Khim St. Va αλουμίνιο. Αλουμίνιο - γενικά χαρακτηριστικά του στοιχείου, χημικές ιδιότητες

Αλουμίνιο - καταστροφή του μετάλλου υπό την επίδραση του περιβάλλοντος.

Για την αντίδραση Al 3+ +3e → Al, το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου του αλουμινίου είναι -1,66 V.

Το σημείο τήξης του αλουμινίου είναι 660 °C.

Η πυκνότητα του αλουμινίου είναι 2,6989 g/cm 3 (υπό κανονικές συνθήκες).

Το αλουμίνιο, αν και ενεργό μέταλλο, έχει αρκετά καλές ιδιότητες διάβρωσης. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την ικανότητα παθητικοποίησης σε πολλά επιθετικά περιβάλλοντα.

Η αντοχή στη διάβρωση του αλουμινίου εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: την καθαρότητα του μετάλλου, το διαβρωτικό περιβάλλον, τη συγκέντρωση επιθετικών ακαθαρσιών στο περιβάλλον, τη θερμοκρασία κ.λπ. Το pH των διαλυμάτων έχει ισχυρή επίδραση. Το οξείδιο του αλουμινίου σχηματίζεται στην μεταλλική επιφάνεια μόνο στο εύρος του pH από 3 έως 9!

Η αντίσταση στη διάβρωση του Al επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την καθαρότητά του. Για την κατασκευή χημικών μονάδων και εξοπλισμού, χρησιμοποιείται μόνο μέταλλο υψηλής καθαρότητας (χωρίς ακαθαρσίες), για παράδειγμα, αλουμίνιο AB1 και AB2.

Η διάβρωση του αλουμινίου δεν παρατηρείται μόνο σε εκείνα τα περιβάλλοντα όπου σχηματίζεται προστατευτική μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια του μετάλλου.

Όταν θερμαίνεται, το αλουμίνιο μπορεί να αντιδράσει με ορισμένα αμέταλλα:

2Al + N 2 → 2AlN – αλληλεπίδραση αλουμινίου και αζώτου με το σχηματισμό νιτριδίου του αργιλίου.

4Al + 3C → Al 4 C 3 – η αντίδραση του αλουμινίου με τον άνθρακα για το σχηματισμό καρβιδίου του αργιλίου.

2Al + 3S → Al 2 S 3 – αλληλεπίδραση αλουμινίου και θείου με το σχηματισμό θειούχου αλουμινίου.

Διάβρωση αλουμινίου στον αέρα (ατμοσφαιρική διάβρωση αλουμινίου)

Το αλουμίνιο, όταν αλληλεπιδρά με τον αέρα, γίνεται παθητικό. Όταν καθαρό μέταλλο έρχεται σε επαφή με τον αέρα, μια λεπτή προστατευτική μεμβράνη από οξείδιο του αλουμινίου εμφανίζεται αμέσως στην επιφάνεια αλουμινίου. Επιπλέον, η ανάπτυξη του φιλμ επιβραδύνεται. Ο τύπος του οξειδίου του αργιλίου είναι Al 2 O 3 ή Al 2 O 3 H 2 O.

Η αντίδραση του αλουμινίου με το οξυγόνο:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3.

Το πάχος αυτού του φιλμ οξειδίου κυμαίνεται από 5 έως 100 nm (ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας). Το οξείδιο του αλουμινίου έχει καλή πρόσφυση στην επιφάνεια και ικανοποιεί την κατάσταση της συνέχειας των μεμβρανών οξειδίου. Όταν αποθηκεύεται σε αποθήκη, το πάχος του οξειδίου του αλουμινίου στη μεταλλική επιφάνεια είναι περίπου 0,01 - 0,02 μικρά. Κατά την αλληλεπίδραση με ξηρό οξυγόνο – 0,02 – 0,04 μικρά. Κατά τη θερμική επεξεργασία αλουμινίου, το πάχος του φιλμ οξειδίου μπορεί να φτάσει τα 0,1 μικρά.

Το αλουμίνιο είναι αρκετά ανθεκτικό τόσο σε καθαρό αγροτικό αέρα όσο και σε βιομηχανική ατμόσφαιρα (που περιέχει ατμούς θείου, υδρόθειο, αέρια αμμωνία, ξηρό υδροχλώριο κ.λπ.). Επειδή Οι θειούχες ενώσεις δεν έχουν καμία επίδραση στη διάβρωση του αλουμινίου σε περιβάλλοντα αερίου - χρησιμοποιείται για την κατασκευή εργοστασίων επεξεργασίας όξινου αργού πετρελαίου και συσκευών βουλκανισμού καουτσούκ.

Διάβρωση αλουμινίου στο νερό

Η διάβρωση του αλουμινίου σχεδόν δεν παρατηρείται όταν αλληλεπιδρά με καθαρό, φρέσκο, απεσταγμένο νερό. Η αύξηση της θερμοκρασίας στους 180 °C δεν έχει κάποιο ιδιαίτερο αποτέλεσμα. Ο ζεστός υδρατμός δεν έχει επίσης καμία επίδραση στη διάβρωση του αλουμινίου. Εάν προσθέσετε λίγο αλκάλιο στο νερό, ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, ο ρυθμός διάβρωσης του αλουμινίου σε ένα τέτοιο περιβάλλον θα αυξηθεί ελαφρώς.

Η αλληλεπίδραση καθαρού αλουμινίου (δεν καλύπτεται με φιλμ οξειδίου) με νερό μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση αντίδρασης:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H2.

Όταν αλληλεπιδρά με το θαλασσινό νερό, το καθαρό αλουμίνιο αρχίζει να διαβρώνεται, επειδή... ευαίσθητο στα διαλυμένα άλατα. Για να χρησιμοποιηθεί αλουμίνιο στο θαλασσινό νερό, προστίθεται μικρή ποσότητα μαγνησίου και πυριτίου στη σύνθεσή του. Η αντίσταση στη διάβρωση του αλουμινίου και των κραμάτων του όταν εκτίθενται στο θαλασσινό νερό μειώνεται σημαντικά εάν το μέταλλο περιέχει χαλκό.

Διάβρωση αλουμινίου σε οξέα

Καθώς αυξάνεται η καθαρότητα του αλουμινίου, η αντίστασή του στα οξέα αυξάνεται.

Διάβρωση αλουμινίου σε θειικό οξύ

Το θειικό οξύ (έχει οξειδωτικές ιδιότητες) σε μεσαίες συγκεντρώσεις είναι πολύ επικίνδυνο για το αλουμίνιο και τα κράματά του. Η αντίδραση με αραιό θειικό οξύ περιγράφεται από την εξίσωση:

2Al + 3H 2 SO 4 (dil) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Το συμπυκνωμένο ψυχρό θειικό οξύ δεν έχει καμία επίδραση. Και όταν θερμαίνεται, το αλουμίνιο διαβρώνεται:

2Al + 6H 2 SO 4 (συμπ.) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα διαλυτό άλας - θειικό αλουμίνιο.

Το Al είναι σταθερό σε ελαιόλαδο (ατμίζον θειικό οξύ) σε θερμοκρασίες έως 200 °C. Λόγω αυτού, χρησιμοποιείται για την παραγωγή χλωροσουλφονικού οξέος (HSO 3 Cl) και ελαίου.

Διάβρωση αλουμινίου σε υδροχλωρικό οξύ

Το αλουμίνιο ή τα κράματά του διαλύονται γρήγορα στο υδροχλωρικό οξύ (ειδικά όταν η θερμοκρασία αυξάνεται). Εξίσωση διάβρωσης:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2.

Διαλύματα υδροβρωμικών (HBr) και υδροφθορικών (HF) οξέων δρουν παρόμοια.

Διάβρωση αλουμινίου σε νιτρικό οξύ

Ένα συμπυκνωμένο διάλυμα νιτρικού οξέος έχει υψηλές οξειδωτικές ιδιότητες. Το αλουμίνιο σε νιτρικό οξύ σε κανονικές θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά ανθεκτικό (η αντίσταση είναι υψηλότερη από αυτή του ανοξείδωτου χάλυβα 12Χ18Н9). Χρησιμοποιείται ακόμη και για την παραγωγή συμπυκνωμένου νιτρικού οξέος με άμεση σύνθεση.

Όταν θερμαίνεται, η διάβρωση του αλουμινίου σε νιτρικό οξύ προχωρά σύμφωνα με την αντίδραση:

Al + 6HNO 3 (συμπ.) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Διάβρωση αλουμινίου σε οξικό οξύ

Το αλουμίνιο είναι αρκετά ανθεκτικό στο οξικό οξύ οποιασδήποτε συγκέντρωσης, αλλά μόνο εάν η θερμοκρασία δεν υπερβαίνει τους 65 °C. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή φορμαλδεΰδης και οξικού οξέος. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, το αλουμίνιο διαλύεται (με εξαίρεση τις συγκεντρώσεις οξέος 98 - 99,8%).

Το αλουμίνιο είναι σταθερό σε βρωμικά και ασθενή διαλύματα χρωμικών (έως 10%), φωσφορικών (έως 1%) οξέων σε θερμοκρασία δωματίου.

Το κιτρικό, το βουτυρικό, το μηλικό, το τρυγικό, το προπιονικό οξύ, το κρασί και οι χυμοί φρούτων έχουν ασθενή επίδραση στο αλουμίνιο και στα κράματά του.

Τα οξαλικά, μυρμηκικά και οργανοχλωρικά οξέα καταστρέφουν το μέταλλο.

Η αντίσταση στη διάβρωση του αλουμινίου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τους ατμούς και τον υγρό υδράργυρο. Μετά από μια σύντομη επαφή, το μέταλλο και τα κράματά του διαβρώνονται έντονα, σχηματίζοντας αμαλγάματα.

Διάβρωση αλουμινίου σε αλκάλια

Τα αλκάλια διαλύουν εύκολα το προστατευτικό φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια του αλουμινίου, αρχίζει να αντιδρά με το νερό, με αποτέλεσμα το μέταλλο να διαλύεται με την απελευθέρωση υδρογόνου (διάβρωση αλουμινίου με αποπόλωση υδρογόνου).

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H2;

2(NaOHH 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2.

Σχηματίζονται αλουμίνια.

Επίσης, το φιλμ οξειδίου καταστρέφεται από ιόντα υδραργύρου, χαλκού και χλωρίου.

Το αλουμίνιο είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο που έχει υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. (Η θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου είναι 1,8 φορές μεγαλύτερη από αυτή του χαλκού και 9 φορές μεγαλύτερη από αυτή του ανοξείδωτου χάλυβα.) Έχει χαμηλή πυκνότητα - περίπου τρεις φορές μικρότερη από αυτή του σιδήρου, του χαλκού και του ψευδαργύρου. Κι όμως είναι πολύ ανθεκτικό μέταλλο.

Τρία ηλεκτρόνια από το εξωτερικό περίβλημα ενός ατόμου αλουμινίου μετατοπίζονται σε όλο το κρυσταλλικό πλέγμα του μετάλλου αλουμινίου. Αυτό το πλέγμα έχει μια κυβική δομή με επίκεντρο την όψη, παρόμοια με το πλέγμα από κασσίτερο και χρυσό (βλ. Ενότητα 3.2). Ως εκ τούτου, το αλουμίνιο έχει καλή ελαστικότητα.

Χημικές ιδιότητες

Το αλουμίνιο σχηματίζει ιοντικές και ομοιοπολικές ενώσεις. Χαρακτηρίζεται από υψηλή ενέργεια ιοντισμού (Πίνακας 15.1). Η πυκνότητα φορτίου (αναλογία φορτίου προς ακτίνα) για το ιόν είναι πολύ υψηλή σε σύγκριση με κατιόντα άλλων μετάλλων της ίδιας περιόδου (βλ. Πίνακα 15.2).

Ρύζι. 15.2. Ενυδατωμένο ιόν αλουμινίου.

Πίνακας 15.2. Λόγος φορτίου προς ακτίνα κατιόντων

Επειδή το ιόν έχει υψηλή πυκνότητα φορτίου, έχει μεγάλη πολωτική ισχύ. Αυτό εξηγεί γιατί το απομονωμένο ιόν βρίσκεται σε πολύ λίγες μόνο ενώσεις, όπως το άνυδρο φθοριούχο αργίλιο και το οξείδιο του αργιλίου, και ακόμη και αυτές οι ενώσεις παρουσιάζουν αξιοσημείωτο ομοιοπολικό χαρακτήρα. Σε ένα υδατικό διάλυμα, το ιόν πολώνει τα μόρια του νερού, τα οποία κατά συνέπεια ενυδατώνουν το κατιόν (βλ. Εικ. 15.2). Αυτή η ενυδάτωση χαρακτηρίζεται από μεγάλη εξώθερμη δράση:

Το τυπικό δυναμικό οξειδοαναγωγής του αλουμινίου είναι - 1,66 V:

Επομένως, το αλουμίνιο βρίσκεται αρκετά ψηλά στην ηλεκτροχημική σειρά στοιχείων (βλ. Ενότητα 10.5). Αυτό υποδηλώνει ότι το αλουμίνιο πρέπει να αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο και τα αραιά ορυκτά οξέα. Ωστόσο, όταν το αλουμίνιο αντιδρά με το οξυγόνο, σχηματίζεται στην επιφάνειά του ένα λεπτό, μη πορώδες στρώμα οξειδίου. Αυτό το στρώμα προστατεύει το αλουμίνιο από περαιτέρω αλληλεπίδραση με το περιβάλλον. Το στρώμα οξειδίου μπορεί να αφαιρεθεί από την επιφάνεια του αλουμινίου τρίβοντάς το με υδράργυρο. Το αλουμίνιο μπορεί στη συνέχεια να συνδυάζεται απευθείας με το οξυγόνο και άλλα αμέταλλα όπως το θείο και το άζωτο. Η αλληλεπίδραση με το οξυγόνο οδηγεί σε αντίδραση

Ανοδίωση. Το αλουμίνιο και τα ελαφρά κράματα αλουμινίου μπορούν να προστατευθούν περαιτέρω με πάχυνση του φυσικού στρώματος οξειδίου μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ανοδίωση. Σε αυτή τη διαδικασία, ένα αντικείμενο αλουμινίου τοποθετείται ως άνοδος σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο, όπου χρησιμοποιείται χρωμικό οξύ ή θειικό οξύ ως ηλεκτρολύτης.

Το αλουμίνιο αντιδρά με θερμό αραιό υδροχλωρικό και θειικό οξύ για να σχηματίσει υδρογόνο:

Αυτή η αντίδραση είναι αργή στην αρχή λόγω της παρουσίας ενός στρώματος οξειδίου. Ωστόσο, καθώς αφαιρείται, η αντίδραση γίνεται πιο έντονη.

Το συμπυκνωμένο και αραιό νιτρικό οξύ, καθώς και το πυκνό θειικό οξύ, καθιστούν το αλουμίνιο παθητικό. Αυτό σημαίνει ότι δεν αντιδρά με τα εν λόγω οξέα. Αυτή η παθητικότητα εξηγείται από το σχηματισμό ενός λεπτού στρώματος οξειδίου στην επιφάνεια του αλουμινίου.

Διαλύματα υδροξειδίου του νατρίου και άλλων αλκαλίων αντιδρούν με αλουμίνιο, σχηματίζοντας τετραϋδροξοαργιλικά ιόντα (III) και υδρογόνο:

Εάν το στρώμα οξειδίου αφαιρεθεί από την επιφάνεια, το αλουμίνιο μπορεί να λειτουργήσει ως αναγωγικός παράγοντας στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής (βλ. Ενότητα 10.2). Εκτοπίζει τα μέταλλα που βρίσκονται κάτω από αυτό στην ηλεκτροχημική σειρά από τα διαλύματά τους. Για παράδειγμα

Ένα σαφές παράδειγμα της αναγωγικής ικανότητας του αλουμινίου είναι η αλουμινόθερμη αντίδραση. Αυτό είναι το όνομα της αντίδρασης μεταξύ κονιοποιημένου αλουμινίου και

οξείδιο Σε εργαστηριακές συνθήκες, συνήθως εκκινείται χρησιμοποιώντας μια ταινία μαγνησίου ως αναφλεκτήρα. Αυτή η αντίδραση προχωρά πολύ βίαια και απελευθερώνει μια ποσότητα ενέργειας που είναι επαρκής για να λιώσει τον προκύπτον σίδηρο:

Η αλουμινοθερμική αντίδραση χρησιμοποιείται για τη διεξαγωγή αλουμινοθερμικής συγκόλλησης. για παράδειγμα, οι ράγες συνδέονται με αυτόν τον τρόπο.

Οξείδιο του αργιλίου Το οξείδιο του αργιλίου, ή αλουμίνα όπως αποκαλείται συχνά, είναι μια ένωση που έχει τόσο ιοντικές όσο και ομοιοπολικές ιδιότητες. Έχει σημείο τήξης και, όταν λιώσει, είναι ηλεκτρολύτης. Για το λόγο αυτό, συχνά θεωρείται ιοντική ένωση. Ωστόσο, στη στερεά κατάσταση, το οξείδιο του αργιλίου έχει μια κρυσταλλική δομή πλαισίου.

Κορούνδιο. Άνυδρες μορφές οξειδίου του αργιλίου σχηματίζονται υπό φυσικές συνθήκες από ορυκτά της ομάδας του κορούνδιου. Το κορούνδιο είναι μια πολύ σκληρή κρυσταλλική μορφή οξειδίου του αλουμινίου. Χρησιμοποιείται ως λειαντικό υλικό, καθώς η σκληρότητά του είναι δεύτερη μετά το διαμάντι. Οι μεγάλοι και διαφανείς, συχνά έγχρωμοι, κρύσταλλοι κορούνδιου εκτιμώνται ως πολύτιμοι λίθοι. Το καθαρό κορούνδιο είναι άχρωμο, αλλά η παρουσία μικρών ποσοτήτων ακαθαρσιών μεταλλικών οξειδίων δίνει στο πολύτιμο κορούνδιο το χαρακτηριστικό του χρώμα. Για παράδειγμα, το χρώμα του ρουμπινιού οφείλεται στην παρουσία ιόντων στο κορούνδιο και το χρώμα των ζαφείριων οφείλεται στην παρουσία ιόντων κοβαλτίου Το μωβ χρώμα του αμέθυστου οφείλεται στην παρουσία ακαθαρσιών μαγγανίου. Με τη σύντηξη αλουμίνας με οξείδια διαφόρων α-μετάλλων, μπορούν να ληφθούν τεχνητοί πολύτιμοι λίθοι (βλ. επίσης Πίνακες 14.6 και 14.7).

Το οξείδιο του αργιλίου είναι αδιάλυτο στο νερό και έχει αμφοτερικές ιδιότητες, αντιδρώντας τόσο με αραιά οξέα όσο και με αραιά αλκάλια. Η αντίδραση με οξέα περιγράφεται από τη γενική εξίσωση:

Η αντίδραση με τα αλκάλια οδηγεί στο σχηματισμό -ιόντων:

Αλογονίδια αλουμινίου. Η δομή και η χημική σύνδεση σε αλογονίδια αλουμινίου περιγράφονται στην ενότητα. 16.2.

Το χλωριούχο αλουμίνιο μπορεί να παραχθεί περνώντας ξηρό χλώριο ή ξηρό υδροχλώριο πάνω από θερμαινόμενο αλουμίνιο. Για παράδειγμα

Με εξαίρεση το φθοριούχο αλουμίνιο, όλα τα άλλα αλογονίδια του αργιλίου υδρολύονται με νερό:

Για το λόγο αυτό, τα αλογονίδια του αλουμινίου «καπνίζουν» σε επαφή με υγρό αέρα.

Ιόντα αλουμινίου. Έχουμε ήδη επισημάνει παραπάνω ότι το ιόν ενυδατώνεται σε νερό. Όταν τα άλατα αλουμινίου διαλύονται στο νερό, επιτυγχάνεται η ακόλουθη ισορροπία:

Σε αυτή την αντίδραση, το νερό δρα ως βάση επειδή δέχεται ένα πρωτόνιο και το ένυδρο ιόν αλουμινίου δρα ως οξύ επειδή δίνει ένα πρωτόνιο. Για το λόγο αυτό, τα άλατα αλουμινίου έχουν όξινες ιδιότητες. Αν μέσα

Το αλουμίνιο και οι ενώσεις του

Η κύρια υποομάδα της ομάδας III του περιοδικού πίνακα αποτελείται από το βόριο (B), το αλουμίνιο (Al), το γάλλιο (Ga), το ίνδιο (In) και το θάλλιο (Tl).

Όπως φαίνεται από τα παραπάνω στοιχεία, όλα αυτά τα στοιχεία ανακαλύφθηκαν τον 19ο αιώνα.

Το βόριο είναι ένα αμέταλλο. Το αλουμίνιο είναι μέταλλο μετάπτωσης, ενώ το γάλλιο, το ίνδιο και το θάλλιο είναι μέταλλα πλήρους εμβέλειας. Έτσι, με την αύξηση των ακτίνων των ατόμων των στοιχείων κάθε ομάδας του περιοδικού πίνακα, αυξάνονται οι μεταλλικές ιδιότητες των απλών ουσιών.

Η θέση του αλουμινίου στον πίνακα του D. I. Mendeleev. Ατομική δομή, καταστάσεις οξείδωσης

Το στοιχείο αλουμίνιο βρίσκεται στην ομάδα III, η κύρια υποομάδα «Α», περίοδος 3 του περιοδικού συστήματος, αριθμός σειράς Νο. 13, σχετική ατομική μάζα Ar(Al) = 27. Ο γείτονάς του στα αριστερά στον πίνακα είναι το μαγνήσιο - ένα τυπικό μέταλλο, και στα δεξιά - πυρίτιο - ήδη μη μέταλλο. Κατά συνέπεια, το αλουμίνιο πρέπει να παρουσιάζει ιδιότητες κάποιας ενδιάμεσης φύσης και οι ενώσεις του είναι αμφοτερικές.

Al +13) 2) 8) 3, p – στοιχείο,

Επίγεια κατάσταση 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

Ενθουσιασμένη κατάσταση 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2

Το αλουμίνιο εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης +3 σε ενώσεις:

Al 0 – 3 e - → Al +3

Φυσικές ιδιότητες

Το αλουμίνιο στην ελεύθερη του μορφή είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο με υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το σημείο τήξης είναι 650 o C. Το αλουμίνιο έχει χαμηλή πυκνότητα (2,7 g/cm 3) - περίπου τρεις φορές μικρότερη από αυτή του σιδήρου ή του χαλκού, και ταυτόχρονα είναι ένα ανθεκτικό μέταλλο.

Όντας στη φύση

Ως προς τον επιπολασμό στη φύση, κατατάσσεται 1ος μεταξύ μετάλλων και 3ος μεταξύ στοιχείων, δεύτερο μόνο μετά το οξυγόνο και το πυρίτιο. Το ποσοστό περιεκτικότητας σε αλουμίνιο στον φλοιό της γης, σύμφωνα με διάφορους ερευνητές, κυμαίνεται από 7,45 έως 8,14% της μάζας του φλοιού της γης.

Στη φύση, το αλουμίνιο εμφανίζεται μόνο σε ενώσεις(μεταλλικά στοιχεία).

Μερικοί από αυτούς:

· Βωξίτης - Al 2 O 3 H 2 O (με προσμίξεις SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Νεφελίνες - KNa 3 4

Αλουνίτες - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Αλουμίνα (μείγματα καολίνων με άμμο SiO 2, ασβεστόλιθος CaCO 3, μαγνησίτης MgCO 3)

Κορούνδιο - Al 2 O 3 (ρουμπίνι, ζαφείρι)

· Άστριος (ορθόκλος) - K 2 O×Al 2 O 3 × 6SiO 2

Καολινίτης - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

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

· Βηρύλιο - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

Χημικές ιδιότητες του αλουμινίου και των ενώσεων του

Το αλουμίνιο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο υπό κανονικές συνθήκες και είναι επικαλυμμένο με μια μεμβράνη οξειδίου (που του δίνει μια ματ εμφάνιση).

Το πάχος του είναι 0,00001 mm, αλλά χάρη σε αυτό, το αλουμίνιο δεν διαβρώνεται. Για να μελετηθούν οι χημικές ιδιότητες του αλουμινίου, αφαιρείται το φιλμ οξειδίου. (Χρησιμοποιώντας γυαλόχαρτο ή χημικά: πρώτα βυθίστε το σε αλκαλικό διάλυμα για να αφαιρέσετε το φιλμ οξειδίου και μετά σε διάλυμα αλάτων υδραργύρου για να σχηματίσετε ένα κράμα αλουμινίου με υδράργυρο - αμάλγαμα).

Οξείδιο αργιλίου(αλουμίνα) A1 2 O 3, άχρωμο. κρύσταλλα? σ.τ. 2044°C; τ. δέμα 3530 °C. Το μόνο σταθερό κρυσταλλικό έως 2044°C. Τροποποίηση οξειδίου του αλουμινίου-A1 2 O 3 (κορούνδιο): ρομβοεδρικό πλέγμα, a = 0,512 nm, = 55,25° (για εξαγωνική εγκατάσταση a = 0,475 nm, c = 1,299 nm, ομάδα χώρου D 6 3d, z = 2); πυκνός 3,99 g/cm 3 ;Н° pl 111,4 kJ/mol; επίπεδο εξάρτησης από τη θερμοκρασία: θερμοχωρητικότητα C° p = = 114,4 + 12,9*10 -3 T - 34,3*10 5 T 2 JDmol*K) (298T 1800 K), πίεση ατμών Igp (Pa) = -54800/7+1,68 (έως ~ 3500 K); συντελεστής θερμοκρασίας γραμμική διαστολή (7,2-8,6)*10 -6 K -1 (300T1200 K); θερμική αγωγιμότηταδείγμα πυροσυσσωματωμένο στους 730°C 0,35 W/(mol*K); Σκληρότητα Mohs 9; ο δείκτης διάθλασης για μια συνηθισμένη ακτίνα είναι n 0 1,765, για μια εξαιρετική ακτίνα n 0 1,759.

Το οξείδιο του αργιλίου (Al2O3) έχει ένα εξαιρετικό σύνολο ιδιοτήτων, όπως:

• Υψηλή σκληρότητα
• Καλή θερμική αγωγιμότητα
• Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση
• Χαμηλή πυκνότητα
• Διατηρεί αντοχή σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών
• Ηλεκτρομονωτικές ιδιότητες
• Χαμηλό κόστος σε σχέση με άλλα κεραμικά υλικά

Όλοι αυτοί οι συνδυασμοί καθιστούν το υλικό αναντικατάστατο στην κατασκευή προϊόντων ανθεκτικών στη διάβρωση, ανθεκτικά στη φθορά, ηλεκτρικά μονωτικά και ανθεκτικά στη θερμότητα για μια μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών.

Κύριες Εφαρμογές:

• Επένδυση μύλων, υδροκυκλώνων, μπετονιέρων, εξωθητών, μεταφορέων, σωλήνων και άλλου φορητού εξοπλισμού
• Μηχανικοί στεγανοποιητικοί δακτύλιοι
• Μήτρα, καλώδια, οδηγοί
• Συρόμενα ρουλεμάν, άξονες και επένδυση υγρών τμημάτων χημικών αντλιών
• Μέσα λείανσης
• Εξαρτήματα εξοπλισμού χαρτοποιίας
• Καυστήρες
• Ακροφύσια εξωθητή (πυρήνες)
• Χωνευτήρια
• Στοιχεία βαλβίδων και βαλβίδων διακοπής
• Ακροφύσια για μηχανές συγκόλλησης με τόξο αργού
• Ηλεκτρικοί μονωτές

Υπάρχουν αρκετές τροποποιήσεις του οξειδίου του αλουμινίου ανάλογα με την περιεκτικότητα της κύριας φάσης και τις ακαθαρσίες, οι οποίες διακρίνονται από αντοχή και χημική αντοχή

Υδροξείδιο αργιλίου

Το υδροξείδιο του αργιλίου Al(OH) 3 είναι ένα άχρωμο στερεό, αδιάλυτο στο νερό, που βρίσκεται σε πολλούς βωξίτες. Υπάρχει σε τέσσερις πολυμορφικές τροποποιήσεις. Στο κρύο, σχηματίζεται α-Al(OH) 3 - μπαγερίτης, και όταν εναποτίθεται από ένα θερμό διάλυμα γ-Al(OH) 3 - gibbsite (υδραργυλίτης), και τα δύο κρυσταλλώνονται στο μονοκλινικό σύστημα, έχουν μια στρωματοποιημένη δομή, τα στρώματα αποτελούνται από οκτάεδρα, μεταξύ των στρωμάτων υπάρχει δεσμός υδρογόνου. Υπάρχει επίσης ένας τρικλινικός gibbsite γ’-Al(OH) 3, ένας τρικλινικός Nordstrandite β-Al(OH) 3 και δύο τροποποιήσεις του οξοϋδροξειδίου AlOOH - ορθορομβικός βοημίτης και διασπορίες. Το άμορφο υδροξείδιο του αργιλίου έχει μεταβλητή σύνθεση Al 2 O 3 · nH 2 O. Αποσυντίθεται όταν θερμαίνεται πάνω από 180°C.

Χημικές ιδιότητες

Το υδροξείδιο του αργιλίου είναι μια τυπική αμφοτερική ένωση που διαλύεται σε οξέα και αλκάλια:

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

Al(OH) 3 + NaOH + 2H 2 O = Na.

Όταν θερμαίνεται, η διαδικασία αφυδάτωσης είναι αρκετά περίπλοκη και μπορεί να αναπαρασταθεί σχηματικά ως εξής:

Al(OH) 3 = AlOOH + H2O;

2AlOOH = Al 2 O 3 + H 2 O.

Το υδροξείδιο του αργιλίου είναι μια χημική ουσία που είναι μια ένωση του οξειδίου του αργιλίου με το νερό. Μπορεί να υπάρχει σε υγρή και στερεή κατάσταση. Το υγρό υδροξείδιο είναι μια διαφανής ουσία που μοιάζει με ζελέ και είναι πολύ ελάχιστα διαλυτή στο νερό. Το στερεό υδροξείδιο είναι μια λευκή κρυσταλλική ουσία που έχει παθητικές χημικές ιδιότητες και δεν αντιδρά ουσιαστικά με κανένα άλλο στοιχείο ή ένωση.

Χλωριούχο αργίλιο

Σε κανονική πίεση εξαχνώνεται στους 183 °C (υπό πίεση λιώνει στους 192,6 °C). Πολύ διαλυτό στο νερό (44,38 g σε 100 g H 2 O στους 25 ° C). Λόγω της υδρόλυσης, καπνίζει σε υγρό αέρα, απελευθερώνοντας HCl. Ο ένυδρος κρυστάλλος AlCl 3 · 6H 2 O κατακρημνίζεται από υδατικά διαλύματα - κιτρινωπό-λευκοί διασκορπιστικοί κρύσταλλοι. Καλά διαλυτό σε πολλές οργανικές ενώσεις (σε αιθανόλη - 100 g ανά 100 g αλκοόλης στους 25 ° C, σε ακετόνη, διχλωροαιθάνιο, αιθυλενογλυκόλη, νιτροβενζόλιο, τετραχλωράνθρακακαι τα λοιπά.); Ωστόσο, είναι πρακτικά αδιάλυτο σε βενζόλιο και τολουόλιο.

Θειικό αλουμίνιο

Το θειικό αλουμίνιο είναι ένα λευκό άλας με γκρι, μπλε ή ροζ απόχρωση, υπό κανονικές συνθήκες, υπάρχει με τη μορφή κρυσταλλικού ένυδρου Al 2 (SO 4) 3 ·18H 2 O - άχρωμοι κρύσταλλοι. Όταν θερμαίνεται, χάνει νερό χωρίς να λιώνει όταν θερμαίνεται, αποσυντίθεται σε Al 2 O 3 και SO 3 και O 2. Διαλύεται καλά στο νερό. Το τεχνικό θειικό αργίλιο μπορεί να ληφθεί με επεξεργασία βωξίτη ή αργίλου με θειικό οξύ και το καθαρό προϊόν μπορεί να ληφθεί με διάλυση Al(OH) 3 σε θερμό πυκνό H 2 SO 4.

Το θειικό αλουμίνιο χρησιμοποιείται ως πηκτικό για τον καθαρισμό του νερού για οικιακούς, πόσιμους και βιομηχανικούς σκοπούς και για χρήση σε βιομηχανίες χαρτιού, κλωστοϋφαντουργίας, δέρματος και άλλων.

Χρησιμοποιείται ως πρόσθετο τροφίμων E-520

Καρβίδιο αλουμινίου

Το καρβίδιο του αργιλίου παράγεται από την άμεση αντίδραση του αλουμινίου με τον άνθρακα σε έναν κλίβανο τόξου.

4 A l + 3 C ⟶ A l 4 C 3 (\displaystyle (\mathsf (4Al+3C\longrightarrow Al_(4)C_Μια μικρή ποσότητα καρβιδίου αλουμινίου είναι φυσιολογική στην ανάμειξη τεχνικού καρβιδίου του ασβεστίου. Στην ηλεκτρολυτική παραγωγή αλουμινίου, αυτή η ένωση λαμβάνεται ως προϊόν διάβρωσης σε ηλεκτρόδια γραφίτη. Λαμβάνεται από την αντίδραση του άνθρακα με το οξείδιο του αργιλίου:

Σίδερο με αλουμίνιο

Alni- μια ομάδα σκληρών μαγνητικών (υψηλού καταναγκασμού) κραμάτων σιδήρου (Fe) - νικελίου (Ni) - αλουμινίου (Al).

Το κράμα των κραμάτων alni βελτιώνει τα μαγνητικά χαρακτηριστικά τους. Χρησιμοποιείται κράμα με χαλκό (για παράδειγμα, ένα κράμα από 24% νικέλιο, 4% χαλκό, 13% αλουμίνιο και 59% σίδηρο), κοβάλτιο (κράματα alnico και magnico). Η πρόσμειξη άνθρακα μειώνει τις μαγνητικές ιδιότητες του κράματος δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,03%.

Τα κράματα Alni χαρακτηρίζονται από υψηλή σκληρότητα και ευθραυστότητα, επομένως η χύτευση χρησιμοποιείται για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών από αυτά.

Αργιλικό νάτριο

Αργιλικό νάτριο- μια ανόργανη ένωση, ένα σύμπλοκο οξείδιο του νατρίου και του αργιλίου με τον τύπο NaAlO 2, μια λευκή άμορφη ουσία, αντιδρά με το νερό.

Ορθοαλουμινικό οξύ

Αλουμίνα" εσύ,άλατα οξέων αλουμινίου: ορθοαργίλιο H3 AlO3, μετααργίλιο HAlO2 κ.λπ. Στη φύση, τα πιο κοινά είναι τα αργιλικά του γενικού τύπου R, όπου R είναι Mg, Ca, Be, Zn, κ.λπ. το λεγομενο. σπινελς - Mg (ευγενές σπινέλιο), Zn (γανίτης ή ψευδάργυρος σπινέλιο) κ.λπ. και 2) ρομβικές ποικιλίες - Be (χρυσοβέρυλο) κ.λπ. (σε φόρμουλες μεταλλικά στοιχείατα άτομα που αποτελούν μια δομική ομάδα συνήθως περικλείονται σε αγκύλες).

Τα αργιλικά άλατα αλκαλιμετάλλων λαμβάνονται με αντίδραση Al ή Al(OH)3 με καυστικά αλκάλια: Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2 O. Από αυτά, το αργιλικό νάτριο NaAlO2, που σχηματίζεται κατά την αλκαλική διαδικασία παραγωγής αλουμίνας , χρησιμοποιείται στην παραγωγή κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων ως μυρωδάτο. Τα αργιλικά άλατα των μετάλλων αλκαλικών γαιών λαμβάνονται με σύντηξη των οξειδίων τους με Al2O3. Από αυτά, το αργιλικό ασβέστιο CaAl2 O4 χρησιμεύει ως το κύριο συστατικό του ταχέως σκληρυνόμενου αλουμινίου τσιμέντου.

Τα αλουμίνια των στοιχείων σπάνιων γαιών έχουν αποκτήσει πρακτική σημασία. Λαμβάνονται με από κοινού διάλυση των οξειδίων των στοιχείων σπανίων γαιών R2 03 και Al(NO3 )3 σε νιτρικό οξύ, εξάτμιση του προκύπτοντος διαλύματος μέχρι να κρυσταλλωθούν τα άλατα και φρύξη του τελευταίου στους 1000-1100°C. Ο σχηματισμός αργιλικών αλάτων ελέγχεται με περίθλαση ακτίνων Χ καθώς και ανάλυση χημικής φάσης. Το τελευταίο βασίζεται στη διαφορετική διαλυτότητα των αρχικών οξειδίων και της ένωσης που σχηματίζεται (το Α., για παράδειγμα, είναι σταθερό σε οξικό οξύ, ενώ τα οξείδια των στοιχείων σπάνιων γαιών είναι καλά διαλυτά σε αυτό). Τα αργιλικά άλατα σπανίων γαιών έχουν μεγάλη χημική αντοχή, ανάλογα με τις θερμοκρασίες πριν την πυροδότηση τους. σταθερό σε νερό σε υψηλές θερμοκρασίες (έως 350°C) υπό πίεση. Ο καλύτερος διαλύτης για τα αργιλικά άλατα σπάνιων γαιών είναι το υδροχλωρικό οξύ. Τα αργιλικά στοιχεία των σπάνιων γαιών χαρακτηρίζονται από υψηλή ανθεκτικότητα και χαρακτηριστικό χρώμα. Οι πυκνότητες τους κυμαίνονται από 6500 έως 7500 κιλό /m3.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Αλουμίνιο– χημικό στοιχείο της 3ης περιόδου της ομάδας ΙΙΙΑ. Αύξων αριθμός – 13. Μεταλλ. Το αλουμίνιο ανήκει στα στοιχεία της οικογένειας p. Σύμβολο – Αλ.

Ατομική μάζα - 27 amu. Η ηλεκτρονική διαμόρφωση του εξωτερικού επιπέδου ενέργειας είναι 3s 2 3p 1. Στις ενώσεις του, το αλουμίνιο εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης «+3».

Χημικές ιδιότητες του αλουμινίου

Το αλουμίνιο παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες στις αντιδράσεις. Δεδομένου ότι ένα φιλμ οξειδίου σχηματίζεται στην επιφάνειά του όταν εκτίθεται στον αέρα, είναι ανθεκτικό στην αλληλεπίδραση με άλλες ουσίες. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο παθητικοποιείται σε νερό, πυκνό νιτρικό οξύ και διάλυμα διχρωμικού καλίου. Ωστόσο, μετά την αφαίρεση του φιλμ οξειδίου από την επιφάνειά του, είναι σε θέση να αλληλεπιδράσει με απλές ουσίες. Οι περισσότερες αντιδράσεις συμβαίνουν όταν θερμαίνονται:

2Al σκόνη +3/2O 2 = Al 2 O 3;

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

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

2Al + N2 = 2AlN (t);

2Al +3S = Al 2 S 3 (t);

4Al + 3C γραφίτης = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, σε ατμόσφαιρα Η 2).

Επίσης, μετά την αφαίρεση του φιλμ οξειδίου από την επιφάνειά του, το αλουμίνιο μπορεί να αλληλεπιδράσει με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H2.

Το αλουμίνιο παρουσιάζει επαμφοτερίζουσες ιδιότητες, επομένως είναι σε θέση να διαλύεται σε αραιά διαλύματα οξέων και αλκαλίων:

2Al + 3H 2 SO 4 (αραιό) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2;

2Al + 6HCl αραιό = 2AlCl 3 + 3 H 2 ;

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

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

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

Η αλουμινοθερμία είναι μια μέθοδος παραγωγής μετάλλων από τα οξείδια τους, που βασίζεται στην αναγωγή αυτών των μετάλλων με αλουμίνιο:

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

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

Φυσικές ιδιότητες του αλουμινίου

Το αλουμίνιο είναι ένα ασημί-λευκό χρώμα. Οι κύριες φυσικές ιδιότητες του αλουμινίου είναι η ελαφρότητα, η υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στην ελεύθερη κατάσταση, όταν εκτίθεται στον αέρα, το αλουμίνιο καλύπτεται με ένα ανθεκτικό φιλμ οξειδίου Al 2 O 3, το οποίο το καθιστά ανθεκτικό στη δράση των συμπυκνωμένων οξέων. Σημείο τήξεως – 660,37 C, σημείο βρασμού – 2500 C.

Παραγωγή και χρήση αλουμινίου

Το αλουμίνιο παράγεται με ηλεκτρόλυση του τηγμένου οξειδίου αυτού του στοιχείου:

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

Ωστόσο, λόγω της χαμηλής απόδοσης του προϊόντος, χρησιμοποιείται συχνότερα η μέθοδος παραγωγής αλουμινίου με ηλεκτρόλυση μείγματος Na 3 και Al 2 O 3. Η αντίδραση γίνεται όταν θερμανθεί στους 960C και παρουσία καταλυτών - φθοριδίων (AlF 3, CaF 2, κ.λπ.), ενώ η απελευθέρωση αλουμινίου συμβαίνει στην κάθοδο, και απελευθερώνεται οξυγόνο στην άνοδο.

Το αλουμίνιο έχει βρει ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανία Τα κράματα με βάση το αλουμίνιο είναι τα κύρια δομικά υλικά στα αεροσκάφη και τη ναυπηγική.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση	Όταν το αλουμίνιο αντέδρασε με το θειικό οξύ, σχηματίστηκε θειικό αργίλιο βάρους 3,42 g. Προσδιορίστε τη μάζα και την ποσότητα της ουσίας αλουμινίου που αντέδρασε.
Λύση	Ας γράψουμε την εξίσωση αντίδρασης: 2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2. Μοριακές μάζες αλουμινίου και θειικού αλουμινίου, υπολογισμένες με βάση τον πίνακα χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev – 27 και 342 g/mol, αντίστοιχα. Τότε, η ποσότητα της ουσίας του σχηματιζόμενου θειικού αργιλίου θα είναι ίση με: n(Al2 (SO4) 3) = m(Al2 (SO4) 3) / M(Al2 (SO4) 3); n(Al 2 (SO 4) 3) = 3,42 / 342 = 0,01 mol. Σύμφωνα με την εξίσωση αντίδρασης n(Al 2 (SO 4) 3): n(Al) = 1:2, επομένως n(Al) = 2×n(Al 2 (SO 4) 3) = 0,02 mol. Τότε, η μάζα του αλουμινίου θα είναι ίση με: m(Al) = n(Al)×M(Al); m(Al) = 0,02×27 = 0,54 g.
Απάντηση	Η ποσότητα της ουσίας αλουμινίου είναι 0,02 mol. μάζα αλουμινίου – 0,54 g.