Metāli ir viens no ērtākajiem materiāliem apstrādē. Viņiem ir arī savi vadītāji. Piemēram, alumīnija pamatīpašības cilvēkiem ir zināmas jau sen. Tie ir tik piemēroti lietošanai ikdienā, ka šis metāls ir kļuvis ļoti populārs. Kādas ir alumīnija kā vienkāršas vielas un kā atoma īpašības, mēs apsvērsim šajā rakstā.
Alumīnija atklāšanas vēsture
Cilvēkam jau ilgu laiku ir zināms attiecīgā metāla savienojums - kālija alauns. To izmantoja kā līdzekli, kas spēj uzbriest un sasaistīt maisījuma sastāvdaļas, tas bija nepieciešams arī ādas izstrādājumu apstrādē. Tīra alumīnija oksīda esamība kļuva zināma 18. gadsimtā, tā otrajā pusē. Tomēr tīra viela netika iegūta.
Zinātniekam H. K. Oerstedam pirmo reizi izdevās izolēt metālu no hlorīda. Tieši viņš apstrādāja sāli ar kālija amalgamu un no maisījuma izdalīja pelēku pulveri, kas bija alumīnijs tīrā veidā.
Tad kļuva skaidrs, ka alumīnija ķīmiskās īpašības izpaužas tā augstajā aktivitātē, spēcīgā reducējošā spējā. Tāpēc neviens cits ilgu laiku ar viņu nestrādāja.
Tomēr 1854. gadā francūzis Devils spēja iegūt metāla lietņus ar kausējuma elektrolīzi. Šī metode ir aktuāla arī mūsdienās. Īpaši vērtīgu materiālu masveida ražošana sākās 20. gadsimtā, kad tika atrisinātas problēmas ar liela apjoma elektroenerģijas ieguvi uzņēmumos.
Šodien šis metāls ir viens no populārākajiem un izmantotākajiem būvniecības un mājsaimniecības nozarēs.
Alumīnija atoma vispārīgie raksturlielumi
Ja aplūkojamo elementu raksturojam pēc tā pozīcijas periodiskajā sistēmā, varam izdalīt vairākus punktus.
- Kārtuma skaitlis - 13.
- Atrodas trešajā mazajā periodā, trešajā grupā, galvenajā apakšgrupā.
- Atommasa - 26, 98.
- Valences elektronu skaits - 3.
- Ārējā slāņa konfigurācija ir izteikta kā 3s23p1.
- Elementa nosaukums ir alumīnijs.
- Metāla īpašības ir spēcīgas.
- Dabā nav izotopu, pastāv tikai vienā formā, ar masas skaitli 27.
- Ķīmiskais simbols ir AL, formulās lasāms kā "alumīnijs".
- Oksidācijas pakāpe ir viens, vienāds ar +3.
Alumīnija ķīmiskās īpašības pilnībā apstiprina tā atoma elektroniskā struktūra, jo ar lielu atomu rādiusu un zemu elektronu afinitāti tas spēj darboties kā spēcīgs reducētājs, tāpat kā visi aktīvie metāli.
Alumīnijs kā vienkārša viela: fizikālās īpašības
Ja runājam par alumīniju, kā būtuvienkārša viela, tas ir sudrabaini b alts spīdīgs metāls. Gaisā tas ātri oksidējas un pārklājas ar blīvu oksīda plēvi. Tas pats notiek ar koncentrētu skābju darbību.
Šādas funkcijas klātbūtne padara no šī metāla izgatavotus izstrādājumus izturīgus pret koroziju, kas, protams, ir ļoti ērti cilvēkiem. Tāpēc tieši alumīnijs būvniecībā atrod tik plašu pielietojumu. Vielas īpašības ir interesantas arī ar to, ka šis metāls ir ļoti viegls, vienlaikus stiprs un mīksts. Šādu īpašību kombinācija nav pieejama katrai vielai.
Ir vairākas pamata fizikālās īpašības, kas raksturīgas alumīnijam.
- Augsta kaļamības un lokanības pakāpe. No šī metāla ir izgatavota viegla, izturīga un ļoti plāna folija, tā ir arī velmēta stieplē.
- Kušanas temperatūra - 660 0C.
- Vārīšanās temperatūra - 2450 0C.
- Blīvums - 2,7 g/cm3.
- Kristāla režģa tilpums centrēts uz sejas, metālisks.
- Savienojuma veids - metāls.
Alumīnija fizikālās un ķīmiskās īpašības nosaka tā pielietojuma un izmantošanas jomas. Ja runājam par sadzīviskiem aspektiem, tad lielu lomu spēlē jau iepriekš aplūkotās īpašības. Kā viegls, izturīgs un pretkorozijas metāls alumīnijs tiek izmantots lidmašīnu un kuģu būvē. Tāpēc šīs īpašības ir ļoti svarīgi zināt.
Alumīnija ķīmiskās īpašības
No skatpunktaķīmijā attiecīgais metāls ir spēcīgs reducētājs, kas spēj uzrādīt augstu ķīmisko aktivitāti, jo tas ir tīra viela. Galvenais ir likvidēt oksīda plēvi. Šajā gadījumā aktivitāte strauji palielinās.
Alumīnija kā vienkāršas vielas ķīmiskās īpašības nosaka tā spēja reaģēt ar:
- skābes;
- sārms;
- halogēni;
- pelēks.
Parastos apstākļos tas nesadarbojas ar ūdeni. Tajā pašā laikā no halogēniem, bez sildīšanas, tas reaģē tikai ar jodu. Citām reakcijām nepieciešama temperatūra.
Ir iespējams sniegt piemērus, kas ilustrē alumīnija ķīmiskās īpašības. Mijiedarbības reakcijas vienādojumi ar:
- skābes - AL + HCL=AlCL3 + H2;
-
sārmi - 2Al + 6H2O + 2NaOH=Na[Al(OH)4] + 3H 2;
- halogēni - AL + Hal=ALHal3;
- pelēks - 2AL + 3S=AL2S3.
Kopumā attiecīgās vielas vissvarīgākā īpašība ir tās augstā spēja atjaunot citus elementus no to savienojumiem.
Atjaunojošā spēja
Alumīnija reducējošās īpašības ir labi izsekotas mijiedarbības reakcijās ar citu metālu oksīdiem. Tas viegli ekstrahē tos no vielas sastāva un ļauj tiem pastāvēt vienkāršā formā. Piemēram: Cr2O3 + AL=AL2O3 + Cr.
Metalurģijā ir vesela tehnika vielu iegūšanai,pamatojoties uz šādām atbildēm. To sauc par aluminotermiju. Tāpēc ķīmiskajā rūpniecībā šo elementu izmanto tieši citu metālu iegūšanai.
Izplatieties dabā
Izplatības ziņā starp citiem metāla elementiem alumīnijs ieņem pirmo vietu. Tā saturs zemes garozā ir 8,8%. Ja salīdzina ar nemetāliem, tad tā vieta būs trešā pēc skābekļa un silīcija.
Augstās ķīmiskās aktivitātes dēļ tas nav atrodams tīrā veidā, bet tikai kā daļa no dažādiem savienojumiem. Tā, piemēram, ir daudz rūdu, minerālu, iežu, kas ietver alumīniju. Taču to iegūst tikai no boksītiem, kuru saturs dabā nav pārāk augsts.
Visizplatītākās vielas, kas satur attiecīgo metālu:
- laukšpats;
- boksīti;
- granīti;
- silīcija;
- aluminosilikāti;
- baz alti un citi.
Nelielā daudzumā alumīnijs noteikti ir daļa no dzīvo organismu šūnām. Dažas sūnu sugas un jūras dzīvnieki dzīves laikā spēj uzkrāt šo elementu savā ķermenī.
Saņemt
Alumīnija fizikālās un ķīmiskās īpašības ļauj to iegūt tikai vienā veidā: elektrolīzes ceļā no attiecīgā oksīda kausējuma. Tomēr šis process ir tehnoloģiski sarežģīts. AL2O3 kušanas temperatūra pārsniedz 2000 0C. Šī iemesla dēļ to nevar tieši elektrolizēt. Tātadrīkojieties šādi.
- Boksītus iegūst.
- Notīriet tos no netīrumiem, atstājot tikai alumīnija oksīdu.
- Tad kriolīts ir izkusis.
- Tur pievienojiet oksīdu.
- Šis maisījums tiek elektrolizēts, un tiek iegūts tīrs alumīnijs un oglekļa dioksīds.
Produkta ienesīgums ir 99,7%. Taču ir iespējams iegūt vēl tīrāku metālu, ko izmanto tehniskām vajadzībām.
Pieteikums
Alumīnija mehāniskās īpašības nav pietiekami labas, lai to izmantotu tīrā veidā. Tāpēc visbiežāk tiek izmantoti sakausējumi, kuru pamatā ir šī viela. To ir daudz, mēs varam nosaukt visvienkāršākos.
- Duralumīnijs.
- Alumīnijs-mangāns.
- Alumīnijs-magnijs.
- Alumīnijs-varš.
- Silumins.
- Avial.
To galvenā atšķirība, protams, ir trešo pušu piedevas. Visi no tiem ir izgatavoti uz alumīnija bāzes. Citi metāli padara materiālu izturīgāku, izturīgāku pret koroziju, nodilumizturīgu un kaļamu.
Ir vairākas galvenās alumīnija pielietojuma jomas gan tīrā veidā, gan tā savienojumu (sakausējumu) veidā.
- Mājās izmantojamu stiepļu un folijas izgatavošanai.
- Ēdiena gatavošana.
- Lidaparātu nozare.
- Kuģubūve.
- Būvniecība un arhitektūra.
- Kosmosa industrija.
- Reaktoru celtniecība.
Kopā ar dzelzi un toalumīnija sakausējumi - vissvarīgākais metāls. Tieši šie divi periodiskās sistēmas pārstāvji ir atraduši visplašāko rūpniecisko pielietojumu cilvēka rokās.
Alumīnija hidroksīda īpašības
Hidroksīds ir visizplatītākais savienojums, kas veido alumīniju. Tā ķīmiskās īpašības ir tādas pašas kā pašam metālam – tas ir amfoterisks. Tas nozīmē, ka tam var būt divējāds raksturs, reaģējot gan ar skābēm, gan sārmiem.
Alumīnija hidroksīds pats par sevi ir b altas želatīna nogulsnes. To ir viegli iegūt, alumīnija sāli reaģējot ar sārmu vai amonija hidroksīdu. Reaģējot ar skābēm, šis hidroksīds dod parasto atbilstošo sāli un ūdeni. Ja reakcija norit ar sārmu, tad veidojas alumīnija hidroksokompleksi, kuros tā koordinācijas skaitlis ir 4. Piemērs: Na[Al(OH)4] - nātrija tetrahidroksoalumināts.
