Caracteristicile aluminiului. Aluminiu: caracteristică generală

Fiecare element chimic poate fi considerat din perspectiva a trei științe: fizică, chimie și biologie. Și în acest articol, vom încerca să oferim caracteristicile de aluminiu cât mai exact posibil. Acesta este un element chimic, situat în cel de-al treilea grup și în a treia perioadă, conform tabelului lui Mendeleyev. Aluminiu este un metal care are o activitate chimică medie. De asemenea, în compușii săi se pot observa proprietăți amfoterice. Greutatea atomică a aluminiului este de douăzeci și șase grame pe mol.

Caracteristicile fizice ale aluminiului

În condiții normale, este solid. Formula pentru aluminiu este foarte simplă. Se compune din atomi (care nu sunt combinați în molecule), care sunt construite cu ajutorul unei rețele de cristal într-o materie solidă. Culoarea aluminiului este alb argintiu. În plus, are un luciu metalic, ca toate celelalte substanțe din acest grup. Culoarea aluminiului utilizat în industrie poate fi diferită datorită prezenței impurităților din aliaj. Acesta este un metal destul de ușor. Densitatea este de 2,7 g / cm3, adică este de aproximativ trei ori mai ușoară decât fierul. În acest caz, el poate produce numai magneziu, care este chiar mai ușor decât metalul în cauză. Duritatea aluminiului este destul de scăzută. În ea, este inferior majorității metalelor. Duritatea aluminiului este de numai două pe scara Mohs. Prin urmare, pentru a-l consolida, aliajele bazate pe acest metal sunt adăugate mai solide.

Topirea aluminiului are loc la o temperatura de numai 660 grade Celsius. Și se fierbe când este încălzit la o temperatură de două mii patru sute cincizeci și două grade Celsius. Este foarte metalic ductil și cu temperatură scăzută. Acesta nu este sfârșitul caracteristicilor fizice ale aluminiului. De asemenea, aș dori să menționez că acest metal are cea mai bună conductivitate electrică după cupru și argint.

Prevalența în natură

Aluminiu, caracteristicile tehnice pe care tocmai le-am considerat, se găsesc adesea în mediul înconjurător. Acesta poate fi observat în multe minerale. Element aluminiu - al patrulea dintre toate în prevalența în natură. lui fracția de masă în crusta pământului este aproape nouă la sută. Principalele minerale, care conțin atomii săi, sunt bauxita, corundul, criolitul. Prima este o stâncă care constă în oxizi de fier, siliciu și metal în cauză, iar moleculele de apă sunt prezente și în structură. Are o colorare neuniformă: fragmente de gri, roșu-maron și alte culori, care depind de prezența diferitelor impurități. De la treizeci la șaizeci la sută din această rasă este aluminiu, o fotografie din care poate fi văzut mai sus. În plus, corundul este foarte comun în natură.

Acesta este oxidul de aluminiu. Formula sa chimică este Al2O3. Poate avea o culoare roșie, galbenă, albastră sau maro. Duritatea sa pe scara Mohs este de nouă unități. La soiurile de corund sunt cunoscute toate safirele și rubinele, leucosaphirii, precum și padparadzha (safir galben).

Cryolitul este un mineral care are o formulă chimică mai complexă. Se compune din fluoruri de aluminiu și sodiu - AlF3 • 3NaF. Pare o piatră incoloră sau cenușie, cu o duritate scăzută - doar trei pe scara Mohs. În lumea modernă se sintetizează artificial în laborator. Este folosit în metalurgie.

De asemenea, aluminiul poate fi găsit în natură în compoziția argilor, principalele componente ale cărora sunt oxizii de siliciu și metalul considerat asociat cu moleculele de apă. În plus, acest element chimic poate fi observat în compoziția neferienelor, a cărui formulă chimică este după cum urmează: KNa3 [AlSiO4] 4.

recepție

Caracteristicile aluminiului includ luarea în considerare a metodelor de sinteză a acestuia. Există mai multe metode. Producția de aluminiu în primul mod are loc în trei etape. Ultimul dintre acestea este procedura de electroliză pe catod și anodul de cărbune. Pentru efectuarea unui astfel de proces necesită oxidul de aluminiu și materiale auxiliare, cum ar fi criolit (formula - Na3AIF6) și fluorură de calciu (CaF2). Pentru a produce descompunerea alumină dizolvată, este necesar, cu fluorura de criolit și de calciu topit este încălzit la o temperatură de cel puțin nouă sute cincizeci de grade Celsius, iar apoi a trecut printr-un curent al acestor substanțe în optzeci de mii de amperi și tensiune cinci opt volți. Astfel, deoarece procesul de catod settle de aluminiu, iar moleculele de oxigen vor fi colectate la anod, care, la rândul său, este oxidat de anod și îl transformă în dioxid de carbon. Înainte de a efectua această procedură, bauxita, sub forma căreia se extrage oxidul de aluminiu, este pre-curățată de impurități și, de asemenea, are loc procesul de deshidratare.

Producția de aluminiu prin metoda descrisă mai sus este foarte obișnuită în metalurgie. Există, de asemenea, o metodă inventată în 1827 de către F. Weller. Aceasta constă în faptul că aluminiul poate fi obținut prin reacția chimică dintre clorura și potasiul său. Un astfel de proces poate fi realizat numai prin crearea condițiilor speciale sub forma unei temperaturi și a unui vid foarte înalte. Astfel, dintr-un mol de clorură și același volum de potasiu se poate obține un mol de aluminiu și trei moli clorură de potasiu ca produs secundar. Această reacție poate fi scrisă sub forma următoarei ecuații: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Această metodă nu a câștigat multă popularitate în metalurgie.

Caracterizarea aluminiului în termeni de chimie

Așa cum am menționat mai sus, aceasta este o substanță simplă care constă din atomi care nu sunt combinați în molecule. Structuri similare formează aproape toate metalele. Aluminiul are o activitate chimică suficient de mare și proprietăți puternice de reducere. Caracterizarea chimică a aluminiului începe cu descrierea reacțiilor sale cu alte substanțe simple și vor fi descrise interacțiuni ulterioare cu compuși anorganici complexi.

Aluminiu și substanțe simple

Acestea includ, în primul rând, oxigenul - cel mai comun compus pe planetă. Dintre acestea, atmosfera Pământului este de douăzeci și unu procente. Reacțiile acestei substanțe cu oricare alta se numesc oxidare sau combustie. De obicei apare la temperaturi ridicate. Dar, în cazul aluminiului, este posibilă oxidarea în condiții normale - așa se formează filmul de oxid. Dacă metalul dat este zdrobit, va arde, alocând astfel o cantitate considerabilă de energie sub formă de căldură. Pentru a efectua reacția dintre aluminiu și oxigen, aceste componente sunt necesare într-un raport molar de 4: 3, rezultând două părți ale oxidului.

Această interacțiune chimică este exprimată în următoarea ecuație: 4AI + 3O2 = 2AIO3. De asemenea, sunt posibile reacțiile de aluminiu cu halogeni, care includ fluor, iod, brom și clor. Numele acestor procese provin din denumirile halogenurilor corespunzătoare: fluorurarea, iodarea, bromurarea și clorurarea. Acestea sunt reacții tipice ale adăugării.

Pentru un exemplu, să menționăm interacțiunea dintre aluminiu și clor. Acest tip de proces se poate întâmpla numai în frig.

Deci, luând două moli de aluminiu și trei moli de clor, obținem două moli de cloruri din metalul în cauză. Ecuația acestei reacții este după cum urmează: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. În același mod, pot fi obținute fluorura de aluminiu, bromura și iodura acestuia.

Cu sulf, substanța în cauză reacționează numai atunci când este încălzită. Pentru a realiza interacțiunea dintre acești doi compuși, este necesar să le luăm în proporții molare de două până la trei și se formează o parte din sulfura de aluminiu. Ecuația reacției este după cum urmează: 2Al + 3S = Al2S3.

În plus, la temperaturi ridicate, aluminiul interacționează cu carbonul, formând carbură și cu azot, formând o nitrură. Se poate menționa următoarele ecuații de reacții chimice ca exemplu: 4AI + 3C = AI4C3-2Al + N2 = 2AlN.

Interacțiunea cu substanțe complexe

Acestea includ apă, săruri, acizi, baze, oxizi. Cu toate aceste substanțe chimice, aluminiul reacționează diferit. Să examinăm mai atent fiecare caz.

Reacție cu apă

Cu cea mai complexă substanță de pe Pământ, aluminiul reacționează cu încălzirea. Acest lucru se întâmplă numai în cazul unei îndepărtări preliminare a filmului de oxid. Ca urmare a interacțiunii, se formează un hidroxid amfoteric și, de asemenea, se eliberează hidrogen în aer. Luând două părți de aluminiu și șase părți de apă, obținem hidroxid și hidrogen în proporții molare de două până la trei. Ecuația acestei reacții este scrisă după cum urmează: 2AI + 6H2O = 2AI (OH) 3 + 3H2.

Interacțiunea cu acizi, baze și oxizi

Ca și alte metale active, aluminiul poate intra într-o reacție de substituție. În acest caz, acesta poate deplasa hidrogenul din acidul sau cationul metalului mai pasiv din sarea sa. Ca urmare a unor astfel de interacțiuni, se formează o sare de aluminiu, de asemenea se eliberează hidrogen (în cazul unui acid) sau se precipită un metal pur (unul mai puțin activ decât cel în cauză). În al doilea caz, apar proprietățile de reducere, care au fost menționate mai sus. Un exemplu este interacțiunea aluminiului cu acid clorhidric, la care se formează clorură de aluminiu și se eliberează hidrogen în aer. Acest tip de reacție este exprimat sub forma următoarei ecuații: 2AI + 6HCl = 2AІСI3 + 3H2.

Un exemplu de interacțiune a aluminiului cu o sare este reacția lui cu sulfat de cupru. Luând aceste două componente, în cele din urmă ajungem sulfat de aluminiu și cuprul pur, care va cădea ca un depozit. Cu acizi cum ar fi sulfuric și nitric, aluminiul reacționează într-un mod ciudat. De exemplu, adăugarea unei soluții diluate de acid azotat de aluminiu într-un raport molar de opt părți de treizeci și opt de piese este format din nitratul de metal, trei părți oxid nitric și cincisprezece - apă. Ecuația acestei reacții este scrisă în felul următor: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. Acest proces are loc doar atunci când există o temperatură ridicată.

Dacă amestecați aluminiu și o soluție slabă de acid sulfat în proporții molare de două până la trei, obținem sulfatul metalului în cauză și hidrogenul într-un raport de una până la trei. Aceasta înseamnă că se va produce o reacție obișnuită de înlocuire, ca și în cazul altor acizi. Pentru claritate, dăm următoarea ecuație: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. Cu toate acestea, cu o soluție concentrată de același acid, totul este mult mai complicat. Aici, ca și în cazul nitraților, se formează un subprodus, dar nu sub formă de oxid, ci sub formă de sulf și apă. Dacă luăm două componente necesare pentru noi într-un raport molar de două până la patru, atunci, ca rezultat, obținem o parte din sarea metalului și a sulfului în cauză și patru - apa. Această interacțiune chimică poate fi exprimată prin următoarea ecuație: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O. În plus, aluminiul este capabil să reacționeze cu soluții alcaline. Pentru a realiza această interacțiune chimică, este necesar să luăm la fel de mult și două moli de metal în cauză hidroxid de sodiu sau potasiu, precum și șase moli de apă. Acest lucru produce substanțe precum tetragidroksoalyuminat și acid de sodiu sau de potasiu, care este eliberat sub formă de gaz, cu un miros înțepător în raport molar de două sau trei. Această reacție chimică poate fi reprezentată prin următoarea ecuație: 2AІ + 2KOH + 6H2O = 2K [AІ (OH) 4] + 3H2.

Și ultimul lucru pe care trebuie să-l luați în considerare sunt modelele de interacțiune a aluminiului cu anumiți oxizi. Cazul cel mai frecvent și folosit este reacția lui Beketov. Acesta, precum și multe alte elemente de mai sus, apare numai la temperaturi ridicate. Deci, pentru ao pune în aplicare, trebuie să luați două moli de aluminiu și un mol de oxid de ferrux. Ca rezultat al interacțiunii acestor două substanțe, obținem alumină și fier liber într-o cantitate de unu și, respectiv, doi molici.

Utilizarea metalului în cauză în industrie

Rețineți că utilizarea de aluminiu - un fenomen foarte frecvente. În primul rând, industria aviației are nevoie de ea. Împreună cu aliajele de magneziu, se folosesc și aliaje pe baza metalelor luate în considerare aici. Se poate spune că aeronava medie este de 50% compus din aliaje de aluminiu, iar motorul său cu 25%. De asemenea, utilizarea aluminiului este efectuată în procesul de fabricare a firelor și cablurilor datorită conductivității sale electrice excelente. În plus, acest metal și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în industria automobilelor. Din aceste materiale se găsesc carcase de mașini, autobuze, troleibuze, unele tramvaie, precum și mașini de trenuri convenționale și electrice. Este, de asemenea, utilizat în scopuri mai mici, de exemplu, pentru producerea de ambalaje pentru alimente și alte produse, ustensile. Pentru a produce o vopsea argintie, pulberea metalului în cauză este necesară. Această vopsea este necesară pentru a proteja fierul de coroziune. Se poate spune că aluminiul este al doilea metal cel mai frecvent utilizat în industrie după ferrum. Compușii săi și el însuși sunt adesea utilizați în industria chimică. Acest lucru se datorează proprietăților chimice speciale ale aluminiului, inclusiv proprietățile sale de reducere și amfotericitatea compușilor săi. Hidroxidul elementului chimic în cauză este necesar pentru purificarea apei. În plus, este utilizat în medicină pentru producerea de vaccinuri. De asemenea, el se găsește în unele tipuri de materiale plastice și alte materiale.

Rol în natură

Așa cum am menționat deja mai sus, aluminiul se găsește în cantități mari în scoarța pământului. Este deosebit de important pentru organismele vii. Aluminiu este implicat în reglarea proceselor de creștere, formează țesuturi conjunctive, cum ar fi os, ligament și altele. Datorită acestui microelement, procesele de regenerare a țesuturilor se desfășoară mai rapid. Declinul sau se caracterizează prin următoarele simptome: afectarea în dezvoltarea și creșterea copiilor, la adulți - oboseala cronica, performanta redusa, coordonarea motorie afectată, a redus rata de regenerare a țesutului, slăbirea mușchilor, în special la extremități. Un astfel de fenomen poate apărea dacă consumați prea puține produse cu conținutul unui anumit microelement.

Cu toate acestea, o problemă mai frecventă este excesul de aluminiu în organism. Se observă de multe ori aceste simptome: anxietate, depresie, tulburări ale somnului, pierderi de memorie, stres, emoliere a sistemului musculo-scheletice, care poate duce la fracturi frecvente și entorse. Cu excesul prelungit de aluminiu în organism, există adesea probleme în funcționarea aproape a oricărui sistem de organe.

Acest fenomen poate duce la o serie de motive. În primul rând, asta este vase din aluminiu. Oamenii de știință au dovedit mult timp că vasele realizate din metal în cauză, nu este potrivit pentru prepararea alimentelor în el, ca la o temperatură ridicată de aluminiu intră în produsele alimentare, și, ca rezultat mananci mult mai mult din acest oligoelement decât nevoile corpului.

Al doilea motiv - utilizarea regulată a produselor cosmetice cu conținutul de metal sau sărurile sale. Înainte de a utiliza orice produs, ar trebui să citiți cu atenție compoziția acestuia. Cosmetica nu este o excepție.

Al treilea motiv este acela de a lua droguri, care conțin o mulțime de aluminiu, pentru o lungă perioadă de timp. Și, de asemenea, utilizarea necorespunzătoare a vitaminelor și aditivilor alimentari, care includ acest microelement.

Acum, să ne uităm la ce produse conțin aluminiu pentru a ajusta dieta dumneavoastră și pentru a organiza corect meniul. Aceasta în primul rând morcovi, brânză topită, grâu, alaun, cartofi. Se recomandă fructe, avocado și piersici. În plus, varza albă, orez, multe plante sunt bogate în aluminiu. De asemenea, cationii metalului în cauză pot fi conținute în apa de băut. Pentru a evita conținut ridicat sau scăzut de aluminiu în corp (deși, la fel ca orice alte elemente urme), trebuie să monitorizeze cu atenție dieta lor și să încerce să facă cât mai echilibrat.