Алюміній: хімічні та фізичні властивості

Одними з найбільш зручних в обробці матеріалів є метали. Серед них також є свої лідери. Так, наприклад, основні властивості алюмінію відомі людям давно. Вони настільки підходять для застосування в побуті, що цей метал став дуже популярним. Які ж властивості алюмінію як простої речовини і як атома, розглянемо в цій статті.

Історія відкриття алюмінію

Здавна людині було відомо з'єднання розглянутого металу - алюмокалиевые галун. Воно використовувалося як засіб, здатний набухати і зв'язувати між собою компоненти суміші, що це було необхідно і при виробленні шкіряних виробів. Про існування в чистому вигляді оксиду алюмінію стало відомо в XVIII столітті, у другій його половині. Однак при цьому чиста речовина отримано не було.

Зумів виділити метал з його хлориду вперше учений Г. К. Ерстед. Саме він обробив амальгамою калію сіль і виділив з суміші сірий порошок, який і був алюмінієм в чистому вигляді.

Тоді ж стало зрозуміло, що хімічні властивості алюмінію проявляються в його високої активності, сильної відновлювальної здатності. Тому довгий час з ним ніхто більше не працював.

Проте в 1854 році француз Девіль зміг отримати злитки металу методом електролізу розплаву. Цей спосіб актуальний і донині. Особливо масове виробництво цінного матеріалу почалося в XX столітті, коли були вирішені проблеми отримання великої кількості електроенергії на підприємствах.

На сьогоднішній день даний метал - один з найпопулярніших і застосовуються в будівництві та побутової промисловості.

Загальна характеристика атома алюмінію

Якщо характеризувати розглянутий елемент за положенням в періодичній системі, то можна виділити кілька пунктів.

1. Порядковий номер - 13.
2. Розташовується у третьому малому періоді, третій групі, головній підгрупі.
3. Атомна маса - 26,98.
4. Кількість валентних електронів - 3.
5. Конфігурація зовнішнього шару виражається формулою 3s²3p¹.
6. Назва елемента - алюміній.
7. Металеві властивості виражені сильно.
8. Ізотопів в природі не має, існує тільки в одному вигляді, з масовим числом 27.
9. Хімічний символ - AL, в формулах читається як "алюміній".
10. Ступінь окислення одна, дорівнює +3.

Хімічні властивості алюмінію повністю підтверджуються електронним будовою його атома, адже маючи великий атомний радіус і малу спорідненість до електрону, що він здатний виступати в ролі сильного відновника, як і всі активні метали.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

Алюміній як просте речовина: фізичні властивості

Якщо говорити про алюмінії, як про просту речовину, то він являє собою сріблясто-білий блискучий метал. На повітрі швидко окислюється і покривається щільною оксидною плівкою. Теж саме відбувається і при дії концентрованих кислот.

Наявність такої особливості робить вироби з цього металу стійкими до корозії, що, природно, дуже зручно для людей. Тому і знаходить таке широке застосування в будівництві саме алюміній. Властивості речовини також ще цікаві тим, що цей метал дуже легкий, при цьому міцний і м'який. Поєднання таких характеристик доступно далеко не кожному речовині.

Можна виділити кілька основних фізичних властивостей, які характерні для алюмінію.

1. Висока ступінь ковкості і пластичності. З цього металу виготовляють легку, міцну і дуже тонку фольгу, його ж прокочують в дріт.
2. Температура плавлення - 660 ⁰С.
3. Температура кипіння - 2450 ⁰С.
4. Щільність - 2,7 г/см³.
5. Кристалічна решітка об'ємна гранецентрированная, металева.
6. Тип зв'язку - металева.

Фізичні та хімічні властивості алюмінію визначають області його застосування та використання. Якщо говорити про побутові сторони, то велику роль відіграють саме вже розглянуті нами вище характеристики. Як легкий, міцний і антикорозійний метал, алюміній застосовується в літако - та суднобудуванні. Тому ці властивості дуже важливо знати.

Хімічні властивості алюмінію

З точки зору хімії, розглянутий метал - сильний відновник, який здатний виявляти високу хімічну активність, будучи чистою речовиною. Головне - це усунути оксидну плівку. У цьому випадку активність різко зростає.

Хімічні властивості алюмінію як простої речовини визначаються його здатністю вступати в реакції з:

• кислотами;
• лугами;
• галогенами;
• сіркою.

З водою не взаємодіє при звичайних умовах. При цьому з галогенів без нагрівання реагує тільки з йодом. Для інших реакцій потрібна температура.

Можна призвести приклади, що ілюструють хімічні властивості алюмінію. Рівняння реакцій взаємодії з:

• кислотами - AL + HCL = AlCL₃ + H₂;
• лугами - 2Al + 6H₂O + 2NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3Н₂;
  
• галогенами - AL + Hal = ALHal₃;
• сірої - 2AL + 3S = AL₂S₃.

В цілому, найголовніше властивість аналізованого речовини - це висока здатність до відновлення інших елементів з їх сполук.

Відновлювальназдатність

Відновні властивості алюмінію добре простежуються на реакціях взаємодії з оксидами інших металів. Він легко витягує їх з складу речовини і дозволяє існувати в простому вигляді. Наприклад: Cr₂O₃ + AL = AL₂O₃ + Cr.

В металургії існує ціла методика отримання речовин, заснована на подібних реакціях. Вона отримала назву алюминотермии. Тому в хімічній галузі цей елемент використовується саме для отримання інших металів.

Поширення в природі

За поширеністю серед інших елементів-металів алюміній посідає перше місце. Його в земній корі міститься 8,8 %. Якщо ж порівнювати з неметалами, то місце його буде третім, після кисню і кремнію.

Внаслідок високої хімічної активності він не зустрічається в чистому вигляді, а лише в складі різних з'єднань. Так, наприклад, відомо безліч руд, мінералів, гірських порід, до складу яких входить алюміній. Однак видобувається він тільки з бокситів, вміст яких в природі не надто велике.

найпоширеніші речовини, що містять розглянутий метал:

• польові шпати;
• боксити;
• граніти;
• кремнезем;
• алюмосилікати;
• базальти та інші.

В невеликій кількості алюміній обов'язково входить до складу клітин живих організмів. Деякі види плаунів і морських мешканців здатні накопичувати цей елемент всередині свого організму протягом життя.

Отримання

Фізичні та хімічні властивості алюмінію дозволяють отримувати його тільки одним способом: електролізом розплаву відповідного оксиду. Однак процес цей технологічно складний. Температура плавлення AL₂O₃ перевищує 2000 ⁰С. З-за цього піддавати електролізу безпосередньо його не виходить. Тому поступають таким чином.

1. Видобувають боксити.
2. Очищають їх від домішок, залишаючи лише оксид алюмінію.
3. Потім плавлять кріоліт.
4. Додають туди оксид.
5. Дану суміш элекролизуют і отримують чистий алюміній і вуглекислий газ.

Вихід продукту становить 99,7 %. Однак можливе отримання і ще більш чистого металу, який використовується в технічних цілях.

Застосування

Механічні властивості алюмінію не настільки гарні, щоб застосовувати його в чистому вигляді. Тому найчастіше використовуються сплави на основі даної речовини. Таких багато, можна назвати найбільш основные.

1. Дюралюминий.
2. Алюминиево-марганцевые.
3. Алюминиево-магниевые.
4. Алюминиево-медные.
5. Силумины.
6. Авиаль.

Основна їх відмінність - це, звісно, сторонні добавки. У всіх основу становить саме алюміній. Інші ж метали роблять матеріал більш міцним, стійким до корозії, зносостійким і податливим в обробці.

Можна назвати кілька основних областей застосування алюмінію як у чистому вигляді, так і у вигляді сполук (сплавів).

1. Для виготовлення дроту і фольги, використовуваної в побуті.
2. Виготовлення посуду.
3. Літакобудування.
4. Кораблебудування.
5. Будівництво та архітектура.
6. Космічна промисловість.
7. Створення реакторів.

Разом із залізом і його сплавами алюміній - самий важливий метал. Саме ці два представника періодичної системи знайшли саме широке промислове застосування в руках людини.

Властивості гідроксиду алюмінію

Гідроксид - найпоширеніша сполука, яка утворює алюміній. Хімічні властивості його такі ж, як і у самого металу, він амфотерний. Це означає, що він здатний проявляти двоїсту природу, вступаючи в реакції як з кислотами, так і з лугами.

Сам по собі гідроксид алюмінію - це білий драглистий осад. Отримати його легко при взаємодії солі алюмінію з лугом або гідроксидом амонію. При взаємодії з кислотами даний гідроксид дає відповідну звичайну сіль і воду. Якщо ж реакція йде з лугом, то формуються гидроксокомплексы алюмінію, в яких його координаційне число дорівнює 4. Приклад: Na[Al(OH)₄] - тетрагидроксоалюминат натрію.