Как описывать химический элемент алюминий

Алюминий

Кусок чистого алюминия

Алюминий — очень редкий минерал семейства меди-купалита подкласса металлов и интерметаллидов класса самородных элементов. Преимущественно в виде микроскопических выделений сплошного мелкозернистого строения. Может образовывать пластинчатые или чешуйчатые кристаллы до 1 мм., отмечены нитевидные кристаллы длиной до 0,5 мм. при толщине нитей несколько мкм. Лёгкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке.

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Кубическая гранецентрированная структура. 4 оранжевых атома

Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно. Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10 -10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10 -10 м, а атомный объем 9,999×10 -6 м 3 /г-атом.
Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки. Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10 -5 см), но прочной пленкой оксида алюминия А123, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.

СВОЙСТВА

Самородный алюминий. Поле зрения 5 x 4 мм. Азербайджан, Гобустанский район, Каспийское море, Хере-Зиря или остров Булла

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см 3 ), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой – оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты – соли, содержащие алюминий в составе аниона.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

По распространённости в земной коре Земли занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрация алюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45 до 8,14%.
Современный метод получения, процесс Холла—Эру был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых анодных электродов. Такой метод получения требует очень больших затрат электроэнергии, и поэтому получил промышленное применение только в XX веке.

Читайте также:  Все железо что есть на компе

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Аллюминий, агрегированный с коркой байерита на поверхности. Узбекистан, Навойская область, Учкудук

Вследствие высокой химической активности он не встречается в чистом виде, а лишь в составе различных соединений. Так, например, известно множество руд, минералов, горных пород, в состав которых входит алюминий. Однако добывается он только из бокситов, содержание которых в природе не слишком велико. Самые распространенные вещества, содержащие рассматриваемый металл: полевые шпаты; бокситы; граниты; кремнезем; алюмосиликаты; базальты и прочие. В небольшом количестве алюминий обязательно входит в состав клеток живых организмов. Некоторые виды плаунов и морских обитателей способны накапливать этот элемент внутри своего организма в течение жизни.

ПРИМЕНЕНИЕ

Украшение из алюминия

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость. Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 4 раза дешевле за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности, для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше по весу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников на поверхности кристаллов микросхем.
Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так, Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 г. были подарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия из алюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.

Источник

Алюминий

Алюминий(Al)
Атомный номер 13
Внешний вид мягкий, лёгкий,
серебристо-белый металл,
быстро окисляющийся
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
26,.981539 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 143 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
577,2(5,98) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ne] 3s 2 3p 1
Химические свойства
Ковалентный радиус 118 пм
Радиус иона 51 (+3e) пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,61
Электродный потенциал -1,66 в
Степени окисления 3
Термодинамические свойства
Плотность 2,6989 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,900 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 237 Вт/(м·K)
Температура плавления 933,5 K
Теплота плавления 10,75 кДж/моль
Температура кипения 2740 K
Теплота испарения 284,1 кДж/моль
Молярный объём 10,0 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки кубическая гранецентрированая
Период решётки 4,050 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 394,00 K

Алюми́ний (лат. Аluminium ) — химический символ Al, III группа периодической системы Менделеева, атомный номер 13, атомная масса 26,9815, мягкий, лёгкий, серебристо-белый металл, быстро окисляющийся, удельная плотность 2,7 г/ см³, температура плавления 660 °C. По распространённости в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов.

Содержание

История

Впервые получен в чистом виде электролизом, в 1825 году .

История алюминия. В 1807 году английский химик Гэмфри Дэви открыл вещество под названием «alum» («квасцы»), которое представляло собой соль неизвестного металла, этот металл был назван им «алюмиум». Позднее, это название было преобразовано в «aluminium» («алюминий»). Дэйви безуспешно пытался выделить этот металл с помощью электролиза (вещество практически не растворялось в воде). В 1825 году датскому физику Эрстеду удалось выделить алюминий, как отдельный элемент. Немецкий учёный Фридрих Вёлер в 1845 году провёл обширные исследования по изучению свойств этого металла, одно из которых была его необычайная лёгкость. Также он использовал новый способ получения алюминия. AlCl3 + 3K = 3KCl + Al

Читайте также:  Bonum commune kingdom come deliverance кому отдать золото

В 1886 году Поль Эру во Франции и Чарльз Холл из Огайо одновременно изобрели способ получения алюминия с помощью электролитического метода. Оба этих учёных родились в 1863 году и умерли в 1914 году в возрасте 51 года. Согласно этому методу расплаву подвергался не сам Al2O3, а его раствор в расплавленном криолите Na3AlF6. Данный процесс проводится в электрических печах при температуре 960°C. Способ, изобретённый двумя этими выдающимися учёными, используется и до сих пор.

Получение

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру . Он заключается в растворении оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 с последующим электролизом с использованием графитовых электродов . Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в ХХ веке.

Физические свойства

Серебристо-белый металл, плотность 2,7 г/см 3 , пластичный, высокая тепло- и электропроводность . Температура плавления 660 °C.

Нахождение в природе

  • Бокситы – Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)
  • Нефелины – KNa3[AlSiO4]4
  • Алуниты – KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3
  • Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах ).

Нефелин — (Na, K)2O × Al2O3 × 2SiO2

Алунит – ( Na, K )2 SO4 × Al2( SO4 )3 × 4Al( OH )3

Химические свойства

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной пленкой и потому не реагирует с простыми веществами: с H2O (t°); O2, HNO3 (без нагревания)). Al – активный металл-восстановитель.

Легко реагирует с простыми веществами:

3) с другими неметаллами реагирует при нагревании:

с серой, образуя сульфид алюминия :

с азотом, образуя нитрид алюминия :

с углеродом, образуя карбид алюминия :

Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

Со сложными веществами:

4) с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием ):

5) со щелочами (с оброзованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов ):

6) Легко растворяется в соляной и разбавленной серной киcлотах:

При нагревании растворяется в кислотах – окислителях, образующих растворимые соли алюминия:

7) восстанавливает металлы из их оксидов ( алюминотермия ):

Применение

Кусок алюминия и американская монетка.

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевая фольга в пищевой промышленности и для упаковки.

Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий ).

Электропроводность алюминия сравнима с медью, при этом алюминий дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Правда, у алюминия как электротехнического материала есть неприятное свойство — из-за прочной оксидной плёнки его тяжело паять .

  • Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
  • В производстве строительных материалов как газообразующий агент.
  • Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.
  • Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.
  • Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.
Читайте также:  Как отличить золото или нет цепочка

В качестве восстановителя

  • Как компонент термита , смесей для алюмотермии
  • Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.

Сплавы на основе алюминия

В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.

  • Алюминиево-магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются; из них делают, например, корпуса быстроходных судов.
  • Алюминиево-марганцевые сплавы во многом аналогичны алюминиево-магниевым.
  • Алюминиево-медные сплавы (в частности, дюралюминий ) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность. К сожалению, термообработанные материалы нельзя сваривать, поэтому детали самолётов до сих пор соединяют заклёпками.
  • Алюминиево-кремниевые сплавы ( силумины ) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.
  • Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль .
  • Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 Кельвина.

Алюминий как добавка в другие сплавы

Алюминий является важным компонентом многих сплавов. Например, в алюминиевых бронзах основные компоненты — медь и алюминий. В магниевых сплавах в качестве добавки чаще всего используется алюминий. Для изготовления спиралей в электронагревательных приборов используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

Ювелирные изделия

Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Мода на них сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии .

Стекловарение

В стекловарении используются фторид, фосфат и оксид алюминия.

Алюминий и его соединения в ракетной технике

Алюминий и его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твердых ракетных топливах. Следующие соединения алюминия представляют наибольший практический интерес как ракетное горючее:

  • Алюминий: горючее в ракетных топливах. Применяется в виде порошка и суспензий в углеводородах и др.
  • Гидрид алюминия.
  • Боранат алюминия.
  • Триметилалюминий.
  • Триэтилалюминий.
  • Трипропилалюминий.

Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом алюминия с различными окислителями.

Окислитель Удельная тяга(Р1,сек) Температура сгорания °С Плотность топлива г/см 3 Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек Весовое содерж.горючего %
Фтор 348,4 сек 5009°С 1,504 5328 м/сек 25%
Тетрафторгидразин 327,4 сек 4758°С 1,193 4434 м/сек 19%
ClF3 287,7 сек 4402°С 1,764 4762 м/сек 20%
ClF5 303,7 сек 4604°С 1,691 4922 м/сек 20%
Перхлорилфторид 293,7 сек 3788°С 1,589 4617 м/сек 47%
Окись фтора 326,5 сек 4067°С 1,511 5004 м/сек 38,5%
Кислород 310,8 сек 4028°С 1,312 4428 м/сек 56%
Перекись водорода 318,4 сек 3561°С 1,466 4806 м/сек 52%
N2O4 300,5 сек 3906°С 1,467 4537 м/сек 47%
Азотная кислота 301,3 сек 3720°С 1,496 4595 м/сек 49%

См. также

  • Оксид алюминия
  • Гидроксид алюминия
  • Категория:Соединения алюминия

Ссылки

Это незавершённая статья о химическом элементе.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

af:Aluminium ar:ألمنيوم ast:Aluminiu bg:Алуминий bn:অ্যালুমিনিয়াম bs:Aluminijum ca:Alumini co:Alluminiu cs:Hliník cy:Alwminiwm da:Aluminium de:Aluminium el:Αργίλιο en:Aluminium eo:Aluminio es:Aluminio et:Alumiinium eu:Aluminio fa:آلومینیوم fi:Alumiini fr:Aluminium gd:Almain gl:Aluminio (elemento) he:אלומיניום hr:Aluminij hu:Alumínium hy:Ալյումին id:Aluminium io:Aluminio is:Ál it:Alluminio ja:アルミニウム jbo:jinmrmalume ko:알루미늄 ksh:Allu ku:Bafûn la:Aluminium lb:Aluminium lt:Aliuminis lv:Alumīnijs mk:Алуминиум ml:അലൂമിനിയം ms:Aluminium nl:Aluminium nn:Aluminium no:Aluminium nov:Aluminie pl:Glin pt:Alumínio ro:Aluminiu sh:Aluminijum simple:Aluminium sk:Hliník sl:Aluminij sr:Алуминијум sv:Aluminium sw:Alumini ta:அலுமினியம் tg:Алюминий th:อะลูมิเนียม tr:Alüminyum ug:Alyumin uk:Алюміній uz:Alyuminiy vi:Nhôm zh:铝 zh-yue:鋁

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни