Unul dintre cele mai comune elemente de pe planetă este aluminiul. Proprietățile fizice și chimice ale aluminiului sunt utilizate în industrie. Veți găsi tot ce trebuie să știți despre acest metal în articolul nostru.

Structura atomică

Aluminiul este al 13-lea element al tabelului periodic. Este în a treia perioadă, grupa III, subgrupul principal.

Proprietățile și utilizările aluminiului sunt legate de structura sa electronică. Un atom de aluminiu are un nucleu încărcat pozitiv (+13) și 13 electroni încărcați negativ, localizați la trei niveluri de energie. Configurația electronică a atomului este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.

Nivelul de energie exterior conține trei electroni, care determină valența constantă a lui III. În reacțiile cu substanțele, aluminiul intră într-o stare excitată și este capabil să renunțe la toți cei trei electroni, formând legături covalente. Ca și alte metale active, aluminiul este un agent reducător puternic.

Orez. 1. Structura atomului de aluminiu.

Aluminiul este un metal amfoter care formează oxizi și hidroxizi amfoteri. În funcție de condiții, compușii prezintă proprietăți acide sau bazice.

Descriere fizică

Aluminiul are:

• lejeritate (densitate 2,7 g/cm3);
• culoare gri-argintiu;
• conductivitate electrică ridicată;
• maleabilitate;
• plasticitate;
• punct de topire - 658°C;
• punctul de fierbere - 2518,8°C.

Recipientele de tablă, folia, sârma și aliajele sunt fabricate din metal. Aluminiul este folosit la fabricarea de microcircuite, oglinzi și materiale compozite.

Orez. 2. Recipiente de tablă.

Aluminiul este paramagnetic. Metalul este atras de un magnet numai în prezența unui câmp magnetic.

Proprietăți chimice

În aer, aluminiul se oxidează rapid, devenind acoperit cu o peliculă de oxid. Protejează metalul de coroziune și, de asemenea, previne interacțiunea cu acizii concentrați (azotic, sulfuric). Prin urmare, acizii sunt depozitați și transportați în recipiente de aluminiu.

În condiții normale, reacțiile cu aluminiu sunt posibile numai după îndepărtarea peliculei de oxid. Majoritatea reacțiilor apar la temperaturi ridicate.

Principalele proprietăți chimice ale elementului sunt descrise în tabel.

Reacţie	Descriere	Ecuaţie
Cu oxigen	Arde la temperaturi ridicate eliberând căldură	4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Cu nemetal	Reacționează cu sulful la temperaturi peste 200°C, cu fosfor - la 500°C, cu azotul - la 800°C, cu carbonul - la 2000°C	2Al + 3S → Al2S3; Al + P → AlP; 2Al + N2 → 2AlN; 4Al + 3C → Al 4C 3
Cu halogeni	Reacționează în condiții normale, cu iod - când este încălzit în prezența unui catalizator (apă)	2Al + 3CI2 → 2AlCI3; 2Al + 3I2 → 2AlI3; 2Al + 3Br 2 → 2AlBr 3
Cu acizi	Reacționează cu acizii diluați în condiții normale, cu acizii concentrați când este încălzit	2Al + 3H2S04 (diluat) → Al2 (S04)3 + 3H2; Al + 6HNO 3 (conc.) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
Cu alcalii	Reacționează cu soluții apoase de alcaline și la fuziune	2Al + 2NaOH + 10H20 → 2Na + 3H2; 2Al + 6KOH → 2KAlO 2 + 2K 2 O + 3H 2
Cu oxizi	Înlocuiește metalele mai puțin active	2Al + Fe 2 O 3 → 2Fe + Al 2 O 3

Aluminiul nu reacționează direct cu hidrogenul. Reacția cu apa este posibilă după îndepărtarea peliculei de oxid.

Orez. 3. Reacția aluminiului cu apa.

Ce am învățat?

Aluminiul este un metal activ amfoter cu valență constantă. Are densitate scăzută, conductivitate electrică ridicată și plasticitate. Este atras de un magnet numai în prezența unui câmp magnetic. Aluminiul reacționează cu oxigenul, formând o peliculă protectoare care previne reacțiile cu apa, acizii azotic și sulfuric concentrați. Când este încălzit, reacționează cu nemetale și acizi concentrați, iar în condiții normale - cu halogeni și acizi diluați. În oxizi, înlocuiește metalele mai puțin active. Nu reacționează cu hidrogenul.

Test pe tema

Evaluarea raportului

Evaluare medie: 4.3. Evaluări totale primite: 73.

Aluminiul a fost produs pentru prima dată abia la începutul secolului al XIX-lea. Acest lucru a fost făcut de fizicianul Hans Oersted. El și-a condus experimentul cu amalgam de potasiu, clorură de aluminiu și.

Apropo, numele acestui material argintiu provine de la cuvântul latin „alum”, deoarece din ei este extras acest element.

Alaun

Alaunul este un mineral natural pe bază de metal care combină sărurile de acid sulfuric în compoziția sa.

Anterior, era considerat un metal prețios și valora cu un ordin de mărime mai scump decât aurul. Acest lucru s-a explicat prin faptul că metalul era destul de greu de separat de impurități. Deci numai oamenii bogați și influenți își puteau permite bijuterii din aluminiu.

Decor japonez din aluminiu

Dar în 1886, Charles Hall a venit cu o metodă de extragere a aluminiului la scară industrială, care a redus dramatic costul acestui metal și a făcut posibilă utilizarea lui în producția metalurgică. Metoda industrială a implicat electroliza criolitului topit în care s-a dizolvat oxidul de aluminiu.

Aluminiul este un metal foarte popular, deoarece multe lucruri pe care oamenii le folosesc în viața de zi cu zi sunt făcute din el.

Aplicarea aluminiului

Datorită maleabilității și ușurinței sale, precum și rezistenței sale la coroziune, aluminiul este un metal valoros în industria modernă. Nu numai ustensilele de bucătărie sunt fabricate din aluminiu, ci sunt utilizate pe scară largă în construcția de automobile și avioane.

Aluminiul este, de asemenea, unul dintre cele mai ieftine și mai economice materiale, deoarece poate fi folosit la nesfârșit prin topirea articolelor nedorite din aluminiu, cum ar fi conservele.

Cutii de aluminiu

Aluminiul metalic este sigur, dar compușii săi pot fi toxici pentru oameni și animale (în special clorură de aluminiu, acetat și sulfat).

Proprietățile fizice ale aluminiului

Aluminiul este un metal destul de ușor, de culoare argintie, care poate forma aliaje cu majoritatea metalelor, în special cuprul și siliciul. De asemenea, este foarte plastic; se poate transforma cu ușurință într-o farfurie subțire sau folie. Punctul de topire al aluminiului = 660 °C și punctul de fierbere este 2470 °C.

Proprietățile chimice ale aluminiului

La temperatura camerei, metalul este acoperit cu o peliculă durabilă de oxid de aluminiu Al₂O₃, care îl protejează de coroziune.

Aluminiul practic nu reacționează cu agenții oxidanți datorită peliculei de oxid care îl protejează. Cu toate acestea, poate fi ușor distrus, astfel încât metalul să prezinte proprietăți active de restaurare. Filmul de oxid de aluminiu poate fi distrus cu o soluție sau topitură de alcalii, acizi sau cu ajutorul clorurii de mercur.

Datorită proprietăților sale reducătoare, aluminiul și-a găsit aplicație în industrie pentru producerea altor metale. Acest proces se numește aluminotermie. Această caracteristică a aluminiului este interacțiunea sa cu oxizii altor metale.

Reacție aluminotermă care implică oxid de fier (III).

De exemplu, luați în considerare reacția cu oxidul de crom:

Cr203 + Al = Al203 + Cr.

Aluminiul reacționează bine cu substanțele simple. De exemplu, cu halogeni (cu excepția fluorului), aluminiul poate forma iodură, clorură sau bromură de aluminiu:

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

Cu alte nemetale precum fluor, sulf, azot, carbon etc. aluminiul poate reacționa numai atunci când este încălzit.

Metalul argintiu reacționează și cu substanțe chimice complexe. De exemplu, cu alcalii formează aluminați, adică compuși complecși care sunt utilizați activ în industria hârtiei și textilelor. Mai mult, reacţionează ca hidroxid de aluminiu

Al(OH)₃ + NaOH = Na),

și aluminiu metalic sau oxid de aluminiu:

2Al + 2NaOH + 6Н₂О = 2Na + ЗН₂.

Al203 + 2NaOH + 3H2O = 2Na

Aluminiul reacționează destul de calm cu acizii agresivi (de exemplu, acizii sulfuric și clorhidric), fără aprindere.

Dacă scufundați o bucată de metal în acid clorhidric, reacția va fi lentă - filmul de oxid se va dizolva la început - dar apoi se va accelera. Aluminiul se dizolvă în acid clorhidric pentru a elibera mercur timp de două minute, apoi se clătește bine. Rezultatul este un amalgam, un aliaj de mercur și aluminiu:

3HgCI2 + 2Al = 2AlCI3 + 3Hg

În plus, nu se lipește de suprafața metalică. Acum, prin scufundarea metalului purificat în apă, puteți observa o reacție lentă, care este însoțită de eliberarea de hidrogen și formarea de hidroxid de aluminiu:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2.

Proprietățile chimice ale aluminiului sunt determinate de poziția sa în tabelul periodic al elementelor chimice.

Mai jos sunt principalele reacții chimice ale aluminiului cu alte elemente chimice. Aceste reacții determină proprietățile chimice de bază ale aluminiului.

Cu ce ​​reacționează aluminiul?

Substante simple:

• halogeni (fluor, clor, brom și iod)
• fosfor
• carbon
• oxigen (combustie)

Substante complexe:

• acizi minerali (clorhidric, fosforic)
• acid sulfuric
• acid azotic
• alcalii
• agenţi oxidanţi
• oxizi ai metalelor mai puțin active (aluminotermie)

Cu ce ​​nu reacționează aluminiul?

Aluminiul nu reacționează:

• cu hidrogen
• în condiții normale - cu acid sulfuric concentrat (datorită pasivării - formarea unui film dens de oxid)
• în condiții normale - cu acid azotic concentrat (tot din cauza pasivării)

Aluminiu și aer

De obicei, suprafața aluminiului este întotdeauna acoperită cu un strat subțire de oxid de aluminiu, care îl protejează de expunerea la aer sau, mai precis, la oxigen. Prin urmare, se crede că aluminiul nu reacționează cu aerul. Dacă acest strat de oxid este deteriorat sau îndepărtat, suprafața proaspătă de aluminiu reacționează cu oxigenul din aer. Aluminiul poate arde în oxigen cu o flacără albă orbitoare pentru a forma oxid de aluminiu Al2O3.

Reacția aluminiului cu oxigenul:

• 4Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3

Aluminiu și apă

Aluminiul reacţionează cu apa în următoarele reacţii:

• 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (1)
• 2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2 (2)
• 2Al + 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3H 2 (3)

În urma acestor reacții, se formează, respectiv:

• modificarea bayeritului hidroxid de aluminiu și a hidrogenului (1)
• modificarea hidroxidului de aluminiu boemit și hidrogen (2)
• oxid de aluminiu și hidrogen (3)

Aceste reacții, de altfel, prezintă un mare interes în dezvoltarea unor instalații compacte pentru producerea hidrogenului pentru vehiculele care funcționează cu hidrogen.

Toate aceste reacții sunt posibile termodinamic la temperaturi de la temperatura camerei până la punctul de topire al aluminiului 660 ºС. Toate sunt, de asemenea, exoterme, adică apar odată cu eliberarea de căldură:

• La temperaturi de la temperatura camerei până la 280 ºС, cel mai stabil produs de reacție este Al(OH) 3.
• La temperaturi de la 280 la 480 ºС, cel mai stabil produs de reacție este AlO(OH).
• La temperaturi peste 480 ºС, cel mai stabil produs de reacție este Al 2 O 3.

Astfel, oxidul de aluminiu Al 2 O 3 devine termodinamic mai stabil decât Al(OH) 3 la temperaturi ridicate. Produsul reacției aluminiului cu apa la temperatura camerei va fi hidroxidul de aluminiu Al(OH)3.

Reacția (1) arată că aluminiul ar trebui să reacționeze spontan cu apa la temperatura camerei. Cu toate acestea, în practică, o bucată de aluminiu scufundată în apă nu reacționează cu apa la temperatura camerei și nici măcar în apa clocotită. Faptul este că aluminiul are pe suprafața sa un strat subțire coerent de oxid de aluminiu Al 2 O 3. Acest film de oxid aderă ferm la suprafața aluminiului și îl împiedică să reacționeze cu apa. Prin urmare, pentru a începe și a menține reacția aluminiului cu apa la temperatura camerei, este necesar să se îndepărteze sau să se distrugă în mod constant acest strat de oxid.

Aluminiu și halogeni

Aluminiul reacționează violent cu toți halogenii - aceștia sunt:

• fluor F
• clor Cl
• brom Br și
• iod (iod) I,

cu educatie respectiv:

• fluor AlF 3
• clorură de AlCI3
• bromură Al2Br6 şi
• iodură de Al2Br6.

Reacțiile hidrogenului cu fluor, clor, brom și iod:

• 2Al + 3F 2 → 2AlF 3
• 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
• 2Al + 3Br 2 → Al 2 Br 6
• 2Al + 3l 2 → Al 2 I 6

Aluminiu și acizi

Aluminiul reacționează activ cu acizii diluați: sulfuric, clorhidric și azotic, cu formarea sărurilor corespunzătoare: sulfat de aluminiu Al2SO4, clorură de aluminiu AlCl3 și azotat de aluminiu Al(NO3)3.

Reacțiile aluminiului cu acizii diluați:

• 2Al + 3H 2 SO 4 -> Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
• 2Al + 6HCI -> 2AlCI3 + 3H2
• 2Al + 6HNO3 -> 2Al(NO3)3 + 3H2

Nu interactioneaza cu acizii sulfuric si clorhidric concentrati la temperatura camerei, reactioneaza pentru a forma saruri, oxizi si apa.

Aluminiu și alcalii

Aluminiul într-o soluție apoasă de alcali - hidroxid de sodiu - reacționează pentru a forma aluminat de sodiu.

Reacția aluminiului cu hidroxidul de sodiu are forma:

• 2Al + 2NaOH + 10H2O -> 2Na + 3H2

Surse:

1. Elemente chimice. Primele 118 elemente, ordonate alfabetic / ed. Wikipedianii - 2018

2. Reacția aluminiului cu apa pentru a produce hidrogen /John Petrovic și George Thomas, U.S. Departamentul de Energie, 2008

DEFINIŢIE

Aluminiu– element chimic al perioadei a 3-a din grupa IIIA. Număr de ordine – 13. Metal. Aluminiul aparține elementelor familiei p. Simbol – Al.

Masa atomică – 27 amu. Configurația electronică a nivelului de energie exterior este 3s 2 3p 1. În compușii săi, aluminiul prezintă o stare de oxidare de „+3”.

Proprietățile chimice ale aluminiului

Aluminiul prezintă proprietăți reducătoare în reacții. Deoarece pe suprafața sa se formează un film de oxid atunci când este expus la aer, este rezistent la interacțiunea cu alte substanțe. De exemplu, aluminiul este pasivizat în apă, acid azotic concentrat și o soluție de dicromat de potasiu. Cu toate acestea, după îndepărtarea peliculei de oxid de pe suprafața sa, este capabil să interacționeze cu substanțe simple. Cele mai multe reacții apar atunci când sunt încălzite:

pulbere de 2Al +3/2O2 = Al203;

2Al + 3F2 = 2AlF3 (t);

2Al pulbere + 3Hal2 = 2AlHal3 (t = 25C);

2Al + N2 = 2AlN (t);

2Al +3S = Al2S3 (t);

4Al + 3C grafit = Al4C3 (t);

4Al + P4 = 4AlP (t, într-o atmosferă de H2).

De asemenea, după îndepărtarea peliculei de oxid de pe suprafața sa, aluminiul este capabil să interacționeze cu apa pentru a forma hidroxid:

2Al + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2.

Aluminiul prezintă proprietăți amfotere, astfel încât este capabil să se dizolve în soluții diluate de acizi și alcaline:

2Al + 3H2S04 (diluat) = Al2(S04)3 + 3H2;

2Al + 6HCI diluat = 2AlCI3 + 3H2;

8Al + 30HN03 (diluat) = 8Al(N03)3 + 3N20 + 15H20;

2Al +2NaOH +3H20 = 2Na + 3H2;

2Al + 2(NaOH×H2O) = 2NaAlO2 + 3H2.

Aluminotermia este o metodă de producere a metalelor din oxizii lor, bazată pe reducerea acestor metale cu aluminiu:

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

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr.

Proprietățile fizice ale aluminiului

Aluminiul este o culoare alb-argintiu. Principalele proprietăți fizice ale aluminiului sunt ușurința, conductivitatea termică și electrică ridicată. În stare liberă, atunci când este expus la aer, aluminiul este acoperit cu o peliculă durabilă de oxid de Al 2 O 3, ceea ce îl face rezistent la acțiunea acizilor concentrați. Punct de topire – 660,37C, punctul de fierbere – 2500C.

Producția și utilizarea aluminiului

Aluminiul este produs prin electroliza oxidului topit al acestui element:

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

Cu toate acestea, datorită randamentului scăzut al produsului, metoda de producere a aluminiului prin electroliza unui amestec de Na 3 și Al 2 O 3 este mai des utilizată. Reacția are loc atunci când este încălzită la 960C și în prezența catalizatorilor - fluoruri (AlF 3, CaF 2 etc.), în timp ce eliberarea de aluminiu are loc la catod, iar oxigenul este eliberat la anod.

Aluminiul a găsit o largă aplicație în industrie; aliajele pe bază de aluminiu sunt principalele materiale structurale în avioane și construcții navale.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercita	Când aluminiul a reacționat cu acidul sulfuric, s-a format sulfat de aluminiu cu o greutate de 3,42 g. Determinați masa și cantitatea de substanță de aluminiu care a reacționat.
Soluţie	Să scriem ecuația reacției: 2Al + 3H2S04 = Al2(SO4)3 + 3H2. Masele molare de aluminiu și sulfat de aluminiu, calculate folosind tabelul elementelor chimice de D.I. Mendeleev – 27, respectiv 342 g/mol. Apoi, cantitatea de substanță a sulfatului de aluminiu format va fi egală cu: n(Al2(S04)3) = m(Al2(S04)3)/M(Al2(S04)3); n(Al2(S04)3) = 3,42/342 = 0,01 mol. Conform ecuației reacției n(Al2(SO4)3): n(Al) = 1:2, deci n(Al) = 2×n(Al2(SO4)3) = 0,02 mol. Apoi, masa aluminiului va fi egală cu: m(Al) = n(Al)×M(Al); m(Al) = 0,02×27 = 0,54 g.
Răspuns	Cantitatea de substanță de aluminiu este de 0,02 mol; masa de aluminiu – 0,54 g.

Metalele sunt materiale ușor de prelucrat, iar liderul dintre ele este aluminiul, ale cărui proprietăți chimice sunt cunoscute de multă vreme oamenilor. Acest metal, datorită caracteristicilor sale, este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi și aproape fiecare persoană poate găsi un produs din aluminiu acasă. Este necesar să se ia în considerare în detaliu proprietățile acestui metal ca element și ca substanță simplă.

Cum a fost descoperit aluminiul

Din cele mai vechi timpuri, oamenii au folosit alaun de potasiu, un compus de aluminiu care poate conferi rezistență și stabilitate țesăturilor și pielii. Această proprietate a metalului și-a găsit aplicarea în prelucrarea pielii: cu ajutorul alaunului de aluminiu-potasiu, cojocarii au tăbăcit pielea, dându-i rezistență și stabilitate. Oamenii au învățat că oxidul de aluminiu este prezent în natură sub formă pură abia în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, dar la acea vreme nu au învățat încă cum să obțină o substanță pură.

Acest lucru a fost făcut mai întâi de Hans Christian Oersted, care a tratat sarea cu amalgam de potasiu, apoi izolând o pulbere gri din amestecul rezultat. Astfel, această reacție chimică a ajutat la producerea pură. În același timp, au fost stabilite caracteristici ale metalului precum capacitatea de reducere ridicată și activitate puternică.

Interacțiunea cu oxizii reacția de înlocuire a atomilor de metal din oxid cu aluminiu permite obținerea unei cantități mari de căldură și a unui nou metal în formă liberă.

Interacțiunea cu sărurile, și anume cu soluții ale unor săruri mai puțin active.

Interacțiunea cu alcalii: datorită interacțiunii puternice cu soluțiile alcaline, soluțiile acestora nu pot fi depozitate în recipiente de aluminiu.

Aluminotermie- procesul de reducere a metalelor, aliajelor si nemetalelor prin expunerea oxizilor acestora la aluminiu metalic. Datorită acestei caracteristici a aluminiului, metalurgiștii pot extrage astfel de metale refractare precum molibdenul, wolfram, zirconiul și vanadiul.

Proprietățile fizice ale aluminiului ca substanță simplă

Ca substanță simplă, aluminiul este un metal de culoare argintie. Este capabil să se oxideze în aer, devenind acoperit cu o peliculă densă de oxid.

Această caracteristică a metalului asigură rezistența sa ridicată la coroziune. Această proprietate a aluminiului, alături de alte caracteristici, îl face un metal extrem de popular, utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi. În plus, aluminiul este ușor, menținând în același timp rezistența și ductilitatea ridicate.

Nu orice substanță cunoscută oamenilor are un set de caracteristici similare.

Proprietățile fizice ale aluminiului

Aluminiul este un metal ductil și maleabil, folosit pentru a face cea mai subțire folie, este laminată din aluminiu.

Punctul de fierbere al metalului este de 2518 °C.

Punctul de topire al aluminiului este de 660 °C.

Densitatea aluminiului este de 2,7 g/cm³.

Utilizarea pe scară largă a aluminiului în domeniile vieții se datorează proprietăților sale chimice și fizice.