Pasireiškimas gamtoje ir aliuminio gamyba. Aliuminis: fizinės savybės, gamyba, pritaikymas, istorija Aliuminio cheminės savybės ir pritaikymas

(A l), galis (Ga), indis (In) ir talis (T l).

Kaip matyti iš aukščiau pateiktų duomenų, visi šie elementai buvo aptikti XIX a.

Pagrindinio pogrupio metalų atradimas III grupės

IN	Al	Ga	Į	Tl
1806 m	1825 m	1875 m	1863 m	1861 m
G. Lussac,	G.H. Ørstedas	L. de Boisbaudranas	F. Reichas,	W. Crooksas
L. Tenardas	(Danija)	(Prancūzija)	I.Richteris	(Anglija)
(Prancūzija)			(Vokietija)

Šioje paskaitoje iš arčiau pažvelgsime į aliuminio savybes.

1. Aliuminio padėtis D. I. Mendelejevo lentelėje. Atominė struktūra, oksidacijos būsenos.

Aliuminio elementas yra viduje III grupė, pagrindinis „A“ pogrupis, 3 periodinės sistemos periodas, eilės numeris Nr. 13, santykinė atominė masė Ar (Al ) = 27. Lentelėje jo kaimynas kairėje yra magnis – tipiškas metalas, o dešinėje – silicis – nemetalas. Vadinasi, aliuminis turi pasižymėti tam tikromis tarpinėmis savybėmis, o jo junginiai yra amfoteriniai.

Al +13) 2) 8) 3, p – elementas,

Žemės būsena

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

Susijaudinusi būsena

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Aliuminio oksidacijos laipsnis yra +3 junginiuose:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Fizinės savybės

Aliuminis laisva forma yra sidabriškai baltas metalas, pasižymintis dideliu šilumos ir elektros laidumu.Lydymosi temperatūra 650 o C. Aliuminio tankis yra mažas (2,7 g/cm 3) – maždaug tris kartus mažesnis nei geležies ar vario, o kartu yra patvarus metalas.

3. Buvimas gamtoje

Pagal paplitimą gamtoje ji rikiuojasi 1 vieta tarp metalų ir 3 vieta tarp elementų, antra po deguonies ir silicio. Aliuminio procentas žemės plutoje, įvairių tyrinėtojų duomenimis, svyruoja nuo 7,45 iki 8,14% žemės plutos masės.

Gamtoje aliuminio yra tik junginiuose (mineralai).

Kai kurie iš jų:

· Boksitas – Al 2 O 3 H 2 O (su SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3 priemaišomis)

· Nefelinai – KNa 3 4

· Alunitai – KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Aliuminio oksidas (kaolinų mišiniai su smėliu SiO 2, kalkakmeniu CaCO 3, magnezitu MgCO 3)

· Korundas – Al 2 O 3

· Lauko špatas (ortoklazas) – K 2 O×Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaolinitas – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

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

· Berilas – 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Boksitas
Al2O3	Korundas
	Rubinas
	Safyras

4. Aliuminio ir jo junginių cheminės savybės

Aliuminis normaliomis sąlygomis lengvai reaguoja su deguonimi ir yra padengtas oksido plėvele (kuri suteikia jam matinę išvaizdą).

OKSIDO PLĖVELĖS DEMONSTRACIJA

Jo storis 0,00001 mm, tačiau jo dėka aliuminis nerūdija. Norint ištirti aliuminio chemines savybes, oksido plėvelė pašalinama. (Naudojant švitrinį popierių, arba chemiškai: pirmiausia panardinant į šarminį tirpalą, kad būtų pašalinta oksido plėvelė, o po to į gyvsidabrio druskų tirpalą, kad susidarytų aliuminio lydinys su gyvsidabriu – amalgama).

aš. Sąveika su paprastomis medžiagomis

Jau kambario temperatūroje aliuminis aktyviai reaguoja su visais halogenais, sudarydamas halogenidus. Kaitinamas, jis reaguoja su siera (200 °C), azotu (800 °C), fosforu (500 °C) ir anglimi (2000 °C), su jodu dalyvaujant katalizatoriui - vandeniui:

2A l + 3 S = A l 2 S 3 (aliuminio sulfidas),

2A l + N 2 = 2A lN (aliuminio nitridas),

A l + P = A l P (aliuminio fosfidas),

4A l + 3C = A l 4 C 3 (aliuminio karbidas).

2 Al +3 I 2 = 2 Al I 3 (aliuminio jodidas) PATIRTIS

Visi šie junginiai yra visiškai hidrolizuojami, kad susidarytų aliuminio hidroksidas ir atitinkamai vandenilio sulfidas, amoniakas, fosfinas ir metanas:

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

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

Drožlių ar miltelių pavidalu jis ryškiai dega ore, išskirdamas daug šilumos:

4A l + 3 O 2 = 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

ALUMINIO DEGIMAS ORE

PATIRTIS

II. Sąveika su sudėtingomis medžiagomis

Sąveika su vandeniu :

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

be oksido plėvelės

PATIRTIS

Sąveika su metalų oksidais:

Aliuminis yra geras reduktorius, nes yra vienas iš aktyvių metalų. Veiklos serijoje jis patenka iš karto po šarminių žemių metalų. Štai kodėl atkuria metalus iš jų oksidų . Ši reakcija, aliuminotermija, naudojama gryniems retiesiems metalams, tokiems kaip volframas, vanadis ir kt., gaminti.

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

Termitinis Fe 3 O 4 ir Al (milteliai) mišinys taip pat naudojamas termitiniam suvirinimui.

C r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3

Sąveika su rūgštimis :

Su sieros rūgšties tirpalu: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

Nereaguoja su šalta koncentruota siera ir azotu (pasyvuoja). Todėl azoto rūgštis gabenama aliuminio talpose. Kaitinamas aliuminis gali redukuoti šias rūgštis neišskirdamas vandenilio:

2A l + 6H 2 S O 4 (konc.) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (konc.) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Sąveika su šarmais .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na [ Al(OH)4 ] +3 H 2

PATIRTIS

Na[Al(OH) 4 ] – natrio tetrahidroksialiuminatas

Chemiko Gorbovo pasiūlymu, per Rusijos ir Japonijos karą ši reakcija buvo panaudota vandeniliui gaminti balionams.

Su druskos tirpalais:

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

Jei aliuminio paviršius trinamas gyvsidabrio druska, įvyksta tokia reakcija:

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

Išsiskyręs gyvsidabris ištirpdo aliuminį, sudarydamas amalgamą .

Aliuminio jonų nustatymas tirpaluose : PATIRTIS

5. Aliuminio ir jo junginių panaudojimas

Dėl fizinių ir cheminių aliuminio savybių jis plačiai naudojamas technologijose. Aviacijos pramonė yra pagrindinė aliuminio vartotoja: 2/3 orlaivio sudaro aliuminis ir jo lydiniai. Plieninis lėktuvas būtų per sunkus ir galėtų skraidinti daug mažiau keleivių. Štai kodėl aliuminis vadinamas sparnuotu metalu. Kabeliai ir laidai pagaminti iš aliuminio: esant vienodam elektros laidumui, jų masė yra 2 kartus mažesnė nei atitinkamų vario gaminių.

Atsižvelgiant į aliuminio atsparumą korozijai, tai yra gamina mašinų dalis ir talpas azoto rūgščiai. Aliuminio milteliai yra sidabro dažų, skirtų apsaugoti geležies gaminius nuo korozijos ir atspindėti šilumos spindulius, gamybos pagrindas, tokiais dažais dengiamos naftos talpyklos ir ugniagesių kostiumai.

Aliuminio oksidas naudojamas aliuminio gamybai, taip pat kaip ugniai atspari medžiaga.

Aliuminio hidroksidas yra pagrindinė gerai žinomų vaistų Maalox ir Almagel, mažinančių skrandžio sulčių rūgštingumą, sudedamoji dalis.

Aliuminio druskos yra labai hidrolizuotos. Ši savybė naudojama vandens valymo procese. Aliuminio sulfatas ir nedidelis kiekis gesintų kalkių dedamas į apdorojamą vandenį, kad būtų neutralizuota susidariusi rūgštis. Dėl to išsiskiria didelės aliuminio hidroksido nuosėdos, kurios, nusėdusios, su savimi neša suspenduotas drumstumo daleles ir bakterijas.

Taigi aliuminio sulfatas yra koaguliantas.

6. Aliuminio gamyba

1) Šiuolaikinį, ekonomišką aliuminio gamybos būdą 1886 m. išrado amerikiečių salė ir prancūzas Heroult. Tai apima aliuminio oksido tirpalo išlydytame kriolite elektrolizę. Išlydytas kriolitas Na 3 AlF 6 tirpdo Al 2 O 3, kaip vanduo tirpina cukrų. Aliuminio oksido „tirpalo“ išlydytame kriolite elektrolizė vyksta taip, tarsi kriolitas būtų tik tirpiklis, o aliuminio oksidas – elektrolitas.

2Al 2 O 3 elektros srovė → 4Al + 3O 2

Anglų kalba „Encyclopedia for Boys and Girls“ straipsnis apie aliuminį pradedamas tokiais žodžiais: „1886 m. vasario 23 d. civilizacijos istorijoje prasidėjo naujas metalo amžius - aliuminio amžius. Šią dieną 22 metų chemikas Charlesas Hallas įėjo į savo pirmosios mokytojo laboratoriją su keliolika mažų sidabriškai balto aliuminio rutuliukų rankoje ir su žinia, kad rado būdą, kaip pigiai pasigaminti metalo. dideliais kiekiais“. Taigi Hallas tapo Amerikos aliuminio pramonės įkūrėju ir anglosaksų nacionaliniu didvyriu, kaip žmogumi, kuris mokslą pavertė puikiu verslu.

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

TAI ĮDOMU:

Pirmą kartą aliuminio metalą 1825 m. išskyrė danų fizikas Hansas Christianas Oerstedas. Praleisdamas chloro dujas per karšto aliuminio oksido, sumaišyto su anglimi, sluoksnį, Oerstedas išskyrė aliuminio chloridą be menkiausio drėgmės pėdsakų. Norint atkurti metalinį aliuminį, Oersted reikėjo aliuminio chloridą apdoroti kalio amalgama. Po 2 metų vokiečių chemikas Friedrichas Woelleris. Jis patobulino metodą, pakeisdamas kalio amalgamą grynu kaliu.
XVIII–XIX amžiuje aliuminis buvo pagrindinis papuošalų metalas. 1889 metais D.I.Mendelejevas Londone buvo apdovanotas vertinga dovana kuriant chemiją – svarstykles iš aukso ir aliuminio.
Iki 1855 m. prancūzų mokslininkas Saint-Clair Deville sukūrė aliuminio metalo gamybos metodą techniniu mastu. Tačiau metodas buvo labai brangus. Dovilė mėgavosi ypatinga Prancūzijos imperatoriaus Napoleono III globa. Kaip savo atsidavimo ir dėkingumo ženklą, Dovilė Napoleono sūnui, naujagimiui princui, pagamino elegantiškai išgraviruotą barškutį – pirmąjį iš aliuminio pagamintą „vartotojišką prekę“. Napoleonas net ketino aprūpinti savo sargybinius aliuminio kirasu, tačiau kaina pasirodė pernelyg didelė. Tuo metu 1 kg aliuminio kainavo 1000 markių, t.y. 5 kartus brangesnis nei sidabras. Tik išradus elektrolitinį procesą aliuminis savo verte tapo lygus paprastiems metalams.
Ar žinojote, kad aliuminis, patekęs į žmogaus organizmą, sukelia nervų sistemos sutrikimą Kai jo yra perteklius, sutrinka medžiagų apykaita. O apsauginės medžiagos yra vitaminas C, kalcio ir cinko junginiai.
Kai aliuminis dega deguonyje ir fluore, išsiskiria daug šilumos. Todėl jis naudojamas kaip priedas prie raketų kuro. Raketa Saturnas savo skrydžio metu sudegina 36 tonas aliuminio miltelių. Idėją naudoti metalus kaip raketų kuro komponentą pirmasis pasiūlė F. A. Zander.

PRATIMAS

Simuliatorius Nr. 1 – Aliuminio charakteristikos pagal padėtį periodinėje D. I. Mendelejevo elementų lentelėje

Simuliatorius Nr. 2 – Aliuminio reakcijų su paprastomis ir sudėtingomis medžiagomis lygtys

Simuliatorius Nr. 3 – Aliuminio cheminės savybės

UŽDUOTIES UŽDUOTYS

Nr. 1. Norint gauti aliuminį iš aliuminio chlorido, kalcio metalas gali būti naudojamas kaip reduktorius. Parašykite šios cheminės reakcijos lygtį ir apibūdinkite šį procesą elektroninėmis svarstyklėmis.
Pagalvok! Kodėl šios reakcijos negalima atlikti vandeniniame tirpale?

Nr. 2. Užpildykite cheminių reakcijų lygtis:
Al + H2SO4 (tirpalas ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO3 ( konc. ) - t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

Nr. 3. Atlikite transformacijas:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

Nr. 4. Išspręsti problemą:
Aliuminio ir vario lydinys kaitinant buvo veikiamas koncentruoto natrio hidroksido tirpalo pertekliaus. Išsiskyrė 2,24 litro dujų (n.n.). Apskaičiuokite procentinę lydinio sudėtį, jei jo bendra masė buvo 10 g?

Aliuminis buvo išskirtas atliekant eksperimentą dėl kalio gyvsidabrio junginių poveikio natūraliam boksitui. Atsižvelgiant į proceso sudėtingumą, aliuminis keletą dešimtmečių išliko brangiausias metalas žemėje.

Moksliniai tyrimai leido atrasti santykinai pigų aliuminio gamybos metodą, naudojant laipsnišką elektrolizės metodą su tolesniu metalo valymu ir nusodinimu. Plačiai paplitęs šio metodo naudojimas leido pramoniniu mastu gauti gryno aliuminio. Šiuo metu vidutinė šio metalo paros produkcija viršija 130 tūkst. tonų.

Pagrindinės charakteristikos

Lengvas, paramagnetinis sidabro spalvos metalas su drumstu paviršiumi. Jis puikiai tinka formuoti ir kalti ir praktiškai nėra korozijai atsparus. Patekęs į orą, jis yra padengtas natūraliu apsauginiu oksidų sluoksniu, kuris apsaugo nuo tolesnių aliuminio ir atmosferos deguonies reakcijų. Jis turi santykinai mažą trūkimo stiprumą ir greitai kaupiasi nuovargis, o tai riboja jo naudojimą gryna forma.

Jis gerai praleidžia elektros ir šilumos energiją, nusileidžia tik variui ir platinos pogrupio metalams pagal šiuos rodiklius. Santykinis aliuminio pigumas užtikrino platų jo, kaip konstrukcinio metalo ir universalaus dielektriko, naudojimą.

Fizinės savybės

Metalas yra plastiškas, palyginti mažo tankio ir aukštų konstrukcinių savybių (didelis šilumos ir elektros laidumas, atsparumas korozijai). Pagrindinės fizinės aliuminio savybės gali būti nurodytos šiame sąraše:

Tankis - 2,7 g/cm3;
Lydymosi temperatūra - 659 0 C;
Plastiškumo koeficientas - 50%;
Elektros laidumo koeficientas - 32*10 6 S/m;
Vidutinis šilumos laidumas 204 W/m;

Skirtingai nuo metalų, tokių kaip švinas ar varis, kaitinamas iki 600 laipsnių Celsijaus, aliuminis tampa trapus ir skyla į atskiras granules ar grūdelius. Jis gerai praleidžia šilumą, lengvai įšyla ir taip pat lengvai vėsta, nesukeldamas jokių pasekmių metalo kristalinei grotelei.

Aliuminis yra gana aktyvus metalas, jis lengvai legiruojasi su kitais metalais ir nemetalais, sudarydamas vienodą kristalinę gardelę, pasižyminčią aukštomis struktūrinėmis savybėmis.

Cheminės savybės

Chemiškai aktyvus amfoterinis elementas:

Reaguoja su chloru, bromu ir kitais halogenais, sudarydami atitinkamas druskas;
Reaguoja su nemetalais;
Tirpsta stipriose rūgštyse;
Jis turi savybę redukuoti kitus metalus, kurie naudojami geležies ir chromo valymui;

Visoms aukščiau išvardintoms reakcijoms reikalingi papildomi katalizatoriai ir jos vykdomos kaitinant.

Nustatyta, kad santykinis aliuminio kiekis svyruoja nuo 7 % iki 8 % (vidutiniškai 7,5 % masės). Kiekybinis įvertinimas apima visas mineralines medžiagas ir aliuminio druskas. Metalas yra daugelio natūralių junginių dalis. Pagrindinės pramoninės žaliavos grynam aliuminiui gaminti yra boksitas, aliumosilikatai ir kiti natūralūs mineralai, kurių sudėtyje yra aliuminio oksido.

Taikymo sritis

Mažos kainos, atsparumo korozijai ir didelio reaktyvumo derinys pavertė aliuminį lyderiu tarp visų šiuolaikinėje pramonėje naudojamų metalų. Aliuminis yra labiausiai paplitęs legiravimo priedas gaminant lydinius iš vario, magnio, titano ir nikelio. Padidina elastingumą ir stiprumą, suteikia lydiniui antikorozinių savybių.

Aliuminis elektros laidumu nedaug nusileidžia variui, o jo kaina yra 4-5 kartus mažesnė ir valymo procesas yra daug lengvesnis, o tai paaiškina jo pasiskirstymą laidinių elementų, kondensatorių ir elektroninių komponentų gamybai.

Aliuminis taip pat naudojamas kaip cheminis katalizatorius (kaip sudėtinių junginių dalis), gaminant veidrodžius ir sprogmenis. Aliuminio neutralumas leidžia jį naudoti maisto pramonėje pakavimo medžiagų ir indų gamyboje.

Data___________ Klasė_______________
Tema: aliuminis. Aliuminio padėtis periodinėje lentelėje ir jo atomo struktūra. Buvimas gamtoje. Aliuminio fizinės ir cheminės savybės.Pamokos tikslai: atsižvelgti į aliuminio pasiskirstymą gamtoje, jo fizines ir chemines savybes, taip pat jo susidarančių junginių savybes.

Progresas

1. Organizacinis pamokos momentas. 2. Naujos medžiagos studijavimas. AliuminisPagrindinis pogrupis III periodinės lentelės grupės yra boras (B), (A l), galis (Ga), indis (In) ir talis (T l). Kaip matyti iš aukščiau pateiktų duomenų, visi šie elementai buvo aptikti XIX a. Pagrindinio pogrupio metalų atradimas III grupės

Boras yra nemetalas. Aliuminis yra pereinamasis metalas, o galis, indis ir talis yra visaverčiai metalai. Taigi, didėjant kiekvienos periodinės lentelės grupės elementų atomų spinduliams, didėja paprastų medžiagų metalinės savybės.Šioje paskaitoje iš arčiau pažvelgsime į aliuminio savybes.1. Aliuminio padėtis D. I. Mendelejevo lentelėje. Atominė struktūra, oksidacijos būsenos. Aliuminio elementas yra viduje III grupė, pagrindinis „A“ pogrupis, 3 periodinės sistemos periodas, eilės numeris Nr. 13, santykinė atominė masė Ar (Al ) = 27. Lentelėje jo kaimynas kairėje yra magnis – tipiškas metalas, o dešinėje – silicis – nemetalas. Vadinasi, aliuminis turi pasižymėti tam tikromis tarpinėmis savybėmis, o jo junginiai yra amfoteriniai. Al +13) 2 ) 8 ) 3 , p – elementas, Žemės būsena

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 1

Aliuminio oksidacijos laipsnis yra +3 junginiuose: Al 0 – 3 e - → Al +3 2. Fizinės savybės Aliuminis laisvoje formoje yra sidabriškai baltas metalas, pasižymintis dideliu šilumos ir elektros laidumu. Lydymosi temperatūra 650 O C. Aliuminis yra mažo tankio (2,7 g/cm 3 ) – maždaug tris kartus mažiau nei geležies ar vario, ir kartu tai patvarus metalas.3. Buvimas gamtoje Pagal paplitimą gamtoje ji rikiuojasi1 vieta tarp metalų ir 3 tarp elementų , antra po deguonies ir silicio. Aliuminio procentas žemės plutoje, įvairių tyrinėtojų duomenimis, svyruoja nuo 7,45 iki 8,14% žemės plutos masės.Gamtoje aliuminio yra tik junginiuose (mineralai). Kai kurie iš jų:  Boksitai - Al 2 O 3 H 2 O (su SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3 priemaišomis)  Nefelinai - KNa 3 4  Alunitai - KAl(SO 4) 2 2 Al(OH) 3  Aliuminio oksidas (kaolino mišiniai su smėliu SiO 2, kalkakmenis CaCO 3, magnezitas MgCO 3)  Korundas - Al 2 O 3  Lauko špatas (ortoklazas) – K 2 O×Al 2 O 3 × 6SiO 2  Kaolinitas - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O  Alunitas - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4 ) 3 × 4Al(OH) 3 Berilas – 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Boksitas

4. Aliuminio ir jo junginių cheminės savybės Aliuminis normaliomis sąlygomis lengvai reaguoja su deguonimi ir yra padengtas oksido plėvele (kuri suteikia jam matinę išvaizdą).Jo storis 0,00001 mm, tačiau jo dėka aliuminis nerūdija. Norint ištirti aliuminio chemines savybes, oksido plėvelė pašalinama. (Naudojant švitrinį popierių, arba chemiškai: pirmiausia panardinant į šarminį tirpalą, kad būtų pašalinta oksido plėvelė, o po to į gyvsidabrio druskų tirpalą, kad susidarytų aliuminio lydinys su gyvsidabriu – amalgama).
aš . Sąveika su paprastomis medžiagomis Jau kambario temperatūroje aliuminis aktyviai reaguoja su visais halogenais, sudarydamas halogenidus. Kaitinamas, jis reaguoja su siera (200 °C), azotu (800 °C), fosforu (500 °C) ir anglimi (2000 °C), su jodu dalyvaujant katalizatoriui - vandeniui: 2A l + 3 S = A l 2 S 3 (aliuminio sulfidas), 2A l + N 2 = 2A lN (aliuminio nitridas), A l + P = A l P (aliuminio fosfidas), 4A l + 3C = A l 4 C 3 (aliuminio karbidas). 2 Al + 3 I 2 = 2 A lI 3 (aliuminio jodidas)Visi šie junginiai yra visiškai hidrolizuojami, kad susidarytų aliuminio hidroksidas ir atitinkamai vandenilio sulfidas, amoniakas, fosfinas ir metanas: Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 SAl 4 C 3 +12H 2 O = 4Al(OH) 3 +3 kanalas 4 Drožlių ar miltelių pavidalu jis ryškiai dega ore, išskirdamas daug šilumos: 4A l + 3 O 2 = 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.
II. Sąveika su sudėtingomis medžiagomis Sąveika su vandeniu : 2 Al + 6 H 2 O = 2 Al (OH) 3 + 3 H 2 be oksido plėvelės Sąveika su metalų oksidais: Aliuminis yra geras reduktorius, nes yra vienas iš aktyvių metalų. Veiklos serijoje jis patenka iškart po šarminių žemių metalų. Štai kodėlatkuria metalus iš jų oksidų . Ši reakcija, aliuminotermija, naudojama gryniems retiesiems metalams, tokiems kaip volframas, vanadis ir kt., gaminti. 3 Fe 3 O 4 + 8 Al = 4 Al 2 O 3 + 9 Fe + Q Termito mišinys Fe 3 O 4 ir Al (milteliai) – taip pat naudojamas termitiniam suvirinimui. C r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3 Sąveika su rūgštimis : Su sieros rūgšties tirpalu: 2 Al + 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2 Nereaguoja su šalta koncentruota siera ir azotu (pasyvuoja). Todėl azoto rūgštis gabenama aliuminio talpose. Kaitinamas aliuminis gali redukuoti šias rūgštis neišskirdamas vandenilio: 2A l + 6H 2 SO 4 (konc.) = A l 2 (SO 4 ) 3 + 3 SO 2 + 6H 2 O, A l + 6H NO 3 (konc.) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2O. Sąveika su šarmais . 2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na Al(OH) 4  + 3 H 2 Na[A l(JIS) 4 ] – natrio tetrahidroksialiuminatas Chemiko Gorbovo pasiūlymu, per Rusijos ir Japonijos karą ši reakcija buvo panaudota vandeniliui gaminti balionams. Su druskos tirpalais: 2 Al + 3 CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 Cu Jei aliuminio paviršius trinamas gyvsidabrio druska, įvyksta tokia reakcija: 2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 HgIšsiskyręs gyvsidabris ištirpdo aliuminį, sudarydamas amalgamą. 5. Aliuminio ir jo junginių panaudojimas
Dėl fizinių ir cheminių aliuminio savybių jis plačiai naudojamas technologijose.Aviacijos pramonė yra pagrindinė aliuminio vartotoja : 2/3 orlaivio sudaro aliuminis ir jo lydiniai. Plieninis lėktuvas būtų per sunkus ir galėtų skraidinti daug mažiau keleivių.Štai kodėl aliuminis vadinamas sparnuotu metalu. Kabeliai ir laidai pagaminti iš aliuminio : esant vienodam elektros laidumui, jų masė yra 2 kartus mažesnė nei atitinkamų vario gaminių.Atsižvelgiant į aliuminio atsparumą korozijai, tai yragamina mašinų dalis ir talpas azoto rūgščiai . Aliuminio milteliai yra sidabro dažų, skirtų apsaugoti geležies gaminius nuo korozijos ir atspindėti šilumos spindulius, gamybos pagrindas, tokiais dažais dengiamos naftos talpyklos ir ugniagesių kostiumai.Aliuminio oksidas naudojamas aliuminio gamybai, taip pat kaip ugniai atspari medžiaga.Aliuminio hidroksidas yra pagrindinė gerai žinomų vaistų Maalox ir Almagel, mažinančių skrandžio sulčių rūgštingumą, sudedamoji dalis. Aliuminio druskos yra labai hidrolizuotos. Ši savybė naudojama vandens valymo procese. Aliuminio sulfatas ir nedidelis kiekis gesintų kalkių dedamas į apdorojamą vandenį, kad būtų neutralizuota susidariusi rūgštis. Dėl to išsiskiria didelės aliuminio hidroksido nuosėdos, kurios, nusėdusios, su savimi neša suspenduotas drumstumo daleles ir bakterijas.Taigi aliuminio sulfatas yra koaguliantas.6. Aliuminio gamyba 1) Šiuolaikinį, ekonomišką aliuminio gamybos būdą 1886 m. išrado amerikiečių salė ir prancūzas Héroult. Tai apima aliuminio oksido tirpalo išlydytame kriolite elektrolizę. Išlydytas kriolitas Na 3 AlF 6 ištirpina Al 2 O 3, Kaip vanduo tirpdo cukrų. Aliuminio oksido „tirpalo“ išlydytame kriolite elektrolizė vyksta taip, tarsi kriolitas būtų tik tirpiklis, o aliuminio oksidas – elektrolitas. 2Al 2 O 3 elektros srovė → 4Al + 3O 2 Anglų kalba „Encyclopedia for Boys and Girls“ straipsnis apie aliuminį pradedamas tokiais žodžiais: „1886 m. vasario 23 d. civilizacijos istorijoje prasidėjo naujas metalo amžius - aliuminio amžius. Šią dieną 22 metų chemikas Charlesas Hallas įėjo į savo pirmosios mokytojo laboratoriją su keliolika mažų sidabriškai balto aliuminio rutuliukų rankoje ir su žinia, kad rado būdą, kaip pigiai pasigaminti metalo. dideliais kiekiais“. Taigi Hallas tapo Amerikos aliuminio pramonės įkūrėju ir anglosaksų nacionaliniu didvyriu, kaip žmogumi, kuris mokslą pavertė puikiu verslu. 2) 2Al 2 O 3 + 3 C = 4 Al + 3 CO 2 TAI ĮDOMU:

Pirmą kartą aliuminio metalą 1825 m. išskyrė danų fizikas Hansas Christianas Oerstedas. Praleisdamas chloro dujas per karšto aliuminio oksido, sumaišyto su anglimi, sluoksnį, Oerstedas išskyrė aliuminio chloridą be menkiausio drėgmės pėdsakų. Norėdami atkurti metalinį aliuminį, Oersted reikėjo apdoroti aliuminio chloridą kalio amalgama. Po 2 metų vokiečių chemikas Friedrichas Woelleris. Jis patobulino metodą, pakeisdamas kalio amalgamą grynu kaliu.

XVIII–XIX amžiuje aliuminis buvo pagrindinis papuošalų metalas. 1889 metais D.I.Mendelejevas Londone buvo apdovanotas vertinga dovana kuriant chemiją – svarstykles iš aukso ir aliuminio.

Iki 1855 m. prancūzų mokslininkas Saint-Clair Deville sukūrė aliuminio metalo gamybos metodą techniniu mastu. Tačiau metodas buvo labai brangus. Dovilė mėgavosi ypatinga Prancūzijos imperatoriaus Napoleono III globa. Kaip savo atsidavimo ir dėkingumo ženklą, Dovilė Napoleono sūnui, naujagimiui princui, pagamino elegantiškai išgraviruotą barškutį – pirmąjį iš aliuminio pagamintą „vartotojišką prekę“. Napoleonas net ketino aprūpinti savo sargybinius aliuminio kirasu, tačiau kaina pasirodė pernelyg didelė. Tuo metu 1 kg aliuminio kainavo 1000 markių, t.y. 5 kartus brangesnis nei sidabras. Tik išradus elektrolitinį procesą aliuminis savo verte tapo lygus paprastiems metalams.

Ar žinojote, kad aliuminis, patekęs į žmogaus organizmą, sukelia nervų sistemos sutrikimą? Kai jo perteklius, sutrinka medžiagų apykaita. O apsauginės medžiagos yra vitaminas C, kalcio ir cinko junginiai.

Kai aliuminis dega deguonyje ir fluore, išsiskiria daug šilumos. Todėl jis naudojamas kaip priedas prie raketų kuro. Raketa Saturnas savo skrydžio metu sudegina 36 tonas aliuminio miltelių. Idėją naudoti metalus kaip raketų kuro komponentą pirmasis pasiūlė F. A. Zander.

3. Studijuotos medžiagos konsolidavimas №1. Norint gauti aliuminį iš aliuminio chlorido, kalcio metalas gali būti naudojamas kaip reduktorius. Parašykite šios cheminės reakcijos lygtį ir apibūdinkite šį procesą elektroninėmis svarstyklėmis.
Pagalvok! Kodėl šios reakcijos negalima atlikti vandeniniame tirpale? №2. Užpildykite cheminių reakcijų lygtis:
Al + H 2 SO 4 (tirpalas) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 (konc) - t ->
Al + NaOH + H 2 O -> Nr. 3. Išspręskite problemą:
Aliuminio ir vario lydinys kaitinant buvo veikiamas koncentruoto natrio hidroksido tirpalo pertekliaus. Išsiskyrė 2,24 litro dujų (n.n.). Apskaičiuokite procentinę lydinio sudėtį, jei jo bendra masė buvo 10 g?4. Namų darbai P.42, pvz. 1-11. 1-3 uždaviniai 131 puslapyje

Pavadinimas - Al (aliuminis);
Laikotarpis - III;
Grupė - 13 (IIIa);
Atominė masė - 26,981538;
Atominis skaičius – 13;
Atominis spindulys = 143 pm;
Kovalentinis spindulys = 121 pm;
Elektronų pasiskirstymas - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;
lydymosi temperatūra = 660°C;
virimo temperatūra = 2518°C;
Elektronegatyvumas (pagal Paulingą / pagal Alpredą ir Rochow) = 1,61/1,47;
Oksidacijos būsena: +3,0;
Tankis (nr.) = 2,7 g/cm3;
Molinis tūris = 10,0 cm 3 /mol.

Pirmą kartą aliuminį (alumą) 1825 metais gavo danas G. K. Ørstedas. Iš pradžių, kol nebuvo atrastas pramoninis gamybos būdas, aliuminis buvo brangesnis už auksą.

Aliuminis yra daugiausiai metalo žemės plutoje (masės dalis 7-8%) ir trečias pagal gausumą iš visų elementų po deguonies ir silicio. Aliuminio laisvos formos proirod nėra.

Svarbiausi natūralūs aliuminio junginiai:

aliuminio silikatai - Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2; K 2 O Al 2 O 3 2SiO 2
boksitas - Al 2 O 3 · n H2O
korundas - Al 2 O 3
kriolitas - 3NaF AlF 3

Ryžiai. Aliuminio atomo sandara.

Aliuminis yra chemiškai aktyvus metalas – jo išoriniame elektroniniame lygmenyje yra trys elektronai, kurie dalyvauja kovalentinių ryšių formavime, kai aliuminis sąveikauja su kitais cheminiais elementais (žr. Kovalentinis ryšys). Aliuminis yra stiprus reduktorius, jo oksidacijos laipsnis yra +3 visuose junginiuose.

Kambario temperatūroje aliuminis reaguoja su deguonimi, esančiu atmosferos ore, sudarydamas stiprią oksido plėvelę, kuri patikimai užkerta kelią tolesniam metalo oksidacijos (korozijos) procesui, dėl kurio sumažėja aliuminio cheminis aktyvumas.

Dėl oksidinės plėvelės aliuminis nereaguoja su azoto rūgštimi kambario temperatūroje, todėl aliuminio indai yra patikimas indas azoto rūgščiai laikyti ir transportuoti.

Aliuminio fizinės savybės:

sidabro baltumo metalas;
kietas;
ilgalaikis;
lengvas;
plastikas (ištemptas į ploną vielą ir foliją);
turi aukštą elektros ir šilumos laidumą;
lydymosi temperatūra 660°C
natūralus aliuminis susideda iš vieno izotopo 27 13 Al

Aliuminio cheminės savybės:

nuimant oksido plėvelę, aliuminis reaguoja su vandeniu:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2;
kambario temperatūroje jis reaguoja su bromu ir chloru, sudarydamas druskas:
2Al + 3Br2 = 2AlCl3;
esant aukštai temperatūrai, aliuminis reaguoja su deguonimi ir siera (reakciją lydi didelis šilumos kiekis):
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + Q;
2Al + 3S = Al2S3 + Q;
esant t=800°C reaguoja su azotu:
2Al + N2 = 2AlN;
esant t=2000°C reaguoja su anglimi:
2Al + 3C = Al4C3;
redukuoja daugelį metalų iš jų oksidų - aliuminiotermija(temperatūroje iki 3000°C) pramoniniu būdu gaminamas volframas, vanadis, titanas, kalcis, chromas, geležis, manganas:
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;
reaguoja su druskos rūgštimi ir praskiesta sieros rūgštimi, išskirdamas vandenilį:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2;
aukštoje temperatūroje reaguoja su koncentruota sieros rūgštimi:
2Al + 6H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O;
reaguoja su šarmais, išskirdamas vandenilį ir susidarant kompleksinėms druskoms – reakcija vyksta keliais etapais: panardinus aliuminį į šarminį tirpalą, ištirpsta metalo paviršiuje esanti patvari apsauginė oksido plėvelė; ištirpus plėvelei, aliuminis, kaip aktyvus metalas, reaguoja su vandeniu ir susidaro aliuminio hidroksidas, kuris reaguoja su šarmu kaip amfoterinis hidroksidas:
- Al 2 O 3 +2NaOH = 2NaAlO 2 +H 2 O - oksido plėvelės ištirpimas;
- 2Al+6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 - aliuminio sąveika su vandeniu, susidarant aliuminio hidroksidui;
- NaOH+Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O - aliuminio hidroksido sąveika su šarmu
- 2Al+2NaOH+2H 2 O = 2NaAlO 2 +3H 2 – bendra aliuminio reakcijos su šarmu lygtis.

Aliuminio jungtys

Al 2 O 3 (aliuminio oksidas)

Aliuminio oksidas Al 2 O 3 yra balta, labai atspari ugniai ir kieta medžiaga (gamtoje kietesni yra tik deimantas, karborundas ir borazonas).

Aliuminio oksido savybės:

netirpsta vandenyje ir su juo reaguoja;
yra amfoterinė medžiaga, reaguojanti su rūgštimis ir šarmais:
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;
Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3;
kaip amfoterinis oksidas reaguoja, kai susilieja su metalų oksidais ir druskomis, kad susidarytų aliuminatai:
Al 2 O 3 + K 2 O = 2KAlO 2.

Pramonėje aliuminio oksidas gaunamas iš boksito. Laboratorinėmis sąlygomis aliuminio oksidą galima gauti deginant aliuminį deguonimi:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.

Aliuminio oksido panaudojimas:

aliuminio ir elektrinės keramikos gamybai;
kaip abrazyvinė ir ugniai atspari medžiaga;
kaip organinės sintezės reakcijų katalizatorius.

Al(OH)3

Aliuminio hidroksidas Al(OH)3 yra balta kristalinė kieta medžiaga, gaunama vykstant mainų reakcijai iš aliuminio hidroksido tirpalo – nusėda kaip baltos želatinos nuosėdos, kurios laikui bėgant kristalizuojasi. Šis amfoterinis junginys beveik netirpsta vandenyje:
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3;
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O.

Al(OH)3 sąveika su rūgštimis:
Al(OH)3 +3H + Cl = Al 3+ Cl3 +3H2O
Al(OH) 3 sąveika su šarmais:
Al(OH)3 +NaOH - = NaAlO2 - +2H2O

Aliuminio hidroksidas gaunamas šarmams veikiant aliuminio druskų tirpalus:
AlCl 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 + 3NaCl.

Aliuminio gamyba ir naudojimas

Aliuminį gana sunku atskirti nuo natūralių junginių cheminėmis priemonėmis, o tai paaiškinama dideliu jungčių stiprumu aliuminio okside, todėl aliuminio oksido Al 2 O 3 tirpalo išlydytame kriolite Na 3 elektrolizė; Naudojamas AlF 6. Proceso metu katode išsiskiria aliuminis, o anode – deguonis:

2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2

Pradinė žaliava yra boksitas. Elektrolizė vyksta 1000°C temperatūroje: aliuminio oksido lydymosi temperatūra 2500°C – tokioje temperatūroje elektrolizės atlikti neįmanoma, todėl aliuminio oksidas ištirpinamas išlydytame kriolite ir tik tada naudojamas gautas elektrolitas. elektrolizėje gaminant aliuminį.

Aliuminio pritaikymas:

aliuminio lydiniai plačiai naudojami kaip konstrukcinės medžiagos automobilių, orlaivių ir laivų statyboje: duraliuminis, silumas, aliuminio bronza;
chemijos pramonėje kaip reduktorius;
maisto pramonėje folijos, stalo reikmenų, pakavimo medžiagų gamybai;
laidams gaminti ir pan.

APIBRĖŽIMAS

Aliuminis– IIIA grupės 3 periodo cheminis elementas. Serijos numeris – 13. Metalinis. Aliuminis priklauso p-šeimos elementams. Simbolis – Al.

Atominė masė – 27 amu. Išorinio energijos lygio elektroninė konfigūracija yra 3s 2 3p 1. Savo junginiuose aliuminio oksidacijos būsena yra „+3“.

Aliuminio cheminės savybės

Aliuminis pasižymi redukuojančiomis savybėmis reakcijose. Kadangi veikiant orui ant jo paviršiaus susidaro oksido plėvelė, ji atspari sąveikai su kitomis medžiagomis. Pavyzdžiui, aliuminis pasyvinamas vandenyje, koncentruotoje azoto rūgštyje ir kalio dichromato tirpale. Tačiau nuėmus oksido plėvelę nuo jos paviršiaus, ji gali sąveikauti su paprastomis medžiagomis. Dauguma reakcijų atsiranda kaitinant:

2Al milteliai +3/2O 2 = Al 2 O 3;

2Al + 3F 2 = 2AlF 3 (t);

2Al milteliai + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (t = 25C);

2Al + N2 = 2AlN (t);

2Al +3S = Al2S3 (t);

4Al + 3C grafitas = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, H 2 atmosferoje).

Be to, pašalinus oksido plėvelę nuo jo paviršiaus, aliuminis gali sąveikauti su vandeniu, sudarydamas hidroksidą:

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

Aliuminis pasižymi amfoterinėmis savybėmis, todėl gali ištirpti praskiestuose rūgščių ir šarmų tirpaluose:

2Al + 3H2SO4 (praskiestas) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2;

2Al + 6HCl praskiestas = 2AlCl3 + 3 H2;

8Al + 30HNO3 (atskiestas) = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O;

2Al +2NaOH +3H2O = 2Na + 3H2;

2Al + 2 (NaOH × H 2 O) = 2 NaAlO 2 + 3 H 2.

Aliuminiotermija yra metalų gamybos iš jų oksidų metodas, pagrįstas šių metalų redukavimu aliuminiu:

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

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr.

Aliuminio fizinės savybės

Aliuminis yra sidabriškai baltos spalvos. Pagrindinės fizinės aliuminio savybės yra lengvumas, didelis šilumos ir elektros laidumas. Laisvoje būsenoje, veikiamas oro, aliuminis yra padengtas patvaria Al 2 O 3 oksido plėvele, todėl jis atsparus koncentruotų rūgščių poveikiui. Lydymosi temperatūra – 660,37C, virimo temperatūra – 2500C.

Aliuminio gamyba ir naudojimas

Aliuminis gaunamas elektrolizės būdu išlydytam šio elemento oksidui:

2Al 2 O 3 = 4Al + 3O 2

Tačiau dėl mažos produkto išeigos dažniau naudojamas aliuminio gavimo būdas elektrolizės būdu iš Na 3 ir Al 2 O 3 mišinio. Reakcija vyksta kaitinant iki 960C ir esant katalizatoriams – fluoridams (AlF 3, CaF 2 ir kt.), tuo tarpu prie katodo vyksta aliuminio išsiskyrimas, o prie anodo – deguonis.

Aliuminis plačiai naudojamas pramonėje aliuminio lydiniai yra pagrindinės konstrukcinės medžiagos orlaivių ir laivų statyboje.

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Pratimas

Aliuminiui reaguojant su sieros rūgštimi, susidarė aliuminio sulfatas, sveriantis 3,42 g. Nustatykite sureagavusios aliuminio medžiagos masę ir kiekį.

Sprendimas

Parašykime reakcijos lygtį:

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2.

Aliuminio ir aliuminio sulfato molinės masės, apskaičiuotos naudojant D.I. cheminių elementų lentelę. Mendelejevas – atitinkamai 27 ir 342 g/mol. Tada susidariusio aliuminio sulfato medžiagos kiekis bus lygus:

n(Al2(SO4)3) = m(Al2(SO4)3)/M(Al2(SO4)3);

n(Al2(SO4)3) = 3,42 / 342 = 0,01 mol.

Pagal reakcijos lygtį n(Al 2 (SO 4) 3): n(Al) = 1:2, todėl n(Al) = 2×n(Al 2 (SO 4) 3) = 0,02 mol. Tada aliuminio masė bus lygi:

m(Al) = n(Al) × M(Al);

m(Al) = 0,02 × 27 = 0,54 g.

Atsakymas

Aliuminio medžiagos kiekis yra 0,02 mol; aliuminio masė – 0,54 g.