(A l), แกลเลียม (Ga), อินเดียม (In) และแทลเลียม (T l)
ดังที่เห็นได้จากข้อมูลข้างต้น องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้ถูกค้นพบในศตวรรษที่สิบเก้า
การค้นพบโลหะของกลุ่มย่อยหลัก ที่สาม กลุ่ม
|
ใน |
อัล |
กา |
ใน |
ตล |
|
1806 |
พ.ศ. 2368 |
พ.ศ. 2418 |
พ.ศ. 2406 |
พ.ศ. 2404 |
|
ก. ลุสซัก |
จี.เอช. เออร์สเตด |
แอล. เดอ บัวส์โบดรัน |
เอฟ. ไรช์ |
ว. ครุกส์ |
|
แอล. เทนาร์ด |
(เดนมาร์ก) |
(ฝรั่งเศส) |
ไอ.ริกเตอร์ |
(อังกฤษ) |
|
(ฝรั่งเศส) |
(เยอรมนี) |
โบรอนเป็นอโลหะ อะลูมิเนียมเป็นโลหะทรานซิชัน ในขณะที่แกลเลียม อินเดียม และแทลเลียมเป็นโลหะเต็มตัว ดังนั้นด้วยรัศมีที่เพิ่มขึ้นของอะตอมขององค์ประกอบของตารางธาตุแต่ละกลุ่มคุณสมบัติทางโลหะของสารอย่างง่ายจึงเพิ่มขึ้น
ในการบรรยายนี้ เราจะมาดูรายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติของอะลูมิเนียมกัน
1. ตำแหน่งอะลูมิเนียมในโต๊ะของ D.I. Mendeleev โครงสร้างอะตอม แสดงสถานะออกซิเดชัน
องค์ประกอบอลูมิเนียมอยู่ในที่สาม หมู่, กลุ่มย่อยหลัก “A”, คาบที่ 3 ของระบบธาตุ, เลขลำดับหมายเลข 13, มวลอะตอมสัมพัทธ์อาร์(อัล ) = 27 เพื่อนบ้านทางด้านซ้ายของตารางคือแมกนีเซียม ซึ่งเป็นโลหะทั่วไป และทางด้านขวาคือซิลิคอนซึ่งไม่ใช่โลหะ ดังนั้นอะลูมิเนียมจะต้องแสดงคุณสมบัติที่มีลักษณะเป็นสื่อกลางและสารประกอบของอะลูมิเนียมนั้นเป็นแอมโฟเทอริก
อัล +13) 2) 8) 3, p – องค์ประกอบ
|
สถานะภาคพื้นดิน 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 |
|
|
รัฐตื่นเต้น 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 |
|
อะลูมิเนียมแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +3 ในสารประกอบ:
อัล 0 – 3 อี - → อัล +3
2. คุณสมบัติทางกายภาพ
อลูมิเนียมในรูปแบบอิสระเป็นโลหะสีเงินสีขาวที่มีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าสูงจุดหลอมเหลว 650 o C อลูมิเนียมมีความหนาแน่นต่ำ (2.7 g/cm 3) - น้อยกว่าเหล็กหรือทองแดงประมาณสามเท่า และในขณะเดียวกันก็เป็นโลหะที่ทนทาน
3.อยู่ในธรรมชาติ
ในแง่ของความชุกในธรรมชาติก็อยู่ในอันดับ อันดับ 1 ในด้านโลหะ และอันดับที่ 3 ในด้านธาตุรองจากออกซิเจนและซิลิคอนเท่านั้น เปอร์เซ็นต์ของปริมาณอะลูมิเนียมในเปลือกโลก อ้างอิงจากนักวิจัยหลายคน อยู่ระหว่าง 7.45 ถึง 8.14% ของมวลเปลือกโลก
โดยธรรมชาติแล้ว อะลูมิเนียมจะเกิดขึ้นเฉพาะในสารประกอบเท่านั้น (แร่ธาตุ).
บางส่วน:
· แร่อะลูมิเนียม - อัล 2 O 3 H 2 O (มีสิ่งเจือปนของ SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
· เนฟีลีนส์ - KNa 3 4
· อะลูไนต์ - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3
· อลูมินา (ส่วนผสมของดินขาวกับทราย SiO 2, หินปูน CaCO 3, แมกนีไซต์ MgCO 3)
· คอรันดัม - อัล 2 O 3
· เฟลด์สปาร์ (ออร์โธเคลส) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2
· ดินขาว - อัล 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
· อลูไนต์ - (นา,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3
· เบริล - 3BeO อัล 2 O 3 6SiO 2
|
อะลูมิเนียม |
|
|
อัล2O3 |
คอรันดัม
|
|
ทับทิม
|
|
|
ไพลิน
|
4. คุณสมบัติทางเคมีของอลูมิเนียมและสารประกอบของมัน
อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ง่ายภายใต้สภาวะปกติ และถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ (ซึ่งทำให้มีลักษณะด้าน)
การสาธิตฟิล์มออกไซด์
ความหนา 0.00001 มม. แต่ต้องขอบคุณอลูมิเนียมที่ไม่กัดกร่อน เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียม จึงนำฟิล์มออกไซด์ออก (การใช้กระดาษทรายหรือทางเคมี: ขั้นแรกจุ่มลงในสารละลายอัลคาไลเพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ จากนั้นจึงลงในสารละลายเกลือปรอทเพื่อสร้างโลหะผสมของอลูมิเนียมกับปรอท - อะมัลกัม)
ฉัน- ปฏิกิริยากับสารธรรมดา
เมื่ออยู่ที่อุณหภูมิห้อง อลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนทั้งหมดอย่างแข็งขันและเกิดเป็นเฮไลด์ เมื่อถูกความร้อน มันจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ (200 °C) ไนโตรเจน (800 °C) ฟอสฟอรัส (500 °C) และคาร์บอน (2000 °C) โดยมีไอโอดีนเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา - น้ำ:
2A l + 3 S = A l 2 S 3 (อลูมิเนียมซัลไฟด์)
2A ลิตร + N 2 = 2A lN (อะลูมิเนียมไนไตรด์)
อัล + P = อัล P (อะลูมิเนียมฟอสไฟด์)
4A ลิตร + 3C = A ลิตร 4 C 3 (อลูมิเนียมคาร์ไบด์)
2 อัล +3 ฉัน 2 =2 อัล I 3 (อะลูมิเนียมไอโอไดด์) ประสบการณ์
สารประกอบทั้งหมดนี้ถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์เพื่อสร้างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ และตามด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย ฟอสฟีน และมีเทน:
อัล 2 ส 3 + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2 ส
อัล 4 C 3 + 12H 2 O = 4อัล(OH) 3 + 3CH 4
ในรูปแบบของขี้กบหรือผงจะเผาไหม้ในอากาศอย่างสดใสปล่อยความร้อนจำนวนมาก:
4A ลิตร + 3 O 2 = 2A ลิตร 2 O 3 + 1676 กิโลจูล
การเผาไหม้ของอะลูมิเนียมในอากาศ
ประสบการณ์
ครั้งที่สอง- ปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน
ปฏิสัมพันธ์กับน้ำ :
2 อัล + 6 H 2 O=2 อัล (OH) 3 +3 H 2
ไม่มีฟิล์มออกไซด์
ประสบการณ์
ปฏิกิริยากับโลหะออกไซด์:
อะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดี เนื่องจากเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่มีฤทธิ์ โดยจัดอยู่ในกลุ่มกิจกรรมรองจากโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ นั่นเป็นเหตุผล คืนโลหะจากออกไซด์ - ปฏิกิริยาอะลูมิเนียมเทอร์โมมิเตอร์นี้ใช้ในการผลิตโลหะหายากบริสุทธิ์ เช่น ทังสเตน วาเนเดียม เป็นต้น
3 เฟ 3 O 4 +8 อัล =4 อัล 2 O 3 +9 เฟ +ถาม
ส่วนผสมเทอร์ไมต์ของ Fe 3 O 4 และอัล (ผง) ก็ใช้ในการเชื่อมเทอร์ไมต์เช่นกัน
ค r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3
ปฏิกิริยากับกรด :
ด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริก: 2 Al+ 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3 H 2
ไม่ทำปฏิกิริยากับกำมะถันเข้มข้นและไนโตรเจน (passivates) ที่เย็นจัด ดังนั้นกรดไนตริกจึงถูกขนส่งในถังอลูมิเนียม เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมสามารถลดกรดเหล่านี้ได้โดยไม่ปล่อยไฮโดรเจนออกมา:
2A l + 6H 2 S O 4 (conc) = A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,
A l + 6H NO 3 (conc) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.
ปฏิสัมพันธ์กับด่าง .
2 อัล + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na [ อัล(OH)4 ] +3 ฮ 2
ประสบการณ์
นา[กล(โอ้) 4 ] – โซเดียมเตตระไฮดรอกซีอะลูมิเนต
ตามคำแนะนำของนักเคมี กอร์บอฟ ในช่วงสงครามรัสเซีย-ญี่ปุ่น ปฏิกิริยานี้ถูกใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจนสำหรับลูกโป่ง
ด้วยสารละลายเกลือ:
2 อัล + 3 CuSO 4 = อัล 2 (SO 4 ) 3 + 3 CuSO
หากพื้นผิวอลูมิเนียมถูด้วยเกลือปรอท จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:
2 อัล + 3 ปรอท 2 = 2 AlCl 3 + 3 ปรอท
ปรอทที่ปล่อยออกมาจะละลายอะลูมิเนียมจนเกิดเป็นอะมัลกัม .
การตรวจจับไอออนอะลูมิเนียมในสารละลาย
:
ประสบการณ์
5. การใช้อะลูมิเนียมและสารประกอบอะลูมิเนียม
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอลูมิเนียมได้นำไปสู่การใช้เทคโนโลยีอย่างแพร่หลาย อุตสาหกรรมการบินเป็นผู้บริโภคอะลูมิเนียมรายใหญ่: 2/3 ของเครื่องบินประกอบด้วยอลูมิเนียมและโลหะผสม เครื่องบินเหล็กจะหนักเกินไปและสามารถบรรทุกผู้โดยสารได้น้อยกว่ามาก นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมอะลูมิเนียมจึงถูกเรียกว่าโลหะมีปีก สายเคเบิลและสายไฟทำจากอลูมิเนียม: ที่มีค่าการนำไฟฟ้าเท่ากัน มวลของมันจะน้อยกว่าผลิตภัณฑ์ทองแดงที่เกี่ยวข้อง 2 เท่า
เมื่อพิจารณาถึงความทนทานต่อการกัดกร่อนของอะลูมิเนียมแล้วก็คือ ผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและภาชนะบรรจุกรดไนตริก- ผงอลูมิเนียมเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตสีเงินเพื่อปกป้องผลิตภัณฑ์เหล็กจากการกัดกร่อน และเพื่อสะท้อนรังสีความร้อน สีดังกล่าวจึงถูกนำมาใช้เพื่อปกปิดถังเก็บน้ำมันและชุดนักผจญเพลิง
อลูมิเนียมออกไซด์ใช้ในการผลิตอลูมิเนียมและเป็นวัสดุทนไฟ
อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นส่วนประกอบหลักของยา Maalox และ Almagel ที่รู้จักกันดีซึ่งช่วยลดความเป็นกรดของน้ำย่อย
เกลืออลูมิเนียมถูกไฮโดรไลซ์อย่างมาก คุณสมบัตินี้ใช้ในกระบวนการทำน้ำให้บริสุทธิ์ เติมอะลูมิเนียมซัลเฟตและปูนขาวจำนวนเล็กน้อยลงในน้ำเพื่อบำบัดเพื่อทำให้กรดที่เกิดขึ้นเป็นกลาง เป็นผลให้เกิดการตกตะกอนของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จำนวนมากซึ่งเมื่อตกตะกอนจะพาอนุภาคแขวนลอยของความขุ่นและแบคทีเรียไปด้วย
ดังนั้นอะลูมิเนียมซัลเฟตจึงเป็นสารตกตะกอน
6. การผลิตอะลูมิเนียม
1) วิธีการผลิตอะลูมิเนียมที่ทันสมัยและคุ้มค่าถูกคิดค้นโดย American Hall และ Héroult ชาวฝรั่งเศสในปี 1886 โดยเกี่ยวข้องกับการอิเล็กโทรลิซิสของสารละลายอะลูมิเนียมออกไซด์ในไครโอไลท์หลอมเหลว ไครโอไลท์หลอมเหลว Na 3 AlF 6 ละลายอัล 2 O 3 เช่นเดียวกับน้ำละลายน้ำตาล อิเล็กโทรไลซิสของ “สารละลาย” ของอะลูมิเนียมออกไซด์ในไครโอไลท์หลอมเหลวเกิดขึ้นราวกับว่าไครโอไลท์เป็นเพียงตัวทำละลาย และอะลูมิเนียมออกไซด์คืออิเล็กโทรไลต์
กระแสไฟฟ้า 2Al 2 O 3 →4Al + 3O 2
ในภาษาอังกฤษ "สารานุกรมสำหรับเด็กชายและเด็กหญิง" บทความเกี่ยวกับอะลูมิเนียมเริ่มต้นด้วยคำต่อไปนี้: "เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 ยุคโลหะใหม่เริ่มขึ้นในประวัติศาสตร์ของอารยธรรม - ยุคของอะลูมิเนียม ในวันนี้ ชาร์ลส ฮอลล์ นักเคมีวัย 22 ปี เดินเข้าไปในห้องทดลองของครูคนแรกพร้อมกับลูกบอลอะลูมิเนียมสีขาวเงินจำนวนหนึ่งอยู่ในมือ พร้อมข่าวว่าเขาได้พบวิธีทำโลหะในราคาถูกและ ในปริมาณมาก” ดังนั้น Hall จึงกลายเป็นผู้ก่อตั้งอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมของอเมริกา และเป็นวีรบุรุษของชาติแองโกล-แซ็กซอน ในฐานะบุคคลที่เปลี่ยนวิทยาศาสตร์ให้เป็นธุรกิจที่ยิ่งใหญ่
2) 2อัล 2 โอ 3 +3 C=4 อัล+3 CO 2
สิ่งนี้น่าสนใจ:
- โลหะอะลูมิเนียมถูกแยกออกครั้งแรกในปี พ.ศ. 2368 โดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด โดยการส่งก๊าซคลอรีนผ่านชั้นของอะลูมิเนียมออกไซด์ร้อนผสมกับถ่านหิน อะลูมิเนียมคลอไรด์ที่แยกได้ของ Oersted โดยไม่มีความชื้นแม้แต่น้อย ในการคืนสภาพโลหะอะลูมิเนียม เออร์สเตดจำเป็นต้องบำบัดอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยโพแทสเซียมอะมัลกัม 2 ปีต่อมา ฟรีดริช โวลเลอร์ นักเคมีชาวเยอรมัน เขาปรับปรุงวิธีการโดยแทนที่โพแทสเซียมอะมัลกัมด้วยโพแทสเซียมบริสุทธิ์
- ในศตวรรษที่ 18 และ 19 อลูมิเนียมเป็นโลหะหลักสำหรับทำเครื่องประดับ ในปี 1889 D.I. Mendeleev ในลอนดอนได้รับรางวัลอันทรงคุณค่าสำหรับบริการของเขาในการพัฒนาเคมี - เครื่องชั่งที่ทำจากทองคำและอะลูมิเนียม
- ในปี ค.ศ. 1855 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Saint-Clair Deville ได้พัฒนาวิธีการผลิตโลหะอะลูมิเนียมในระดับทางเทคนิค แต่วิธีการนี้มีราคาแพงมาก เดวิลล์ได้รับการอุปถัมภ์เป็นพิเศษจากนโปเลียนที่ 3 จักรพรรดิแห่งฝรั่งเศส เพื่อเป็นการแสดงถึงความทุ่มเทและความกตัญญู Deville ได้สร้างสรรค์เครื่องสั่นที่แกะสลักอย่างวิจิตรงดงามให้กับลูกชายของนโปเลียน ซึ่งเป็น "ผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค" ชิ้นแรกที่ทำจากอะลูมิเนียม นโปเลียนตั้งใจที่จะสวมเสื้อเกราะอะลูมิเนียมให้กับยามของเขา แต่ราคากลับกลายเป็นว่าห้ามปราม ตอนนั้นอลูมิเนียม 1 กิโลกรัมราคา 1,000 มาร์ก เช่น แพงกว่าเงินถึง 5 เท่า หลังจากการประดิษฐ์กระบวนการอิเล็กโทรไลต์เท่านั้น อลูมิเนียมจึงมีมูลค่าเทียบเท่ากับโลหะธรรมดา
- รู้หรือไม่ เมื่อเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ จะทำให้ระบบประสาทผิดปกติ เมื่อได้รับมากเกินไป ระบบเผาผลาญจะหยุดชะงัก และสารป้องกันได้แก่ วิตามินซี แคลเซียม และสารประกอบสังกะสี
- เมื่ออลูมิเนียมเผาไหม้ในออกซิเจนและฟลูออรีน ความร้อนจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นจึงใช้เป็นสารเติมแต่งให้กับเชื้อเพลิงจรวด จรวดดาวเสาร์เผาไหม้ผงอลูมิเนียม 36 ตันระหว่างการบิน แนวคิดในการใช้โลหะเป็นส่วนประกอบของเชื้อเพลิงจรวดถูกเสนอครั้งแรกโดย F. A. Zander
แบบฝึกหัด
เครื่องจำลองหมายเลข 1 - ลักษณะของอะลูมิเนียมตามตำแหน่งในตารางธาตุของ D. I. Mendeleev
เครื่องจำลองหมายเลข 2 - สมการปฏิกิริยาของอะลูมิเนียมกับสารที่ง่ายและซับซ้อน
เครื่องจำลองหมายเลข 3 - คุณสมบัติทางเคมีของอลูมิเนียม
งานที่ได้รับมอบหมาย
ลำดับที่ 1. เพื่อให้ได้อะลูมิเนียมจากอะลูมิเนียมคลอไรด์ โลหะแคลเซียมสามารถใช้เป็นตัวรีดิวซ์ได้ เขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาเคมีนี้และอธิบายลักษณะกระบวนการนี้โดยใช้เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์
คิด! เหตุใดจึงไม่สามารถเกิดปฏิกิริยานี้ในสารละลายที่เป็นน้ำได้
หมายเลข 2. เติมสมการปฏิกิริยาเคมีให้สมบูรณ์:
อัล + H 2 SO 4 (สารละลาย ) ->
อัล + CuCl 2 ->
อัล + HNO3 (คอนติเนนตัล ) - เสื้อ ->
อัล + NaOH + H 2 O ->
ลำดับที่ 3. ดำเนินการเปลี่ยนแปลง:
อัล -> AlCl 3 -> อัล -> อัล 2 S 3 -> อัล(OH) 3 - t -> อัล 2 O 3 -> อัล
ลำดับที่ 4. แก้ไขปัญหา:
โลหะผสมอลูมิเนียม-ทองแดงสัมผัสกับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้นที่มากเกินไปขณะให้ความร้อน ปล่อยก๊าซ (n.o.) จำนวน 2.24 ลิตร คำนวณองค์ประกอบเปอร์เซ็นต์ของโลหะผสมหากมวลรวมของมันคือ 10 กรัม?
อลูมิเนียมถูกแยกออกระหว่างการทดลองเกี่ยวกับผลของสารประกอบโพแทสเซียมปรอทต่อแร่บอกไซต์ธรรมชาติ เมื่อพิจารณาถึงความซับซ้อนของกระบวนการ อลูมิเนียมยังคงเป็นโลหะที่มีราคาแพงที่สุดในโลกมานานหลายทศวรรษ
การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้นำไปสู่การค้นพบวิธีการที่ค่อนข้างถูกในการผลิตอะลูมิเนียมโดยใช้วิธีการอิเล็กโทรลิซิสแบบทีละขั้นตอนพร้อมการทำให้โลหะบริสุทธิ์และการสะสมตัวเพิ่มเติม การใช้วิธีนี้อย่างแพร่หลายทำให้สามารถได้รับอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในระดับอุตสาหกรรม การผลิตโลหะนี้เฉลี่ยต่อวันปัจจุบันเกิน 130,000 ตัน
คุณสมบัติหลัก
โลหะสีเงินพาราแมกเนติกน้ำหนักเบาที่มีพื้นผิวขุ่น ทนต่อการขึ้นรูปและการตีขึ้นรูปได้ดี และไม่เกิดการกัดกร่อนในทางปฏิบัติ เมื่อสัมผัสกับอากาศ จะเคลือบด้วยชั้นออกไซด์ป้องกันตามธรรมชาติ ซึ่งป้องกันไม่ให้เกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติมระหว่างอะลูมิเนียมกับออกซิเจนในบรรยากาศ มีความแข็งแรงในการแตกหักค่อนข้างต่ำและสะสมความเหนื่อยล้าได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจำกัดการใช้งานในรูปแบบบริสุทธิ์
นำไฟฟ้าและพลังงานความร้อนได้ดี เป็นอันดับสองรองจากโลหะกลุ่มย่อยทองแดงและแพลตตินัมในตัวบ่งชี้เหล่านี้ ความเลวของอลูมิเนียมทำให้มั่นใจได้ว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายในฐานะโลหะโครงสร้างและอิเล็กทริกสากล
คุณสมบัติทางกายภาพ
โลหะมีความเหนียวซึ่งมีความหนาแน่นค่อนข้างต่ำและมีคุณสมบัติทางโครงสร้างสูง (การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ความต้านทานต่อการกัดกร่อน) คุณสมบัติทางกายภาพหลักของอลูมิเนียมสามารถระบุได้ในรายการต่อไปนี้:
- ความหนาแน่น - 2.7 ก./ซม.3;
- จุดหลอมเหลว - 659 0 C;
- ค่าสัมประสิทธิ์ความเป็นพลาสติก - 50%;
- ค่าสัมประสิทธิ์การนำไฟฟ้า - 32*10 6 S/m;
- ค่าการนำความร้อนเฉลี่ยอยู่ที่ 204 วัตต์/เมตร;
ซึ่งแตกต่างจากโลหะ เช่น ตะกั่วหรือทองแดง เมื่อถูกความร้อนถึง 600 องศาเซลเซียส อลูมิเนียมจะเปราะและแตกออกเป็นเม็ดหรือเมล็ดแต่ละชิ้น นำความร้อนได้ดี ร้อนขึ้นง่าย และเย็นลงได้ง่ายโดยไม่มีผลกระทบต่อโครงตาข่ายคริสตัลของโลหะ
อลูมิเนียมเป็นโลหะที่ค่อนข้างว่องไว สามารถผสมกับโลหะอื่นและอโลหะได้ง่าย ทำให้เกิดโครงผลึกที่สม่ำเสมอและมีคุณสมบัติทางโครงสร้างสูง
คุณสมบัติทางเคมี
องค์ประกอบแอมโฟเทอริกที่ออกฤทธิ์ทางเคมี:
- ทำปฏิกิริยากับคลอรีน โบรมีน และฮาโลเจนอื่นๆ ทำให้เกิดเกลือที่สอดคล้องกัน
- ทำปฏิกิริยากับอโลหะ
- ละลายในกรดแก่
- มีคุณสมบัติรีดิวซ์โลหะอื่น ๆ ซึ่งใช้ในการทำให้เหล็กและโครเมียมบริสุทธิ์
ปฏิกิริยาทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นจำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มเติมและดำเนินการโดยใช้ความร้อน
ปริมาณอะลูมิเนียมสัมพัทธ์ถูกกำหนดให้อยู่ในช่วงตั้งแต่ 7% ถึง 8% (เฉลี่ย 7.5% โดยน้ำหนัก) การวัดปริมาณประกอบด้วยแร่ธาตุและเกลืออะลูมิเนียมทั้งหมด โลหะเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบธรรมชาติจำนวนมาก วัตถุดิบทางอุตสาหกรรมหลักในการผลิตอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ได้แก่ บอกไซต์ อะลูมิโนซิลิเกต และแร่ธาตุธรรมชาติอื่นๆ ที่มีอะลูมิเนียมออกไซด์
ขอบเขตการใช้งาน
การผสมผสานระหว่างต้นทุนที่ต่ำ ความต้านทานการกัดกร่อน และปฏิกิริยาสูงทำให้อะลูมิเนียมเป็นผู้นำในบรรดาโลหะทุกชนิดที่ใช้ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ อลูมิเนียมเป็นสารเติมแต่งโลหะผสมที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการผลิตโลหะผสมที่มีทองแดง แมกนีเซียม ไทเทเนียม และนิกเกิลเป็นหลัก เพิ่มความยืดหยุ่นและความแข็งแรงให้คุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนของโลหะผสม
อลูมิเนียมไม่ได้ด้อยไปกว่าทองแดงมากนักในแง่ของการนำไฟฟ้า ในขณะที่มีต้นทุนที่ต่ำกว่า 4-5 เท่าและกระบวนการทำความสะอาดที่ง่ายกว่ามาก ซึ่งอธิบายการกระจายตัวสำหรับการผลิตส่วนประกอบตัวนำ ตัวเก็บประจุ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
อลูมิเนียมยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี (เป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบรวม) ในการผลิตกระจกและวัตถุระเบิด ความเป็นกลางของอะลูมิเนียมทำให้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อการผลิตวัสดุบรรจุภัณฑ์และเครื่องใช้ต่างๆ
วันที่___________ ชั้นเรียน_______
หัวเรื่อง : อลูมิเนียม. ตำแหน่งของอะลูมิเนียมในตารางธาตุและโครงสร้างของอะตอม อยู่ในธรรมชาติ สมบัติทางกายภาพและเคมีของอะลูมิเนียมวัตถุประสงค์ของบทเรียน:
พิจารณาการกระจายตัวของอะลูมิเนียมในธรรมชาติ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี ตลอดจนคุณสมบัติของสารประกอบที่เกิดขึ้น
ความก้าวหน้าของงาน
1. ช่วงเวลาขององค์กรของบทเรียน 2. ศึกษาเนื้อหาใหม่ อลูมิเนียมกลุ่มย่อยหลักที่สาม หมู่ของตารางธาตุ ได้แก่ โบรอน (B), (A l) แกลเลียม (Ga) อินเดียม (In) และแทลเลียม (T l) ดังที่เห็นได้จากข้อมูลข้างต้น องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้ถูกค้นพบในศตวรรษที่สิบเก้า การค้นพบโลหะของกลุ่มย่อยหลัก ที่สาม กลุ่มใน
โบรอนเป็นอโลหะ อะลูมิเนียมเป็นโลหะทรานซิชัน ในขณะที่แกลเลียม อินเดียม และแทลเลียมเป็นโลหะเต็มตัว ดังนั้นด้วยรัศมีที่เพิ่มขึ้นของอะตอมขององค์ประกอบของตารางธาตุแต่ละกลุ่มคุณสมบัติทางโลหะของสารอย่างง่ายจึงเพิ่มขึ้นในการบรรยายนี้ เราจะมาดูรายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติของอะลูมิเนียมกัน1. ตำแหน่งอะลูมิเนียมในโต๊ะของ D.I. Mendeleev โครงสร้างอะตอม แสดงสถานะออกซิเดชัน องค์ประกอบอลูมิเนียมอยู่ในที่สาม หมู่, กลุ่มย่อยหลัก “A”, คาบที่ 3 ของระบบธาตุ, เลขลำดับหมายเลข 13, มวลอะตอมสัมพัทธ์อาร์(อัล ) = 27 เพื่อนบ้านทางด้านซ้ายของตารางคือแมกนีเซียม ซึ่งเป็นโลหะทั่วไป และทางด้านขวาคือซิลิคอนซึ่งไม่ใช่โลหะ ดังนั้นอะลูมิเนียมจะต้องแสดงคุณสมบัติที่มีลักษณะเป็นสื่อกลางและสารประกอบของอะลูมิเนียมนั้นเป็นแอมโฟเทอริกอัล +13) 2 ) 8 ) 3 , p – องค์ประกอบ สถานะภาคพื้นดิน1 วินาที 2 2 วินาที 2 2 หน้า 6 3 วินาที 2 3 หน้า 1
อะลูมิเนียมแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +3 ในสารประกอบ:อัล 0 – 3 อี - → อัล +3 2. คุณสมบัติทางกายภาพ อลูมิเนียมในรูปแบบอิสระเป็นโลหะสีเงินสีขาวที่มีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง จุดหลอมเหลว 650โอ C. อะลูมิเนียมมีความหนาแน่นต่ำ (2.7 กรัม/ซม.) 3 ) - น้อยกว่าเหล็กหรือทองแดงประมาณสามเท่าและในขณะเดียวกันก็เป็นโลหะที่ทนทาน3.อยู่ในธรรมชาติ ในแง่ของความชุกในธรรมชาติก็อยู่ในอันดับอันดับ 1 ในด้านโลหะ และอันดับที่ 3 ในด้านธาตุ รองจากออกซิเจนและซิลิคอนเท่านั้น เปอร์เซ็นต์ของปริมาณอะลูมิเนียมในเปลือกโลก อ้างอิงจากนักวิจัยหลายคน อยู่ระหว่าง 7.45 ถึง 8.14% ของมวลเปลือกโลกโดยธรรมชาติแล้ว อะลูมิเนียมจะเกิดขึ้นเฉพาะในสารประกอบเท่านั้น (แร่ธาตุ). บางส่วน: บอกไซต์ - อัล 2 O 3 H 2 O (มีสิ่งเจือปนของ SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3) Nephelines - KNa 3 4 Alunites - KAl(SO 4) 2 2 Al(OH) 3 อลูมินา (ส่วนผสมของดินขาวกับทราย SiO 2, หินปูน CaCO 3, แมกนีไซต์ MgCO 3) คอรันดัม - อัล 2 O 3 เฟลด์สปาร์ (ออร์โธเคลส) - เค 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2 ดินขาว - Al 2 O 3 ×2SiO 2 × 2H 2 O อะลูไนต์ - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4 ) 3 ×4Al(OH) 3 เบริล - 3BeO อัล 2 O 3 6SiO 2อะลูมิเนียม
4. คุณสมบัติทางเคมีของอลูมิเนียมและสารประกอบของมัน อลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ง่ายภายใต้สภาวะปกติ และถูกเคลือบด้วยฟิล์มออกไซด์ (ซึ่งทำให้มีลักษณะด้าน)ความหนา 0.00001 มม. แต่ต้องขอบคุณอลูมิเนียมที่ไม่กัดกร่อน เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียม จึงนำฟิล์มออกไซด์ออก (การใช้กระดาษทรายหรือทางเคมี: ขั้นแรกจุ่มลงในสารละลายอัลคาไลเพื่อขจัดฟิล์มออกไซด์ จากนั้นจึงลงในสารละลายเกลือปรอทเพื่อสร้างโลหะผสมของอลูมิเนียมกับปรอท - อะมัลกัม)ฉัน - ปฏิกิริยากับสารธรรมดา เมื่ออยู่ที่อุณหภูมิห้อง อลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนทั้งหมดอย่างแข็งขันและเกิดเป็นเฮไลด์ เมื่อถูกความร้อน มันจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ (200 °C) ไนโตรเจน (800 °C) ฟอสฟอรัส (500 °C) และคาร์บอน (2000 °C) โดยมีไอโอดีนเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา - น้ำ: 2A l + 3 S = A l 2 S 3 (อลูมิเนียมซัลไฟด์) 2A ลิตร + N 2 = 2A lN (อะลูมิเนียมไนไตรด์)อัล + P = อัล P (อะลูมิเนียมฟอสไฟด์) 4A l + 3C = A l 4 C 3 (อลูมิเนียมคาร์ไบด์) 2 อัล + 3 ฉัน 2 = 2 A lI 3 (อะลูมิเนียมไอโอไดด์)สารประกอบทั้งหมดนี้ถูกไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์เพื่อสร้างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ และตามด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย ฟอสฟีน และมีเทน: อัล 2 ส 3 + 6ชม 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3 ชม 2 สอัล 4 ค 3 +12ชม 2 O = 4อัล(OH) 3 +3ช 4 ในรูปแบบของขี้กบหรือผงจะเผาไหม้ในอากาศอย่างสดใสและปล่อยความร้อนจำนวนมาก: 4A ลิตร + 3 O 2 = 2A ลิตร 2 O 3 + 1676 กิโลจูล
ครั้งที่สอง- ปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อน ปฏิสัมพันธ์กับน้ำ : 2 อัล + 6 H 2 O = 2 อัล (OH) 3 + 3 H 2 ไม่มีฟิล์มออกไซด์ ปฏิกิริยากับโลหะออกไซด์: อะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดี เนื่องจากเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่มีฤทธิ์ โดยจัดอยู่ในกลุ่มกิจกรรมรองจากโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ นั่นเป็นเหตุผลคืนโลหะจากออกไซด์ - ปฏิกิริยาอะลูมิเนียมเทอร์โมมิเตอร์นี้ใช้ในการผลิตโลหะหายากบริสุทธิ์ เช่น ทังสเตน วาเนเดียม เป็นต้น 3 เฟ 3 O 4 + 8 อัล = 4 อัล 2 O 3 + 9 เฟ + Q เทอร์ไมต์ผสม Fe 3 โอ 4 และอัล (ผง) – ใช้ในการเชื่อมเทอร์ไมต์ด้วย ค r 2 O 3 + 2A l = 2C r + A l 2 O 3 ปฏิกิริยากับกรด : ด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริก: 2 Al + 3 H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2 ไม่ทำปฏิกิริยากับกำมะถันเข้มข้นและไนโตรเจน (passivates) ที่เย็นจัด ดังนั้นกรดไนตริกจึงถูกขนส่งในถังอลูมิเนียม เมื่อถูกความร้อน อลูมิเนียมสามารถลดกรดเหล่านี้ได้โดยไม่ปล่อยไฮโดรเจนออกมา: 2A l + 6H 2 SO 4 (conc) = A l 2 (SO 4 ) 3 + 3 SO 2 + 6H 2 O, A l + 6H NO 3 (conc) = A l (NO 3 ) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 โอ ปฏิสัมพันธ์กับด่าง - 2 อัล + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 นา อัล(OH) 4 + 3 H 2 นา[ก ล(เขา) 4 ] – โซเดียมเตตระไฮดรอกซีอะลูมิเนต ตามคำแนะนำของนักเคมี กอร์บอฟ ในช่วงสงครามรัสเซีย-ญี่ปุ่น ปฏิกิริยานี้ถูกใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจนสำหรับลูกโป่ง ด้วยสารละลายเกลือ: 2 อัล + 3 CuSO 4 = อัล 2 (SO 4 ) 3 + 3 CuSO หากพื้นผิวอลูมิเนียมถูด้วยเกลือปรอท จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้: 2 อัล + 3 ปรอท 2 = 2 AlCl 3 + 3 ปรอทปรอทที่ปล่อยออกมาจะละลายอะลูมิเนียมจนเกิดเป็นอะมัลกัม 5. การใช้อะลูมิเนียมและสารประกอบอะลูมิเนียม
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอลูมิเนียมได้นำไปสู่การใช้เทคโนโลยีอย่างแพร่หลายอุตสาหกรรมการบินเป็นผู้บริโภคอะลูมิเนียมรายใหญ่ : 2/3 ของเครื่องบินประกอบด้วยอลูมิเนียมและโลหะผสม เครื่องบินเหล็กจะหนักเกินไปและสามารถบรรทุกผู้โดยสารได้น้อยกว่ามากนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมอะลูมิเนียมจึงถูกเรียกว่าโลหะมีปีก สายเคเบิลและสายไฟทำจากอลูมิเนียม : ที่มีค่าการนำไฟฟ้าเท่ากัน มวลของมันจะน้อยกว่าผลิตภัณฑ์ทองแดงที่เกี่ยวข้อง 2 เท่าเมื่อพิจารณาถึงความทนทานต่อการกัดกร่อนของอะลูมิเนียมแล้วก็คือผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและภาชนะบรรจุกรดไนตริก - ผงอลูมิเนียมเป็นพื้นฐานในการผลิตสีเงินเพื่อปกป้องผลิตภัณฑ์เหล็กจากการกัดกร่อน และเพื่อสะท้อนรังสีความร้อน สีดังกล่าวจึงถูกนำมาใช้เพื่อปกปิดถังเก็บน้ำมันและชุดนักผจญเพลิงอลูมิเนียมออกไซด์ใช้ในการผลิตอลูมิเนียมและเป็นวัสดุทนไฟอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นส่วนประกอบหลักของยา Maalox และ Almagel ที่รู้จักกันดีซึ่งช่วยลดความเป็นกรดของน้ำย่อย เกลืออลูมิเนียมมีไฮโดรไลซ์สูง คุณสมบัตินี้ใช้ในกระบวนการทำน้ำให้บริสุทธิ์ เติมอะลูมิเนียมซัลเฟตและปูนขาวจำนวนเล็กน้อยลงในน้ำเพื่อบำบัดเพื่อทำให้กรดที่เกิดขึ้นเป็นกลาง เป็นผลให้เกิดการตกตะกอนของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จำนวนมากซึ่งเมื่อตกตะกอนจะพาอนุภาคแขวนลอยของความขุ่นและแบคทีเรียไปด้วยดังนั้นอะลูมิเนียมซัลเฟตจึงเป็นสารตกตะกอน6. การผลิตอะลูมิเนียม 1) วิธีการผลิตอะลูมิเนียมที่ทันสมัยและคุ้มค่าถูกคิดค้นโดย American Hall และ Héroult ชาวฝรั่งเศสในปี 1886 โดยเกี่ยวข้องกับการอิเล็กโทรลิซิสของสารละลายอะลูมิเนียมออกไซด์ในไครโอไลท์หลอมเหลว ไครโอไลท์หลอมเหลว Na 3 AlF 6 ละลาย Al 2 O 3 น้ำละลายน้ำตาลอย่างไร อิเล็กโทรไลซิสของ “สารละลาย” ของอะลูมิเนียมออกไซด์ในไครโอไลท์หลอมเหลวเกิดขึ้นราวกับว่าไครโอไลท์เป็นเพียงตัวทำละลาย และอะลูมิเนียมออกไซด์คืออิเล็กโทรไลต์กระแสไฟฟ้า 2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2 ในภาษาอังกฤษ "สารานุกรมสำหรับเด็กชายและเด็กหญิง" บทความเกี่ยวกับอะลูมิเนียมเริ่มต้นด้วยคำต่อไปนี้: "เมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2429 ยุคโลหะใหม่เริ่มขึ้นในประวัติศาสตร์ของอารยธรรม - ยุคของอะลูมิเนียม ในวันนี้ ชาร์ลส ฮอลล์ นักเคมีวัย 22 ปี เดินเข้าไปในห้องทดลองของครูคนแรกพร้อมกับลูกบอลอะลูมิเนียมสีขาวเงินจำนวนหนึ่งอยู่ในมือ พร้อมข่าวว่าเขาได้พบวิธีทำโลหะในราคาถูกและ ในปริมาณมาก” ดังนั้น Hall จึงกลายเป็นผู้ก่อตั้งอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมของอเมริกา และเป็นวีรบุรุษของชาติแองโกล-แซกซัน ในฐานะบุคคลที่เปลี่ยนวิทยาศาสตร์ให้เป็นธุรกิจที่ยิ่งใหญ่ 2) 2อัล 2 โอ 3 + 3 C = 4 อัล + 3 CO 2 สิ่งนี้น่าสนใจ:
- โลหะอะลูมิเนียมถูกแยกออกครั้งแรกในปี พ.ศ. 2368 โดยนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด โดยการส่งก๊าซคลอรีนผ่านชั้นอะลูมิเนียมออกไซด์ร้อนผสมกับถ่านหิน อะลูมิเนียมคลอไรด์ที่แยกได้ของ Oersted โดยไม่มีความชื้นแม้แต่น้อย ในการคืนสภาพโลหะอะลูมิเนียม เออร์สเตดจำเป็นต้องบำบัดอะลูมิเนียมคลอไรด์ด้วยโพแทสเซียมอะมัลกัม 2 ปีต่อมา ฟรีดริช โวลเลอร์ นักเคมีชาวเยอรมัน เขาปรับปรุงวิธีการโดยแทนที่โพแทสเซียมอะมัลกัมด้วยโพแทสเซียมบริสุทธิ์
ในศตวรรษที่ 18 และ 19 อลูมิเนียมเป็นโลหะหลักสำหรับทำเครื่องประดับ ในปีพ.ศ. 2432 D.I. Mendeleev ในลอนดอนได้รับรางวัลอันทรงคุณค่าสำหรับบริการของเขาในการพัฒนาเคมี - เครื่องชั่งที่ทำจากทองคำและอะลูมิเนียม
ในปี ค.ศ. 1855 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Saint-Clair Deville ได้พัฒนาวิธีการผลิตโลหะอะลูมิเนียมในระดับทางเทคนิค แต่วิธีการนี้มีราคาแพงมาก เดวิลล์ได้รับการอุปถัมภ์เป็นพิเศษจากนโปเลียนที่ 3 จักรพรรดิแห่งฝรั่งเศส เพื่อเป็นการแสดงถึงความทุ่มเทและความกตัญญู Deville ได้สร้างสรรค์เครื่องสั่นที่แกะสลักอย่างวิจิตรงดงามให้กับลูกชายของนโปเลียน ซึ่งเป็น "ผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค" ชิ้นแรกที่ทำจากอะลูมิเนียม นโปเลียนตั้งใจที่จะสวมเสื้อเกราะอะลูมิเนียมให้กับยามของเขา แต่ราคากลับกลายเป็นว่าห้ามปราม ตอนนั้นอลูมิเนียม 1 กิโลกรัมราคา 1,000 มาร์ก เช่น แพงกว่าเงินถึง 5 เท่า หลังจากการประดิษฐ์กระบวนการอิเล็กโทรไลต์เท่านั้น อลูมิเนียมจึงมีมูลค่าเทียบเท่ากับโลหะธรรมดา
คุณรู้ไหมว่าเมื่อเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ทำให้เกิดความผิดปกติของระบบประสาทเมื่อเข้าสู่ร่างกาย? เมื่อมีมากเกินไป ระบบเผาผลาญจะหยุดชะงัก และสารป้องกันได้แก่ วิตามินซี แคลเซียม และสารประกอบสังกะสี
เมื่ออลูมิเนียมเผาไหม้ในออกซิเจนและฟลูออรีน ความร้อนจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นจึงใช้เป็นสารเติมแต่งให้กับเชื้อเพลิงจรวด จรวดดาวเสาร์เผาไหม้ผงอลูมิเนียม 36 ตันระหว่างการบิน แนวคิดในการใช้โลหะเป็นส่วนประกอบของเชื้อเพลิงจรวดถูกเสนอครั้งแรกโดย F. A. Zander
คิด! เหตุใดจึงไม่สามารถเกิดปฏิกิริยานี้ในสารละลายที่เป็นน้ำได้ №2. เติมสมการปฏิกิริยาเคมีให้สมบูรณ์:
อัล + H 2 SO 4 (สารละลาย) ->
อัล + CuCl 2 ->
อัล + HNO 3 (กระชับ) - t ->
อัล + NaOH + H 2 O -> ไม่ 3. แก้ไขปัญหา:
โลหะผสมอลูมิเนียม-ทองแดงสัมผัสกับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้นที่มากเกินไปขณะให้ความร้อน ปล่อยก๊าซ (n.o.) จำนวน 2.24 ลิตร คำนวณองค์ประกอบเปอร์เซ็นต์ของโลหะผสมหากมวลรวมของมันคือ 10 กรัม?4. การบ้าน ป.42 เช่น 1-11. ปัญหา 1-3 ในหน้า 131
- การกำหนด - อัล (อลูมิเนียม);
- ระยะเวลา - III;
- กลุ่ม - 13 (IIIa);
- มวลอะตอม - 26.981538;
- เลขอะตอม - 13;
- รัศมีอะตอม = 143 น.;
- รัศมีโควาเลนต์ = 121 น.;
- การกระจายอิเล็กตรอน - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;
- อุณหภูมิหลอมละลาย = 660°C;
- จุดเดือด = 2518°C;
- อิเลคโตรเนกาติวีตี้ (อ้างอิงจาก Pauling/อ้างอิงจาก Alpred และ Rochow) = 1.61/1.47;
- สถานะออกซิเดชัน: +3.0;
- ความหนาแน่น (หมายเลข) = 2.7 g/cm3;
- ปริมาตรฟันกราม = 10.0 ซม. 3 /โมล
อะลูมิเนียม (สารส้ม) ได้รับครั้งแรกในปี 1825 โดย Dane G.K. Ørsted ในขั้นต้น ก่อนที่จะค้นพบวิธีการผลิตทางอุตสาหกรรม อลูมิเนียมมีราคาแพงกว่าทองคำ
อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีมากที่สุดในเปลือกโลก (เศษส่วนมวลคือ 7-8%) และเป็นโลหะที่มีมากที่สุดเป็นอันดับสามของธาตุทั้งหมด รองจากออกซิเจนและซิลิคอน ไม่พบอลูมิเนียมในรูปแบบอิสระในโปรร็อด
สารประกอบอลูมิเนียมธรรมชาติที่สำคัญที่สุด:
- อลูมิโนซิลิเกต - นา 2 O อัล 2 O 3 2SiO 2 ; K 2 O อัล 2 O 3 2SiO 2
- อะลูมิเนียม - อัล 2 O 3 · nน้ำ
- คอรันดัม - อัล 2 O 3
- ไครโอไลท์ - 3NaF AlF 3
ข้าว. โครงสร้างของอะตอมอะลูมิเนียม.
อลูมิเนียมเป็นโลหะที่ออกฤทธิ์ทางเคมี - ในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกจะมีอิเล็กตรอนสามตัวที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เมื่ออะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ (ดูพันธะโควาเลนต์) อะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงและมีสถานะออกซิเดชันที่ +3 ในสารประกอบทั้งหมด
ที่อุณหภูมิห้อง อลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศในบรรยากาศเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ที่เข้มข้น ซึ่งป้องกันกระบวนการออกซิเดชัน (การกัดกร่อน) ของโลหะเพิ่มเติมได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งเป็นผลมาจากกิจกรรมทางเคมีของอลูมิเนียมลดลง
ต้องขอบคุณฟิล์มออกไซด์ที่ทำให้อะลูมิเนียมไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นเครื่องครัวอะลูมิเนียมจึงเป็นภาชนะที่เชื่อถือได้สำหรับจัดเก็บและขนส่งกรดไนตริก
คุณสมบัติทางกายภาพของอลูมิเนียม:
- โลหะเงินขาว
- แข็ง;
- ยั่งยืน;
- ง่าย;
- พลาสติก (ยืดเป็นลวดบางและฟอยล์);
- มีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง
- จุดหลอมเหลว 660°C
- อลูมิเนียมธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทป 27 13 Al หนึ่งตัว
คุณสมบัติทางเคมีของอลูมิเนียม:
- เมื่อถอดฟิล์มออกไซด์ออกอลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำ:
2อัล + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2; - ที่อุณหภูมิห้องจะทำปฏิกิริยากับโบรมีนและคลอรีนเพื่อสร้างเกลือ:
2Al + 3Br 2 = 2AlCl 3; - ที่อุณหภูมิสูงอลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและซัลเฟอร์ (ปฏิกิริยาจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก):
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + Q;
2Al + 3S = อัล 2 ส 3 + Q; - ที่ t=800°C ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน:
2อัล + ยังไม่มีข้อความ 2 = 2อัลเอ็น; - ที่ t=2000°C ทำปฏิกิริยากับคาร์บอน:
2Al + 3C = อัล 4 C 3; - ลดโลหะหลายชนิดจากออกไซด์ - อลูมิโนเทอร์มี(ที่อุณหภูมิสูงถึง 3,000°C) ทังสเตน วาเนเดียม ไทเทเนียม แคลเซียม โครเมียม เหล็ก แมงกานีส ผลิตในเชิงอุตสาหกรรม:
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe; - ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกเจือจางเพื่อปล่อยไฮโดรเจน:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
2Al + 3H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 + 3H 2; - ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเข้มข้นที่อุณหภูมิสูง:
2Al + 6H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O; - ทำปฏิกิริยากับอัลคาไลด้วยการปล่อยไฮโดรเจนและการก่อตัวของเกลือเชิงซ้อน - ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน: เมื่ออลูมิเนียมถูกแช่ในสารละลายอัลคาไลฟิล์มป้องกันออกไซด์ที่ทนทานซึ่งอยู่บนพื้นผิวของโลหะจะละลาย หลังจากที่ฟิล์มละลาย อลูมิเนียมในฐานะโลหะแอคทีฟ จะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งทำปฏิกิริยากับอัลคาไลเป็นแอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์:
- Al 2 O 3 +2NaOH = 2NaAlO 2 +H 2 O - การละลายของฟิล์มออกไซด์
- 2Al+6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 - ปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมกับน้ำเพื่อสร้างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์
- NaOH+Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O - ปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์กับด่าง
- 2Al+2NaOH+2H 2 O = 2NaAlO 2 +3H 2 - สมการโดยรวมสำหรับปฏิกิริยาของอะลูมิเนียมกับด่าง
การเชื่อมต่ออลูมิเนียม
อัล 2 โอ 3 (อลูมินา)
อลูมิเนียมออกไซด์ Al 2 O 3 เป็นสารสีขาว ทนไฟได้มากและแข็ง (โดยธรรมชาติแล้ว มีเพียงเพชร คาร์บอรันดัม และโบราโซนเท่านั้นที่แข็งกว่า)
คุณสมบัติของอลูมินา:
- ไม่ละลายในน้ำและทำปฏิกิริยากับมัน
- เป็นสารแอมโฟเทอริกที่ทำปฏิกิริยากับกรดและด่าง:
อัล 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O;
อัล 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3; - แอมโฟเทอริกออกไซด์ทำปฏิกิริยาอย่างไรเมื่อหลอมรวมกับออกไซด์ของโลหะและเกลือเพื่อสร้างอะลูมิเนต:
อัล 2 O 3 + K 2 O = 2KAlO 2
ในอุตสาหกรรมนั้นอลูมินาได้มาจากแร่บอกไซต์ ในสภาพห้องปฏิบัติการ สามารถรับอลูมินาได้จากการเผาไหม้อะลูมิเนียมในออกซิเจน:
4อัล + 3O 2 = 2อัล 2 O 3
การใช้งานของอลูมินา:
- สำหรับการผลิตอะลูมิเนียมและเซรามิกไฟฟ้า
- เป็นวัสดุขัดและทนไฟ
- เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการสังเคราะห์สารอินทรีย์
อัล(OH)3
อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH) 3 เป็นของแข็งผลึกสีขาวที่ได้มาจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนจากสารละลายอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ โดยจะตกตะกอนเป็นตะกอนเจลาตินัสสีขาวที่ตกผลึกเมื่อเวลาผ่านไป สารประกอบแอมโฟเทอริกนี้แทบไม่ละลายในน้ำ:
อัล(OH) 3 + 3NaOH = นา 3;
อัล(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O
- อันตรกิริยาของ Al(OH) 3 กับกรด:
อัล(OH) 3 +3H + Cl = อัล 3+ Cl 3 +3H 2 O - ปฏิกิริยาระหว่างอัล(OH) 3 กับด่าง:
อัล(OH) 3 +NaOH - = NaAlO 2 - +2H 2 O
อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ได้มาจากการกระทำของด่างต่อสารละลายเกลืออลูมิเนียม:
AlCl 3 + 3NaOH = อัล(OH) 3 + 3NaCl
การผลิตและการใช้อลูมิเนียม
อลูมิเนียมค่อนข้างยากที่จะแยกออกจากสารประกอบธรรมชาติด้วยวิธีทางเคมีซึ่งอธิบายได้ด้วยความแข็งแรงสูงของพันธะในอลูมิเนียมออกไซด์ ดังนั้นสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของอลูมิเนียมอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอลูมินาอัล 2 โอ 3 ในไครโอไลท์หลอมเหลว Na 3 ใช้อัลเอฟ 6 จากผลของกระบวนการนี้ อะลูมิเนียมจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:
2อัล 2 โอ 3 → 4อัล + 3O 2
วัตถุดิบเริ่มต้นคืออะลูมิเนียม อิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 1,000°C: จุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมออกไซด์คือ 2,500°C - ไม่สามารถดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสได้ที่อุณหภูมินี้ ดังนั้นอะลูมิเนียมออกไซด์จึงถูกละลายในไครโอไลต์หลอมเหลว และหลังจากนั้นอิเล็กโทรไลต์ที่ได้จึงจะถูกนำไปใช้เท่านั้น ในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสเพื่อผลิตอะลูมิเนียม
การใช้อลูมิเนียม:
- อลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุโครงสร้างในรถยนต์ เครื่องบิน และการต่อเรือ: ดูราลูมิน ซิลูมิน อลูมิเนียมบรอนซ์
- ในอุตสาหกรรมเคมีเป็นตัวรีดิวซ์
- ในอุตสาหกรรมอาหารเพื่อการผลิตฟอยล์ เครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร วัสดุบรรจุภัณฑ์
- สำหรับทำสายไฟ ฯลฯ
คำนิยาม
อลูมิเนียม– องค์ประกอบทางเคมีของคาบที่ 3 ของกลุ่ม IIIA หมายเลขซีเรียล – 13. โลหะ อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบของตระกูล p สัญลักษณ์ – อัล
มวลอะตอม – 27 amu การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกคือ 3s 2 3p 1 ในสารประกอบอะลูมิเนียมจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น "+3"
คุณสมบัติทางเคมีของอลูมิเนียม
อลูมิเนียมแสดงคุณสมบัติลดปฏิกิริยา เนื่องจากฟิล์มออกไซด์จะก่อตัวบนพื้นผิวเมื่อสัมผัสกับอากาศ จึงมีความทนทานต่อปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมถูกทำให้ขุ่นในน้ำ กรดไนตริกเข้มข้น และสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมต อย่างไรก็ตาม หลังจากเอาฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิวแล้ว ก็สามารถทำปฏิกิริยากับสารธรรมดาได้ ปฏิกิริยาส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน:
2ผงอัล +3/2O 2 = อัล 2 O 3;
2อัล + 3F 2 = 2อัลเอฟ 3 (t);
ผง 2Al + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (t = 25C);
2Al + N 2 = 2AlN (t);
2Al +3S = อัล 2 ส 3 (t);
4Al + 3C กราไฟท์ = Al 4 C 3 (t);
4Al + P 4 = 4AlP (t ในบรรยากาศ H 2)
นอกจากนี้ อะลูมิเนียมหลังจากเอาฟิล์มออกไซด์ออกจากพื้นผิวแล้ว ก็สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างไฮดรอกไซด์ได้:
2อัล + 6H 2 O = 2อัล(OH) 3 + 3H 2
อะลูมิเนียมมีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริก จึงสามารถละลายในสารละลายกรดและด่างเจือจางได้:
2Al + 3H 2 SO 4 (เจือจาง) = อัล 2 (SO 4) 3 + 3H 2;
2Al + 6HCl เจือจาง = 2AlCl 3 + 3 H 2 ;
8Al + 30HNO 3 (เจือจาง) = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O;
2อัล +2NaOH +3H 2 O = 2Na + 3H 2;
2Al + 2(NaOH×H 2 O) = 2NaAlO 2 + 3 H 2
การบำบัดด้วยอะลูมิเนียมเป็นวิธีการผลิตโลหะจากออกไซด์ โดยอาศัยอะลูมิเนียมรีดักชันของโลหะเหล่านี้:
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;
2Al + Cr 2 O 3 = อัล 2 O 3 + 2Cr
คุณสมบัติทางกายภาพของอลูมิเนียม
อลูมิเนียมเป็นสีเงินสีขาว คุณสมบัติทางกายภาพหลักของอลูมิเนียมคือความเบา การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง ในสถานะอิสระเมื่อสัมผัสกับอากาศอลูมิเนียมจะถูกหุ้มด้วยฟิล์ม Al 2 O 3 ออกไซด์ที่ทนทานซึ่งทำให้ทนทานต่อการกระทำของกรดเข้มข้น จุดหลอมเหลว – 660.37C, จุดเดือด – 2500C.
การผลิตและการใช้อลูมิเนียม
อลูมิเนียมผลิตโดยอิเล็กโทรไลซิสของออกไซด์หลอมเหลวขององค์ประกอบนี้:
2อัล 2 โอ 3 = 4อัล + 3O 2
อย่างไรก็ตามเนื่องจากผลผลิตต่ำจึงมักใช้วิธีการผลิตอลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าของส่วนผสมของ Na 3 และ Al 2 O 3 บ่อยกว่า ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนถึง 960C และต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา - ฟลูออไรด์ (AlF 3, CaF 2 ฯลฯ ) ในขณะที่อะลูมิเนียมจะปล่อยออกมาที่แคโทดและออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก
อลูมิเนียมมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม โลหะผสมที่ทำจากอลูมิเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างหลักในเครื่องบินและการต่อเรือ
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่างที่ 1
| ออกกำลังกาย | เมื่ออะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก จะเกิดอะลูมิเนียมซัลเฟตที่มีน้ำหนัก 3.42 กรัม พิจารณามวลและปริมาณของสารอะลูมิเนียมที่ทำปฏิกิริยา |
| สารละลาย | ลองเขียนสมการปฏิกิริยา: 2Al + 3H 2 SO 4 = อัล 2 (SO 4) 3 + 3H 2 มวลโมลาร์ของอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมซัลเฟต คำนวณโดยใช้ตารางองค์ประกอบทางเคมีโดย D.I. Mendeleev – 27 และ 342 กรัม/โมล ตามลำดับ จากนั้นปริมาณของสารของอะลูมิเนียมซัลเฟตที่เกิดขึ้นจะเท่ากับ: n(อัล 2 (SO 4) 3) = ม.(อัล 2 (SO 4) 3) / M(อัล 2 (SO 4) 3); n(อัล 2 (SO 4) 3) = 3.42 / 342 = 0.01 โมล ตามสมการปฏิกิริยา n(Al 2 (SO 4) 3): n(Al) = 1:2 ดังนั้น n(Al) = 2×n(Al 2 (SO 4) 3) = 0.02 โมล จากนั้นมวลของอะลูมิเนียมจะเท่ากับ: ม.(อัล) = n(อัล)×M(อัล); ม.(อัล) = 0.02×27 = 0.54 ก. |
| คำตอบ | ปริมาณของสารอลูมิเนียมคือ 0.02 โมล มวลอลูมิเนียม – 0.54 กรัม |