Химический знак алюминий: Что такое алюминий

Алюминий: химический элемент и простое вещество

Урок в 9 классе

по теме «Алюминий: химический элемент и простое вещество»

Цели урока:

Обучающие: создать условия для исследования обучающимися физических и химических свойств алюминия на основе строения его атома;

Развивающие: развитие УУД: познавательных, регулятивных, личностных и коммуникативных;

Воспитательные: воспитание культуры умственного труда.

Метод обучения: проблемный

Средства обучения: маршрутная карта, инструкция, химическое оборудование, таблицы.

Оборудование: для демонстрационного опыта на теплопроводность алюминия, растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, пробирки с водой, в которую помещены железные и алюминиевые гвозди, алюминиевая проволока, спиртовка, пробирки, спички.

Ход урока:

  1. Мотивация. Актуализация знаний.

У каждого из нас есть свой адрес: улица, дом, квартира. У химических элементов тоже есть свой дом. Как он называется? Какие адреса имеют химические элементы?

Сегодня мы познакомимся с одним из жильцов этого «дома».

Внести черный ящик:

Спрятан в ящике предмет,

Без него не съесть обед.

Вещь незаменимая,

Вещь необходимая. Если мы садимся кушать,

Тот предмет нам очень нужен.

Из чего же сей предмет?

Серебристо-белый цвет

Вам позволит дать ответ.

(Ответ учеников)

Сейчас вы отправитесь в путешествие, чтобы познакомиться с этим удивительным химическим элементом- алюминием – и образованным им простым веществом. Для этого нам понадобится маршрутная карта. Внимательно рассмотрите ее и скажите, где вы сегодня побываете и что узнаете.

Маршрутная карта

Дата__________________ Тема______________________

Цель: изучить положение алюминия в Периодической системе, на основе строения атома рассмотреть физические и химические свойства простого вещества.

Станция 1. Визитка химического элемента.

Время стоянки 5 минут. Работая в паре, определите местоположение элемента в Периодической системе, составьте электронную формулу атома. Сделайте записи в тетради.

Порядковый номер:

Период:

Группа:

Подгруппа:

Электронная формула атома:

Станция 2. Физические свойства простого вещества.

Время стоянки 5 минут. Работайте в парах. Запишите в тетради физические свойства вещества.

Цвет: Теплопроводность:

Запах: Электропроводность:

Металлический блеск: Плотность:

Твердость: Температура плавления:

Пластичность:

Станция 3. Химические свойства простого вещества.

Время стоянки 10 минут. Работая в группах по 4 человека, проделайте опыты, составьте уравнения химических реакций алюминия. Сделайте выводы.

Советы мудрого попутчика

Если вы затрудняетесь в написании уравнения алюминия с раствором гидроксида натрия, обратитесь к учебнику химии.

Станция 4. Выбери задание.

Время стоянки 4 минуты. Работая индивидуально, выполните одно задание по выбору. Условные обозначения: ∆ — задание на «3», □ – задание на «4», ○ –задание на «5».

Станция 5. Конечная.

Заполните карту рефлексии. Получите домашнее задание.

  1. Изучение нового материала.

Запишите в маршрутной карте дату нашего путешествия и тему урока. Наше путешествие начинается. Вы находитесь на первой станции под названием «Визитка химического элемента». Найдите алюминий в ПС и заполните первую часть маршрутной карты в тетради.

(1 ученик заполняет 1 часть маршрутного листа на доске. Затем идет проверка по слайду.)

Вопросы учителя:

  1. Чему равна валентность алюминия?

  2. Какая степень окисления характерна для алюминия?

  3. Какое простое вещество образует алюминий?

Вывод обучающихся: алюминий – металл. Посмотрите на химические элементы, окружающие его в П. С. Слева от него находятся металлы, справ – неметаллы. Сделайте вывод об активности алюминия.

Обратимся к электрохимическому ряду. Алюминий находится сразу после активных металлов, за ним тоже стоят активные металлы. Какова же активность алюминия?

У вас на столах по 2 пробирки с водой. В воду неделю назад были опущены железный гвоздь и алюминиевая проволока. Что вы наблюдаете? (Железный гвоздь вступил в реакцию с водой, поэтому окраска раствора изменилась, а в пробирке с алюминием ничего не произошло.)

Еще раз посмотрите на ряд активности металлов. Какой вывод об их активности можно сделать? Почему железо прореагировало с водой, а алюминий нет?

Итак, проблема: активный ли металл алюминий?

Поскольку сведений, полученных на станции 1, недостаточно для ее решения, двигаемся дальше.

Станция 2. Физические свойства простого вещества.

Сейчас вам предстоит работа в парах. Возьмите алюминиевую проволоку, рассмотрите ее, попробуйте изменить ее форму. На основании наблюдений и вашего жизненного опыта охарактеризуйте физические свойства алюминия и запишите их. Проверка по слайду.

Демонстрационный опыт: доказательство теплопроводности алюминия. В лапке штатива закрепить горизонтально алюминиевую проволоку, к ней прикрепить пластилином 2 спички и нагреть проволоку в пламени спиртовки. Через некоторое время спички по очереди падают.

Позволяют ли знания, полученные на этой станции, сделать вывод об активности алюминия?

Станция 3. Химические свойства простого вещества.

На этой станции вы пройдете 2 этапа. На первом этапе будем исследовать взаимодействие алюминия с простыми веществами, на втором- со сложными.

Итак, 1 этап. Составьте 3 уравнения реакций алюминия с простыми веществами: кислородом, серой и хлором. 3 ученика одновременно выполняют задания на доске, затем проверка по слайду.

Чем является алюминий в данных реакциях? При каких условиях идут данные реакции?

В химической литературе вы прочитаете о том, что алюминий реагирует с кислородом при обычных условиях. Не противоречит ли это вашему жизненному опыту? Ведь в алюминиевой кастрюле мы кипятим воду, готовим пищу, и никаких видимых изменений с ней не происходит. Получается, что даже при нагревании ни кислород, ни вода не взаимодействуют с алюминием.

Алюминий покрыт сверху прочной оксидной пленкой, температура ее плавления 2050*С. Она предохраняет изделия, изготовленные из ее сплавов, от разрушения. Если снять оксидную пленку, то алюминий начнет активно реагировать с простыми веществами даже при обычных условиях. До 1987 года алюминиевая посуда считалась безвредной. Однако исследования показали, что при приготовлении пищи, особенно при ее помешивании, оксидная пленка может повреждаться и металл может попасть в пищу. Алюминий называют металлом глупости, т.к. в клетках мозга больных старческим слабоумием он обнаруживался в больших концентрациях.

На втором этапе вас ждет химический эксперимент. Исследуйте взаимодействие алюминия со сложными веществами: раствором соляной кислоты и гидроксида натрия. Не забывайте о правилах техники безопасности.

Ученики работают по инструкции.

Инструкция

Взаимодействие алюминия со сложными веществами

Правила безопасности.

Соблюдайте осторожность при работе с растворами кислот и щелочей. При нагревании прогревайте сначала всю пробирку. Направляйте ее отверстие в сторону от себя и соседей.

Опыт 1. Взаимодействие алюминия с раствором кислоты.

В пробирку поместите 2 гранулы алюминия. Добавьте 1 мл соляной кислоты. Если реакция не происходит, содержимое пробирок слегка нагрейте. Объясните наблюдаемое, составьте уравнение реакции.

Опыт 2. Взаимодействие алюминия с раствором щелочи.

В пробирку поместите 2 гранулы алюминия. Добавьте 1 мл раствора гидроксида натрия. Если реакция не происходит, содержимое пробирок слегка нагрейте. Объясните наблюдаемое, составьте уравнение реакции.

Проверку верности написания уравнений осуществить по слайду. Сделать вывод об активности алюминия. (Алюминий – активный металл, обладающий амфотерными свойствами). Записать вывод в тетрадь.

Физминутка.

4. Первичная проверка усвоения знаний.

Станция «Выбери меня».

В течение 3 минут вам необходимо выполнить одно из 3 заданий своего варианта (по выбору). Выбираете задание, с которым справитесь.

Задания

∆ Закончите уравнение реакции. Напишите его в полном и сокращенном ионном виде

Al + HCl = … (вариант 1)

Al + H2SO4 = … (вариант 2)

□ Напишите уравнения реакций в соответствии со схемой:

Al →Al2O3 → Al(NO3)3 (вариант 1)

Al →Al2Cl3 → Al(NO3)3 (вариант 2)

○ Определите неизвестное вещество и напишите уравнения реакций в соответствии со схемой:

Al → … → Al(OH)3 (вариант 1)

Al →… → Al2Cl3 (вариант 2)

Проверка заданий по слайдам.

5. Первичное закрепление знаний.

Вы достигли конечной станции. В ваших тетрадях получился опорный конспект урока. Если бы мы продолжили путешествие, на каких станциях необходимо было еще побывать? («Нахождение в природе», «Получение», «Применение»)

Алюминий – самый распространенный металл в земной коре. На его долю приходится 8,8% от ее массы. Однако промышленный способ его получения был открыт сравнительно недавно. В 1886году к профессору Иветту вбежал молодой американский инженер Чарльз Мартин Холл, держа на протянутой ладони 12 маленьких шариков алюминия, впервые полученного электролитическим способом… Но этот материал вы изучите на следующем уроке.

6.Подведение итогов занятия.

Рефлексия

Вернемся к теме сегодняшнего урока.

Какую проблему мы поставили в его начале?

Удалось ли нам ее решить?

К какому выводу мы пришли?

Заполните лист самооценки работы на уроке.

Ваше домашнее задание: на основе опорного конспекта и материала учебника составить рассказ по данной теме.

АЛЮМИНИЙ: ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО | Презентация к уроку по химии (9 класс) по теме:

УРОК ХИМИИ В 9 КЛАССЕ ПО ТЕМЕ:

«АЛЮМИНИЙ: ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО»

Урок № 14 в теме “Металлы”, по учебнику О.С. Габриеляна “Химия, 9 класс”, составлен в соответствии с образовательной программой с использованием субъектного опыта учащихся.

Цель урока:  изучить особенности строения атома алюминия, а также физические и химические свойства   простого вещества.

Задачи урока:

Образовательные:   изучение особенностей атома алюминия, его физических и химических свойств,

   развитие представления о переходных химических элементах,

Воспитательные:  воспитание культуры работы с химическим оборудованием и  реактивами,

Развивающие: развитие умения и навыка самостоятельной и  групповой деятельности;

Основные понятия: химический знак “Аl”, химический элемент, простое вещество, электронная оболочка, степень окисления, переходный элемент, амфотерные свойства соединения.

Оборудование: Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, коллекция “Алюминий и его сплавы”, алюминий: фольга, проволока, порошок, растворы соляной кислоты и гидроксида натрия.

Тип урока: изучение нового материала

ХОД УРОКА

І. Организационный момент.

ІІ. Изучение нового материала.

1.    Погружение в тему урока.

Учитель: — Мы продолжаем изучение большой и важной темы “Металлы”. Сегодня нам предстоит познакомиться с металлом хорошо знакомым вам с детства. Историю открытия этого металла можно озаглавить как «Серебро из глины».

“Однажды к римскому императору Тиберию пришёл незнакомец. В дар императору он принёс изготовленную им чашу из блестящего, как серебро, но чрезвычайно лёгкого металла. Мастер поведал, что получил этот металл из “глинистой земли”. Но император, боясь, что обесценятся его золото и серебро, велел отрубить мастеру голову, а его мастерскую разрушить”.

Только в 1827 году нем. химик  Ф. Вёлер получил новый металл. На эти эксперименты ему понадобилось 18 лет!  К тому времени металл успел стать популярным, но, поскольку его получали в мизерных количествах, цены на него превышали цены на золото!

О каком металле идёт речь?

(Ответ: об алюминии)

Учитель: — Таким образом, тема нашего урока: “Алюминий – химический элемент и простое вещество”.  Запишите  тему в тетради.

Цель урока —  изучить особенности строения атома алюминия, а также физические и химические свойства   простого вещества.

2.    Актуализация и обогащение субъективного опыта учащихся.

Учитель: — С чего мы начинаем изучение химического элемента?

Учащийся: — С характеристики его положения в Периодической системе Д.И.Менделеева.

Учитель: — итак, дайте характеристику химического элемента алюминия, используя следующий план

План – характеристика химического элемента

  1.  Положение элемента в периодической системе

         а)   порядковый номер,

         б)   номер периода (малый или большой),

         в)   номер группы (главная или побочная)

  1.  Атомная масса
  2. Строение атома

         а)  заряд ядра,

         б)  число протонов,

         в)  число нейтронов,

         г)   число электронов

  1. Свойства атом (окислительные или восстановительные)
  2. Степень окисления
  3. Характер оксидов и гидроксидов

Кратко запишите характеристику элемента в тетради:

Символ   AI  Порядковый номер ____,

       Номер периода ________ ,

       Номер группы и подгруппы  ___________ .

Состав атома    27 Al   (13  1 р + 14 1 n) 13 ℮

Строение электронной оболочки   Al   +13   )2  )8  )3

Рефлексия этапа работы.

После выполнения задания в классе разворачивается коллективное обсуждение по следующим вопросам  учителя:

1.   Сколько электронов находится на внешнем энергетическом уровне атома алюминия?

       Ответ: три электрона.

2.   Какую степень окисления проявляет алюминий в сложных веществах?

       Ответ: +3

3.    Алюминий будет отдавать или принимать электроны?  Какие свойства он при  этом проявляет?

        Ответ: отдавать электроны, проявляет восстановительные свойства.

Значит алюминий это…

Ответ: металл.

Какой же это металл: активный или неактивный?

Ответы могут быть разные: из своего жизненного опыта ребята отвечают, что это неактивный металл (алюминиевые провода не реагируют с водой), другие делают предположение об активности алюминия, так как он находится в электрохимическом ряду напряжения металлов сразу после активных металлов.

Учитель: — Для решения вопроса об активности алюминия, что мы должны рассмотреть?

Учащийся: — Физические и химические свойства алюминия, как простого вещества.

Учитель: — Используя свои наблюдения, жизненный опыт перечислите физические свойства алюминия и область его применения.  Заполните таблицу.

Характеристика физических свойств алюминия и область его применения

Таблица. Физические  свойства алюминия и область их применения

Физические свойства алюминия

Область применения

Серебристо- белого цвета

Столовые приборы

Твердость. Аl – 2,9

Столовая посуда

Плотность. Аl – 2,7 , лёгкий

Авиа- и судостроение

Большая электро- и теплопроводность

Провода, электротехника

Очень пластичен

фольга

Учитель: — Смогли ли мы, рассмотрев физические свойства алюминия, ответить на вопрос об его активности?

Учащийся: — Нет.

Учитель: — Рассмотрим химические свойства алюминия.

                — Посмотрим, как ведёт себя алюминий по отношению к простым веществам

Учитель демонстрирует  «Взаимодействие алюминия с простыми веществами: йодом, серой и кислородом».

Опыт 1. Взаимодействие алюминия с йодом.

Предварительно готовят смесь порошка алюминия с йодом (в массовых соотношениях 1:15). Данную смесь помещают в фарфоровую чашку горкой. Из пипетки на середину смеси капают несколько капель воды. Происходит бурная химическая реакция.

Наблюдают выделение фиолетовых паров йода и горение металла.

Опыт 2. Взаимодействие алюминия с серой.

Смешивают размельченную серу и порошок алюминия в соотношениях 1:1. Смесь поместить в фарфоровую чашку или асбестовую сетку. Горящей лучинкой поджечь смесь. Наблюдаем реакцию.

Опыт 3. Горение алюминия.

Порошок алюминия помещаем в ложечку для сжигания веществ. Сверху кладём кусочек магниевой ленты или в её отсутствии 2–3 спичечные головки. Поджигаем. После начала горения, ложечку вносим в колбу с предварительно набранным кислородом.

Наблюдаем   яркое ослепительное пламя.

Учитель: — где можно наблюдать подобное явление?

                  Ответ:  при горение бенгальских огней.

Учитель: — При каких условиях алюминий реагировал с простыми веществами?

Учащийся: — При использовании дополнительной энергии или катализатора (Н2О).

Учитель: —  Какой вывод можно сделать об активности алюминия?

Учащийся:  — Вывод: алюминий – активный металл.

После демонстрации учащимся предлагается выполнить задание по выяснению отношения алюминия к простым веществам.

Задание в тетрадях   (Групповая работа)

Характеристика химических свойств алюминия

Цель: выяснить отношение алюминия к простым веществам – йоду, сере, кислороду, как восстановителя.

Учитель: —

1. Напишите уравнения реакций, происходящих между алюминием и йодом,   алюминием и кислородом.

2. Укажите окислитель и восстановитель.

3. Сделайте вывод о химической активности алюминия по отношению к простым веществам.

4. Проверьте друг у друга правильность записей по образцу.

5* Если вы затрудняетесь в написании окислительно-восстановительной реакции, пользуйтесь алгоритмом.

Алгоритм для выполнения заданий на окисление — восстановление

1. Определите степени окисления элементов в обеих частях уравнения.
2. Сравните степени окисления каждого из элементов до и после реакции.
3. Сделайте вывод об изменении степей окисления (понижение – признак восстановления, повышение – признак окисления)

Образец выполнения задания в тетради

  1. взаимодействие алюминия с йодом

             2Al0 + 3 I20 = 2 AlI3   (кат. вода)

              Al0 — 3℮ → Al+3   (восстановитель, процесс окисления)

              I02 + 2℮ → 2I-1     (окислитель, процесс восстановления)

  1. взаимодействие алюминия с кислородом

           4 Al0 + 3 О20 = 2 Al2О3  (нагревание)

              Al0 — 3℮ → Al+3   (восстановитель, процесс окисления)

              О02 + 4℮ → 2О-2     (окислитель, процесс восстановления)

Учитель: — Посмотрим, как ведёт себя алюминий по отношению к сложным   веществам: к воде, кислотам, щелочам, к оксидам тяжёлых металлов?

А)     Отношение к воде

Учитель: — При комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, поскольку его поверхность покрыта очень прочной тонкой оксидной плёнкой, которая и защищает металл от внешних воздействий. Именно из-за наличия оксидной плёнки на поверхности  алюминий не способен реагировать  ни с водой,  ни с концентрированными серной и азотной кислотами.  Поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах.

А теперь посмотрите на экран.    Демонстрация   видеофрагмента.  В9-47

Учитель: —  Итак, из видеозаписи видно, что алюминий всё таки взаимодействует с водой. Чем это можно объяснить?

Ученики: — Взаимодействие возможно после удаления с поверхности алюминия оксидной плёнки.

Учитель:  —  Какие продукты реакции при этом образуются? Запишите уравнения реакции взаимодействия алюминия с водой.

  1. взаимодействия алюминия с водой

            2Al  + 6h3O  =  2Al(OH)3 + 3h3 ↑

Б)     Отношение к кислотам и щелочам

Рассмотрим отношение алюминия к растворам кислоты и  щелочи.

Выполнение лабораторных опытов

1. «Взаимодействие алюминия с раствором соляной кислоты»,

2. «Взаимодействие алюминия с раствором гидроксида натрия».

Инструкция по выполнению лабораторной работы

Цель: Изучить отношение алюминия к кислотам и щелочам.

Правила работы с кислотами и щелочами: Соблюдайте осторожность при работе с кислотами и щелочами! В случае попадания на кожу – промойте водой! При нагревании, прогрейте сначала всю пробирку.

Опыт 1. В пробирку положите 2 кусочка алюминия и прилейте 3–4 мл раствора соляной кислоты. Пробирку слегка нагрейте.

Опыт 2. В пробирку положите 2 кусочка алюминия и прилейте 3–4 мл раствора гидроксида натрия. Пробирку слегка прогрейте.

Задание:

1. Выполните опыты;
2. Обговорите с соседом по парте, что наблюдали;
3. Запишите уравнения реакций;
4. Сделайте выводы.
5.* Если затрудняетесь записать уравнения реакций, откройте стр. 58-59 учебника.

Фронтальная проверка.  Комментированное чтение.

При этом виде работы учащиеся получают возможность участвовать в самопроверке знаний и умений, совершенствуют свою речь, обращают внимание на правильное употребление химических терминов и названий веществ.

Образец выполнения лабораторной работы.  (запись в тетради)

Опыт 1.

Наблюдали: алюминий хорошо растворяется в растворе соляной кислоты, выделяется газ водород.

Опыт 2.

Вывод: Алюминий – активный  амфотерный металл.

 Вывод: Алюминий образует амфотерные соединения.

В)    Отношение к оксидам тяжёлых металлов

Учитель:  Алюминий широко используют в металлургии для получения металлов – хрома, марганца, ванадия, титана, циркония из их оксидов. Этот способ получения металлов носит название алюминотермия.

На практике часто используется смесь Fe3O4 (железной окалины) с порошком алюминия. Если эту смесь поджечь с помощью магниевой ленты, то происходит энергичная реакция с выделением большого количества теплоты. Выделяющейся теплоты вполне достаточно для полного расплавления образующегося железа, именно поэтому  процесс используют для сварки стальных изделий.

     Демонстрация  видеоролика «Взаимодействие алюминия с оксидом железа (III)»

Учитель: Запишите уравнение химической реакции взаимодействия алюминия с оксидом железа (III)  и  разберите его методом электронного баланса самостоятельно.

Взаимодействия алюминия с оксидом железа (III)

         2Al +  Fe2O3 = 2Fe +  Al2O3

               Al0 — 3℮ → Al+3   (восстановитель, процесс окисления)

              Fe+3 +3℮  → Fe0    (окислитель, процесс восстановления)

Учитель: — давайте сделаем вывод о химической активности алюминия.

Учащиеся: — Алюминий  — довольно активный металл, который может взаимодействовать с простыми веществами (кислородом , галогенами, серой), со сложными веществами (с водой, с кислотами, со щелочами, с оксидами металлов). Способность взаимодействовать  и с кислотами,  и со щелочами  объясняет его амфотерные свойства.

ІІІ. Закрепление  изученного материала.

  1. игра в «крестики –нолики» .

       Найдите выигрышный путь, состоящий из формул веществ, способных взаимодействовать с алюминием.

О2

S

Na

NaCl

HCl

KOH

h3O

h3SO4

конц.

Fe2O3

V. Домашнее задание.

 § 13 до стр.60.

химический элемент и простое вещество»

Урок № 14 в теме “Металлы”, по учебнику О.С.
Габриеляна “Химия, 9 класс”, составлен в
соответствии с образовательной программой с
использованием субъектного опыта учащихся, на
основе технологии личностно-ориентированного
обучения И.С. Якиманской.

Задачей учителя является полное раскрытие
возможностей и способностей каждого ученика,
развитие его неповторимой индивидуальности. В
каждом ребёнке существует потребность в
актуализации своих интеллектуальных,
коммуникативных, художественных и физических
способностей. Важно побудить и поддержать
стремление учащихся к проявлению и развитию
своих природных и социально приобретённых
возможностей. В том числе и в познании химии.
Основой моей педагогической деятельности
является личностно-ориентированное обучение
химии. Процесс обучения строится на принципах:
самоактуализации, индивидуальной личностной
направленности, выбора, творчества и успеха,
доверия и педагогической поддержки учащихся.

Все эти принципы легли в основу урока
“Алюминий: химический элемент и простое
вещество” в 9 классе. Это урок новых знаний с
элементами исследовательской работы. Метод
обучения – проблемный. Основные формы: беседа,
самостоятельная работа, лабораторная работа,
химический эксперимент. В ходе урока мною
использованы методы: диалога, рефлексивные,
создания ситуации выбора и успеха.

На начальном этапе изучения нового материала
актуализирован субъективный опыт учащихся. Это
позволяет судить не только об уровне усвоения
предыдущего материала, но и формировать новые
знания и умения в развитии.

Большое место в ходе урока занимает химический
эксперимент. Он проводится как учителем, так и
учащимися. Этот метод позволяет реально увидеть
решение поставленной в ходе урока проблемы (на
данном уроке – активный ли металл алюминий).

На уроке для учащихся постоянно создаются
ситуации выбора учебных заданий и форм их
выполнения, подбора инструментария.



Цели: создать условия для:

  • исследования учащимися физических и химических
    свойств алюминия;
  • развивать представления о переходных
    химических элементах, умения и навыки
    самостоятельной и групповой деятельности;
  • воспитания культуры работы с химическими
    реактивами, соблюдения правил техники
    безопасности.



Понятия: химический знак “Аl”, химический
элемент, простое вещество, электронная оболочка,
степень окисления, переходный элемент,
амфотерные соединения.



Оборудование: Периодическая система
химических элементов Д.И.Менделеева, коллекция
“Алюминий и его сплавы”, алюминий: фольга,
проволока, порошок, растворы соляной кислоты и
гидроксида натрия, таблицы “Относительная
твёрдость металлов”, “Плотность металлов”,
“Температура плавления металлов”,
“Относительная теплопроводность и
электрическая проводимость металлов”.



Тип урока: изучение нового материала



Оргформа: урок-исследование

ХОД УРОКА

І. Организационный этап.

ІІ. Изучение нового материала.

1. Погружение в тему урока.

Формулировка темы урока осуществляется с
помощью выполнения задания с опорой на ранее
приобретённые знания и собственные наблюдения



Учитель: — Мы продолжаем изучение большой и
важной темы “Металлы”. Сегодня нам предстоит
познакомиться с металлом хорошо знакомым вам с
детства. Послушайте легенду.

“Однажды к римскому императору Тиберию пришёл
незнакомец. В дар императору он принёс
изготовленную им чашу из блестящего, как серебро,
но чрезвычайно лёгкого металла. Мастер поведал,
что получил этот металл из “глинистой земли”. Но
император, боясь, что обесценятся его золото и
серебро, велел отрубить мастеру голову, а его
мастерскую разрушить”.

О каком металле идёт речь?

(Ответ: об алюминии)



Учитель: — Таким образом, тема нашего урока:
“Алюминий – химический элемент и простое
вещество”.

2. Актуализация и обогащение
субъективного опыта учащихся.



Учитель: — С чего мы начинаем изучение
химического элемента?



Учащийся: — С характеристики его положения в
Периодической системе Д.И.Менделеева.



Учитель: — Сейчас вам предлагается
осуществить данную задачу, а именно дать
характеристику алюминию по положению его в
Периодической системе химических элементов
Д. И.Менделеева.

Учащимся предлагается самостоятельно
выполнить данное задание в тетрадях. Данное
задание может быть выполнено полностью
самостоятельно и оценено высоким баллом, либо с
использованием “помогалочки”.

Приложение №1

План – характеристика химического
элемента.

  1. Порядковый номер.
  2. Атомная масса.
  3. Период (малый, большой)
  4. Группа (подгруппа А, В)
  5. Строение атома (заряд ядра, число протонов,
    нейтронов, электронов, электронная формула.)
  6. Степень окисления.
  7. Оксиды.
  8. Летучие водородные соединения.


Рефлексия этапа работы.

После выполнения задания в классе
разворачивается коллективное обсуждение по
следующим вопросам:

  1. Сколько электронов находится на внешнем уровне
    атома алюминия?
  2. Ответ: три электрона.

  3. Какую степень окисления проявляет алюминий?
  4. Ответ: +3

  5. Алюминий будет отдавать или принимать
    электроны?
  6. Ответ: отдавать.

  7. Значит алюминий это…
  8. Ответ: металл.

  9. Какой же это металл: активный или неактивный?

Ответы могут быть разные: из своего жизненного
опыта ребята отвечают, что это неактивный металл
(алюминиевые провода не реагируют с водой),
другие делают предположение об активности
алюминия, так как он находится в
электрохимическом ряду напряжения металлов
сразу после активных металлов.



Учитель: — Для решения вопроса об активности
алюминия, что мы должны рассмотреть?



Учащийся: — Физические и химические свойства
алюминия, как простого вещества?



Учитель: — Используя свои наблюдения,
коллекцию “Алюминий и его сплавы” и другие
выданные вам материалы назовите физические
свойства алюминия.

Для более чётких и быстрых ответов
используются таблицы “Относительная твёрдость
металлов”, “Плотность металлов”, “Температура
плавления металлов”, “Относительная
теплопроводность и электрическая проводимость
металлов”, которые находятся на каждой парте.

Примерные ответы. Физические свойства
алюминия:

  • Серебристо- белого цвета
  • Твердость. Аl – 2,9 (Cr – 9, Na – 0,4)
  • Плотность. Аl – 2,7 , лёгкий (платина – 21,45, натрий -
    0,97)
  • Плавкость. Al – 660 (вольфрам – 3370 , натрий – 98)
  • Большая электро- и теплопроводность.
  • Очень пластичен.

Каждое свойство дополняется примером из своих
жизненных наблюдений.



Учитель: — Смогли ли мы, рассмотрев физические
свойства алюминия, ответить на вопрос об его
активности?



Учащийся: — Нет.



Учитель: — Рассмотрим химические свойства
алюминия. Предлагается демонстрация опытов
“Взаимодействие алюминия с простыми веществами:
йодом, серой и кислородом.



Опыт 1. Взаимодействие алюминия с йодом.

Предварительно готовят смесь порошка алюминия
с йодом (в массовых соотношениях 1 : 15). Данную
смесь помещают в фарфоровую чашку горкой. Из
пипетки

На середину смеси капают несколько капель воды.
Происходит бурная химическая реакция. Наблюдают
выделение фиолетовых паров йода и горение
металла.



Опыт 2. Взаимодействие алюминия с серой.

Смешивают размельченную серу и порошок
алюминия в соотношениях 1 : 1. Смесь поместить в
фарфоровую чашку или асбестированную сетку.
Горящей лучинкой поджечь смесь. Наблюдаем
реакцию.



Опыт 3. Горение алюминия.

Порошок алюминия помещаем в ложечку для
сжигания веществ. Сверху кладём кусочек
магниевой ленты или в её отсутствии 2–3 спичечные
головки. Поджигаем. После начала горения, ложечку
вносим, в предварительно набранную кислородом,
колбу.

Наблюдаем яркое ослепительное пламя.

(Учитель спрашивает, где ребята наблюдали
подобное явление, то они почти сразу называют
горение бенгальских огней.)

После демонстрации учащимся предлагается
выполнить задание по выяснению отношения
алюминия к простым веществам.


Задание

(Групповая работа)

Цель: выяснить отношение алюминия к простым
веществам – йоду, сере, кислороду, как
восстановителя.

1. Напишите уравнения реакций, происходящих
между алюминием и йодом, алюминием и кислородом.

2. Укажите окислитель и восстановитель.

3. Сделайте вывод о химической активности
алюминия по отношению к простым веществам.

4. Проверьте друг у друга правильность записей по
образцу.

5* Если вы затрудняетесь в написании
окислительно-восстановительной реакции,
пользуйтесь алгоритмом.


Алгоритм для выполнения заданий
на окисление — восстановление

1. Определите степени окисления элементов в
обеих частях уравнения.

2. Сравните степени окисления каждого из
элементов до и после реакции.

3. Сделайте вывод об изменении степей окисления
(понижение – признак восстановления, повышение
– признак окисления)


Образец выполнения задания

Вывод: алюминий – активный металл.

Учитель: — При каких условиях алюминий
реагировал с простыми веществами?



Учащийся: — При использовании дополнительной
энергии или катализатора (Н2О).



Учитель: — При комнатной температуре на
воздухе алюминий не изменяется, поскольку его
поверхность покрыта очень прочной тонкой
оксидной плёнкой, которая и защищает металл от
внешних воздействий и воды.

Учитель: — Посмотрим, как ведёт себя алюминий
по отношению к сложным веществам?

Выполнение лабораторных опытов
“Взаимодействие алюминия с раствором соляной
кислоты”, “ Взаимодействие алюминия с раствором
гидроксида натрия”.

Инструкция по выполнению
лабораторной работы

Цель: Изучить отношение алюминия к
кислотам и щелочам.



Правила работы с кислотами и щелочами: Соблюдай
осторожность при работе с кислотами и щелочами! В
случае попадания на кожу – промой водой! При
нагревании, прогрей сначала всю пробирку.

Опыт 1. В пробирку положите 2 кусочка
алюминия и прилейте 3–4 мл раствора соляной
кислоты. Пробирку слегка нагрейте.

Опыт 2. В пробирку положите 2 кусочка
алюминия и прилейте 3–4 мл раствора гидроксида
натрия. Пробирку слегка прогрейте.


Задание:

1. Выполните опыты.

2. Обговори с соседом по парте наблюдаемое.

3. Запишите уравнения реакций.

4. Сделай вывод.

5* Если затрудняешься в написании
уравнений, открой стр. 58-59 учебника.



Фронтальная проверка. Комментированное
чтение.

При этом виде работы учащиеся получают
возможность участвовать в самопроверке знаний и
умений, совершенствуют свою речь, обращают
внимание на правильное употребление химических
терминов и названий веществ.


Образец выполнения лабораторной
работы.

Опыт 1.

Наблюдали: алюминий хорошо растворяется в
растворе соляной кислоты, выделяется газ
водород.

Вывод: Алюминий – активный
металл.

Опыт 2.

Наблюдали: алюминий взаимодействует с
раствором гидроксида натрия с выделением
водорода.

Вывод: Алюминий образует
амфотерные соединения.

ІІІ. Ситуация выбора в процессе проверки
усвоения знаний.

Учащиеся для проверки усвоения знаний отдают
предпочтение одному из вариантов заданий, для
наиболее полного проявления своей активности.
Учитель поясняет каждый из предложенных
вариантов, показывает значимость его выполнения,
раскрывает критерии его оценки. Для правильного
выбора задания ребятам предлагается
познакомиться с советами.


Советы при выполнении
индивидуального выбора задания.

1. Внимательно прочти все задания.

2. Соотнеси своё желание в получении хорошей
отметки с собственными возможностями
правильного выполнения задания.

3. Выбирай и решай!

4. Проверь полученные результаты и мысленно оцени
себя.


Задания

Часть А. на “3”

  • Закончите уравнения реакции.
  • Назови продукты реакции.

Al + Br2

Al + H2SO4 (p-p)



Часть В. на “4”

  • Осуществите превращения:

Al Al2 O3 Al Cl3

Al AlCl3 Al2 (SO4)3

  • Назовите продукты реакций.



Часть С. на “5”

  • Что является веществом Х в реакциях:

Al + X Al (OH)3

Al + X Al2 O3

Проверка проводится сразу после выполнения
заданий по готовым ответам на доске.

ІV. Подведение итогов урока. Рефлексия.

1. Над какой темой мы сегодня работали?

2. Что нового вы узнали об алюминии?

3. Решили ли мы проблему об активности алюминия?

4. Какими путями решали эту проблему?

5. К каким выводам пришли?

6. Оцените свою работу на уроке:

— материал усвоен (на всех этапах урока “4”,
“5”)

— материал усвоен недостаточно (оценки “3”, “4”)



V. Домашнее задание.

  • 1, группа “А”: § 13 до стр.60.
  • 2, группа “В”: § 13 до стр.60; Вопросы 1,2,3 на стр. 62.
  • 3, группа “С”: § 13 до стр.60; используя материал
    сегодняшнего урока, составьте цепочку
    превращений алюминия и его соединений.

Урок №52. Алюминий. Нахождение в природе. Свойства алюминия

Алюминий

Дополнительно на страницах учебника «Фоксфорд»

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 XIX столетии.

Открытие металлов главной подгруппы III группы

В

Al

Ga

In

Tl

1806 г.

1825 г.

1875 г.

1863 г.

1861 г.

Г.Люссак,

Г.Х.Эрстед

Л. де
Буабодран

Ф.Рейх,

У.Крукс

Л. Тенар

(Дания)

(Франция)

И.Рихтер

(Англия)

(Франция)

(Германия)

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 масса Ar(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,

Основное состояние

1s22s22p63s23p1

Возбуждённое состояние

1s22s22p63s13p2

Алюминий проявляет в соединениях степень
окисления +3:

Al0 – 3 e → Al+3

2. Физические свойства

Алюминий в свободном виде — се­ребристо-белый
металл, обладающий высокой тепло- и электро­проводностью. Температура плавления  650 оС. Алюминий имеет невысокую
плотность (2,7 г/см3) — 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 —
Al2O3 • H2O (с примесями SiO2, Fe2O3,
CaCO3)

·        
Нефелины —
KNa3[AlSiO4]4

·        
Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3

·        
Глинозёмы
(смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3,
магнезитом MgCO3)

·        
Корунд —
Al2O3

·        
Полевой
шпат (ортоклаз) — K2O×Al2O3×6SiO2

·        
Каолинит —
Al2O3×2SiO2 × 2H2O

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

·        
Берилл —
3ВеО • Al2О3 • 6SiO2

Боксит

 

Al2O3

Корунд

 

Рубин

 

Сапфир

 

4. Химические
свойства алюминия и его соединений

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

ДЕМОНСТРАЦИЯ ОКСИДНОЙ ПЛЁНКИ

Алюминий

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
со 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 = Аl2S3  (сульфид алюминия),

2Аl
+ N2 = 2АlN  (нитрид
алюминия),

Аl
+ Р = АlР (фосфид алюминия),

4Аl
+ 3С = Аl4С3 (карбид алюминия).

2 Аl   + 
3  I2   =  2 AlI3 
(йодид алюминия)    ОПЫТ

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

Al2S3 + 6H2O
= 2Al(OH)3 + 3H2

Al4C3 + 12H2O
= 4Al(OH)3+ 3CH4­

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

4Аl
+ 3O2 = 2Аl2О3 +
1676 кДж.

 ГОРЕНИЕ АЛЮМИНИЯ НА ВОЗДУХЕ

 ОПЫТ

II. Взаимодействие со сложными
веществами

Взаимодействие с водой:

2 Al + 6 H2O  =  2 Al
(OH)3  +  3 H2

без оксидной пленки

 ОПЫТ

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 Fe3O4  +   8
Al =   4 Al2O3  +  9 Fe
+Q

Термитная смесь Fe3O4  и   Al
(порошок) –используется ещё и в термитной сварке.

Сr2О3 +
2Аl = 2Сr + Аl2О3

Взаимодействие с кислотами:

С раствором
серной кислоты:  2 Al  + 3 H2SO4  =  Al2(SO4)3
+  3 H2

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 + 6Н24(конц)
= Аl2(SО4)3
+ 3SО2 + 6Н2О,

Аl + 6НNO3(конц) = Аl(NO3)3 +
3NO2 + 3Н2О.

Взаимодействие со щелочами.

2 Al + 2 NaOH + 6 H2O  =  2 Na[Al(OH)4]  
+  3 H2

     ОПЫТ

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 + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 +
3Cu

Если
поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

2Al + 3HgCl2
= 2AlCl3
+ 3Hg

Выделившаяся
ртуть растворяет алюминий, образуя  амальгаму.

     Обнаружение ионов алюминия в растворах:              ОПЫТ

5. Применение алюминия и
его соединений

РИСУНОК 1

РИСУНОК 2

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 Na3AlF6 растворяет Al2O3,
как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в
расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только
растворителем, а оксид алюминия — электролитом.

2Al2O3 эл.ток→  4Al + 3O2

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) 2Al2O3   +   3
C  = 
4 Al  +  3 CO2

 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. 

ТРЕНАЖЁРЫ

Тренажёр
№1 — Характеристика алюминия по положению в Периодической системе элементов Д.
И. Менделеева

Тренажёр
№2 — Уравнения реакций алюминия с простыми и сложными веществами

Тренажёр
№3 — Химические свойства алюминия

ЗАДАНИЯ ДЛЯ
ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№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 + H2SO4 (раствор) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO3(конц) —t->

Al + NaOH + H2O ->

№3.
Осуществите превращения:
Al -> AlCl3 -> Al -> Al2S3 ->
Al(OH)3t->Al2O3 -> Al

№4.
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?

Алюминий — свойства, харакретистики, обзорная статья

Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.

История открытия

В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.

Физические свойства

Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.

По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты.  Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.
По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.

Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.

Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.

Химические свойства

Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.

При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.

Получение

Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов.  Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.

Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.

Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.

В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.

Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.

Применение

Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.

Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.

Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.

Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.

Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.

Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.

Алюминиевый круг — это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.

Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.

Алюминиевый лист

Алюминиевая плита

Алюминиевые чушки

Алюминиевые уголки

Алюминиевая проволока

При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.

Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.

Коррозионная стойкость алюминия или почему алюминий самый практичный металл на планете Земля?

Алюминий – это специальный металл или сплав металла, который мы ранее изучали в таблице Менделеева, однако – это не просто номерной знак в таблице, который обозначает химический элемент, это важный компонент, которым пользуются сегодня практически все люди и практически в каждой сфере деятельности такой продукт необходим. Как подсчитали исследователи, запасов алюминиевого профиля может хватить на сотни тысяч лет, а вот с другими металлами, при таком же использовании, срок эксплуатационных действий будет гораздо меньше. Запасов алюминия на планете Земля сегодня больше, чем всех остальных металлов, при этом играют также технические, физические и эксплуатационные свойства металла в вопросах использования. Стоит согласиться с тем, что как ни крути, но алюминий намного практичнее и устойчивей того же железа. Железо очень быстро подвергается коррозии, а вот алюминий устойчив к данным эксплуатационным нагрузкам.

Алюминий и его устойчивые качества

Необработанный алюминий также обладает великолепной коррозионной стойкостью, а при обработке способен выдерживать нагрузки различного характера. В первую очередь такое уникальное качество приобрел алюминий посредством специальной обработки, а именно при взаимодействии металла с кислородом. Благодаря такому взаимодействию, на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка, которая и предотвращает впоследствии дальнейшее окисление металла и собственно защищает от воздействия коррозии. Коррозии в свою очередь представляет собой процесс окисления металла. Только представьте себе, как коррозии выедает металл, разрушает его. На поверхности металла при коррозии появляется ржавое пятно, после пятно словно каменеет и растет, после постепенно высыхает и трескается, появляется дырка, металл сыпется, и дары разрастается, пока полностью не избавится от металла. Особо опасно использовать такой металл при изготовлении кораблей. Когда металл все время находится в воде, то процесс появления коррозии ускоряется.

Оксидная пленка и ее защитные свойства

Оксидное покрытие является герметичным, что позволяет металлу быть не только устойчивым ко многим эксплуатационным нагрузкам, но и позволяет металлу быть прочным. Оксидная пленка как бы не только покрывает слой алюминиевого сплава, она как бы входит в сплав и покрывает его полностью. Тем самым царапины не помешают данному металлу прослужить долгий срок службы. В случае с механическим повреждением оксидный слой сам будет восстанавливаться. Именно эти свойства и позволили алюминий сделать хорошим антикоррозийным металлом, который используется сегодня всюду.

Также рекомендуем прочитать:

Алюминиевые пороги и их место в интерьере любого помещения.

Смена штор в интерьере с приходом весны

Устанавливаем карниз для штор. Что необходимо знать?

Свойства алюминия – aluminium-guide.com

Физические свойства алюминия

Основные физические свойства алюминия и алюминиевых сплавов, которые являются полезными для применения:

Эти свойства алюминия представлены ниже в таблицах [1]. Они могут рассматриваться только как основание для сравнения сплавов и их состояний и не должны применяться для инженерных расчетов. Они не являются гарантированными величинами, поскольку в большинстве случаев являются осредненными значениями для изделий с различными размерами, формами и методами изготовления. Поэтому они не могут быть в точности репрезентативными для изделий любых размеров и форм.

Номинальные величины плотности популярных алюминиевых сплавов представлены для отожженного состояния (О). Различия в плотности связаны с тем, что сплавы имеют различные легирующие элементы и в разных количествах: кремний и магний легче алюминия (2,33 и 1,74 г/см3), а железо, марганец, медь и цинк – тяжелее (7,87; 7,40; 8,96 и 7,13 г/см3).

О влиянии физических свойств алюминия и, в частности, его плотности, на конструкционные характеристики алюминиевых сплавов см. здесь.

Алюминий как химический элемент

  • Алюминий является третьим по распространенности – после кислорода и кремния – среди около 90 химических элементов, который обнаружены в земной коре.
  • Среди элементов-металлов – он первый.
  • Этот металл обладает многими полезными свойствами, физическими, механическими, технологическими – благодаря которым он широко применяется во всех сферах человеческой деятельности.
  • Алюминий – это ковкий металл, который имеет серебристо-белый цвет и легко обрабатывается большинством методов обработки металлов давлением: прокаткой, волочением, экструзией (прессованием), ковкой.
  • Его плотность – удельный вес – составляет около 2,70 граммов на кубический сантиметр.
  • Чистый алюминий плавится при температуре 660 градусов Цельсия.
  • Алюминий имеет относительно высокие коэффициенты теплопроводности и электропроводности.
  • В присутствии кислорода всегда покрыт тонкой, невидимой пленкой оксида. Эта пленка является в значительной степени непроницаемой и имеет довольно высокие защитные свойства. Поэтому алюминий обычно демонстрирует стабильность и длительный срок службы при нормальных атмосферных условиях.

Комбинация свойств алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы обладают уникальными комбинациями физических и других свойств. Это сделало алюминий одним из наиболее разносторонних, экономически выгодных и привлекательных конструкционных и потребительских материалов. Алюминий находит применение в очень широком диапазоне – от мягкой, очень пластичной упаковочной фольги до самых ответственных космических проектов. Алюминий по праву является вторым после стали среди многочисленных конструкционных материалов.

Низкая плотность

Алюминий – это один из самых легких промышленных конструкционных. Плотность алюминия приблизительно в три раза ниже, чем у стали или меди. Это физическое свойство обеспечивает ему высокую удельную прочность – прочность на единицу массы.

Рисунок 1.1 – Объем единицы веса алюминия в сравнении с другими металлами [3]

Рисунок 1.2 – Влияние легирующих элементов на
прочностные свойства, твердость,
хрупкость и пластичность [3]

Рисунок 1 – Прочность на единицу плотности алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Рисунок 2 – Кривые растяжения алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Поэтому алюминиевые сплавы широко применяют в транспортном машиностроении для увеличения грузоподъемности транспортных средств и экономии топлива.

  • Паромные катамараны,
  • нефтяные танкеры и
  • самолеты –

вот лучшие примеры применения алюминия в транспорте.

Рисунок 3 – Плотность алюминия в зависимости от его чистоты и температуры [2]

Коррозионная стойкость

Алюминий имеет высокую коррозионную стойкость благодаря тонкому слою оксида алюминия на его поверхности. Эта оксидная пленка мгновенно образуется, как только свежая поверхность алюминия входит в контакт с воздухом (рисунок 4). Во многих случаях это свойство позволяет применение алюминия без какой-либо специальной обработки поверхности. Если требуется дополнительное защитное или декоративное покрытие, то применяют анодирование или окраску его поверхности.

Рисунок 4
а – естественное оксидное покрытие на сверхчистом алюминии;
б – коррозия алюминия чистотой 99,5 % с естественным оксидным покрытием
в коорозионно агрессивной среде [2]

Рисунок 5.1 – Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость и усталостную прочность [3]

Рисунок 5.2 – Точечная коррозия (питтинговая коррозия) алюминиевых листов
из сплава 3103 в различных коррозионных условиях [3]

Прочность

Прочностные свойства чистого алюминия являются довольно низкими (рисунок 6). Однако эти механические свойства могут возрастать очень сильно, если в алюминий добавляют легирующие элементы и, кроме того, его подвергают термическому (рисунок 6) или деформационному (рисунок 7) упрочнению.

Типичными легирующими элементами являются:

  • марганец,
  • кремний,
  • медь,
  • магний
  • и цинк.

Рисунок 6 – Влияние чистоты алюминия на его прочность и твердость [2]

Рисунок 7 – Прочностные свойства высокочистых деформируемых
алюминиево-медных сплавов в различных состояниях [2]
(О – отожженный, W – сразу после закалки, Т4 – естественно состаренный, Т6 – искусственно состаренный)

Рисунок 8 – Механические свойства алюминия 99,50 %
в зависимости от степени полученной холодной деформации [2]

Рисунок 2 – Влияние легирующих элементов на плотность и модуль Юнга [3]

Прочность при низких температурах

Известно, что сталь становится хрупкой при низких температурах. Алюминий же, напротив, при низких температурах повышает свою прочность и сохраняет высокую вязкость. Именно это физическое свойство дало возможность его применения в космических аппаратах, которые работают в условиях космического холода.

Рисунок 9 – Изменение механические свойства алюминиевого сплава 6061
с понижением температуры

Теплопроводность

Алюминий проводит тепло в три раза быстрее, чем сталь. Это физическое свойство является очень важным в теплообменных аппаратах для нагрева или охлаждения рабочей среды. Отсюда – широкое применение алюминия и его сплавов в кухонной посуде, кондиционерах воздуха, примышленных и автомобильных теплообменниках.

Рисунок 10 – Теплопроводность алюминия в сравнении с другими металлами [3]

Отражательная способность

Алюминий является отличным отражателем лучистой энергии во всем интервале длин волн. Это физическое свойство позволяет применять его в приборах, которые работают от ультрафиолетового спектра через видимый спектр до инфракрасного спектра и тепловых волн, а также таких электромагнитных волн, как радиоволны и радарные волны [1].

Алюминий имеет способность отражать более 80 % световых волн, что обеспечивает ему широкое применение в осветительных приборах (рисунок 11). Благодаря этому физическому свойству он находит применение в теплоизоляционных материалах. Например, алюминиевая кровля отражает большую долю солнечного излучения, что обеспечивает в помещениях прохладную атмосферу летом и, в то же время, сохраняет тепло помещения зимой.

Рисунок 11 – Отражательные свойства алюминия [2]

Рисунок 12 – Отражательные свойства и эмиссивность алюминия с различной обработкой поверхности [3]

Рисунок 13 – Сравнение отражательных свойств различных металлов [3]

Электрические свойства

  • Алюминий является одним из двух доступных металлов, которые имеют достаточно высокую электрическую проводимость, чтобы применять их в качестве электрических проводников.
  • Электрическая проводимость «электрической» марки алюминия 1350 составляет около 62 % от международного стандарта IACS – электрической проводимости отожженной меди.
  • Однако удельный вес алюминия составляет только треть от удельного веса меди. Это означает, что он проводит в два раза больше электричества, чем медь того же веса. Это физическое свойство обеспечивает алюминию широкое применение в высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП), трансформаторах, электрических шинах и цоколях электрических лампочек.

Рисунок 14 – Электрические свойства алюминия [3]

Магнитные свойства

Алюминий обладает свойством не намагничиваться в электромагнитных полях. Это делает его полезным при защите оборудования от воздействия электромагнитных полей. Другим применением этого свойства является компьютерные диски и параболические антенны.

Рисунок 15 – Намагничиваемость алюминиевого сплава AlCu [3]

Токсические свойства

Это свойство алюминия – отсутствие токсичности – было обнаружено еще в начале его промышленного освоения. Именно это свойство алюминия дало возможность его применения для изготовления кухонной посуды и приборов без какого-либо вредного воздействия для тела человека. Алюминий со своей гладкой поверхностью легко поддается чистке, что важно для обеспечения высокой гигиены при приготовлении пищи. Алюминиевая фольга и контейнеры широко и безопасно применяются при упаковке с прямым контактом с продуктами.

Звукоизоляционные свойства

Это свойство алюминия дает ему применение при выполнении звукоизоляции потолков.

Способность поглощать энергию удара

Алюминий имеет модуль упругости в три раза меньший, чем у стали. Это физическое свойство дает большое преимущество для изготовления автомобильных бамперов и других средств безопасности автомобилей.

Рисунок 16 – Автомобильные алюминиевые профили
для поглощения энергии удара при аварии

Пожаробезопасные свойства

Алюминиевые детали не образует искр при ударе друг о друга, а также другие цветные металлы. Это физическое свойство находит применение при повышенных мерах пожарной безопасности конструкций, например, на морских нефтяных вышках.

Вместе с тем, с повышением температуры выше 100 градусов Цельсия прочность алюминиевых сплавов значительно снижается (рисунок 17).

Рисунок 17 – Прочность при растяжении алюминиевого сплава 2014-Т6
при различных температурах испытания [3]

Технологические свойства

Легкость, с которой алюминий может быть переработан в любую форму – технологичность, является одним из наиболее важных его достоинств. Очень часто он может успешно конкурировать с более дешевыми материалами, которые намного труднее обрабатывать:

  • Этот металл может быть отлит любым методом, который известен металлургам-литейщикам.
  • Он может прокатан до любой толщины вплоть до фольги, которая тоньше листа бумаги.
  • Алюминиевые листы можно штамповать, вытягивать, высаживать и формовать всем известными методами обработки металлов давлением.
  • Алюминий можно ковать всеми методами ковки
  • Алюминиевая проволока, которую волочат из круглого прутка, может затем сплетаться в электрические кабели любого размера и типа.
  • Почти не существует ограничений формы профилей, в которые получают из этого металла методом экструзии (прессования).

Рисунок 18.1 – Литье алюминия в песчаную форму

Рисунок 18.2 – Непрерывная разливка-прокатка алюминиевой полосы [5]

Рисунок 18.3 – Операция высадки при изготовлении алюминиевых банок [4]

Рисунок 18.4 – Операция ковки алюминия

Рисунок 18.5 – Холодное волочение алюминия

Рисунок 18.6 – Прессование (экструзия) алюминия

Источники:

  1. Aluminium and Aluminium Alloys. – ASM International, 1993.
  2. A. Sverdlin Properties of Pure Aluminum // Handbook of Aluminum, Vol. 1 /ed. G.E. Totten, D.S. MacKenzie, 2003
  3. TALAT 1501
  4. TALAT 3710

алюминия | Использование, свойства и соединения

Алюминий (Al), также пишется как алюминий, химический элемент, легкий серебристо-белый металл основной группы 13 (IIIa, или группа бора) периодической таблицы. Алюминий — самый распространенный металлический элемент в земной коре и наиболее широко используемый цветной металл. Из-за своей химической активности алюминий никогда не встречается в природе в металлической форме, но его соединения в большей или меньшей степени присутствуют почти во всех породах, растительности и животных.Алюминий сосредоточен во внешних 16 км (10 милях) земной коры, из которых он составляет около 8 процентов по весу; по количеству его превосходят только кислород и кремний. Название «алюминий» происходит от латинского слова alumen, которое используется для описания калийных квасцов или сульфата алюминия-калия, KAl (SO 4 ) 2 ∙ 12H 2 O.

aluminium

Aluminium.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Периодическая таблица Менделеева состоит из 118 элементов.Насколько хорошо вы знаете их символы? В этой викторине вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Свойства элемента
атомный номер 13
атомный вес 26.9815384
точка плавления 660 ° C (1220 ° F)
точка кипения 2,467 ° C ( 4473 ° F)
удельный вес 2.70 (при 20 ° C [68 ° F])
валентность 3
электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

Возникновение и история

Алюминий встречается в магматических породах, главным образом в виде алюмосиликатов в полевых шпатах, полевых шпатах и ​​слюдах; в почве, полученной из них в виде глины; а при дальнейшем выветривании — боксит и богатый железом латерит. Боксит, смесь гидратированных оксидов алюминия, является основной алюминиевой рудой.Кристаллический оксид алюминия (наждак, корунд), который встречается в некоторых магматических породах, добывается как природный абразив или в его более мелких разновидностях, таких как рубины и сапфиры. Алюминий присутствует в других драгоценных камнях, таких как топаз, гранат и хризоберилл. Из многих других минералов алюминия алунит и криолит имеют некоторое коммерческое значение.

До 5000 г. до н. Э. Люди в Месопотамии изготавливали прекрасную керамику из глины, которая в основном состояла из соединения алюминия, а почти 4000 лет назад египтяне и вавилоняне использовали соединения алюминия в различных химических веществах и лекарствах.Плиний относится к алюминию, ныне известному как квасцы, соединению алюминия, широко используемому в древнем и средневековом мире для фиксации красителей в текстильных изделиях. Во второй половине 18 века химики, такие как Антуан Лавуазье, признали глинозем в качестве потенциального источника металла.

Неочищенный алюминий был выделен (1825 г.) датским физиком Гансом Кристианом Эрстедом путем восстановления хлорида алюминия амальгамой калия. Британский химик сэр Хамфри Дэви (1809 г.) приготовил железо-алюминиевый сплав путем электролиза плавленого оксида алюминия (оксида алюминия) и уже назвал этот элемент алюминием; позже это слово было изменено на алюминий в Англии и некоторых других европейских странах.Немецкий химик Фридрих Велер, используя металлический калий в качестве восстановителя, произвел алюминиевый порошок (1827 г.) и небольшие шарики металла (1845 г.), по которым он смог определить некоторые из его свойств.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Новый металл был представлен публике (1855 г.) на Парижской выставке примерно в то время, когда он стал доступен (в небольших количествах за большие деньги) за счет восстановления расплавленного хлорида алюминия натрием посредством процесса Девиля.Когда электроэнергия стала относительно обильной и дешевой, почти одновременно Чарльз Мартин Холл в Соединенных Штатах и ​​Поль-Луи-Туссен Эру во Франции открыли (1886 г.) современный метод промышленного производства алюминия: электролиз очищенного глинозема (Al 2 O ). 3 ), растворенный в расплавленном криолите (Na 3 AlF 6 ). В 60-е годы алюминий вышел на первое место, опередив медь, в мировом производстве цветных металлов. Для получения более подробной информации о добыче, рафинировании и производстве алюминия см. Обработка алюминия.

Использование и свойства

Алюминий добавляется в небольших количествах к некоторым металлам для улучшения их свойств для конкретных целей, например, в алюминиевых бронзах и большинстве сплавов на основе магния; или, для сплавов на основе алюминия, к алюминию добавляются умеренные количества других металлов и кремния. Металл и его сплавы широко используются в авиастроении, строительных материалах, товарах длительного пользования (холодильники, кондиционеры, кухонная утварь), электрических проводниках, химическом и пищевом оборудовании.

Чистый алюминий (99,996%) довольно мягкий и хрупкий; технический алюминий (чистота от 99 до 99,6%) с небольшим содержанием кремния и железа тверд и прочен. Пластичный и очень ковкий алюминий можно растянуть в проволоку или свернуть в тонкую фольгу. Металл примерно на треть меньше по плотности, чем железо или медь. Хотя алюминий химически активен, он, тем не менее, очень устойчив к коррозии, потому что на воздухе на его поверхности образуется твердая, прочная оксидная пленка.

Алюминий отлично проводит тепло и электричество.Его теплопроводность примерно вдвое меньше, чем у меди; его электропроводность — около двух третей. Он кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Весь природный алюминий представляет собой стабильный изотоп алюминия-27. Металлический алюминий, его оксид и гидроксид нетоксичны.

Алюминий медленно разрушается большинством разбавленных кислот и быстро растворяется в концентрированной соляной кислоте. Однако концентрированную азотную кислоту можно перевозить в алюминиевых цистернах, поскольку она делает металл пассивным.Даже очень чистый алюминий интенсивно подвергается действию щелочей, таких как гидроксид натрия и калия, с образованием водорода и алюминат-иона. Из-за своего большого сродства к кислороду тонкодисперсный алюминий при воспламенении будет гореть в оксиде углерода или диоксиде углерода с образованием оксида и карбида алюминия, но при температурах до красного каления алюминий инертен по отношению к сере.

Алюминий может быть обнаружен с помощью эмиссионной спектроскопии в концентрациях от одной части на миллион.Алюминий может быть количественно проанализирован как оксид (формула Al 2 O 3 ) или как производное органического соединения азота 8-гидроксихинолина. Производное имеет молекулярную формулу Al (C 9 H 6 ON) 3 .

Соединения

Обычно алюминий трехвалентен. Однако при повышенных температурах было получено несколько газообразных одновалентных и двухвалентных соединений (AlCl, Al 2 O, AlO). В алюминии конфигурация трех внешних электронов такова, что в некоторых соединениях (например.например, кристаллический фторид алюминия [AlF 3 ] и хлорид алюминия [AlCl 3 ]), как известно, возникает чистый ион, Al 3+ , образовавшийся в результате потери этих электронов. Однако энергия, необходимая для образования иона Al 3+ , очень высока, и в большинстве случаев для атома алюминия энергетически более выгодно образовывать ковалентные соединения посредством гибридизации sp 2 , поскольку бор делает. Ион Al 3+ может быть стабилизирован путем гидратации, а октаэдрический ион [Al (H 2 O) 6 ] 3+ находится как в водном растворе, так и в нескольких солях.

Ряд соединений алюминия имеет важное промышленное применение. Оксид алюминия, который встречается в природе в виде корунда, также готовится в больших количествах в промышленных масштабах для использования в производстве металлического алюминия и изготовления изоляторов, свечей зажигания и различных других продуктов. При нагревании оксид алюминия приобретает пористую структуру, которая позволяет ему адсорбировать водяной пар. Эта форма оксида алюминия, известная как активированный оксид алюминия, используется для сушки газов и некоторых жидкостей.Он также служит носителем для катализаторов различных химических реакций.

Анодный оксид алюминия (AAO), обычно получаемый путем электрохимического окисления алюминия, представляет собой наноструктурированный материал на основе алюминия с очень уникальной структурой. AAO содержит цилиндрические поры, которые позволяют использовать его в самых разных целях. Это термически и механически стабильный состав, при этом он оптически прозрачен и является электрическим изолятором. Размер пор и толщину AAO можно легко адаптировать к определенным приложениям, включая использование в качестве шаблона для синтеза материалов в нанотрубки и наностержни.

Еще одно важное соединение — сульфат алюминия, бесцветная соль, полученная действием серной кислоты на гидратированный оксид алюминия. Коммерческая форма представляет собой гидратированное кристаллическое твердое вещество с химической формулой Al 2 (SO 4 ) 3 . Он широко используется в производстве бумаги как связующее для красителей и как поверхностный наполнитель. Сульфат алюминия соединяется с сульфатами одновалентных металлов с образованием гидратированных двойных сульфатов, называемых квасцами. Квасцы, двойные соли формулы MAl (SO 4 ) 2 · 12H 2 O (где M — однозарядный катион, такой как K + ), также содержат ион Al 3+ ; M может быть катионом натрия, калия, рубидия, цезия, аммония или таллия, а алюминий может быть заменен множеством других ионов M 3+ — e.например, галлий, индий, титан, ванадий, хром, марганец, железо или кобальт. Наиболее важной из таких солей является сульфат алюминия-калия, также известный как квасцы калия или квасцы поташа. Эти квасцы находят множество применений, особенно в производстве лекарств, текстиля и красок.

При реакции газообразного хлора с расплавленным металлическим алюминием образуется хлорид алюминия; последний является наиболее часто используемым катализатором в реакциях Фриделя-Крафтса, то есть в синтетических органических реакциях, участвующих в получении широкого спектра соединений, включая ароматические кетоны и антрохинон и его производные.Гидратированный хлорид алюминия, широко известный как хлоргидрат алюминия, AlCl 3 ∙ H 2 O, используется в качестве местного антиперспиранта или дезодоранта для тела, который сужает поры. Это одна из нескольких солей алюминия, используемых в косметической промышленности.

Гидроксид алюминия, Al (OH) 3 , используется для водонепроницаемости тканей и для производства ряда других соединений алюминия, включая соли, называемые алюминатами, которые содержат группу AlO 2 .С водородом алюминий образует гидрид алюминия AlH 3 , твердое полимерное вещество, из которого получают тетрогидроалюминаты (важные восстановители). Литийалюминийгидрид (LiAlH 4 ), образованный реакцией хлорида алюминия с гидридом лития, широко используется в органической химии, например, для восстановления альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов соответственно.

Эта статья была последней отредактирована и обновлена ​​старшим редактором Эриком Грегерсеном.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • Элемент группы бора

    — это бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl) и нихоний (Nh).Они характеризуются как группа наличием трех электронов во внешних частях их атомной структуры. Бор самый легкий…

  • Материаловедение: Алюминий

    Поскольку плотность алюминия составляет примерно одну треть плотности стали, его замена стали в автомобилях может показаться разумным подходом к снижению веса и, таким образом, к увеличению экономии топлива и сокращению вредных выбросов.Однако такие замены не могут быть произведены без учета…

  • химическая промышленность: рафинирование алюминия

    Фтористая промышленность тесно связана с производством алюминия. Глинозем (оксид алюминия, Al 2 O 3 ) может быть восстановлен до металлического алюминия путем электролиза при сплавлении с флюсом, состоящим из фторалюмината натрия (Na 3 AlF 6 ), обычно называемого криолитом.После запуска процесса криолит составляет…

Алюминий — Информация об элементах, свойства и применение

Расшифровка:

Химия в ее элементе: алюминий

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World, журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

На этой неделе химическая причина трансатлантических языковых трений. В конце это эм или нум? Оказывается, у нас, британцев, на лицах может быть яйцо, а также немного того, что мы называем алюминием.

Кира Дж. Вайсман

«Я чувствую себя запертым в жестяной коробке на высоте 39000 футов». Это распространенный рефрен у людей, страдающих фобией к полетам, но, возможно, им будет комфортно знать, что коробка на самом деле сделана из алюминия — более 66000 кг, если они сидят в гигантском реактивном самолете.Хотя сетовать на присутствие в «алюминиевой коробке» — это не совсем то же самое кольцо, есть несколько веских причин оценить этот выбор материала. Чистый алюминий мягкий. Тем не менее, легирование его такими элементами, как медь, магний и цинк, значительно повышает его прочность, при этом делая его легким, что очевидно является преимуществом в борьбе с гравитацией. Полученные сплавы, иногда более пластичные, чем сам алюминий, можно формовать в различные формы, включая аэродинамическую дугу крыльев самолета или его трубчатый фюзеляж.И в то время как железо ржавеет под воздействием элементов, алюминий образует микроскопически тонкий оксидный слой, защищающий его поверхность от дальнейшей коррозии. С этим здоровенным резюме неудивительно, что алюминий можно найти во многих других транспортных средствах, включая корабли, автомобили, грузовики, поезда и велосипеды.

К счастью для транспортной отрасли, природа одарила нас огромным количеством алюминия. Самый распространенный металл в земной коре, он буквально повсюду. Тем не менее, алюминий оставался неоткрытым до 1808 года, так как он связан с кислородом и кремнием с образованием сотен различных минералов, которые никогда не появлялись естественным образом в своей металлической форме.Сэр Хамфри Дэви, химик из Корнуолла, открывший этот металл, назвал его «алюминием» в честь одного из его исходных соединений — квасцов. Однако вскоре после этого вмешался Международный союз теоретической и прикладной химии (или ИЮПАК), стандартизовавший суффикс до более обычного «ium». Еще одним поворотом в номенклатурной истории стало то, что Американское химическое общество возродило первоначальное написание в 1925 году, и по иронии судьбы именно американцы, а не британцы произносят название элемента, как задумал Дэви.

В 1825 году честь впервые выделить алюминий выпала на долю датского ученого Ганса Христиана Эрстеда. Сообщается, что он сказал о своей награде: «Он образует кусок металла, напоминающий олово по цвету и блеску» — не слишком лестное описание, но, возможно, объяснение нынешнего замешательства пассажиров авиалиний. Трудность отделения алюминия от его оксидов — ибо все ранние процессы давали в лучшем случае только килограммы — обеспечили ему временный статус драгоценного металла, более ценного даже, чем золото.Фактически, алюминиевый бар занимал почетное место рядом с драгоценностями короны на Парижской выставке 1855 года, в то время как Наполеон, как говорят, зарезервировал алюминиевую посуду только для своих самых почетных гостей.

Только в 1886 году Чарльз Мартин Холл, необычайно упорный 22-летний ученый-любитель, разработал первые экономические средства для извлечения алюминия. Работая в сарае со своей старшей сестрой помощницей, он растворил оксид алюминия в ванне с расплавленным гексафторалюминатом натрия (более известный как «криолит»), а затем разделил алюминий и кислород с помощью сильного электрического тока.Примечательно, что еще один 22-летний француз, Поль Луи Туссен Эру, открыл точно такую ​​же электролитическую технологию почти в то же время, что спровоцировало трансатлантическую гонку патентов. Их наследие, закрепленное как процесс Холла-Эру, остается основным методом производства алюминия в промышленных масштабах — в настоящее время ежегодно производится миллион тонн алюминия из самой богатой алюминием руды — боксита.

Не только транспортная промышленность осознала преимущества алюминия.К началу 1900-х годов алюминий уже вытеснил медь в линиях электропередач, его гибкость, легкий вес и низкая стоимость с лихвой компенсировали его более низкую проводимость. Алюминиевые сплавы являются фаворитом в строительстве, находя применение в облицовке, окнах, желобах, дверных рамах и кровле, но с такой же вероятностью они могут появиться и внутри дома: в бытовой технике, кастрюлях и сковородах, посуде, телевизионных антеннах и мебели. В качестве тонкой фольги алюминий представляет собой превосходный упаковочный материал, гибкий и прочный, непроницаемый для воды и стойкий к химическим воздействиям — короче говоря, он идеально подходит для защиты жизненно важных лекарств или ваших любимых шоколадных батончиков.Но, пожалуй, наиболее узнаваемым воплощением алюминия является алюминиевая банка для напитков, сотни миллиардов штук которых производятся ежегодно. Естественно глянцевая поверхность каждой банки служит привлекательным фоном для названия продукта, и хотя ее тонкие стенки могут выдерживать давление до 90 фунтов на квадратный дюйм (в три раза больше, чем в типичной автомобильной шине), к содержимому можно легко получить доступ с помощью просто потяните за язычок. И хотя рафинирование алюминия поглощает значительную часть мирового электричества, алюминиевые банки можно перерабатывать экономично и многократно, каждый раз экономя почти 95% энергии, необходимой для плавки металла.

Однако у этого блестящего металла есть и более темная сторона. Несмотря на его изобилие в природе, известно, что алюминий не служит какой-либо полезной цели для живых клеток. Однако в своей растворимой форме +3 алюминий токсичен для растений. Высвобождение Al 3+ из его минералов ускоряется в кислых почвах, которые составляют почти половину пахотных земель на планете, что делает алюминий основным виновником снижения урожайности сельскохозяйственных культур. Людям не нужен алюминий, но он попадает в наш организм каждый день — он содержится в воздухе, которым мы дышим, в воде, которую мы пьем, и в еде, которую мы едим.Хотя в пищевых продуктах обычно присутствует небольшое количество алюминия, мы отвечаем за основные источники пищевого алюминия: пищевые добавки, такие как разрыхлители, эмульгаторы и красители. Проглатывание антацидов, отпускаемых без рецепта, может повысить уровень их потребления в несколько тысяч раз. И многие из нас ежедневно наносят дезодоранты, содержащие алюминий, непосредственно на кожу. Что беспокоит, так это то, что несколько исследований показали, что алюминий является фактором риска как рака груди, так и болезни Альцгеймера.Хотя большинство экспертов по-прежнему не убеждены в доказательствах, алюминий в высоких концентрациях является доказанным нейротоксином, в первую очередь влияющим на кости и мозг. Итак, пока не будут проведены дополнительные исследования, жюри останется открытым. Теперь, возможно, это то, что вас беспокоит во время следующего дальнемагистрального полета.

Крис Смит

Исследователь Кира Вайсман из Саарландского университета в Саарбрукене, Германия, рассказала историю алюминия и почему я не говорю это так, как задумал Хамфри Дэвид.На следующей неделе, поговорим о том, как звучат элементы, а как насчет этого?

Брайан Клегг

Не так много элементов со звукоподражательными названиями. Скажите кислород или йод, и в звучании слова нет ключа к природе элемента, но цинк — это другое дело — цинк, цинк, цинк, вы почти можете услышать, как набор монет падает в старомодную ванну. Это просто должен быть твердый металл. При использовании цинк часто скрыт, почти скрыт. Он останавливает ржавчину железа, успокаивает солнечные ожоги, защищает от перхоти, соединяется с медью, образуя очень знакомый сплав золотого цвета и сохраняет нам жизнь, но мы почти не замечаем этого.

Крис Смит

И вы можете догнать звон цинка с Брайаном Клеггом в программе «Химия в ее стихии» на следующей неделе. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

(промо)

(конец промо)

Алюминий Факты, Символ, Открытие, Свойства, Использование

Что такое алюминий

Алюминий (произносится как ah-LOO-men-em) — мягкий и легкий металл, представленный химическим веществом Al.Он существует в виде нескольких минеральных соединений, имеющих широкий спектр коммерческого использования благодаря нетоксичной природе и высокой коррозионной стойкости. Он содержит 15 изотопов с массовыми числами от 22 до 35, из которых только Al-26 является радиоактивным с периодом полураспада 7,17 × 10 5 лет, а Al-27 существует в природе.

Алюминиевый символ

Где это можно найти

Элемент составляет около 8,1% земной коры, что делает его одним из самых распространенных металлов. Его можно найти в сочетании с другими металлами в виде силикатных минералов, таких как криолит и боксит.Его производство в промышленных масштабах осуществляется с помощью дорогостоящего химического процесса, называемого процессом Холла-Эру, который требует большого количества энергии.

История

Происхождение названия: его название происходит от латинского слова «alumen», обозначающего квасцы, что означает горькая соль. [1] .

Кто открыл это: Ганс Эрстед [1]

Когда, где и как было обнаружено

В течение 3 -го и века в Китае считалось, что могила военачальника по имени Чжоу-Чу содержала около 85% алюминия.В 1700-х годах также было выдумано присутствие оксида металла, но дальнейший анализ провести не удалось. Фактически, корнуоллский химик Генри Дэви пытался извлечь натрий и калий из соответствующих оксидов, но получить Al не удалось.

Это было только в 1825 году, когда Эрстед в Копенгагене, Дания, нагрел хлорид алюминия с калием и извлек нечистую форму металла. В 1827 году немецкий химик Фридрих Велер, наконец, повторил метод с использованием натрия и получил чистый образец [1] .

Алюминий

Классификация, свойства и характеристики алюминия

Общие свойства

Относительная / Средняя атомная масса 26,982 [1]
Атомная масса / масса 26,982 единиц атомной массы [4]
Молярная масса / Молекулярная масса 26,982 г / моль [3]
Массовое число 27

Физические свойства

Цвет / внешний вид Серебристо-белый [1]
Температура плавления / замерзания 660.323 ° C (1220,581 ° F) [1]
Точка кипения 2519 ° C (4566 ° F) [1]
Плотность 2,70 г / см 3 [ 1]
Стандартное / Физическое состояние вещества при нормальной комнатной температуре (твердое тело / жидкость / газ) Твердое вещество [1]
Пластичность Да
Ковкость Да
Твердость 2.9 Mohs [6]
Электропроводность 37,6676 x 10 6 Sm -1 [4]
Теплопроводность 237 Wm -1 K -1 [4]
Удельная теплоемкость 0,90 Jg -1 K -1 [4]
Удельный вес 2,8
Удельное сопротивление 2,65 x10 -8 ρ (Ом · м ) [5]
Предел прочности на разрыв 90 МПа [5]
Температурный коэффициент 0.00393 α / ° C
Предел текучести при растяжении 276 МПа [7]
Коэффициент линейного теплового расширения / теплопередачи 23,1 10 -6 K -1
Коэффициент трения 1,35

Химические свойства

Воспламеняемость Горючий [4]
Степени окисления (числа) 3 [1]

Атомные данные алюминия

Валентные электроны 1 [8]
Электронная конфигурация (конфигурация благородного газа) [Ne] 3s 2 3p 1 [1]
Кристаллическая структура Гранецентрированный кубический
Постоянная решетки / параметр 0.405 нм
Уровни энергии [9]
Первый энергетический уровень 2
Второй энергетический уровень 8
Третий энергетический уровень 3
Атомная структура [4]
— Количество электронов 13
— Количество нейтронов 14
— Число протонов 13
Радиус атома
— Атомный радиус 1.84 Å [1]
— Ковалентный радиус 1,24 Å [1]
Электроотрицательность 1,61 [1]
Заряд ионов +1 [3]
Энергия ионизации [1]

(кДжмоль -1 )

1-й 2-я 3-й 4-я 5-й 6-й 7-й
577.539 1816.679 2744,781 11577.469 14841.857 18379,49 23326,3

Атомная структура алюминия (модель Бора)

Что такое алюминий, обычно используемый для изготовления

  • Он используется в широком диапазоне продуктов, таких как панели для заборных ворот, сайдинг, банки, трубы, трубы, проводка, фольга, кровля, сковороды, сковороды, перила, покрытия, покрытия для террас, колеса, прутки для пайки, сетчатые двери, радиаторы, газовые топливные баки и столбы [1] .
  • Хороший проводник электричества, Al является идеальным заменителем меди с точки зрения стоимости и веса для создания линий электропередачи [1] .
  • Алюминий легирован другими металлами, такими как медь, магний, кремний и марганец, для изготовления шариковых подшипников, автомобильных деталей, ракет и самолетов. [1, 2] .
  • Металл часто используется в качестве отражающего покрытия на зеркалах телескопов, игрушках, упаковках, декоративной и декоративной бумаге для защиты от света и тепла [1] .
  • В качестве альтернативы дорогим батареям и жидкому топливу алюминиевые топливно-ионные воздушные элементы / батареи более удобны и портативны для использования. [10] .

Алюминий Фотографии

Обладает ли элемент токсическим действием?

Вдыхание Al-содержащей пыли или паров влияет на дыхательную систему, вызывая кашель и другие заболевания легких. Длительное употребление металла в виде некоторых пероральных продуктов может повредить почки, а также увеличить вероятность болезни Альцгеймера [11] .

Алюминиевый порошок

Интересные факты

  • До открытия процесса Холла-Эру чистый алюминий был дороже золота и поэтому назывался «королем металлов» [12] .
  • Металл можно повторно использовать несколько раз без ущерба для его качества [12] .

Алюминиевый металлический лист

Алюминий Цена

Стоимость чистого может варьироваться от 0,9 до 1 доллара США.

Список литературы

  1. http: // www.rsc.org/periodic-table/element/13/aluminium
  2. https://education.jlab.org/itselemental/ele013.html
  3. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/aluminium# section = Computed-Properties
  4. https://www.chemicool.com/elements/aluminium.html
  5. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/rstiv.html
  6. https: / /www.tedpella.com/company_html/hardness.htm
  7. http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=ma6061t6
  8. https: // study.com / academy / answer / how-many-valence-electrons-does-aluminium-have.html
  9. http://www.chemicalelements.com/elements/al.html
  10. https://www.sciencedirect.com/ science / article / pii / S0378775307002236
  11. https://www.atsdr.cdc.gov/phs/phs.asp?id=1076&tid=34

Алюминий — (Al) — Химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Название «алюминий» происходит от древнего названия квасцов (сульфат калия-алюминия), которое было alumen (латинское, что означает горькая соль).Алюминий — это оригинальное название, данное элементу Хамфри Дэви, но другие называли его алюминием, и это название стало общепринятым в Европе. Однако в США предпочтительным названием был алюминий, и когда Американское химическое общество обсуждало этот вопрос в 1925 году, оно решило остановиться на алюминии.
Алюминий — мягкий и легкий металл. Он имеет тускло-серебристый вид из-за тонкого слоя окисления, который быстро образуется при контакте с воздухом. Алюминий нетоксичен (как металл), немагнитен и искробезопасен.

Алюминий содержит только один изотоп природного происхождения, алюминий-27, который не является радиоактивным.

Применения

Серебристый и пластичный член группы элементов с низким содержанием металлов, алюминий встречается в основном в виде бокситов и отличается стойкостью к окислению (на самом деле алюминий почти всегда уже окислен, но его можно использовать в этой форме, в отличие от большинство металлов), его прочность и легкий вес. Алюминий используется во многих отраслях для производства миллионов различных продуктов и очень важен для мировой экономики.Конструкционные элементы из алюминия жизненно важны для аэрокосмической промышленности и очень важны в других областях транспорта и строительства, где необходимы легкий вес, долговечность и прочность.
Использование алюминия превышает использование любого другого металла, кроме железа. Чистый алюминий легко образует сплавы со многими элементами, такими как медь, цинк, магний, марганец и кремний.
Практически все современные зеркала изготавливаются с использованием тонкого отражающего покрытия из алюминия на задней поверхности листа флоат-стекла.Зеркала телескопов также покрыты тонким слоем алюминия.
Другие области применения — линии электропередачи и упаковка (банки, фольга и т. Д.).
Из-за своей высокой проводимости и относительно низкой цены по сравнению с медью алюминий в значительной степени использовался для бытовой электропроводки в США в 1960-х годах. К сожалению, проблемы с функционированием были вызваны более высоким коэффициентом теплового расширения и склонностью к ползучести при постоянном постоянном давлении, что в конечном итоге привело к ослаблению соединения; гальваническая коррозия, увеличивающая электрическое сопротивление.
Самым последним достижением в технологии алюминия является производство алюминиевой пены путем добавления к расплавленному металлу соединения (металлического гибрида), которое выделяет газообразный водород. Перед этим расплавленный алюминий должен загустеть, и это достигается добавлением волокон оксида алюминия или карбида кремния. В результате получается твердая пена, которая используется в транспортных туннелях и в космических кораблях.

Алюминий в окружающей среде

Алюминий — элемент в большом количестве в земной коре: считается, что он содержится в процентах от 7.От 5% до 8,1%. Алюминий в свободном виде встречается очень редко. Алюминий в значительной степени влияет на свойства почвы, где он присутствует в основном в виде нерастворимого гидроксида алюминия.
Алюминий — химически активный металл, и его трудно извлечь из руды, оксида алюминия (Al 2 O 3 ). Алюминий — один из самых сложных для очистки металлов на земле, причина в том, что алюминий очень быстро окисляется и его оксид является чрезвычайно стабильным соединением, которое, в отличие от ржавчины на железе, не отслаивается.Сама причина, по которой алюминий используется во многих областях, заключается в том, что его так сложно производить.
Несколько драгоценных камней сделаны из прозрачной кристаллической формы оксида алюминия, известной как корунд. Присутствие следов других металлов создает различные цвета: кобальт создает синие сапфиры, а хром — красные рубины. И то, и другое сейчас легко и дешево производить искусственно. Топаз — силикат алюминия, окрашенный в желтый цвет со следами железа.
Восстановление этого металла из лома (путем вторичной переработки) стало важным компонентом алюминиевой промышленности.Промышленное производство нового металла во всем мире составляет около 20 миллионов тонн в год, и примерно столько же перерабатывается. Известные запасы руд составляют 6 млрд тонн.

Алюминий — один из наиболее широко используемых металлов, а также одно из наиболее часто встречающихся соединений в земной коре. Из-за этого алюминий широко известен как невинное соединение. Но все же, когда человек подвергается воздействию высоких концентраций, это может вызвать проблемы со здоровьем. Водорастворимая форма алюминия вызывает вредное воздействие, эти частицы называются ионами.Обычно они находятся в растворе алюминия в сочетании с другими ионами, например в виде хлора алюминия.

Поглощение алюминия может происходить через пищу, через дыхание и при контакте с кожей. Длительное потребление алюминия в значительных концентрациях может привести к серьезным последствиям для здоровья, например:

— повреждение центральной нервной системы
— слабоумие
— потеря памяти
— вялость
— сильная дрожь

рабочие среды, такие как шахты, где он может быть найден в воде.Люди, которые работают на заводах, где алюминий применяется в производственных процессах, могут страдать от проблем с легкими, когда они вдыхают алюминиевую пыль. Алюминий может вызвать проблемы у пациентов с почками, когда он попадает в организм во время диализа почек.

Сообщается, что вдыхание мелкодисперсного алюминия и порошка оксида алюминия является причиной легочного фиброза и повреждения легких. Этот эффект, известный как болезнь Шейвера, осложняется присутствием во вдыхаемом воздухе кремнезема и оксидов железа.Также может быть причастен к болезни Альцгеймера.

Воздействие алюминия привлекло наше внимание, в основном из-за проблем с подкислением. Алюминий может накапливаться в растениях и вызывать проблемы со здоровьем у животных, потребляющих эти растения.

Наиболее высокие концентрации алюминия наблюдаются в подкисленных озерах. В этих озерах количество рыб и земноводных сокращается из-за реакции ионов алюминия с белками в жабрах рыб и эмбрионах лягушек.
Высокие концентрации алюминия оказывают воздействие не только на рыбу, но также на птиц и других животных, потребляющих зараженную рыбу и насекомых, а также на животных, которые вдыхают алюминий через воздух.Последствиями для птиц, потребляющих зараженную рыбу, являются истончение яичной скорлупы и появление цыплят с низкой массой тела при рождении. Последствиями для животных, которые вдыхают алюминий через воздух, могут быть проблемы с легкими, потеря веса и снижение активности.

Еще одно негативное воздействие алюминия на окружающую среду заключается в том, что его ионы могут вступать в реакцию с фосфатами, в результате чего фосфаты становятся менее доступными для водных организмов.

Высокие концентрации алюминия могут быть обнаружены не только в подкисленных озерах и воздухе, но и в грунтовых водах подкисленных почв.Есть веские основания полагать, что алюминий может повредить корни деревьев, когда он находится в грунтовых водах.

Мы расскажем вам больше о поведении алюминия в воде

Вернуться к периодической диаграмме

Факты об алюминии | Живая наука

Алюминий: его не просто можно найти в холодильнике, обернутым вокруг остатков недельной давности. Этот элемент является вторым по распространенности металлическим элементом в земной коре после кремния. Его используют в банках из-под газировки и другой упаковке, в самолетах и ​​автомобилях, и даже в шикарном iPhone 6.

Огромный объем алюминия — около 8 процентов земной коры по весу, по данным Университета Висконсина — позволяет легко принять этот металл как должное. Но алюминий легкий (по данным Геологической службы США в три раза меньше стали или меди), его легко формовать, складывать и утилизировать. Он устойчив к коррозии и выдерживает многократное использование.

Самое забавное в алюминии то, что он вообще не должен быть таким полезным. Металл на самом деле окисляется или легко теряет электроны — тот же тип реакции, который вызывает ржавчину железа.Однако, в отличие от хлопьевидного оксида железа, продукт этой реакции, оксид алюминия, прилипает к исходному металлу, защищая его от дальнейшего разложения, согласно данным Университета Висконсина.

Just the Facts

  • Атомный номер (количество протонов в ядре): 13
  • Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Al
  • Атомный вес (средняя масса атома): 26.9815386
  • Плотность : 2,70 грамма на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
  • Точка плавления: 1220.58 градусов по Фаренгейту (660,32 градуса Цельсия)
  • Точка кипения: 4566 градусов по Фаренгейту (2519 градусов по Цельсию)
  • Количество изотопов (атомов одного и того же элемента с разным количеством нейтронов): 22, один стабильный
  • Наиболее распространенные изотопы: Al-27 (стабильный) и Al-26 (радиоактивный; период полураспада 730 000 лет)

Алюминий образуется в звездах в реакции синтеза, в которой магний захватывает дополнительный протон, согласно Chemicool, химическому сайту, созданному Дэвидом Д. Сюй из Массачусетского технологического института.Однако в природе он не встречается в чистом виде; В земной коре алюминий чаще всего встречается в виде соединения, называемого квасцами (сульфат калия и алюминия).

По данным Национального ускорительного центра Томаса Джефферсона, датскому химику Гансу Кристиану Эрстеду впервые удалось извлечь алюминий из квасцов в 1825 году. Позже ученые усовершенствовали процесс получения алюминия для получения квасцов, но не смогли снизить цену до практического уровня. На протяжении десятилетий алюминий ценился больше, чем золото: Наполеон III, первый президент Второй французской республики с 1848 года, с гордостью обслуживал своих самых почетных гостей, используя алюминиевые тарелки и столовые приборы, потому что это был такой редкий металл, согласно The Aluminium Ассоциация.Согласно статье 1911 года в журнале Good Housekeeping Magazine, Наполеон III заказал для своего сына алюминиевую погремушку.

Наконец, в 1886 году французский инженер Поль Эру и выпускник химического факультета Оберлина Чарльз Холл независимо друг от друга изобрели процесс, в котором оксид алюминия плавится в криолите (фтористый натрий-алюминий) и подвергается воздействию электрического тока. Общество. По данным ACS, процесс Холла-Эру все еще используется для производства алюминия сегодня, наряду с процессом Байера, который извлекает алюминий из бокситовой руды.

Единственная стабильная форма алюминия — это Al-27, а период полураспада большинства изотопов составляет всего миллисекунды, то есть они исчезают менее чем за мгновение ока. Но у Al-26, радиоактивного изотопа алюминия с самым долгим сроком существования, период полураспада составляет около 730 000 лет. Согласно исследованию, опубликованному в январе 2006 года в журнале Nature, этот изотоп находится в областях звездообразования в галактике. В этом исследовании исследователи НАСА использовали обнаруживаемые вспышки Al-26, чтобы определить сверхновые звезды или взрывы звезд. Используя эти отпечатки пальцев Al-26, ученые подсчитали, что сверхновая в галактике Млечный Путь происходит в среднем каждые 50 лет и что каждый год рождается семь новых звезд.

Кто знал?

  • Алюминий в изобилии: в 2012 году, по данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), только для контейнеров и упаковки было произведено 1,9 миллиона тонн алюминия. Еще 1,7 млн ​​тонн пошло на бытовую технику, запчасти для автомобилей и другие товары длительного пользования.
  • По данным Chemicool, один Боинг-747 содержит 147 000 фунтов (более 66 000 кг) алюминия.
  • Не пытайтесь делать это дома (если у вас нет вытяжного шкафа). Алюминиевый порошок плюс йод плюс несколько капель воды создают настоящую картину: облака токсичного пурпурного пара йода, а затем внезапное пламя.Реакция — это демонстрация того, насколько химически активным может быть алюминий.
  • Утилизация! По данным EPA, переработка алюминия требует всего 5 процентов энергии, необходимой для извлечения нового алюминия из руды. По состоянию на 2012 год около 55 процентов алюминиевых банок для напитков отправлялось в мусорную корзину.
  • Вершина памятника Вашингтону увенчана алюминиевой пирамидой диаметром 8,9 дюйма (22,6 сантиметра). Алюминиевый колпачок изначально служил вершиной громоотвода монумента, хотя его пришлось дополнить медными стержнями, когда стало ясно, что сам колпачок не может предотвратить повреждение, согласно статье 1995 года в Journal of the Minerals, Metals and Материалы общества.
  • Этой банки кока-колы, возможно, не хватило надолго. По данным Алюминиевой ассоциации, возврат алюминиевой банки после переработки занимает всего 60 дней, как и новой.
  • Trippy: По данным Алюминиевой ассоциации, около 75 процентов всего когда-либо производимого алюминия все еще используется благодаря переработке.

Текущие исследования

Возможно, самое известное появление алюминия в недавних исследованиях произошло в 2011 году, когда он сыграл роль в присуждении Нобелевской премии по химии.Лауреат премии, материаловед Дан Шехтман из Израильского технологического института Технион открыл квазикристаллы, молекулярные структуры неповторяющихся структур. Материал, в котором Шехтман открыл эти квазикристаллы, представлял собой смесь марганца и алюминия.

По словам Юньтян Чжу, профессора материаловедения и инженерных наук в Университете штата Северная Каролина, на рынке представлены сотни алюминиевых сплавов или смесей с другими металлами. Сам по себе алюминий легкий, но слабый, поэтому для придания ему большей мускулатуры добавляют другие металлы.

Чжу и его коллеги довели эту концепцию до крайности, создав алюминий, прочный, как сталь, сообщили они в статье, опубликованной в журнале Nature Communications в 2010 году. Подвергнув алюминий, смешанный с небольшим количеством магния и цинка, экстремальному давлению, исследователи обнаружили, что они могут измельчать зерна алюминия до наноразмеров. Эти более мелкие зерна позволяют сплаву двигаться, поэтому он не становится хрупким и не трескается, как керамика, под давлением. Но движение достаточно сдержанное, чтобы материал оставался очень прочным.

«Наноструктура очень затрудняет перемещение дислокации, но в то же время, когда вы прикладываете достаточно высокую силу, она позволяет ей двигаться», — сказал Чжу Live Science.

В настоящее время исследователи могут производить только небольшие количества этого сверхпрочного алюминиевого сплава за раз, а это означает, что коммерческое применение пока невозможно.

Тем временем в Орегоне исследователи используют передовые технологии для изучения алюминия на водной основе или соединений алюминия, образующихся в воде, особенно оксидов алюминия.Оксиды алюминия — это соединения, в состав которых входят как алюминий, так и кислород.

«Оксид алюминия, особенно в виде пленки, используется во многих различных отраслях промышленности», — сказал Дуглас Кеслер, директор Центра устойчивой химии материалов при Университете штата Орегон. Эти пленки создают хорошие устойчивые к царапинам и коррозии барьеры; Оксиды алюминия также используются при очистке воды для осаждения крошечных частиц, сказал Кеслер Live Science.

Кеслер и его команда работают над анализом чернильных растворов, которые можно нагревать и сушить до пленок оксида алюминия.

«У нас нет химических методов, которые позволяют нам одновременно с такими растворами определять как состав, так и структуру, молекулярную структуру того, что находится в растворе», — сказал Кеслер. «Итак, мы взяли несколько совершенно новых лазерных технологий и объединили их с мощными вычислениями, чтобы иметь возможность одновременно определять состав и структуру».

Как только они поймут решения, сказал Кеслер, исследователи смогут лучше контролировать процесс производства пленок и научиться делать их энергоэффективными способами.Прямо сейчас команда больше всего заинтересована в использовании пленок для туннелирования электронов. По словам Кеслера, помещая пленку очень чистого оксида алюминия между двумя электродами, ученые очень близки к тому, чтобы заставить электроны прыгать с одного электрода на другой, не взаимодействуя с пленкой: «По сути, мгновенный переход от одного электрода к другому, «Сказал Кеслер.

Это устройство туннелирования электронов можно использовать как дешевый и простой переключатель, сказал Кеслер.

Дополнительные ресурсы

Следите за Live Science @livescience, Facebook и Google+.

Алюминий или алюминиевые элементы. Факты о

Основные факты об алюминии:

Символ: Al
Атомный номер: 13
Атомный вес: 26,981539
Классификация элемента: Основной металл
Номер CAS: 7429-90-5

Расположение алюминиевой периодической таблицы

Группа: 13
Период: 3
Блок: p

Алюминиевая электронная конфигурация

Краткая форма: [Ne] 3s 2 3p 1
Длинная форма: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Структура оболочки: 2 8 3

Алюминий Discovery

История: Квасцы (сульфат калия и алюминия — KAl (SO 4 ) 2 ) использовались с древних времен.Его использовали при дублении, крашении и в качестве вспомогательного средства для остановки небольшого кровотечения и даже в качестве ингредиента в разрыхлителе. В 1750 году немецкий химик Андреас Маргграф нашел способ производства квасцов новой формы без серы. Это вещество было названо глиноземом, которое сегодня известно как оксид алюминия (Al 2 O 3 ). Большинство современных химиков того времени считали глинозем «землей» ранее неизвестного металла. Металлический алюминий был окончательно выделен в 1825 году датским химиком Гансом Кристианом Эрстедом (Эрстед).Немецкий химик Фридрих Велер безуспешно пытался воспроизвести технику Эрстеда и нашел альтернативный метод, который также позволил получить металлический алюминий два года спустя. Историки расходятся во мнениях относительно того, кому следует признать открытие.
Название: Алюминий получил свое название от квасцов. Латинское название квасцов — alumen, что означает горькая соль.
Примечание по наименованию: сэр Хамфри Дэви предложил название «алюминий» для элемента, однако название «алюминий» было принято, чтобы соответствовать окончанию «ium» большинства элементов.Это написание используется в большинстве стран. Алюминий также использовался в США до 1925 года, когда Американское химическое общество официально решило использовать вместо этого название алюминия.

Физические характеристики алюминия

Состояние при комнатной температуре (300 K): твердое вещество
Внешний вид: мягкий, легкий, серебристо-белый металл
Плотность: 2,6989 г / куб.см
Плотность при температуре плавления: 2,375 г / куб.см
Удельный вес: 7,874 (20 ° C)
Точка плавления : 933,47 K, 660,32 ° C, 1220,58 ° F
Температура кипения: 2792 K, 2519 ° C, 4566 ° F
Критическая точка: 8550 K
Теплота плавления: 10.67 кДж / моль
Теплота испарения: 293,72 кДж / моль
Молярная теплоемкость: 25,1 Дж / моль · K
Удельная теплоемкость: 24.200 Дж / г · K (при 20 ° C)

Атомные данные алюминия

Состояния окисления (жирный шрифт, наиболее часто): +3, +2, +1
Электроотрицательность: 1,610
Сродство к электрону: 41,747 кДж / моль
Атомный радиус: 1,43 Å
Атомный объем: 10,0 см3 / моль
Ионный радиус: 51 (+ 3e )
Ковалентный радиус: 1,24 Å
Энергия первой ионизации: 577,539 кДж / моль
Энергия второй ионизации: 1816.667 кДж / моль
Энергия третьей ионизации: 2744,779 кДж / моль

Ядерные данные алюминия

Количество изотопов: Алюминий имеет 23 известных изотопа в диапазоне от 21 Al до 43 Al. Только два встречаются в природе. 27 Al является наиболее распространенным, составляя почти 100% всего природного алюминия. 26 Al почти стабилен с периодом полураспада 7,2 x 10 5 лет и в природе встречается только в следовых количествах.

Данные кристалла алюминия

Структура решетки: гранецентрированная кубическая
Постоянная решетки: 4.050 Å
Температура Дебая: 394,00 К

Использование алюминия

Древние греки и римляне использовали квасцы в качестве вяжущего средства, в лечебных целях и в качестве протравы при крашении. Он используется в кухонной утвари, наружных украшениях и в тысячах промышленных применений. Хотя электропроводность алюминия составляет всего около 60% от проводимости меди на площадь поперечного сечения, алюминий используется в линиях электропередачи из-за его небольшого веса. Сплавы алюминия используются при строительстве самолетов и ракет.Отражающие алюминиевые покрытия используются для зеркал телескопов, изготовления декоративной бумаги, упаковки и многих других целей. Глинозем используется в стекловарении и огнеупорах. Синтетические рубин и сапфир находят применение в создании когерентного света для лазеров.

Прочие факты об алюминии

  • Алюминий — третий по распространенности элемент в земной коре.
  • Алюминий когда-то назывался «Металлом королей», потому что чистый алюминий был дороже в производстве, чем золото, до тех пор, пока не был открыт процесс Холла-Эру.
  • Алюминий — наиболее широко используемый металл после железа.
  • Основным источником алюминия является бокситовая руда.
  • Алюминий парамагнитен.
  • В тройку лидеров по добыче алюминиевой руды входят Гвинея, Австралия и Вьетнам. Австралия, Китай и Бразилия лидируют в мире по производству алюминия.
  • IUPAC принял название «алюминий» в 1990 г., а в 1993 г. признал алюминий приемлемым вариантом названия элемента.
  • Алюминий требует много энергии для отделения от руды.Для переработки алюминия требуется всего 5% этой энергии для производства того же количества.
  • Алюминий может ржаветь или окисляться ртутью.
  • Рубины представляют собой кристаллы оксида алюминия, в которых некоторые атомы алюминия заменены атомами хрома.
  • Было обнаружено, что ювелирное изделие в гробнице китайского генерала Чжоу-Чу III века содержит 85% алюминия. Историки не знают, как был изготовлен орнамент.
  • Алюминий используется в фейерверках для образования искр и белого пламени.Алюминий — обычный компонент бенгальских огней.

Артикул:

Справочник CRC по химии и физике (89-е изд.), Национальный институт стандартов и технологий, История происхождения химических элементов и их первооткрыватели, Норман Э. Холден 2001.

Оксид алюминия | Сульфат алюминия

Оксид алюминия — это обычное встречающееся в природе соединение, которое используется в различных отраслях промышленности, особенно в производстве алюминия.Используется в производстве промышленной керамики. Его наиболее распространенная кристаллическая форма, корунд, также имеет несколько разновидностей ювелирного качества.

Химические свойства

Существует множество различных форм оксида алюминия, включая как кристаллические, так и некристаллические формы. Химическая формула оксида алюминия — Al₂O₃. Это электрический изолятор, что означает, что он не проводит электричество, а также имеет относительно высокую теплопроводность. Кроме того, в кристаллической форме, корунд, его твердость делает его пригодным в качестве абразива.Высокая температура плавления оксида алюминия делает его хорошим огнеупорным материалом для футеровки высокотемпературных устройств, таких как обжиговые печи, печи, мусоросжигательные печи, реакторы различных типов и тигли.

Использование в производстве алюминия

Чаще всего оксид алюминия используется в производстве металлического алюминия. Металлический алюминий реагирует с кислородом, что может вызвать коррозию. Однако, когда алюминий связывается с кислородом с образованием оксида алюминия, он создает тонкое покрытие, которое защищает его от окисления.Это предохраняет алюминий от коррозии и потери прочности. Толщина и другие свойства оксидного слоя могут быть изменены с помощью процесса анодирования. Оксид алюминия также является продуктом процесса плавки алюминия.

Драгоценные камни корунда

Наиболее распространенной кристаллической формой оксида алюминия является корунд. И рубины, и сапфиры представляют собой корунды ювелирного качества. Своей отличительной окраской они обязаны следам примесей. Рубины получают свой темно-красный цвет и лазерные свойства из-за следов хрома.Сапфиры бывают разных цветов, которые происходят из других примесей, таких как железо и титан. Твердость различных видов корунда делает их пригодными для использования в качестве абразивов и компонентов в режущих инструментах.

Использование в керамике

Оксид алюминия, также называемый оксидом алюминия, используется в инженерной керамике. Он твердый и износостойкий, устойчив к воздействию кислот и щелочей, обладает высокой прочностью и жесткостью, а также хорошей теплопроводностью, что делает его ценным при производстве различных керамических изделий.К ним относятся такие вещи, как высокотемпературные электрические изоляторы и изоляторы напряжения, детали контрольно-измерительных приборов для машин для термических испытаний, уплотнительные кольца, газовые лазерные трубки и другое лабораторное оборудование. Оксид алюминия также используется в производстве баллистической брони.

Другое применение

Поскольку оксид алюминия является довольно инертным химически, белым и относительно нетоксичным, он служит наполнителем в пластмассах. Это также частый ингредиент солнцезащитного крема. Из-за своей твердости и прочности он используется как абразив, в том числе в наждачной бумаге, и как менее дорогой заменитель промышленных алмазов.Некоторые комплекты для полировки CD и DVD содержат оксид алюминия. Те же качества делают его хорошим ингредиентом зубной пасты.