Značilnosti aluminija. Aluminij: splošna značilnost

Vsak kemični element je mogoče obravnavati z vidika treh nauk: fizike, kemije in biologije. V tem članku bomo poskušali kar najbolj natančno dati značilnosti aluminija. To je kemični element, ki se nahaja v tretji skupini in tretjem obdobju, po Mendelejevjevi mizi. Aluminij je kovina, ki ima povprečno kemijsko aktivnost. Tudi v svojih spojinah je mogoče opazovati amfoterične lastnosti. Atomska teža aluminija je 26 gramov na mol.

Fizikalne lastnosti aluminija

V normalnih razmerah je trdna. Formula za aluminij je zelo preprosta. Sestoji iz atomov (ki niso združeni v molekule), ki so zgrajeni s pomočjo kristalne rešetke v trdno snov. Barva aluminija je srebrno bela. Poleg tega ima kovinski sijaj, tako kot vse druge snovi v tej skupini. Barva aluminija, ki se uporablja v industriji, je lahko različna zaradi prisotnosti nečistoč v zlitini. To je precej lahka kovina. Njegova gostota je 2,7 g / cm3, to je približno trikrat lažja od železa. Pri tem lahko prinese samo magnezij, kar je še lažje od zadevne kovine. Trdota aluminija je precej nizka. V njej je slabše od večine kovin. Trdota aluminija je le dva na lestvici Mohs. Zato ga je za krepitev zlitin, ki temeljijo na tej kovini, dodajajo bolj trdne.

Taljenje aluminija se pojavi pri temperaturi le 660 stopinj Celzija. In vre, ko se segreje na temperaturo dve tisoč štiristo petdeset in dve stopinji Celzija. Je zelo duktilna in nizko talilna kovina. To ni konec fizikalnih lastnosti aluminija. Prav tako bi rad omenil, da ima ta kovina najboljšo električno prevodnost po bakru in srebru.

Razširjenost v naravi

Aluminij, tehnične značilnosti, ki smo jih ravnokar upoštevali, pogosto najdemo v okolju. To je mogoče opaziti pri številnih mineralih. Element aluminija - četrti med vsemi v razširjenosti v naravi. Njegova masni delež v zemeljski skorji je skoraj devet odstotkov. Glavni minerali, ki vsebujejo njegove atome, so boksit, korund, kriolit. Prvi je kamen, ki ga sestavljajo oksidi železa, silicija in zadevne kovine, v strukturi pa so prisotne tudi molekule vode. Ima neenotno obarvanost: fragmenti sivih, rdečkasto-rjavih in drugih barv, ki so odvisni od prisotnosti različnih nečistoč. Od trideset do šestdeset odstotkov te pasme je aluminij, fotografijo katere je mogoče videti zgoraj. Poleg tega je korunda zelo razširjena po naravi.

To je aluminijev oksid. Njegova kemična formula je Al2O3. Lahko ima rdečo, rumeno, modro ali rjavo barvo. Njegova trdota na lestvici Mohs je devet enot. Za sorte korunda so vsi znani safirji in rubini, leukosafiri, kot tudi padparadža (rumeni safir).

Kriolit je mineral, ki ima kompleksnejšo kemično formulo. Sestavljen je iz aluminija in natrijevega fluorida - AlF3 • 3NaF. Izgleda kot brezbarven ali sivkast kamen z nizko trdoto - le trije na lestvici Mohs. V sodobnem svetu se umetno sintetizira v laboratoriju. Uporablja se v metalurgiji.

Tudi v sestavi gline lahko najdemo aluminij, katerega glavne sestavine so silicijevi oksidi in obravnavana kovina, povezana z molekulami vode. Poleg tega je ta kemični element opazen v sestavi nefelinov, katerih kemijska formula je naslednja: KNa3 [AlSiO4] 4.

Prejemanje

Značilnosti aluminija vključujejo upoštevanje metod za njegovo sintezo. Obstaja več metod. Proizvodnja aluminija na prvi način poteka v treh fazah. Zadnji od teh je postopek elektrolize na katodi in premogovni anodi. Za izvedbo takega postopka zahteva aluminijev oksid, in pomožne snovi, kot so kriolit (formulo - Na3AlF6) in kalcijevega fluorida (CaF2). Da pride do razgradnje raztopljenega aluminijevega oksida, je treba s staljeno glinice in kalcijevega fluorida segrejemo na temperaturo najmanj devetsto petdeset stopinj Celzija, nato pa spustimo skozi tok teh snovi v osemdeset tisoč amperih in napetosti pet- osem voltov. Tako se bo zaradi tega postopka aluminij na katodi ustalil in kisikove molekule se bodo kopičile na anodi, ki nato oksidira anodo in jo pretvori v ogljikov dioksid. Pred izvedbo tega postopka boksita, ki je v obliki aluminijevega oksida ekstrahiramo, predhodno očiščen nečistoč, in poteka proces dehidracije.

Proizvodnja aluminija po zgoraj opisani metodi je zelo pogosta v metalurgiji. Obstaja tudi metoda, ki jo je leta 1827 izumil F. Weller. Sestoji iz dejstva, da se aluminij lahko pridobi s kemično reakcijo med njenim kloridom in kalijem. Tak postopek lahko dosežemo le z ustvarjanjem posebnih pogojev v obliki zelo visoke temperature in vakuuma. Tako lahko iz ene mole klorida in iste količine kalija dobimo en mol iz aluminija in tri mole kalijev klorid kot stranski proizvod. To reakcijo lahko zapišemo v obliki naslednje enačbe: AÍSÍ3 + 3K = AÍ + 3KSÍ. Ta metoda ni pridobila veliko priljubljenosti v metalurgiji.

Karakterizacija aluminija v smislu kemije

Kot je bilo omenjeno zgoraj, je to preprosta snov, ki jo sestavljajo atomi, ki niso združeni v molekule. Podobne strukture so skoraj vse kovine. Aluminij ima dovolj visoko kemijsko aktivnost in močno zmanjšuje lastnosti. Kemijska karakterizacija aluminija se začne z opisom njegovih reakcij z drugimi preprostimi snovmi in opisujemo nadaljnje interakcije s kompleksnimi anorganskimi spojinami.

Aluminijeve in enostavne snovi

Ti vključujejo, prvič, kisik - najpogostejša spojina na planetu. Od tega je zemeljska atmosfera enaindvajset odstotkov. Reakcije te snovi s katero koli drugo se imenujejo oksidacija ali zgorevanje. Običajno se pojavi pri visokih temperaturah. Toda v primeru aluminija je možna oksidacija v normalnih pogojih - tako nastane oksidna folija. Če je dana kovina zdrobljena, bo opekla, tako da bo tako dal veliko količino energije v obliki toplote. Za izvedbo reakcije med aluminijem in kisikom so te komponente potrebne v molskem razmerju 4: 3, kar ima za posledico dva dela oksida.

Ta kemijska interakcija je izražena kot naslednja enačba: 4AI + 3O2 = 2AIO3. Možne so tudi reakcije aluminija s halogeni, ki vključujejo fluor, jod, brom in klor. Imena teh procesov izhajajo iz imen ustreznih halogenov: fluoriranje, jodiranje, bromiranje in kloriranje. To so tipične reakcije dodajanja.

Na primer omenim interakcijo aluminija s klorom. Takšen proces se lahko zgodi samo v mrazu.

Torej, ob dveh molih aluminija in treh molov klora dobimo kot rezultat dveh molov klorida zadevne kovine. Enačba te reakcije je naslednja: 2AÍ + 3SÍ = 2AÍSÍ3. Na enak način lahko dobimo aluminijev fluorid, njegov bromid in jodid.

Z žveplom se zadevna snov reagira le pri segrevanju. Da bi izvedli interakcijo med tema dvema spojinama, jih je treba vzeti v molarnih razmerjih od dveh do treh in nastal del aluminijevega sulfida. Enačba za reakcijo je naslednja: 2Al + 3S = Al2S3.

Poleg tega pri visokih temperaturah aluminij stori z ogljikom, tvori karbid in z dušikom tvorita nitrid. Kot primer lahko navedemo naslednje enačbe kemijskih reakcij: 4AI + 3C = AÍ4C3-2Al + N2 = 2AlN.

Interakcija s kompleksnimi snovmi

Te vključujejo vodo, soli, kisline, baze, okside. Z vsemi temi kemikalijami aluminij reagira različno. Poglejmo si vsak primer posebej.

Reakcija z vodo

Z najbolj kompleksno snovjo na Zemlji aluminij reagira s segrevanjem. To se zgodi le v primeru predhodne odstranitve oksidnega filma. Zaradi interakcije nastane amfoterni hidroksid in vodik se sprošča tudi v zrak. Če vzamemo dva dela aluminija in šest delov vode, dobimo hidroksid in vodik v molskih razmerjih od dveh do treh. Enačba te reakcije je napisana takole: 2AI + 6H2O = 2AI (OH) 3 + 3H2.

Interakcija s kislinami, bazami in oksidi

Tako kot druge aktivne kovine lahko tudi aluminij vstopi v reakcijo substitucije. V tem primeru lahko iz svoje soli premakne vodik iz kisline ali kationa bolj pasivne kovine. Zaradi takšnih interakcij nastane aluminijeva sol, sprošča se tudi vodik (v primeru kisline) ali čisti kovinski precipitati (tisti, ki je manj aktiven od obravnavanega). V drugem primeru se pojavijo redukcijske lastnosti, ki so bile omenjene zgoraj. Primer je interakcija aluminija z klorovodikova kislina, pri kateri nastane aluminijev klorid in vodik sprosti v zrak. Ta vrsta reakcije je izražena v obliki naslednje enačbe: 2AI + 6HCl = 2AÍSÍ3 + 3H2.

Primer interakcije aluminija s soljo je njegova reakcija s bakrov sulfat. Ob teh dveh komponentah, na koncu dobimo aluminijev sulfat in čisti baker, ki bo izplačal kot depozit. S kislinami, kot so žveplovi in ​​dušikovi, se aluminij reagira na poseben način. Na primer, ko aluminij dodamo v razredčeno raztopino nitrata v molskem razmerju od osmih delov do tridesetih, nastanejo osem delov nitrata kovine, trije deli dušikovega oksida in petnajst vode. Enačba te reakcije je zapisana na tak način: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. Ta postopek se zgodi samo, če je temperatura zelo visoka.

Če mešate aluminij in šibko raztopino sulfatne kisline v molskih razmerjih od dveh do treh, dobimo sulfat zadevne kovine in vodik v razmerju od enega do treh. To je običajna nadomestna reakcija, kot v primeru drugih kislin. Za jasnost podajamo enačbo: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. Vendar pa je s koncentrirano raztopino enake kisline vse bolj zapleteno. Tukaj, kot v primeru nitrata, nastane stranski proizvod, vendar ne v obliki oksida, temveč v obliki žvepla in vode. Če vzamemo dve komponenti, ki sta potrebni za nas v molarnem razmerju dveh do štirih, potem dobimo en del soli zadevne kovine in žvepla in štiri - vodo. To kemijsko interakcijo lahko izrazimo z naslednjo enačbo: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O. Poleg tega lahko aluminij reagira z alkalijskimi raztopinami. Če želite izvesti to kemično interakcijo, je potrebno toliko kovancev zadevne kovine vzeti natrijev hidroksid ali kalij, pa tudi šest kilov vode. Tako nastanejo tiste snovi, kot so natrijev tetrahidrookaluminat ali kalij, pa tudi vodik, ki se sprošča kot plin z ostrim vonjem v molarnih razmerjih dveh do treh. To kemijsko reakcijo lahko predstavimo kot naslednjo enačbo: 2AI + 2KOH + 6H2O = 2K [AI (OH) 4] + 3H2.

In zadnja stvar, ki jo je treba upoštevati, so vzorci interakcije aluminija z določenimi oksidi. Najpogostejši in uporabljeni primer je reakcija Beketova. To, pa tudi veliko drugih od zgoraj, se zgodi samo pri visokih temperaturah. Torej, za izvedbo, morate vzeti dva kosa aluminija in eno mol ferruksovega oksida. Zaradi interakcije teh dveh snovi dobimo glinico in brezplačno železo v količini ene ali dveh molov.

Uporaba zadevne kovine v industriji

Upoštevajte, da uporaba aluminija - zelo pogost pojav. Najprej ga potrebuje letalska industrija. Poleg magnezijevih zlitin se tukaj uporabljajo tudi zlitine na osnovi obravnavane kovine. Lahko rečemo, da je povprečna letala 50% sestavljena iz aluminijevih zlitin in njegovega motorja za 25%. Prav tako se uporablja aluminij v procesu izdelave žic in kablov zaradi odlične električne prevodnosti. Poleg tega se ta kovina in njegove zlitine široko uporabljajo v avtomobilski industriji. Od teh materialov so trupi avtomobilov, avtobusi, trolejbusi, nekateri tramvaji, pa tudi avtomobili konvencionalnih in električnih vlakov. Uporablja se tudi za manjše namene, na primer za proizvodnjo embalaže za hrano in druge izdelke, pripomočke. Za izdelavo srebrne barve je potreben prašek zadevne kovine. Ta barva je potrebna za zaščito železa pred korozijo. Lahko rečemo, da je aluminij druga najpogosteje uporabljena kovina v industriji po ferrumu. Njegove spojine in sami se pogosto uporabljajo v kemični industriji. To je posledica posebnih kemijskih lastnosti aluminija, vključno z njegovimi zmanjševalnimi lastnostmi in amfoteričnostjo njegovih spojin. Hidroksid zadevnega kemijskega elementa je potreben za čiščenje vode. Poleg tega se v medicini uporablja pri proizvodnji cepiv. Prav tako ga najdemo v nekaterih vrstah plastike in drugih materialov.

Vloga v naravi

Kot smo že omenili, se aluminij nahaja v velikih količinah v zemeljski skorji. To je še posebej pomembno za žive organizme. Aluminij je vključen v regulacijo rastnih procesov, tvori vezna tkiva, kot so kost, ligament in druge. Zahvaljujoč tej mikroelementi se procesi regeneracije tkiv izvajajo hitreje. Za njegovo pomanjkanje so značilni naslednji simptomi: motnje pri razvoju in rasti pri otrocih, pri odraslih - kronična utrujenost, zmanjšana učinkovitost, poslabšana koordinacija gibov, zmanjšana stopnja regeneracije tkiva, oslabelost mišic, zlasti v okončinah. Tak pojav lahko nastane, če porabite premalo izdelkov z vsebino določenega mikroelementa.

Vendar pa je pogostejši problem presežek aluminija v telesu. Poleg tega so pogosto opaženi simptomi, kot so živčnost, depresija, motnje spanja, izguba spomina, odpornost proti stresu, mehčanje mišično-skeletnega sistema, kar lahko privede do pogostih zlomov in zvijanja. S podaljšanim presežkom aluminija v telesu pogosto pride do težav pri delovanju skoraj vseh organskih sistemov.

Ta pojav lahko povzroči več razlogov. Najprej je to kuhinjska posoda iz aluminija. Znanstveniki so dolgo dokazali, da so jedi iz kovine v vprašanju, ni primerna za kuhanje hrane v njej, kot pri visoki temperaturi aluminija pride v hrano, in kot rezultat, ki ga jedo veliko več od tega v sledovih elementa, kot telo potrebuje.

Drugi razlog - redna uporaba kozmetike z vsebnostjo kovine ali njenih soli. Pred uporabo katerega koli izdelka pazljivo preberite njegovo sestavo. Kozmetika ni izjema.

Tretji razlog je zaužitje drog, ki vsebujejo veliko aluminija, dolgo časa. In tudi nepravilna uporaba vitaminov in aditivov za živila, ki vključujejo ta mikroelement.

Zdaj pa ugotovimo, kateri izdelki vsebujejo aluminij, da bi uredili svojo prehrano in pravilno uredili meni. Najprej je korenje, predelan sir, pšenica, alum, krompir. Od sadja se priporočajo avokado in breskve. Poleg tega so beli zelje, riž, številna zelišča bogata z aluminijem. Tudi kationi zadevne kovine lahko vsebujejo pitno vodo. Da bi se izognili povečani ali zmanjšani vsebnosti aluminija v telesu (vendar, tako kot kateri koli drugi mikroelement), morate skrbno spremljati vašo prehrano in poskušati čimbolj uravnoteženo.