Алюминий – общая характеристика элемента, химические свойства. Алюминий, нахождение в природе Алюминий и его соединения в природе

Одними из самых удобных в обработке материалов являются металлы. Среди них также есть свои лидеры. Так, например, основные свойства алюминия известны людям уже давно. Они настолько подходят для применения в быту, что данный металл стал очень популярным. Каковы же как простого вещества и как атома, рассмотрим в данной статье.

История открытия алюминия

Издавна человеку было известно соединение рассматриваемого металла - Оно использовалось как средство, способное набухать и связывать между собой компоненты смеси, это было необходимо и при выделке кожаных изделий. О существовании в чистом виде оксида алюминия стало известно в XVIII веке, во второй его половине. Однако при этом получено не было.

Сумел же выделить металл из его хлорида впервые ученый Х. К. Эрстед. Именно он обработал амальгамой калия соль и выделил из смеси серый порошок, который и был алюминием в чистом виде.

Тогда же стало понятно, что химические свойства алюминия проявляются в его высокой активности, сильной восстановительной способности. Поэтому долгое время с ним никто больше не работал.

Однако в 1854 году француз Девиль смог получить слитки металла методом электролиза расплава. Этот способ актуален и по сей день. Особенно массовое производство ценного материала началось в XX веке, когда были решены проблемы получения большого количества электроэнергии на предприятиях.

На сегодняшний день данный металл - один из самых популярных и применяемых в строительстве и бытовой промышленности.

Общая характеристика атома алюминия

Если характеризовать рассматриваемый элемент по положению в периодической системе, то можно выделить несколько пунктов.

1. Порядковый номер - 13.
2. Располагается в третьем малом периоде, третьей группе, главной подгруппе.
3. Атомная масса - 26,98.
4. Количество валентных электронов - 3.
5. Конфигурация внешнего слоя выражается формулой 3s 2 3p 1 .
6. Название элемента - алюминий.
7. выражены сильно.
8. Изотопов в природе не имеет, существует только в одном виде, с массовым числом 27.
9. Химический символ - AL, в формулах читается как "алюминий".
10. Степень окисления одна, равна +3.

Химические свойства алюминия полностью подтверждаются электронным строением его атома, ведь имея большой атомный радиус и малое сродство к электрону, он способен выступать в роли сильного восстановителя, как и все активные металлы.

Алюминий как простое вещество: физические свойства

Если говорить об алюминии, как о простом веществе, то он представляет собой серебристо-белый блестящий металл. На воздухе быстро окисляется и покрывается плотной оксидной пленкой. Тоже самое происходит и при действии концентрированных кислот.

Наличие подобной особенности делает изделия из этого металла устойчивыми к коррозии, что, естественно, очень удобно для людей. Поэтому и находит такое широкое применение в строительстве именно алюминий. также еще интересны тем, что данный металл очень легкий, при этом прочный и мягкий. Сочетание таких характеристик доступно далеко не каждому веществу.

Можно выделить несколько основных физических свойств, которые характерны для алюминия.

1. Высокая степень ковкости и пластичности. Из данного металла изготовляют легкую, прочную и очень тонкую фольгу, его же прокатывают в проволоку.
2. Температура плавления - 660 0 С.
3. Температура кипения - 2450 0 С.
4. Плотность - 2,7 г/см 3 .
5. Кристаллическая решетка объемная гранецентрированная, металлическая.
6. Тип связи - металлическая.

Физические и химические свойства алюминия определяют области его применения и использования. Если говорить о бытовых сторонах, то большую роль играют именно уже рассмотренные нами выше характеристики. Как легкий, прочный и антикоррозионный металл, алюминий применяется в самолето- и кораблестроении. Поэтому эти свойства очень важно знать.

Химические свойства алюминия

С точки зрения химии, рассматриваемый металл - сильный восстановитель, который способен проявлять высокую химическую активность, будучи чистым веществом. Главное - это устранить оксидную пленку. В этом случае активность резко возрастает.

Химические свойства алюминия как простого вещества определяются его способностью вступать в реакции с:

• кислотами;
• щелочами;
• галогенами;
• серой.

С водой он не взаимодействует при обычных условиях. При этом из галогенов без нагревания реагирует только с йодом. Для остальных реакций нужна температура.

Можно привести примеры, иллюстрирующие химические свойства алюминия. Уравнения реакций взаимодействия с:

• кислотами - AL + HCL = AlCL 3 + H 2 ;
• щелочами - 2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3Н 2 ;
• галогенами - AL + Hal = ALHal 3 ;
• серой - 2AL + 3S = AL 2 S 3 .

В целом, самое главное свойство рассматриваемого вещества - это высокая способность к восстановлению других элементов из их соединений.

Восстановительная способность

Восстановительные свойства алюминия хорошо прослеживаются на реакциях взаимодействия с оксидами других металлов. Он легко извлекает их из состава вещества и позволяет существовать в простом виде. Например: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

В металлургии существует целая методика получения веществ, основанная на подобных реакциях. Она получила название алюминотермии. Поэтому в химической отрасли данный элемент используется именно для получения других металлов.

Распространение в природе

По распространенности среди других элементов-металлов алюминий занимает первое место. Его в земной коре содержится 8,8 %. Если же сравнивать с неметаллами, то место его будет третьим, после кислорода и кремния.

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.

Получение

Физические и химические свойства алюминия позволяют получать его только одним способом: электролизом расплава соответствующего оксида. Однако процесс этот технологически сложен. Температура плавления AL 2 O 3 превышает 2000 0 С. Из-за этого подвергать электролизу непосредственно его не получается. Поэтому поступают следующим образом.

Выход продукта составляет 99,7 %. Однако возможно получение и еще более чистого металла, который используется в технических целях.

Применение

Механические свойства алюминия не столь хороши, чтобы применять его в чистом виде. Поэтому чаще всего используются сплавы на основе данного вещества. Таких много, можно назвать самые основные.

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

Основное их отличие - это, естественно, сторонние добавки. Во всех основу составляет именно алюминий. Другие же металлы делают материал более прочным, стойким к коррозии, износоустойчивым и податливым в обработке.

Можно назвать несколько основных областей применения алюминия как в чистом виде, так и в виде его соединений (сплавов).

Вместе с железом и его сплавами алюминий - самый важный металл. Именно эти два представителя периодической системы нашли самое обширное промышленное применение в руках человека.

Свойства гидроксида алюминия

Гидроксид - самое распространенное соединение, которое образует алюминий. Свойства химические его такие же, как и у самого металла, - он амфотерный. Это значит, что он способен проявлять двойственную природу, вступая в реакции как с кислотами, так и со щелочами.

Сам по себе гидроксид алюминия - это белый студенистый осадок. Получить его легко при взаимодействии соли алюминия с щелочью или При взаимодействии с кислотами данный гидроксид дает обычную соответствующую соль и воду. Если же реакция идет с щелочью, то формируются гидроксокомплексы алюминия, в которых его координационное число равно 4. Пример: Na - тетрагидроксоалюминат натрия.

Само название металла «алюминий» произошло от латинского слова «Аluminium». Химический символ рассматриваемого элемента является набором из двух первых букв названия - «Al », в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева он находится в третьей группе, имеет атомный номер тринадцать и атомную массу 26,9815.

Давайте рассмотрим основные химические свойства элемента. Алюминий представляет собой легкий, мягкий металл бело-серебристого цвета. Он довольно быстро окисляется, обладает удельной плотностью 2,7 г/ см³ и температурой плавления равной 660 градусам по Цельсию.

Алюминий является самым распространенным в земной коре металлом и находится на третьем месте по распространенности среди всех атомов после таких веществ, как кислород и кремний. В природе рассматриваемый химический элемент представлен одним лишь стабильным нуклидом « 27 Al ». Искусственным путем были получены различные радиоактивные изотопы алюминия, из которых самым долгоживущим является « 26 Al », период его полураспада составляет целых 720 тысяч лет.

Как уже было отмечено выше, алюминий является самым распространенным металлом в земной коре нашей планеты и занимает третье место среди всех известных химических элементов земной коры. Хотелось бы заметить, что на долю данного металла приходится около восьми процентов состава вообще всей земной коры.

В настоящее время промышленная добыча алюминия в основной своей части проводится методом переработки бокситной руды. На всем земном шаре каждый год добывается от восьмидесяти до девяноста миллионов тонн бакситной руды. Не многим меньше тридцати процентов от мирового объема добычи приходится на Австралию, а пятнадцать процентов разведанных мировых запасов бокситной руды приходится на Ямайку. При сохранении нынешнего уровня международного потребления и производства алюминия, существующих разведанных запасов металла будет вполне достаточно для удовлетворения потребностей человечества на несколько сотен лет.

Если рассмотреть все существующие на сегодняшний день металлы, можно заметить, что алюминий имеет наиболее разностороннее применение в самых разных отрасляхпромышленности. Давайте рассмотрим подробно, в каких производствах наиболее часто используют алюминий как металл.

Довольно широко алюминий используется в машиностроительной отрасли. Всем известно, что из данного металла изготавливают самолеты, кроме того металл используют в производстве автомобилей, морских и речных судов, изготовлении деталей для других машин и оборудования.

В химической отрасли промышленности алюминий используется в качестве так называемого восстановителя. В строительной сфере данный металл широко применяется при изготовлении оконных рам, а также входных и межкомнатных дверей, элементов отделки, других элементов.

Алюминий используется и в пищевой отрасли промышленности в качестве вспомогательного материала при изготовлении упаковочных изделий. Кроме всего прочего алюминий широко используется при изготовлении товаров для быта, например, алюминиевые столовые приборы (ложки, вилки, кухонные ножи), или алюминиевая фольга, предназначенная для хранения продуктов питания и другие товары.

История

Само название металла «Алюминий» произошло от латинского «aluminium», которое в свою очередь произошло от латинского слова «alumen». Так в древности назвали квасцы, представляющие собой сульфат калия и алюминия, химическая формула которых имеет вид KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O. Эти квасцы долгое время использовались в качестве вспомогательного средства для выделки и обработки кожи, а также в качестве вяжущего средства.

Алюминий обладает высокой химической активностью, именно поэтому для того, чтобы отрыть и выделить чистый алюминий понадобилось примерно около ста лет. Еще в конце восемнадцатого века, в 1754 году немецкий ученый-химик А. Маргграф сделал вывод о том, что из квасцов может быть получено твердое тугоплавкое вещество, другими словами оксид алюминия. Маргграф описывал это немного другими словами, оно говорил, что вполне реально получить из квасцов «землю» (в то время так и называли твердое тугоплавкое вещество). Немного позднее стало известно, что точь-в-точь такая же «земля» может быть получена и из самой обыкновенной глины, в результате чего эту «землю» начали называть глиноземом.

Алюминий как металл люди сумели получить лишь в 1825 году. Первооткрывателем в данной сфере стал датский ученый-физик Х. К. Эрстед. Он обработал сплавом калия и ртути (в химии данная смесь называется амальгамой натрия) вещество AlCl 3 , т.е. хлорид алюминия. Такое вещество можно было получить из обыкновенного глинозема. По завершении эксперимента Эрстед просто осуществил отгонку ртути, после чего удалось выделить порошок алюминия, имеющий серый оттенок.

Более четверти века данный способ был единственно возможным в мире методом получения металлического алюминия, но чуть позже удалось его модернизировать. В 1854 году французский ученый-химик А. Э. Сент-Клер Девиль предложил собственный метод получения алюминия как металла. При выделении алюминия он использовал металлический натрий, из которого удавалось получать совершенно новый металл, так и появились первые в истории слитки настоящего металлического алюминия. В то время алюминий стоил очень дорого, данный металл считался драгоценным и из него изготавливали различные ювелирные украшения и дорогие аксессуары.

Промышленное получение алюминия началось еще позже, лишь в самом конце 19 века. В 1886 году французский ученый П. Эру и американский ученый Ч. Холл независимо друг от друга разработали и предложили промышленный метод производства алюминия как металла путем процесса электролиза расплава сложных химических смесей, включающих в себя фторид и оксид алюминия, а также другие вещества.

Но в конце девятнадцатого века электричество еще не использовалось настолько широко, чтобы позволить развернуться алюминиевой промышленности во весь размах, ведь процесс производства алюминия требует огромных затрат электроэнергии. Именно этот фактор стал причиной оттягивания широкого индустриального производства алюминия еще на несколько десятков лет. На промышленном уровне алюминий начали получать только в двадцатом веке.

На нашей родине Алюминий начали добывать немного позже, чем на Западе. Произошло это во времена сталинского режима и промышленного прогресса экономики Советского Союза. 14 мая 1932 года впервые в СССР был промышленным путем получен первый индустриальный алюминий. Произошло это знаменательное событие на Волховском алюминиевом комбинате, который был построен прямо возле Волховской гидроэлектростанции. С тех пор алюминий широко производится во многих странах мира и не менее широко используется в самых разных сферах жизни современного общества.

Нахождение в природе

Алюминий является одним из самых распространенных веществ на нашей планете. Среди всех известных на сегодняшний день металлов, находящихся в земной коре, он находится на первом месте, а среди всех химических элементов земной коры он занимает третье место, уступая лишь кислороду и кремнию. На долю алюминия приходится примерно 8,8 процентов от общей массы земной коры.

Алюминия на Земле в два раза больше чем железа, в триста пятьдесят раз больше чем вместе взятых меди, хрома, цинка, свинца и олова. Алюминий входит в состав огромнейшего количества самых разных минералов, основную часть из которых составляют алюмосиликаты и горные породы. Соединения алюминия как химического элемента содержат глины, базальты, а также граниты, полевые шпаты и другие природные образования.

При всем многообразии пород и минералов, в которых содержится алюминий, главным сырьем для промышленного уровня производства алюминия являются лишь бокситы, месторождения которых встречаются очень и очень редко. На территории Российской Федерации подобные месторождения можно найти только в Сибири и на Урале. Кроме того, промышленное значение имеют нефелины и алуниты.

Важнейшим на сегодня минералом алюминия является боксит, представляющий собой смесь основного оксида, химическая формула которого AlO(OH) с гидроксидом, химическая формула Al(OH) 3 . Самые крупные месторождения бокситов располагаются в таких странах, как Австралия (около 30% мировых запасов), Ямайка, Бразилия и Гвинея. Промышленная добыча бокситов ведется и в других странах мира.

Довольно богат алюминием алунит (так называемый квасцовый камень), химическая формула которого выглядит следующим образом (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH), а также нефелин химическая формула (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 . Но известно еще более двухсот пятидесяти минералов, в составе которых присутствует алюминий. Большинство этих минералов составляют алюмосиликаты, из которых в большей степени и образована земная кора нашей планеты. При выветривании данных минералов образуется глина, в основе которой содержится минерал каолинит, химическая формула которого имеет вид Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O. В глине обычно присутствуют примеси железа, которые придают ей буроватый цвет, но иногда встречается и чистая белая глина, которая называется каолин. Такая глина широко применяется при изготовлении различных изделий из фарфора, а также фаянсовых изделий.

Исключительно редко встречается очень твердый минерал корунд, уступающий по твердости лишь алмазу. Минерал представляет собой кристаллический оксид, имеет химическую формулу Al 2 O 3 , часто он бывает окрашен за счет примесей других элементов в различные цвета. Существует синяя разновидность данного минерала, которая получила свою окраску по причине наличия примесей железа и титана, это всем известный драгоценный камень сапфир. Корунд с красной примесью называют рубином, он получил такой цвет за счет примеси хрома. Различные примеси могут окрасить так называемый благородный минерал корунд и в другие цвета, среди которых зеленый, желтый, фиолетовый, оранжевый, а также другие самые разные цвета и оттенки.

Алюминий как микроэлемент может присутствовать в тканях жителей нашей планеты: растений и животных. В природе встречаются существа с организмами-концентраторами алюминия, они накапливают металл в некоторых своих органам. К таким организмам можно отнести плаунов и некоторых моллюсков.

Применение

Алюминий и его сплавы занимают второе место по применению, уступая лишь железу и его сплавам. Широкое применение алюминия в различных сферах во многом связано с его уникальными свойствами: малая плотность, коррозийная стойкость в воздухе, высокая электро- и теплопроводность, а также сравнительно высокая прочность. Алюминий легко поддается обработке: штамповка, ковка, прокатка и т.д.

Электропроводность алюминия довольно высока (65,5% электропроводности меди) высокая прочность, поэтому из чистого алюминия изготавливают проволоку и фольгу для упаковки. Но основную часть алюминия расходуют для изготовления сплавов. Сплавы алюминия имеют высокую плотность, хорошую коррозийную стойкость, тепло- и электропроводность, пластичность, жаропрочность. На поверхность таких сплавов можно легко нанести декоративные или защитные покрытия.

Разнообразие сплавов из алюминия обусловлено различными добавками, образующими с ним интерметаллические соединения или растворы. Основная часть алюминия используется при изготовлении легких сплавов: силумина, дуралюмина и др. Такой сплав после закалки становится около 7 раз прочнее чистого алюминия и легче железа в три раза. Его производят путем сплава алюминия с медью, магнием, марганцем, кремнием и железом.

Широко используются силумины, т.е. сплавы алюминия с кремнием. Также производятся жаропрочные и криогенные сплавы. Необыкновенная легкость и прочность сплавов из алюминия очень пригодилась при производстве летательных аппаратов. К примеру, из сплава алюминия с магнием и кремнием делают вертолетные винты. Алюминиевая бронза (11% алюминия) обладает высокой устойчивостью не только в морской воде, но и в соляной кислоте. В Советском Союзе с 26 по 57 гг. из такого сплава чеканили монеты достоинством от 1 до 5 копеек. В металлургии алюминий применяют как основу для сплавов, а также как легирующую добавку в сплавах на основе магния, железа, меди, никеля и т.д.

Алюминиевые сплавы широко применяются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении, автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Из сплава алюминия был изготовлен первый на Земле искусственный спутник. Циркалой - сплав алюминия циркония – широко применяется в ядерном ракетостроении. Алюминий применяют и при производстве взрывчатки. Литая смесь из тринитротолуола и алюминиевого порошка, т.е. алюмотол, является одним из самых мощных взрывчатых промышленных веществ. Зажигательные составы кроме алюминия содержат окислитель перхлорат, нитрат. Пиротехнический состав «Звездочки» также включает в себя алюминий. Термит, т.е. смесь алюминиевого порошка с оксидами других металлов, применяется для получения различных сплавов и металлов, в зажигательных боеприпасах, для сварки рельс.

Стоит отметить возможность окрашивания оксидной пленки алюминия на поверхности металла, которые получают электрохимическим способом. Такой алюминий называют анодированным. Анодированный алюминий напоминающий внешне золото и служит материалом для изготовления бижутерии.

Применяя изделия из алюминия в быту нужно понимать, что хранить в алюминиевой посуде или нагревать в ней можно только жидкости с нейтральной кислотностью, например воду. Если же в алюминиевой кастрюле сварить кислые щи, пища приобретет малоприятный металлический привкус. Поэтому использование посуды из алюминия не желательно.

Около четверти всего производимого в мире алюминия приходится на строительство, столько же на транспортное машиностроение, около 15% идет на изготовление упаковочных материалов, и десятая часть расходуется в радиоэлектронике.

Производство

Чарльз Мартин Холл еще в 1886 году открыл современный способ производства алюминия. В возрасте16-ти лет он услышал, как его учитель Ф.Ф.Джуэтт сказал, что человек, открывший дешевый способ производства алюминия станет не только безумно богатым, но и сделает огромную услугу всему человечеству. Джуэтт показал своим ученикам небольшой образец ербристого металла, после чего Чарлз Мартин Холл заявил, что найдет способ его получения.

На протяжении шести лет Холл работал с алюминием, перепробовав все способы, но безрезультатно. Наконец он решил воспользоваться электролизом. Электростанций в то далекое время еще не было, поэтому электрический ток получали из огромных угольно-цинковых батарей с серной и азотной кислотами. Холл устроил в своем сарае небольшую лабораторию. Его сестра Джулия всячески помогала брату, ей удалось сохранить все его записи, благодаря которым открытие можно проследить по дням.

Самым трудным в работе был подбор электролита, а также защита алюминия от окисления. Спустя полгода изнурительной работы наконец-таки удалось добыть несколько шариков металла. Под действием эмоций Холл немедленно прибежал к своему уже бывшему преподавателю и показал ему серебристые шарики со словами «Я получил его!». Этот случай произошел 23.02.1886г. Как бы это ни показалось странным, но француз Поль Эру через два месяца после этой даты взял патент на изобретение. На самом деле они не зависимо друг от друга практически одновременно открыли способ получения алюминия. Что интересно, года рождения и смерти этих ученых также совпадают.

Тот первый десяток шариков, которые удалось произвести Холлу, хранится в Питтсбурге в Американской Алюминиевой компании. Данный предмет считается национальной реликвией. В Питтсбургском колледже стоит памятник холлу, отлитый из алюминия.

21-летний ученый, как и предсказывал его учитель, получил всемирное признание, стал знаменитым и богатым человеком. Все у него было хорошо, только не в личном плане. Невеста Холла не могла смириться с тем, что ее жених все время проводит в лаборатории, и в последствии расторгнута помолвку, так и не выйдя замуж. После этого Холл вернулся в родной колледж, где работал вплоть до конца жизни. Говорили, что колледж для Холла был и матерью, и женой, и детьми. Чарльз Мартин Холл завещал родному колледжу большую половину своего наследства, а именно 5000000 долларов (в то время это была просто космическая сумма). Холл умер от лейкемии, когда ему был 51 год.

Метод, разработанный Холлом и Эру, позволил получать огромное количество алюминия при помощи электричества. Сравнительно недорогой метод довольно скоро вышел на промышленный уровень. Если сравнить, сколько алюминия было получено до и после открытия, все сразу станет ясно. С 1855 по 1890 год было произведено всего 200 тонн метала, тогда как с 1890 до 1900 по методу Чарльза Мартина Холла во всем мире получили уже 28000 тонн металла. К началу 30-х годов ХХ века мировое производство алюминия за год достигало цифры 300 тысяч тонн. На сегодняшний день каждый год производится около 15 миллионов тонн алюминия.

В специально предназначенных ваннах при температуре около 965 °С технический Al2O3 (раствор глинозема) подвергают электролизу в Na3AlF6, т.е. расплавленном криолите, который синтезируют частично или добывают в виде минерала. На дне ванны накапливается жидкий алюминий (катод), а на внутренних анодах, которые постепенно обгорают, выделяется кислород. Если напряжение будет низким и составит около 4,5 В, потребление тока будет равно примерно 250 тысячам А. Для получения 1 тонны алюминия требуется 1 сутки и 15 тысяч кВ/ч электричества. Для сравнения, трехподъездному девятиэтажному дому этой энергии хватило бы более чем на месяц. На производстве алюминия образуются летучие соединения, поэтому получение металла считается экологически опасным производством.

Физические свойства

С точки зрения общих физических свойств алюминий представляет собой типичный металл. Его кристаллическая решетка является кубической, гранецентрированной. Параметр металла а равен 0,40403 нм. Температура плавления алюминия в чистом виде составляет 660 градусов по Цельсию, температура кипения металла равна 2450 градусам по Цельсию, плотность вещества составляет 2,6989 грамм на метр кубический. У рассматриваемого металла температурный коэффициент линейного расширения равен примерно 2,5·10 -5 К -1 . Алюминий обладает стандартным электронным потенциалом, который можно представить как Al 3+ /Al-1,663В.

Исходя из массы металла, можно заявить, что алюминий является одним из самых легких металлических веществ на планете. Легче его только такие металлы, как магний и бериллий, а также щелочноземельные и щелочные металлы, за вычетом бария. Расплавить алюминий довольно просто, для этого необходимо нагреть металл до температуры 660 градусов по Цельсию. К примеру, тонкую алюминиевую проволоку можно расплавить на обыкновенной конфорке простой домашней газовой плиты. Но вот достичь температуры кипения намного сложнее, алюминий начинает закипать лишь при достижении 2452 градусов Цельсия.

По своим электропроводящим свойствам алюминий занимает четвертое место среди всех остальных металлов. Он уступает серебру, которое, к стати, находится на первом месте, а также уступает меди и золоту. Данный факт обуславливает широкое практическое применение металла, что во многом обусловлено его относительной дешевизной. В точно таком же порядке меняется и теплопроводность вышеописанных металлов. В способности алюминия быстро проводить тепло довольно легко убедиться на практике, для этого достаточно просто опустить в горячий чай или кофе алюминиевую ложку, при этом Вы сразу почувствуете, насколько быстро ложка нагрелась.

Еще одним редким, а во многом и уникальным свойством алюминия является его отражающая способность. Ровная отполированная блестящая поверхность металла отлично отражает световые лучи. Отражается от восьмидесяти до девяноста процентов света в видимой области спектра, точная цифра во многом зависит от длины самой волны. В области ультрафиолетового излучения алюминию вообще нет равных среди других металлов, здесь его отражающие способности просто уникальны. К примеру, серебро, именно в ультрафиолете обладает очень низкой отражательной способностью. А вот в ультракрасной области алюминий по своим отражающим способностям уступает серебру.

Чистый алюминий, лишенный всяческих примесей, является довольно мягким металлом. Хотелось бы отметить, что он примерно втрое мягче той же меди. Именно поэтому довольно толстые алюминиевые стержни или планки удивительно легко сгибаются без применения особых усилий. Но это лишь в чистом виде, в некоторых из десятков известных сплавов алюминия твердость металла возрастает в разы и даже в десятки раз.

Кроме всего прочего алюминий имеет очень низкую подверженность коррозийным воздействиям внешней среды.
Алюминий и его сплавы по способу получения можно разделить на три вида:

• - деформируемые;
• - подвергаемые обработке давлением;
• - литейные, которые используются в виде фасонного литья.

• - термически не упрочняемые;
• - термически упрочняемые.

За вычетом вышеописанных классификаций сплавы алюминия можно разделить и по системам легирования.

Химические свойства

Алюминий - довольно активный металл. Антикоррозийные свойства алюминия обусловлены тем, что на воздухе он покрывается толстой оксидной пленкой Al 2 О 3 , препятствующей дальнейшему проникновению кислорода. Пленка также образуется, если металл поместить в концентрат азотной кислоты.

Степень окисления, характерная алюминию равна +3. Но алюминий способен образовывать и донорно-акцепторные связи за счет незаполненных 3d- и 3р-орбиталей. Именно поэтому такой ион, как Al3+ склонен к комплексообразованию, и образует анионные и катионные комплексы: AlF 6 3- , AlCl 4 - , Al(OH) 4 - ,Al(OH) 6 3- и многие другие. Существуют и комплексы с органическими соединениями.

По своей химической активности алюминий находится сразу за магнием. Это может показаться странным, ведь изделия из алюминия не разрушаются ни на воздухе, ни в кипящей воде, в отличие от железа алюминий не ржавеет. Но все это обусловлено наличием защитной оксидной оболочки алюминия. Если на горелке начать нагревать тонкую до 1мм пластинку металла, он будет плавиться, но течь не станет, т.к. всегда находится в оксидной оболочке. Но если лишить алюминий его защитной «брони», чего можно достичь путем погружения в раствор из ртутных солей, он сразу начинает проявлять свою «слабость». Даже при комнатной температуре он энергично реагирует с водой, выделяя водород 2Al + 6H 2 O -> 2Al(OH) 3 + 3H 2 . А, находясь на воздухе, алюминий, лишенный защитной пленки, просто превращается в порошок 2Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3 . В раздробленном состоянии алюминий особенно активен, пыль металла моментально сгорает на огне. Если взять и смешать пыль алюминия с пероксидом натрия, а затем капнуть водяную смесь, алюминий легко вспыхнет и сгорит белым пламенем.

Благодаря своей плотной связи с кислородом, алюминий может буквально «отнимать» кислород у оксидов других металлов. Например, термитная смесь. При ее горении выделяется так много тепла, что при этом полученное железо начинает плавиться 8Al + 3Fe 3 O 4 -> 4Al 2 O 3 + 9Fe. Данным методом восстанавливаются до металлов CoO, Fe 2 O 3 , NiO, V 2 O 5 , MoO 3 и ряд других оксидов. Однако при алюминотермии оксидов Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , B 2 O 3 теплоты реакции не хватает для достижения температуры плавления продуктов реакции.

Алюминий может легко растворяться в минеральных кислотах, образуя соли. Концентрат азотной кислоты способствует утолщению пленки из оксида металла, после такой обработки алюминий перестает реагировать даже на воздействие соляной кислоты. При помощи анодирования на поверхности металла образуется толстая пленка, которую можно легко окрасить в различные цвета.

Реакция 3CuCl 2 + 2Al -> 2AlCl 3 + 3Cu проходит довольно легко, в результате образуется много тепла, все это обусловлено быстрым разрушением защитной пленки за счет хлорида меди. При сплавлении металла со щелочами, образуются так называемые безводные алюминаты: Al 2 O 3 + 2NaOH -> 2NaAlO 2 + H 2 O. Существует и полудрагоценный алюминат Mg(AlO2)2, это камень шпинель.

Алюминий вступает в бурную реакцию с галогенами. Если в 1 мл брома поместить тонкую проволоку из алюминия, она через какое-то время ярко загорится. Если смешать порошки алюминия и йода, реакцию можно инициировать каплей воды, после чего можно заметить яркое пламя и фиолетовый дым от йода. Галогены алюминия всегда имеют кислую реакцию AlCl 3 + H 2 O -> Al(OH)Cl 2 + HCl, что обусловлено гидролизом.

С азотом алюминий вступает в реакцию лишь при температуре 800°С, при этом образуется нитрид AlN, с фосфором при температуре 500° С, при этом образуется фосфид AlP. С серой реакция начинается при достижении 200°С, при этом образуется сульфид Al 2 S 3 . Бориды AlB 2 и AlB 12 образуются при добавлении бора в расплавленный алюминий.

История открытия элемента

Документально зафиксированное открытие алюминия произошло в 1825. Впервые этот металл получил датский физик Ганс Христиан Эрстед, когда выделил его при действии амальгамы калия на безводный хлорид алюминия (полученный при пропускании хлора через раскаленную смесь оксида алюминия с углем). Отогнав ртуть, Эрстед получил алюминий, правда, загрязненный примесями. В 1827 немецкий химик Фридрих Вёлер получил алюминий в виде порошка восстановлением гексафторалюмината калием. Современный способ получения алюминия был открыт в 1886 молодым американским исследователем Чарльзом Мартином Холлом. (С 1855 до 1890 было получено лишь 200 тонн алюминия, а за следующее десятилетие по методу Холла во всем мире получили уже 28000т. этого металла) Алюминий чистотой свыше 99,99% впервые был получен электролизом в 1920г. В 1925 г. в работе Эдвардса опубликованы некоторые сведения о физических и механических свойствах такого алюминия. В 1938г. Тэйлор, Уиллей, Смит и Эдвардс опубликовали статью, в которой приведены некоторые свойства алюминия чистотой 99,996%, полученного во Франции также электролизом. Первое издание монографии о свойствах алюминия вышло в свет в 1967г. Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978г. в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий - в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). В лунном грунте, доставленном на Землю из районов морей Кризисов и Изобилия, также удалось обнаружить самородный алюминий.

Историческая справка

Название Алюминий происходит от лат. alumen - так еще за 500 лет до н. э. назывались алюминиевые квасцы, которые применялись как протрава при крашении тканей и для дубления кожи. Датский ученый X. К. Эрстед в 1825, действуя амальгамой калия на безводный АlСl 3 и затем отгоняя ртуть, получил относительно чистый Алюминий. Первый промышленного способ производства Алюминия предложил в 1854 французский химик А. Э. Сент-Клер Девиль: способ заключался в восстановлении двойного хлорида Алюминия и натрия Na 3 AlCl 6 металлическим натрием. Похожий по цвету на серебро, Алюминий на первых порах ценился очень дорого. С 1855 по 1890 годы было получено всего 200 т Алюминия. Современный способ получения Алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава разработан в 1886 году одновременно и независимо друг от друга Ч. Холлом в США и П. Эру во Франции

Распространение Алюминия в природе

По распространенности в природе Алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния и 1-е - среди металлов. Его содержание в земной коре составляет по массе 8,80% . В свободном виде Алюминий в силу своей химической активности не встречается. Известно несколько сотен минералов Алюминия, преимущественно алюмосиликатов. Промышленное значение имеют боксит, алунит и нефелин. Нефелиновые породы беднее бокситов глиноземом, но при их комплексном использовании получаются важные побочные продукты: сода, поташ, серная кислота. В СССР разработан метод комплексного использования нефелинов. Нефелиновые руды в СССР образуют, в отличие от бокситов, весьма крупные месторождения и создают практически неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности.

Конспект урока по химии в 9 классе.

Тема: Алюминий. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия. Оксид и гидроксид, их амфотерность.

Тип урока: изучение нового материала.

Цели урока. Рассмотреть электронное строение атома алюминия. Изучить основные физические и химические его характеристики. Распространенность и важнейшие соединения алюминия. Показать значение и области применения алюминия. Воспитывать чувство порядочности, честности; продолжать формировать диалектико-материалистическое мировоззрение учеников. Формировать навыки составления уравнений химических реакций с участием простых веществ. Показать практическое значение химических знаний.

Ход урока.

Проверка домашнего задания.

Что такое жесткость воды?

Какие виды жесткости воды вам известны?

Способы устранения жесткости.

Проблемный вопрос: жесткая вода – это плохо или хорошо для человека?

Затем класс выполняет небольшую тестовую самостоятельную работу:

Для устранения временной жесткости воды (наличие гидрокарбонатов) можно применить … и …:

А) карбонат натрия; б) гидроксид кальция ; в) хлорид натрия;

Г) соляная кислота.

2. Устранить временную жесткость воды можно, если провести реакцию:

А) карбонат кальция + серная кислота;

Б) карбонат кальция + вода + углекислый газ;

В) гидрокарбонат кальция + гидроксид кальция;

Г) гидроксид кальция + серная кислота.

2. Актуализация знаний и изучение нового материала.

При изучении нового материала не должны возникнуть затруднения, поэтому урок следует построить так, чтобы учащиеся самостоятельно раскрыли содержание данной темы. Нужно принять во внимание, что часть сведений, которые даются о нем в учебнике, известны учащимся из курса химии 8 класса и поэтому эти свойства должны изучаться в порядке повторения.

На столе лежит коробка, а в ней – алюминиевая ложка.

Добрый день! Сегодня нам предстоит знакомство с химическим элементом и простым веществом, но каким именно вам нужно угадать. Даю вам подсказку, скажу несколько первых вступительных слов об этом веществе.

«Веллер получает несколько граммов нового металла. Вслед за ним другой ученый с помощью натрия получает килограмм, а позже тонны нового металла. Но металл стоил также дорого, как и серебро. Французы изготовили из него кирасы охранникам Наполеона и игрушки наследнику его Величества. В коробке изделие из этого металла».

Какое изделие из этого металла находится в коробке (Ответ: алюминиевая ложка).

Итак, тема нашего урока – «Алюминий. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия. Оксид и гидроксид, их амфотерность».

Алюминий – самый распространенный металл на земле. Изучать мы его будем поэтапно.

План изучения нового материала.

Алюминий – как химический элемент.

Положение в ПСХЭ.

Строение атома.

Нахождение в природе.

Алюминий – как простое вещество.

История открытия.

Физические свойства.

Химические свойства.

Получение.

Применение.

1.Положение в ПСХЭ.

Алюминий находится в 3А-группе, 3-ем периоде.

Строение атома.

(смотреть страницы 125-126 учебника).

Заряд ядра +13, три электронных слоя, на внешнем слое 3 электрона. В результате распаривания 3-с2-электронов получаются три неспаренных электрона, поэтому алюминий в соединениях проявляет степень окисления +3.

Сопоставляя строение атомов натрия, магния, алюминия мы делаем вывод об относительной химической активности этих металлов. Происходит увеличение заряда ядра и усиление прочности связи между валентными электронами и ядром у атомов в такой последовательности: натрий, магний, алюминий. Следовательно, химическая активность этих металлов должна убывать в таком же порядке: натрий, магний, алюминий.

Нахождение в природе.

(смотреть схему 17 на странице 127 учебника).

В природе алюминий существует в виде бокситов, каолина, нефелина, корунда, полевого шпата. Алюминий – третий по распространенности элемент в земной коре. Он встречается только в соединениях. Важнейшие из них указаны в этой схеме. Запишите их формулы и названия в тетради.

Месторождения алюминиевого сырья имеются на Урале, в Казахстане, Сибири и Башкирии.

Простое вещество – алюминий.

История открытия.

Алюминий также входит в состав квасцов, глинозема, криолита.

Я хочу рассказать историю открытия алюминия. Однажды к римскому императору Тиберию пришел незнакомец. В дар императору он преподнес изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно легкого металла. Мастер поведал, что этот никому не известный металл он сумел получить из глинистой земли. Должно быть, чувство благодарности редко обременяло Тиберия, да и правителем он был недальновидным. Боясь, что новый металл с его прекрасными свойствами обесценит хранившееся в казне золото и серебро, он отрубил изобретателю голову, а его мастерскую разрушил, чтобы никому не хотелось быльше заниматься производством «опасного металла». Спустя полторы тысячи лет в историю алюминия была вписана новая страница. Это сделал талантливый немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс Филипп.

По свидельству античных историков и писателей, квасцы (на латыни «алюмен») добывали во многих местностях античного мира. Уже в далекие времена применяли для протравки и крашения тканей. В начале нашей эры полководец Архелай во время войны римлян с персами велел обмазать свои деревянные башни квасцами и тем самым сделал их настолько огнестойкими, что все попытки сжечь их закончились неудачей.

Основание, соответствующее квасцам, - глинозем, было получено в 1754 году.

Алюминий входит в состав многих ценных камней: рубина, сапфира, изумруда, шпинели, бирюзы. Яхонт – старинное русское название рубина.

Красный рубин и синий сапфир в древности и в Средневековье считались целебными камнями:

«Рубин лечит сердце, мозг, силу и память человека, сапфир сохраняет и множит мужество, очищает глаза, укрепляет мускулы». Рубин теперь не только предмет роскоши, он стал камнем-тружеником. Если открыть крышку часов, то можно увидеть крохотные красивые камешки. Это и есть опорные рубиновые камни. Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах.

Как давно известен алюминий?

В Китае есть гробница известного полководца Чжоу-Чжу, умершего в начале 3-го века. Сплав, из которого древние мастера выполнили орнамент на гробнице, содержит 85 % алюминия. Но каким же образом в 3-ем веке удалось получить этот металл? Ведь с электричеством человек был знаком разве что по молниям!

Может, в те далекие времена существовал какой-то иной способ получения алюминия, который, к сожалению, потерялся в веках.

Физические свойства.

Алюминий – металл и поэтому имеет металлическую кристаллическую решетку. Цвет – серебристо-белый, так как он всегда покрыт тончайшей оксидной пленкой. Алюминий – легкий и пластичный металл.

Плотность – 2700 кг на метр кубический, температура плавления – 660 градусов Цельсия. Имеет малую плотность, поэтому легко поддается прокату и другим видам механической обработки.

По электропроводности алюминий занимает 4-е место после меди, серебра, золота. Все эти свойства открыли алюминию путь в современное транспортное машиностроение и электротехнику. Используются различные сплавы алюминия, из них нужно особо отметить замечательные свойства дюраля (дюралюминия), который при малой плотности обладает механическими свойствами стали.

Химические свойства.

При характеристике химических свойств алюминия нужно учесть, что учащимся уже известен амфотерный характер его оксида и гидроксида. Так как алюминий находится в 3-ей группе и является переходным элементом. В этом и состоит двойственность его химических свойств. Его оксид и гидроксид имеют амфотерный характер; они реагируют и с кислотами и с щелочами.Сам металл тоже имеет амфотерный характер и растворяется как в кислотах, так и в щелочах. Обычно применение активных металлов в чистом виде ограниченно, из-за их высокой химической активности.

Алюминий – единственный очень активный металл, который широко используется в быту в чистом виде (не считая сплавов). Этот факт объясняется очень просто – алюминий покрыт тонкой, но очень прочной пленкой своего оксида, какой нет у большинства других металлов.

Забегая немного вперед, сообщаем, что оксид алюминия используется как абразивный материал в виде наждака и корундовых кругов. Другие металлы также покрыты оксидной пленкой, но эта пленка рыхлая, не прочная, поэтому эти металлы быстро корродируют, разрушаются и т.д.

Учащиеся работают с учебником на странице 127-129. Учитель пишет на доске, а ученики в тетради уравнения химических свойств алюминия, а также его оксида и гидроксида.

Окисляется кислородом, образуя оксид;

С галогенами образует соли;

С раствором кислот – соль;

Если избавиться от оксидной пленки, то реагирует водой – гидроксид алюминия и водород;

С серой – сульфид;

С солями ведет себя как восстановитель – алитирование;

С щелочами – комплексная соль и водород(тетрагидроксоалюминат натрия).

Химические свойства оксида алюминия и гидроксида алюминия (с.129). 1) + кислота – соль и вода;

2) +щелочь – комплексная соль.

4. Получение.

Основной промышленный способ получения алюминия – электролиз расплава глинозема (оксида алюминия) в криолите (фторид натрия*фторид алюминия):

Оксид алюминия – алюминий + кислород (электрический ток; расплав).

Немецкий химик Ф. Веллер в 1827 году получил алюминий в лаборатории. Он нагревал хлорид алюминия с щелочными металлами калием или натрием без доступа воздуха:

Хлорид алюминия + калий – хлорид калия + алюминий.

Для промышленного получения эти методы экономически невыгодны, поэтому был разработан электрохимический метод получения алюминия из бокситов.

5.Применение алюминия.

Из алюминия изготавливают 50000 изделий. Каждый из нас сталкивается с алюминием ежедневно: вилки, ложки, кастрюли, столы, стулья. Очень широкое применение нашли сплавы алюминия, благодаря своим свойствам. На сегодняшний день создан оригинальный сплав алюминия с цинком. Сохраняя все преимущества металла, сплав имеет удивительную пластичность: брусок из него уже при слабом нагревании можно растянуть в 10 раз! Такие «резиновые» материалы представляют интерес прежде всего для авиастроения. Алюминий называют «самолетным» металлом, т.к. он широко применяется в самолетостроении. Из него делают фольгу для шоколада и для других целей. Входит в состав рубинов, сапфиров, глины. Используется в виде наждачных камней – абразивный материал.

Биологическая роль алюминия: входит в состав межклеточных растворов и тканей живых организмов. Больше всего алюминия, в основном в связанном виде с белками, концентрируется в мозге, печени и легких. Из растений наиболее богаты алюминием перец, огурцы, абрикосы и черная смородина. Однако избыток алюминия в пище оказывает вредное влияние на организм.

Можно продолжить этот бесконечный список по применению алюминия. Я думаю, ребята, вы и сами знаете еще какие-то области применения алюминия. На основе его свойств мы и определили сферы применения алюминия.

Подведение итогов.

Алюминий – активный металл, реагирует с неметаллами, кислотами и щелочами; благодаря своим физическим свойствам и наличию защитной оксидной пленки широко применяется в технике и быту.

Домашнее задание.

1.Рефераты об алюминии.

2.Параграф № 42 и вопросы к нему.

Цели урока: рассмотреть распространение алюминия в природе, его физические и химические свойства, а также свойства образуемых им соединений.

Ход работы

2. Изучение нового материала. Алюминий

Главную подгруппу III группы периодической системы со­ставляют бор (В),алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).

Как видно из приведенных данных, все эти элементы были открыты в XIXстолетии.

Открытие металлов главной подгруппы III группы

Бор представляет собой неметалл. Алюминий - переход­ный металл, а галлий, индий и таллий - полноценные метал­лы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свой­ства простых веществ усиливаются.

В данной лекции мы подробнее рассмотрим свойства алюминия.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ОБЩАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 81

Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.

учитель химии

МБОУ ООШ №81

2013г

Тема урока: Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.

Цели урока: рассмотреть распространение алюминия в природе, его физические и химические свойства, а также свойства образуемых им соединений.

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала. Алюминий

Главную подгруппу III группы периодической системы составляют бор (В), алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).

Как видно из приведенных данных, все эти элементы были открыты в XIXстолетии.

Открытие металлов главной подгруппы III группы

Бор представляет собой неметалл. Алюминий - переходный металл, а галлий, индий и таллий - полноценные металлы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свойства простых веществ усиливаются.

В данной лекции мы подробнее рассмотрим свойства алюминия.

1. Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.

Элемент алюминий расположен в III группе, главной «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная массаAr(Al) = 27. Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.

Al +13) 2 ) 8 ) 3 , p – элемент,

Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:

Al 0 – 3 e - → Al +3

2. Физические свойства

Алюминий в свободном виде - серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 650 о С. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см 3 ) - примерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно - это прочный металл.

3. Нахождение в природе

По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов , уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).

Некоторые из них:

Бокситы - Al 2 O 3 H 2 O (с примесями SiO 2 , Fe 2 O 3 , CaCO 3 )

Нефелины - KNa 3 4

Алуниты - KAl(SO 4 ) 2 2Al(OH) 3

Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO 2 , известняком CaCO 3 , магнезитом MgCO 3 )

Корунд - Al 2 O 3

Полевой шпат (ортоклаз) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2

Каолинит - Al 2 O 3 ×2SiO 2 × 2H 2 O

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

Берилл - 3ВеО Al 2 О 3 6SiO 2

4. Химические свойства алюминия и его соединений

Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).

Её толщина 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия с ртутью – амальгамы).

I. Взаимодействие с простыми веществами

Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды. При нагревании он взаимодействует с серой (200 °С), азотом (800 °С), фосфором (500 °С) и углеродом (2000 °С), с йодом в присутствии катализатора - воды:

2Аl + 3S = Аl 2 S 3 (сульфид алюминия),

2Аl + N 2 = 2АlN (нитрид алюминия),

Аl + Р = АlР (фосфид алюминия),

4Аl + 3С = Аl 4 С 3 (карбид алюминия).

2 Аl + 3 I 2 = 2 AlI 3 (йодид алюминия)

Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:

Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты:

4Аl + 3O 2 = 2Аl 2 О 3 + 1676 кДж.

II. Взаимодействие со сложными веществами

Взаимодействие с водой :

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

без оксидной пленки

Взаимодействие с оксидами металлов:

Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов . Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др.

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

Термитная смесь Fe 3 O 4 и Al (порошок) –используется ещё и в термитной сварке.

Сr 2 О 3 + 2Аl = 2Сr + Аl 2 О 3

Взаимодействие с кислотами :

С раствором серной кислоты: 2 Al + 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2

С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

2Аl + 6Н 2 SО 4(конц) = Аl 2 (SО 4 ) 3 + 3SО 2 + 6Н 2 О,

Аl + 6НNO 3(конц) = Аl(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3Н 2 О.

Взаимодействие со щелочами .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 NaAl(OH) 4 + 3 H 2

Na[Аl(ОН) 4 ] – тетрагидроксоалюминат натрия

По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.

С растворами солей:

2Al + 3CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Cu

Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

2Al + 3HgCl 2 = 2AlCl 3 + 3Hg

Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя амальгаму.

5. Применение алюминия и его соединений

Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия является авиационная промышленность : самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом. Из алюминия изготовляют кабели и провода : при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.

Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты . Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сок.

Соли алюминия сильно гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.

Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.

6. Получение алюминия

1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na 3 AlF 6 растворяет Al 2 O 3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия - электролитом.

2Al 2 O 3 эл.ток → 4Al + 3O 2

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век - век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

2) 2Al 2 O 3 + 3 C = 4 Al + 3 CO 2

ЭТО ИНТЕРЕСНО:

• Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.
• В 18-19 веках алюминий был главным ювелирным металлом. В 1889 году Д.И.Менделеев в Лондоне за заслуги в развитии химии был награжден ценным подарком – весами, сделанными из золота и алюминия.
• К 1855 году французский ученый Сен- Клер Девиль разработал способ получения металлического алюминия в технических масштабах. Но способ был очень дорогостоящий. Девиль пользовался особым покровительством Наполеона III, императора Франции. В знак своей преданности и благодарности Девиль изготовил для сына Наполеона, новорожденного принца, изящно гравированную погремушку – первое «изделие ширпотреба» из алюминия. Наполеон намеревался даже снарядить своих гвардейцев алюминиевыми кирасами, но цена оказалась непомерно высокой. В то время 1 кг алюминия стоил 1000 марок, т.е. в 5 раз дороже серебра. Только после изобретения электролитического процесса алюминий по своей стоимости сравнялся с обычными металлами.
• А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы. При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.
• При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета "Сатурн" сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.

3. Закрепление изученного материала

№1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса.
Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

№2. Закончите уравнения химических реакций:
Al + H 2 SO 4 (раствор) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 (конц) - t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

№3. Решите задачу:
На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании. Выделилось 2,24 л газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г?

4. Домашнее задание Слайд 2

AL Элемент III (A) группы таблицы Д.И. Менделеева Элемент с порядковым № 13, его Элемент 3 -его периода Третий по распространенности в земной коре название образовано от лат. « Aluminis » – квасцы

Датский физик Ганс Эрстед (1777-1851) Впервые алюминий был получен им в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути.

Современное получение алюминия Современные метод получения был разработан независимо друг от друга: американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия в расплаве криолита с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов.

Будучи студентом Оберлинского колледжа, он узнал, что можно разбогатеть и получить благодарность человечества, если изобрести способ получения алюминия в промышленных масштабах. Как одержимый, Чарльз проводил эксперименты по выработке алюминия путем электролиза криолитно-глиноземного расплава. 23 февраля 1886 года спустя год после окончания колледжа Чарльз получил с помощью электролиза первый алюминий. Холл Чарльз (1863 – 1914) американский инженер-химик

Поль Эру (1863-1914) – французский инженер - химик В 1889 году открыл алюминиевый завод во Фроне (Франция), став его директором, он сконструировал электродуговую печь для выплавки стали, названную его именем; он разработал также электролитический способ получения алюминиевых сплавов

8 Алюминий 1. Из истории открытия Главная Далее В период открытия алюминия - металл был дороже золота. Англичане хотели почтить богатым подарком великого русского химика Д.И Менделеева, подарили ему химические весы, в которых одна чашка была изготовлена из золота, другая - из алюминия. Чашка из алюминия стала дороже золотой. Полученное «серебро из глины» заинтересовало не только учёных, но и промышленников и даже императора Франции. Далее

9 Алюминий 7. Содержание в земной коре главная Далее

Нахождение в природе Важнейшим на сегодня минералом алюминия является боксит Основной химический компонент боксита - глинозем (Al 2 O 3) (28 - 80%).

11 Алюминий 4. Физические свойства Цвет – серебристо-белый t пл. = 660 °C . t кип. ≈ 2450 °C . Электропроводный, теплопроводный Легкий, плотность ρ = 2,6989 г/см 3 Мягкий, пластичный. главная Далее

12 Алюминий 7. Нахождение в природе Бокситы – Al 2 O 3 Глинозем – Al 2 O 3 главная Далее

13 Алюминий главная Вставьте пропущенные слова Алюминий - элемент III группы, главной подгруппы. Заряд ядра атома алюминия равен +13. В ядре атома алюминия 13 протонов. В ядре атома алюминия 14 нейтронов. В атоме алюминия 13 электронов. Атом алюминия имеет 3 энергетических уровня. Электронная оболочка имеет строение 2 е, 8е, 3е. На внешнем уровне в атоме 3 электронов. Степень окисления атома в соединениях равна +3 . Простое вещество алюминий является металлом. Оксид и гидроксид алюминия имеют амфотерный характер. Далее

14 Алюминий 3 . Строение простого вещества Металл Связь - металлическая Кристаллическая решетка - металлическая, кубическая гранецентрированная главная Далее

15 Алюминий 2. Электронное строение 27 А l +13 0 2e 8e 3e P + = 13 n 0 = 14 e - = 13 1 s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Краткая электронная запись 1 s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Порядок заполнения главная Далее

16 Алюминий 6. Химические свойства 4А l + 3O 2 = 2Al 2 O 3 t 2Al + 3S = Al 2 S 3 C н е м е т а л л а м и (c кислородом, с серой) 2 А l + 3Cl 2 = 2AlCl 3 4Al + 3C = Al 4 C 3 C неметаллами (c галогенами, с углеродом) (Снять оксидную пленку) 2 Al + 6 H 2 O = 2Al(OH) 2 + H 2 C в о д о й 2 Al + 6 HCl = 2AlCl 3 + H 2 2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + H 2 C к и с л о т а м и 2 Al + 6NaOH + 6H 2 O = 2Na 3 [ Al(OH) 6 ] + 3H 2 2Al + 2NaOH + 2H 2 O =2NaAlO 2 +3H 2 C о щ е л о ч а м и 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe 2Al + WO 3 = Al 2 O 3 + W C о к с и д а м и м е т а л л о в главная Далее

17 Алюминий 8. Получение 1825 год Х. Эрстед: AlCl 3 + 3K = 3KCl + Al: Электролиз (t пл. = 2050 ° С) : 2Al 2 O 3 = 4 Al + 3O 2 Электролиз (в распл. криолите Na 3 AlF 6 , t пл. ≈ 1000 ° С) : 2Al 2 O 3 = 4 Al + 3O 2 гл а вная Далее