Och i denna artikel kommer vi att försöka ge aluminiumets egenskaper så exakt som möjligt. Detta är ett kemiskt element som ligger i den tredje gruppen och den tredje perioden enligt det periodiska tabellen. Aluminium är en metall som har en genomsnittlig kemisk aktivitet. Också i dess föreningar kan man observera amfotära egenskaper. Atommassan i aluminium är tjugosex gram per mol.

Fysikaliska egenskaper hos aluminium

Under normala förhållanden är det en fast substans. Aluminiumformeln är mycket enkel. Den består av atomer (kombineras inte i molekyler), vilka är upptagna med ett kristallgitter i en fast substans. Färgen på aluminium är silverfärgad. Dessutom har den en metallisk glans, som alla andra ämnen i denna grupp. Färgen på aluminium som används i industrin kan vara annorlunda på grund av förekomsten av föroreningar i legeringen. Det är ganska lätt metall. Dess densitet är 2,7 g / cm3, det vill säga det är ungefär tre gånger ljusare än järn. I detta kan han bara ge magnesium, vilket är jämnare än metallen i fråga. Aluminiumets hårdhet är ganska låg. I den är den sämre än de flesta metaller. Hårdheten i aluminium är bara två på Mohs-skalan. Därför för att stärka det, tillsätts legeringar baserade på denna metall mer fast.

Smältning av aluminium uppstår vid en temperatur av endast 660 grader Celsius. Och det kokar vid uppvärmning till en temperatur av två tusen fyrahundra och tvåtiofem grader Celsius. Det är mycket duktil och lågsmältande metall. Detta är inte slutet på de fysiska egenskaperna hos aluminium. Jag skulle också vilja notera att denna metall har bästa ledningsförmåga efter koppar och silver.

Förekomst i naturen

Aluminium, de tekniska egenskaperna som vi just har funderat på, finns ofta i miljön. Det kan observeras i många mineraler. Elementaluminium - den fjärde bland alla i utbredningen i naturen. Dess massfraktion i jordskorpan är nästan nio procent. De huvudsakliga mineralerna, som innehåller dess atomer, är bauxit, korund, kryolit. Den första är en sten som består av oxider av järn, kisel och metall i fråga, och vattenmolekyler finns också i strukturen. Den har en ojämn färg: fragment av grått, rödbrunt och andra färger, vilket beror på närvaron av olika föroreningar. Från trettio till sextio procent av denna ras är aluminium, en bild av vilken kan ses ovan. Dessutom är korund ett mycket vanligt mineral i naturen.

Detta är aluminiumoxid. Dess kemiska formel är Al2O3. Det kan ha en röd, gul, blå eller brun färg. Hårdheten på Mohs-skalan är nio enheter. Till sorter av korund är alla kända safirer och rubiner, leucosapphires, samt padparadzha (gul safir).

Kryolit är ett mineral med en mer komplex kemisk formel. Den består av aluminium- och natriumfluorider - AlF3 • 3NaF. Det ser ut som en färglös eller gråaktig sten med låg hårdhet - bara tre på Mohs-skalan. I den moderna världen syntetiseras det konstgjort i laboratoriet. Det används i metallurgi.

Aluminium kan också finnas i naturen i leror, vars huvudkomponenter är oxiderna av kisel och den ifrågavarande metallen i samband med vattenmolekyler. Dessutom kan detta kemiska element observeras i sammansättningen av nepheliner, vars kemiska formel är som följer: KNa3 [AlSiO4] 4.

mottagning

Egenskaperna hos aluminium innefattar överväganden av metoderna för dess syntes. Det finns flera metoder. Produktionen av aluminium med den första metoden förekommer i tre steg. Den sista av dessa är elektrolysproceduren på katoden och kolanoden. För att utföra en sådan process behövs aluminiumoxid, liksom hjälpämnen såsom kryolit (formel - Na3AlF6) och kalciumfluorid (CaF2). För att sönderdelningen av aluminiumoxid upplöst i vatten måste uppvärmas tillsammans med den smälta kryoliten och kalciumfluoriden till en temperatur av minst niohundra och femtio grader på en Celsius-skala och sedan passera genom dessa ämnen en ström av åttio tusen ampere och en spänning på fem- Åtta volt. På grund av denna process kommer aluminium att sätta sig på katoden, och syremolekylerna ackumuleras vid anoden, som i sin tur oxiderar anoden och omvandlar den till koldioxid. Innan denna procedur genomförs, utvinns bauxit, i form av vilken aluminiumoxid extraheras, förorening av föroreningar, och även processen med dess uttorkning sker.

Produktionen av aluminium med den ovan beskrivna metoden är mycket vanlig inom metallurgi. Det finns också en metod som uppfanns 1827 av F. Weller. Det består i det faktum att aluminium kan erhållas genom kemisk reaktion mellan dess klorid och kalium. En sådan process kan utföras endast genom att skapa speciella förhållanden i form av en mycket hög temperatur och vakuum. Således kan en mol aluminium och tre mol kaliumklorid erhållas som en biprodukt från en mol klorid och samma volym kalium. Denna reaktion kan skrivas i form av följande ekvation: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Denna metod har inte fått mycket popularitet i metallurgi.

Karakterisering av aluminium i form av kemi

Som redan nämnts ovan är detta en enkel substans som består av atomer som inte kombineras i molekyler. Liknande strukturer bildar nästan alla metaller. Aluminium har en tillräckligt hög kemisk aktivitet och starka reducerande egenskaper. Den kemiska karakteriseringen av aluminium börjar med beskrivningen av dess reaktioner med andra enkla ämnen och ytterligare interaktioner med komplexa oorganiska föreningar kommer att beskrivas.

Aluminium och enkla ämnen

Dessa inkluderar för det första syre - den vanligaste förening på planeten. Tjugo procent av den består av jordens atmosfär. Reaktionerna av detta ämne med någon annan kallas oxidation eller förbränning. Det sker vanligen vid höga temperaturer. Men när det gäller aluminium är oxidation under normala förhållanden möjlig - så bildas oxidfilmen. Om den givna metallen krossas, kommer den att brinna, alltså allokera en stor mängd energi i form av värme. För att utföra reaktionen mellan aluminium och syre krävs dessa komponenter i ett molförhållande av 4: 3, vilket resulterar i två delar av oxiden.

Denna kemiska interaktion uttrycks som följande ekvation: 4AI + 3O2 = 2AIO3. Också möjligt är reaktionerna av aluminium med halogener, som innefattar fluor, jod, brom och klor. Namnen på dessa processer kommer från namnen på motsvarande halogener: fluorering, jodning, bromering och klorering. Dessa är typiska reaktioner av tillsats.

Till exempel, låt oss nämna interaktionen mellan aluminium och klor. Denna typ av process kan bara hända i kylan.

Så, med två moler aluminium och tre moler klor, får vi som ett resultat två moler klorid av den aktuella metallen. Ekvationen för denna reaktion är som följer: 2АІ + 3іІ = 2АІС²3. På samma sätt kan aluminiumfluorid, dess bromid och jodid erhållas.

Med svavel reagerar ämnet i fråga endast vid uppvärmning. För att utföra interaktionen mellan dessa två föreningar är det nödvändigt att ta dem i molar proportioner av två till tre, och en del av aluminiumsulfid bildas. Ekvationen för reaktionen är som följer: 2Al + 3S = Al2S3.

Vidare samverkar aluminium vid höga temperaturer kol, bildar karbid och med kväve, bildar en nitrid. Man kan citera följande ekvationer av kemiska reaktioner: 4AI + 3C = A ^ 4C3; 2Al + N2 = 2AlN.

Samverkan med komplexa ämnen

Dessa inkluderar vatten, salter, syror, baser, oxider. Med alla dessa kemikalier reagerar aluminium annorlunda. Låt oss titta närmare på varje enskilt fall.

Reaktion med vatten

Med den mest komplexa substansen på jorden reagerar aluminium med uppvärmning. Detta sker endast i fallet med en preliminär avlägsnande av filmen från oxiden. Som ett resultat av interaktionen bildas en amfotär hydroxid, och väte frigörs även i luften. Med två delar av aluminium och sex delar av vatten, får vi hydroxid och väte i molära proportioner om två till tre. Ekvationen för denna reaktion är skriven enligt följande: 2Ai + 6H20 = 2AI (OH) 3 + 3H2.

Samverkan med syror, baser och oxider

Liksom andra aktiva metaller, kan aluminium gå in i en substitutionsreaktion. I detta fall kan det förskjuta väte från syran eller katjonen av en mer passiv metall från dess salt. Som ett resultat av sådana interaktioner bildas ett aluminiumsalt, väte frigörs (i fallet med en syra) eller rena metallfällningar (en som är mindre aktiv än den som behandlas). I det andra fallet uppträder de reducerande egenskaperna som nämnts ovan. Ett exempel är samspelet mellan aluminium och saltsyra, där aluminiumklorid bildas och väte frigörs i luften. Denna typ av reaktion uttrycks i form av följande ekvation: 2AI + 6HCl = 2AІС ^ 3 + 3H2.

Ett exempel på interaktionen mellan aluminium och ett salt är dess reaktion med kopparsulfat. Med dessa två komponenter, i slutändan får vi aluminiumsulfat och ren koppar, som kommer att falla ut som en fällning. Med syror som svavelsyra och salpetersyra reagerar aluminium på ett märkligt sätt. När exempelvis aluminium tillsätts till en utspädd lösning av nitrat i ett molförhållande av åtta delar till trettio, bildas åtta delar av metallens nitrat, tre delar kväveoxid och femton vatten. Ekvationen för denna reaktion skrivs på detta sätt: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N20 + 15H2O. Denna process sker endast när det finns en hög temperatur.

Om du blandar aluminium och en svag lösning av sulfatsyra i molar proportioner om två till tre, får vi sulfat av den aktuella metallen och väte i ett förhållande av en till tre. Det vill säga en vanlig substitutionsreaktion kommer att inträffa, som i fallet med andra syror. För tydligheten ger vi ekvationen: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. Men med en koncentrerad lösning av samma syra är allt mer komplicerat. Här, som i fallet med nitrat, bildas en biprodukt, men inte i form av oxid, men i form av svavel och vatten. Om vi tar två komponenter som är nödvändiga för oss i ett molförhållande på två till fyra, så får vi en del av saltet av metallen och svavel i fråga, och fyra - vattnet. Denna kemiska interaktion kan uttryckas med följande ekvation: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H20. Dessutom kan aluminium reagera med alkalilösningar. För att utföra denna kemiska interaktion är det nödvändigt att ta två moler av den aktuella metallen, lika mycket natriumhydroxid eller kaliumhydroxid, samt sex mol vatten. Som ett resultat bildas sådana ämnen som natriumtetrahydroxoaluminat eller kalium, såväl som väte, vilket frigörs som en gas med en skarp lukt i molar proportioner av två till tre. Denna kemiska reaktion kan representeras som följande ekvation: 2AI + 2KOH + 6H20 = 2K [Al (OH) 4] + 3H2.

Och det sista att tänka på är mönstren för interaktion mellan aluminium och vissa oxider. Det vanligaste fallet är Beketovs reaktion. Det, liksom många andra av ovanstående, sker endast vid höga temperaturer. Så, för att genomföra det måste du ta två mol aluminium och en mol ferruxoxid. Som ett resultat av interaktionen mellan dessa två substanser erhåller vi aluminiumoxid och fritt järn i en mängd av en respektive två mol.

Användning av metallen i fråga i industrin

Observera att användningen av aluminium är mycket vanligt. Först av allt behöver flygindustrin det. Tillsammans med magnesiumlegeringar används även legeringar baserade på den aktuella metallen här. Vi kan säga att det genomsnittliga flygplanet är 50% sammansatt av aluminiumlegeringar och motorn med 25%. Användningen av aluminium utförs också i processen att göra ledningar och kablar på grund av sin utmärkta elektriska ledningsförmåga. Dessutom används denna metall och dess legeringar allmänt inom bilindustrin. Av dessa material finns skrov av bilar, bussar, trolleybussar, vissa spårvagnar samt bilar med konventionella och elektriska tåg. Den används även för mindre skala, till exempel för produktion av förpackningar för mat och andra produkter, redskap. För att göra en silverfärgad färg är pulveret av den aktuella metallen nödvändigt. Denna färg behövs för att skydda järnet från korrosion. Det kan sägas att aluminium är den näst vanligaste metallen i branschen efter ferrum. Hans föreningar och sig används ofta i kemisk industri. Detta beror på de speciella kemiska egenskaperna hos aluminium, inklusive dess reducerande egenskaper och amfotericitet av dess föreningar. Hydroxiden av det kemiska elementet i fråga är nödvändigt för vattenrening. Dessutom används den i medicin vid framställning av vacciner. Det kan också hittas i vissa typer av plast och andra material.

Roll i naturen

Som redan nämnts finns aluminium i stora mängder i jordskorpan. Det är särskilt viktigt för levande organismer. Aluminium är inblandad i reglering av tillväxtprocesser, bildar bindväv, såsom ben, ligament och andra. Tack vare detta mikroelement utförs processerna för vävnadsregenerering snabbare. Dess brist kännetecknas av följande symtom: utvecklings- och tillväxtstörningar hos barn, hos vuxna - kronisk trötthet, minskad effektivitet, nedsatt koordinering av rörelser, minskad frekvens av vävnadsregenerering, muskelsvaghet, särskilt i lemmarna. Ett sådant fenomen kan uppstå om du konsumerar för få produkter med innehållet i ett givet mikroelement.

Ett vanligare problem är emellertid överskottet av aluminium i kroppen. Dessutom observeras symtom som nervositet, depression, sömnstörningar, minnesförlust, stressmotstånd, mjukning av muskuloskeletala systemet, vilket kan leda till frekventa frakturer och sprains. Med långvarigt överskott av aluminium i kroppen är det ofta problem med driften av nästan alla organsystem.

Att detta fenomen kan leda ett antal skäl. Först och främst är det aluminium köksredskap. Forskare har länge bevisat att rätter från metallen i fråga inte är lämpliga för matlagning i den, eftersom hög temperatur tar lite aluminium, och därmed konsumerar du mycket mer av detta mikroelement än kroppen behöver.

Den andra anledningen - regelbunden användning av kosmetika med innehållet i metallen eller dess salter. Innan du använder någon produkt bör du noggrant läsa dess sammansättning. Kosmetika är inte ett undantag.

Den tredje anledningen är att ta droger som innehåller mycket aluminium, under lång tid. Och även felaktig användning av vitaminer och livsmedelstillsatser, som inkluderar detta mikroelement.

Låt oss nu titta på vad produkterna innehåller aluminium för att justera din kost och att organisera menyn korrekt. Detta främst morötter, smältost, vete, alun, potatis. Frukt persikor och avokado rekommenderas. Dessutom aluminiumrika kål, ris, många örter. Också, av de metallkatjoner kan vara närvarande i dricksvatten. För att undvika hög eller låg aluminiumhalt i kroppen (men precis som alla andra spårämnen), måste du noga övervaka sin kost och försöka göra det så balanserad som möjligt.