Алюміній: властивості хімічні і фізичні

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

Історія відкриття алюмінію

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

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

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

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

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

Загальна характеристика атома алюмінію

Якщо характеризувати розглянутий елемент по положенню в періодичній системі, то можна виділити кілька пунктів.

Відео: фізичні властивості алюмінію

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

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

Алюміній як проста речовина: фізичні властивості

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

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

Відео: Всі про алюміній. Зварювання алюмінію і його сплавів. Теорія.

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

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

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

Хімічні властивості алюмінію

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

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

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

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

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

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

В цілому, найголовніше властивість даної речовини - це висока здатність до відновлення інших елементів з їх з`єднань.

відновлювальна здатність

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

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

Поширення в природі

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

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

Найпоширеніші речовини, що містять розглянутий метал:

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

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

отримання

Фізичні та хімічні властивості алюмінію дозволяють отримувати його тільки одним способом: електролізом розплаву відповідного оксиду. Однак процес цей технологічно складний. Температура плавлення AL₂O₃ перевищує 2000 ⁰С. Через це піддавати електролізу безпосередньо його не виходить. Тому надходять у такий спосіб.

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

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

застосування

Механічні властивості алюмінію не такі хороші, щоб застосовувати його в чистому вигляді. Тому найчастіше використовуються сплави на основі даної речовини. Таких багато, можна назвати найосновніші.

1. Дюралюміній.
2. Алюмінієво-марганцеві.
3. Алюмінієво-магнієві.
4. Алюмінієво-мідні.
5. Силуміни.
6. Авіаль.

Основна їхня відмінність - це, природно, сторонні добавки. У всіх основу складає саме алюміній. Інші ж метали роблять матеріал міцнішим, стійким до корозії, зносостійким і податливим в обробці.

Можна назвати кілька основних областей застосування алюмінію як в чистому вигляді, так і у вигляді його з`єднань (сплавів).

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

Разом з залізом і його сплавами алюміній - найважливіший метал. Саме ці два представника періодичної системи знайшли найширше промислове застосування в руках людини.

Властивості гідроксиду алюмінію

Гідроксид - найпоширеніше з`єднання, яке утворює алюміній. Властивості хімічні його такі ж, як і у самого металу, - він амфотерний. Це означає, що він здатний виявляти двоїсту природу, вступаючи в реакції як з кислотами, так і з лугами.

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