Alles über Aluminium. Chemische und physikalische Eigenschaften von Aluminium
Eines der am häufigsten vorkommenden Elemente des Planeten ist Aluminium. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium werden in der Industrie genutzt. Alles, was Sie über dieses Metall wissen müssen, finden Sie in unserem Artikel.
Atomstruktur
Aluminium ist das 13. Element im Periodensystem. Er ist in der dritten Periode, III Gruppe, Hauptuntergruppe.
Die Eigenschaften und Anwendungen von Aluminium hängen mit seiner elektronischen Struktur zusammen. Das Aluminiumatom hat einen positiv geladenen Kern (+13) und 13 negativ geladene Elektronen, die sich auf drei Energieniveaus befinden. Die elektronische Konfiguration des Atoms ist 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1.
Auf dem externen Energieniveau gibt es drei Elektronen, die die konstante Valenz III bestimmen. Bei Reaktionen mit Substanzen geht Aluminium in einen angeregten Zustand über und kann alle drei Elektronen unter Bildung kovalenter Bindungen abgeben. Aluminium ist wie andere aktive Metalle ein starkes Reduktionsmittel.
Zahl: 1. Die Struktur des Aluminiumatoms.
Aluminium ist ein amphoteres Metall, das amphotere Oxide und Hydroxide bildet. Die Verbindungen zeigen je nach Bedingungen saure oder basische Eigenschaften.
Physische Beschreibung
Aluminium hat:
- leichtigkeit (Dichte 2,7 g / cm 3);
- silber grau;
- hohe elektrische Leitfähigkeit;
- formbarkeit;
- plastizität;
- schmelzpunkt - 658 ° C;
- siedepunkt - 2518,8 ° C.
Zinnbehälter, Folie, Draht, Legierungen bestehen aus Metall. Aluminium wird zur Herstellung von Mikroschaltungen, Spiegeln und Verbundwerkstoffen verwendet.
Zahl: 2. Blechbehälter.
Aluminium ist paramagnetisch. Metall wird von einem Magneten nur in Gegenwart eines Magnetfeldes angezogen.
Chemische Eigenschaften
In der Luft oxidiert Aluminium schnell und wird mit einem Oxidfilm bedeckt. Es schützt das Metall vor Korrosion und verhindert auch die Wechselwirkung mit konzentrierten Säuren (Salpetersäure, Schwefelsäure). Daher werden Säuren in Aluminiumbehältern gelagert und transportiert.
Unter normalen Bedingungen sind Reaktionen mit Aluminium erst nach Entfernen des Oxidfilms möglich. Die meisten Reaktionen finden bei hohen Temperaturen statt.
Die wichtigsten chemischen Eigenschaften des Elements sind in der Tabelle beschrieben.
|
Reaktion |
Beschreibung |
Die gleichung |
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Mit Sauerstoff |
Brennt bei hohen Temperaturen und erzeugt Wärme |
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 |
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Mit Nichtmetall |
Reagiert mit Schwefel bei Temperaturen über 200 ° C, mit Phosphor - bei 500 ° C, mit Stickstoff - bei 800 ° C, mit Kohlenstoff - bei 2000 ° C. |
2Al + 3S → Al 2 S 3; Al + P → AlP; 2Al + N 2 → 2AlN; 4Al + 3C → Al 4 C 3 |
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Mit Halogenen |
Reagiert unter normalen Bedingungen mit Jod - beim Erhitzen in Gegenwart eines Katalysators (Wasser) |
2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3; 2Al + 3I 2 → 2AlI 3; 2Al + 3Br 2 → 2AlBr 3 |
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Mit Säuren |
Reagiert unter normalen Bedingungen mit verdünnten Säuren und beim Erhitzen mit konzentrierten Säuren |
2Al + 3H 2 SO 4 (verdünnt) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2; Al + 6HNO 3 (konz.) → Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O. |
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Mit Alkalien |
Reagiert mit wässrigen Alkalilösungen und beim Schmelzen |
2Al + 2NaOH + 10H 2 O → 2Na + 3H 2; 2Al + 6KOH → 2KAlO 2 + 2K 2 O + 3H 2 |
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Mit Oxiden |
Verdrängt weniger aktive Metalle |
2Al + Fe 2 O 3 → 2Fe + Al 2 O 3 |
Aluminium reagiert nicht direkt mit Wasserstoff. Nach Entfernen des Oxidfilms ist eine Reaktion mit Wasser möglich.
Zahl: 3. Reaktion von Aluminium mit Wasser.
Was haben wir gelernt?
Aluminium ist ein amphoteres aktives Metall mit konstanter Wertigkeit. Hat eine geringe Dichte, hohe elektrische Leitfähigkeit, Plastizität. Es wird von einem Magneten nur in Gegenwart eines Magnetfeldes angezogen. Aluminium reagiert mit Sauerstoff und bildet einen Schutzfilm, der Reaktionen mit Wasser, konzentrierter Salpetersäure und Schwefelsäure verhindert. Beim Erhitzen interagiert es unter normalen Bedingungen mit Nichtmetallen und konzentrierten Säuren - mit Halogenen und verdünnten Säuren. Es verdrängt weniger aktive Metalle in Oxiden. Reagiert nicht mit Wasserstoff.
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(nach Pauling)
Aluminium - ein Element der Hauptuntergruppe der dritten Gruppe der dritten Periode des periodischen Systems chemischer Elemente von D. I. Mendeleev, Ordnungszahl 13. Es ist mit dem Symbol Al (Aluminium) bezeichnet. Es gehört zur Gruppe der Leichtmetalle. Das häufigste Metall und das dritthäufigste chemische Element (nach Sauerstoff und Silizium) in der Erdkruste.
Die einfache Substanz Aluminium (CAS-Nummer: 7429-90-5) ist ein leichtes, paramagnetisches silberweißes Metall, das leicht zu formen, zu gießen und zu bearbeiten ist. Aluminium besitzt eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit aufgrund der schnellen Bildung starker Oxidfilme, die die Oberfläche vor weiteren Wechselwirkungen schützen.
Nach einigen biologischen Studien wurde die Aufnahme von Aluminium in den menschlichen Körper als ein Faktor für die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit angesehen, aber diese Studien wurden später kritisiert und die Schlussfolgerung über die Beziehung zwischen dem einen und dem anderen wurde widerlegt.
Geschichte
Zum ersten Mal wurde Aluminium 1825 von Hans Oersted durch Einwirkung von Kaliumamalgam auf Aluminiumchlorid und anschließende Entfernung von Quecksilber gewonnen.
Empfang
Die moderne Zubereitungsmethode wurde unabhängig vom Amerikaner Charles Hall und dem Franzosen Paul Héroux entwickelt. Es besteht darin, Aluminiumoxid Al 2 O 3 in einer Kryolithschmelze Na 3 AlF 6 zu lösen, gefolgt von einer Elektrolyse unter Verwendung von Graphitelektroden. Diese Art der Gewinnung erfordert große Mengen an Elektrizität und erwies sich daher erst im 20. Jahrhundert als gefragt.
Für die Herstellung von 1 Tonne Rohaluminium werden 1,920 Tonnen Aluminiumoxid, 0,065 Tonnen Kryolith, 0,035 Tonnen Aluminiumfluorid, 0,600 Tonnen Anodenmasse und 17.000 kWh Gleichstrom benötigt.
Physikalische Eigenschaften
Das Metall ist silberweiß, leicht, Dichte - 2,7 g / cm³, Schmelzpunkt für Industriealuminium - 658 ° C, für hochreines Aluminium - 660 ° C, spezifische Schmelzwärme - 390 kJ / kg, Siedepunkt - 2500 ° C, spezifische Verdampfungswärme - 10,53 MJ / kg, vorübergehende Beständigkeit von Aluminiumguss - 10-12 kg / mm², verformt - 18-25 kg / mm², Legierungen - 38-42 kg / mm².
Brinellhärte - 24-32 kgf / mm², hohe Plastizität: für technische - 35%, für reine - 50%, zu einer dünnen Folie und sogar Folie gerollt.
Aluminium hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, 65% der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer und ein hohes Lichtreflexionsvermögen.
Aluminium bildet mit fast allen Metallen Legierungen.
In der Natur sein
Natürliches Aluminium besteht fast ausschließlich aus einem einzigen stabilen Isotop 27 Al mit Spuren von 26 Al, einem radioaktiven Isotop mit einer Halbwertszeit von 720.000 Jahren, das während des Beschusses von Kernen in der Atmosphäre gebildet wird argon durch die Protonen der kosmischen Strahlung.
In Bezug auf die Prävalenz in der Natur belegt es den 1. Platz unter den Metallen und den 3. Platz unter den Elementen, nur an zweiter Stelle nach Sauerstoff und Silizium. Der Aluminiumanteil in der Erdkruste liegt nach Angaben verschiedener Forscher zwischen 7,45 und 8,14% der Masse der Erdkruste.
Aluminium kommt in der Natur nur in Verbindungen (Mineralien) vor. Einige von ihnen:
- Bauxit - Al 2 O 3. H 2 O (mit Beimischungen von SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
- Nepheline - KNa 3 4
- Alunite - KAl (SO 4) 2. 2Al (OH) 3
- Aluminiumoxid (Mischungen von Kaolin mit Sand SiO 2, Kalkstein CaCO 3, Magnesit MgCO 3)
- Korund - Al 2 O 3
- Feldspat (Orthoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2
- Kaolinit - Al 2 O 3 × 2 SiO 2 × 2H 2 O.
- Alunit - (Na, K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3
- Beryl - 3ÂеО. Al 2 O 3. 6SiO 2
In natürlichen Gewässern ist Aluminium in Form von wenig toxischen chemischen Verbindungen enthalten, beispielsweise Aluminiumfluorid. Die Art des Kations oder Anions hängt in erster Linie von der Säure des wässrigen Mediums ab. Die Aluminiumkonzentrationen in Oberflächengewässern in Russland liegen zwischen 0,001 und 10 mg / l.
Chemische Eigenschaften
Aluminiumhydroxid
Unter normalen Bedingungen ist Aluminium mit einem dünnen und dauerhaften Oxidfilm bedeckt und reagiert daher nicht mit klassischen Oxidationsmitteln: mit H 2 O (t °); O 2, HNO 3 (ohne Erhitzen). Aus diesem Grund unterliegt Aluminium praktisch keiner Korrosion und wird daher von der modernen Industrie häufig nachgefragt. Bei Zerstörung des Oxidfilms (z. B. bei Kontakt mit Lösungen von Ammoniumsalzen NH 4 +, heißen Alkalien oder infolge von Amalgamierung) wirkt Aluminium jedoch als aktives reduzierendes Metall.
Reagiert leicht mit einfachen Substanzen:
- mit Sauerstoff: 4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3
- mit Halogenen: 2Al + 3Br 2 \u003d 2AlBr 3
- reagiert beim Erhitzen mit anderen Nichtmetallen:
- mit Schwefel unter Bildung von Aluminiumsulfid: 2Al + 3S \u003d Al 2 S 3
- unter Bildung von Aluminiumnitrid: 2Al + N 2 \u003d 2AlN
- mit Kohlenstoff unter Bildung von Aluminiumcarbid: 4Al + 3C \u003d Al 4 C 3
Eine Methode, die 1886 von Charles Hall in Frankreich und Paul Héroux in den USA fast gleichzeitig erfunden wurde und auf der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse von in geschmolzenem Kryolith gelöstem Aluminiumoxid basiert, legte den Grundstein für die moderne Methode der Aluminiumherstellung. Seitdem hat sich aufgrund der Verbesserung der Elektrotechnik die Produktion von Aluminium verbessert. Einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der Aluminiumoxidproduktion leisteten die russischen Wissenschaftler K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin und andere.
Die erste Aluminiumschmelze in Russland wurde 1932 in Wolchow gebaut. Die metallurgische Industrie der UdSSR produzierte 1939 47,7 Tausend Tonnen Aluminium, weitere 2,2 Tausend Tonnen wurden importiert.
In Russland ist JSC Russian Aluminium der eigentliche Monopolist bei der Herstellung von Aluminium, auf das etwa 13% des weltweiten Aluminiummarktes und 16% des Aluminiumoxids entfallen.
Die weltweiten Bauxitreserven sind praktisch unbegrenzt, das heißt, sie entsprechen nicht der Dynamik der Nachfrage. Die bestehenden Anlagen können bis zu 44,3 Millionen Tonnen Primäraluminium pro Jahr produzieren. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass in Zukunft einige Anwendungen von Aluminium möglicherweise neu ausgerichtet werden, um beispielsweise Verbundwerkstoffe zu verwenden.
Anwendung
Ein Stück Aluminium und eine amerikanische Münze.
Es ist weit verbreitet als Baumaterial verwendet. Die Hauptvorteile von Aluminium in dieser Eigenschaft sind Leichtigkeit, Biegsamkeit beim Stanzen, Korrosionsbeständigkeit (in Luft wird Aluminium sofort mit einem starken Film aus Al 2 O 3 bedeckt, der seine weitere Oxidation verhindert), hohe Wärmeleitfähigkeit und Nichttoxizität seiner Verbindungen. Insbesondere diese Eigenschaften haben Aluminium bei der Herstellung von Küchengeschirr, Aluminiumfolie in der Lebensmittelindustrie und für Verpackungen äußerst beliebt gemacht.
Der Hauptnachteil von Aluminium als Strukturmaterial ist seine geringe Festigkeit, daher wird es normalerweise mit einer kleinen Menge Kupfer und Magnesium legiert - Duraluminiumlegierung.
Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist nur 1,7-mal geringer als die von Kupfer, während Aluminium etwa 2-mal billiger ist. Daher wird es in der Elektrotechnik häufig zur Herstellung von Drähten, deren Abschirmung und sogar in der Mikroelektronik zur Herstellung von Leitern in Chips verwendet. Die geringere elektrische Leitfähigkeit von Aluminium (37 1 / Ohm) im Vergleich zu Kupfer (63 1 / Ohm) wird durch eine Vergrößerung des Querschnitts der Aluminiumleiter ausgeglichen. Der Nachteil von Aluminium als elektrischem Material ist ein starker Oxidfilm, der das Löten erschwert.
- Aufgrund seines Komplexes von Eigenschaften ist es in thermischen Geräten weit verbreitet.
- Aluminium und seine Legierungen behalten ihre Festigkeit bei extrem niedrigen Temperaturen. Aus diesem Grund ist es in der Kryotechnik weit verbreitet.
- Sein hohes Reflexionsvermögen, kombiniert mit seinen geringen Kosten und der Leichtigkeit des Sputterns, macht Aluminium zu einem idealen Material für Spiegel.
- Bei der Herstellung von Baustoffen als Gasbildner.
- Die Aluminisierung verleiht Stahl und anderen Legierungen, z. B. Ventilen von Kolben-Verbrennungsmotoren, Turbinenschaufeln, Ölplattformen, Wärmetauschern, Korrosions- und Zunderfestigkeit und ersetzt auch die Verzinkung.
- Aluminiumsulfid wird zur Herstellung von Schwefelwasserstoff verwendet.
- Die Entwicklung von Schaumaluminium als besonders starkes und leichtes Material ist im Gange.
Als Reduktionsmittel
- Als Bestandteil von Termiten sind Gemische für die Aluminothermie
- Aluminium wird zur Reduktion seltener Metalle aus ihren Oxiden oder Halogeniden verwendet.
Legierungen auf Aluminiumbasis
Als Strukturmaterial wird üblicherweise nicht reines Aluminium verwendet, sondern verschiedene darauf basierende Legierungen.
- Aluminium-Magnesium-Legierungen weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit auf; Sie machen zum Beispiel die Rümpfe von Hochgeschwindigkeitsschiffen.
- Aluminium-Mangan-Legierungen ähneln in vielerlei Hinsicht Aluminium-Magnesium.
- Aluminium-Kupfer-Legierungen (insbesondere Duraluminium) können wärmebehandelt werden, was ihre Festigkeit erheblich erhöht. Leider können wärmebehandelte Materialien nicht geschweißt werden, so dass Flugzeugteile immer noch genietet sind. Eine Legierung mit einem höheren Kupfergehalt hat eine sehr ähnliche Farbe wie Gold und wird manchmal verwendet, um letzteres nachzuahmen.
- Aluminium-Silizium-Legierungen (Silumine) eignen sich am besten zum Gießen. Sie werden oft verwendet, um Fälle verschiedener Mechanismen zu gießen.
- Komplexe Legierungen auf Aluminiumbasis: Luftfahrt.
- Aluminium geht bei einer Temperatur von 1,2 Kelvin in einen supraleitenden Zustand über.
Aluminium als Zusatz zu anderen Legierungen
Aluminium ist ein wesentlicher Bestandteil vieler Legierungen. Beispielsweise sind in Aluminiumbronzen die Hauptkomponenten Kupfer und Aluminium. In Magnesiumlegierungen wird Aluminium am häufigsten als Additiv verwendet. Zur Herstellung von Spiralen in elektrischen Heizgeräten wird Fechral (Fe, Cr, Al) (zusammen mit anderen Legierungen) verwendet.
Schmuck
Als Aluminium sehr teuer war, wurde eine Vielzahl von Schmuckstücken daraus hergestellt. Die Mode für sie ging sofort vorbei, als neue Technologien für ihre Produktion auftauchten, was die Kosten erheblich senkte. Heutzutage wird Aluminium manchmal zur Herstellung von Schmuck verwendet.
Glasherstellung
Bei der Glasherstellung werden Fluorid, Phosphat und Aluminiumoxid verwendet.
Lebensmittelindustrie
Aluminium ist als Lebensmittelzusatzstoff E173 registriert.
Aluminium und seine Verbindungen in der Raketentechnik
Aluminium und seine Verbindungen werden als hocheffizienter Raketentreibstoff in Zweikomponenten-Raketentreibstoffen und als Brennstoffkomponente in festen Raketentreibstoffen eingesetzt. Die folgenden Aluminiumverbindungen sind als Raketentreibstoff von größtem praktischem Interesse:
- Aluminium: Kraftstoff in Raketentreibstoffen. Es wird in Form von Pulver und Suspensionen in Kohlenwasserstoffen usw. verwendet.
- Aluminiumhydrid
- Aluminiumboranat
- Trimethylaluminium
- Triethylaluminium
- Tripropylaluminium
Theoretische Eigenschaften von Kraftstoffen, die aus Aluminiumhydrid mit verschiedenen Oxidationsmitteln gebildet werden.
| Oxidationsmittel | Spezifischer Schub (P1, Sek.) | Verbrennungstemperatur ° С | Kraftstoffdichte, g / cm³ | Geschwindigkeitsverstärkung, ΔV id, 25, m / s | Gewichtsinhalt Treibstoff,% |
|---|---|---|---|---|---|
| Fluor | 348,4 | 5009 | 1,504 | 5328 | 25 |
| Tetrafluorhydrazin | 327,4 | 4758 | 1,193 | 4434 | 19 |
| ClF 3 | 287,7 | 4402 | 1,764 | 4762 | 20 |
| ClF 5 | 303,7 | 4604 | 1,691 | 4922 | 20 |
| Perchlorylfluorid | 293,7 | 3788 | 1,589 | 4617 | 47 |
| Sauerstofffluorid | 326,5 | 4067 | 1,511 | 5004 | 38,5 |
| Sauerstoff | 310,8 | 4028 | 1,312 | 4428 | 56 |
| Wasserstoffperoxid | 318,4 | 3561 | 1,466 | 4806 | 52 |
| N 2 O 4 | 300,5 | 3906 | 1,467 | 4537 | 47 |
| Salpetersäure | 301,3 | 3720 | 1,496 | 4595 | 49 |
Aluminium in der Weltkultur
Der Dichter Andrei Voznesensky schrieb 1959 das Gedicht "Herbst", in dem er Aluminium als künstlerisches Bild verwendete:
... und vor dem Fenster bei jungem Frost
Es gibt Aluminiumfelder ...
Viktor Tsoi schrieb das Lied "Aluminium Cucumbers" mit einem Refrain:
Ich pflanze Aluminiumgurken
Auf dem Planenfeld
Ich pflanze Aluminiumgurken
Auf dem Planenfeld
Toxizität
Es hat eine leichte toxische Wirkung, aber viele wasserlösliche anorganische Aluminiumverbindungen bleiben lange Zeit in einem gelösten Zustand und können durch Trinkwasser schädliche Auswirkungen auf Menschen und warmblütige Tiere haben. Am giftigsten sind Chloride, Nitrate, Acetate, Sulfate usw. Für den Menschen haben die folgenden Dosen von Aluminiumverbindungen (mg / kg Körpergewicht) bei Einnahme eine toxische Wirkung: Aluminiumacetat - 0,2-0,4; Aluminiumhydroxid - 3,7-7,3; Aluminium Alaun - 2.9. Erstens wirkt es auf das Nervensystem (sammelt sich im Nervengewebe an und führt zu schweren Störungen des Zentralnervensystems). Die Eigenschaft der Aluminiumneurotoxizität wurde jedoch seit Mitte der 1960er Jahre untersucht, da die Anreicherung von Metall im menschlichen Körper durch den Mechanismus seiner Eliminierung behindert wird. Unter normalen Bedingungen können bis zu 15 mg des Elements pro Tag im Urin ausgeschieden werden. Dementsprechend wird der größte negative Effekt bei Menschen mit eingeschränkter Nierenausscheidungsfunktion beobachtet.
Weitere Informationen
- Aluminiumhydroxid
- Enzyklopädie aus Aluminium
- Aluminiumverbindungen
- Internationales Aluminiuminstitut
Aluminium, Aluminium, Al (13)
Aluminiumhaltige Bindemittel sind seit der Antike bekannt. Unter Alaun (lateinisches Alumen oder Aluminium, deutsches Alaun), auf das insbesondere Plinius in der Antike und im Mittelalter Bezug nahm, wurden jedoch verschiedene Substanzen verstanden. In Rulands alchemistischem Wörterbuch wird das Wort Alumen unter Hinzufügung verschiedener Definitionen in 34 Bedeutungen angegeben. Insbesondere bedeutete es Antimon, Alumen alafuri - alkalisches Salz, Alumen Alcori - Nitrum oder alkalisches Alaun, Alumen Creptum - Zahnstein (Weinstein) von gutem Wein, Alumen Fascioli - Alkali, Alumen Odig - Ammoniak, Alumen Scoriole - Gips usw. Lemery, der Autor des berühmten "Dictionary of Simple Pharmaceutical Products" (1716), gibt auch eine große Liste von Alaunsorten.
Bis zum 18. Jahrhundert. Aluminiumverbindungen (Alaun und Oxid) konnten nicht von anderen Verbindungen mit ähnlichem Aussehen unterschieden werden. Lemery beschreibt Alaun wie folgt: „1754 r. Marggraf isolierte aus einer Alaunlösung (durch Einwirkung von Alkali) einen Niederschlag aus Aluminiumoxid, den er "Alaunerde" (Alaunerde) nannte, und stellte seinen Unterschied zu anderen Ländern fest. Bald wurde die Alaunerde Aluminiumoxid (Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid) genannt. 1782 drückte Lavoisier die Idee aus, dass Aluminiumoxid ein Oxid eines unbekannten Elements ist. In der Tabelle der einfachen Körper platzierte Lavoisier Alumine unter den "einfachen Körpern, salzbildend, erdig". Hier sind die Synonyme für den Namen Aluminium: Argyle (Argile), Alaun. Erde, Basis von Alaun. Das Wort Argila oder Argilla stammt aus dem Griechischen, wie Lemery in seinem Wörterbuch hervorhebt. Blumenerde. Dalton gibt in seinem "New System of Chemical Philosophy" ein besonderes Zeichen für Alaun und eine komplexe Strukturformel (!) Für Alaun.
Nach der Entdeckung mit Hilfe der galvanischen Elektrizität von Alkalimetallen versuchten Davy und Berzelius erfolglos, metallisches Aluminium auf die gleiche Weise von Aluminiumoxid zu isolieren. Erst 1825 wurde das Problem vom dänischen Physiker Oersted chemisch gelöst. Er leitete Chlor durch eine glühende Mischung aus Aluminiumoxid und Kohle, und das resultierende wasserfreie Aluminiumchlorid wurde mit Kaliumamalgam erhitzt. Nach dem Verdampfen von Quecksilber, schreibt Oersted, wurde ein Metall erhalten, das Zinn ähnelte. Schließlich isolierte Wöhler 1827 metallisches Aluminium effizienter - durch Erhitzen von wasserfreiem Aluminiumchlorid mit metallischem Kalium.
Um 1807 gab Davy, der versuchte, die Elektrolyse von Aluminiumoxid durchzuführen, dem Metall den Namen Aluminium (Aluminium) oder Aluminium (Aluminium). Der Nachname existiert seitdem in den USA nebeneinander, während in England und anderen Ländern der später von demselben Davy vorgeschlagene Name Aluminium akzeptiert wird. Es ist ziemlich klar, dass alle diese Namen aus dem lateinischen Wort für Alaun (Alumen) stammen, über dessen Ursprung es unterschiedliche Meinungen gibt, basierend auf dem Zeugnis verschiedener Autoren, beginnend mit der Antike.
A. M. Vasiliev zitiert den unklaren Ursprung dieses Wortes und zitiert die Meinung eines bestimmten Isidor (anscheinend Isidor von Sevilla, eines Bischofs, der zwischen 560 und 636 lebte - eines Enzyklopädisten, der sich insbesondere mit etymologischer Forschung befasste): wie es Farben Lumen (Licht, Helligkeit) verleiht, wenn sie während des Färbens hinzugefügt werden. " Dies ist zwar sehr alt, beweist jedoch nicht, dass das Wort Alumen genau solche Ursprünge hat. Hier ist nur eine zufällige Tautologie durchaus wahrscheinlich. Lemery (1716) weist wiederum darauf hin, dass das Wort Alumen mit dem Griechischen (halmi) assoziiert ist, was Salzgehalt, Salzlösung, Salzlösung usw. bedeutet.
Russische Namen für Aluminium in den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhunderts. Recht unterschiedlich. Jeder der Autoren von Büchern über Chemie aus dieser Zeit bemühte sich offenbar, einen Namen vorzuschlagen. So nennt Zakharov Aluminium-Aluminiumoxid (1810), Gizeh-Aluminium (1813), Strakhov-Alaun (1825), Iovskiy-Ton, Shcheglov-Aluminiumoxid (1830). Im "Store Dvigubsky" (1822 - 1830) wird Aluminiumoxid als Aluminium, Aluminiumoxid, Aluminium (zum Beispiel phosphorsäurehaltiges Aluminiumoxid) und Metall - Aluminium und Aluminium (1824) bezeichnet. Hess verwendet in der ersten Ausgabe von "Foundations of Pure Chemistry" (1831) den Namen Aluminiumoxid (Aluminium) und in der fünften Ausgabe (1840) Ton. Er bildet jedoch die Namen für Salze, die auf dem Begriff Aluminiumoxid basieren, beispielsweise Aluminiumoxidsulfat. Mendeleev verwendet in der ersten Ausgabe von "Fundamentals of Chemistry" (1871) die Namen Aluminium und Ton, in weiteren Ausgaben kommt das Wort Ton nicht mehr vor.
Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation
"ALUMINIUM"
2007 Jahr
ALUMINIUM (lat. Aluminium; aus "Alumen" - Alaun), Al, chemisches Element der III-Gruppe des Periodensystems, Ordnungszahl 13, Atommasse 26.98154.
1.Allgemeine Eigenschaften von Aluminium
Natürliches Aluminium besteht aus einem Nuklid 27Al. Die Konfiguration der äußeren Elektronenschicht ist 3s2p1. In fast allen Verbindungen beträgt die Oxidationsstufe von Aluminium +3 (Valenz III).
Der Radius des neutralen Aluminiumatoms beträgt 0,143 nm, der Radius des Al3 + -Ions beträgt 0,057 nm. Die Energien der sukzessiven Ionisierung eines neutralen Aluminiumatoms betragen 5,984, 18,828,28,44 bzw. 120 eV. Auf der Pauling-Skala beträgt die Elektronegativität von Aluminium 1,5.
Eine einfache Substanz Aluminium ist ein weiches, leicht silbrig-weißes Metall.
2. Eigenschaften
Aluminium ist ein typisches kubisches Kristallgitter aus Metall mit Flächenzentrierung, Parameter a \u003d 0,40403 nm. Der Schmelzpunkt von reinem Metall beträgt 660 ° C, der Siedepunkt beträgt etwa 2450 ° C und die Dichte beträgt 2,6989 g / cm3. Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung von Aluminium ca. 2,5 · 10–5 K - 1 Standardelektrodenpotential Al3 + / Al- 1.663V.
Aluminium ist chemisch gesehen ein ziemlich reaktives Metall. In Luft ist seine Oberfläche sofort mit einem dichten Film aus Al2O3-Oxid bedeckt, der den weiteren Zugang von Sauerstoff (O) zum Metall verhindert und zur Beendigung der Reaktion führt, die die hohen Korrosionsschutzeigenschaften von Aluminium bestimmt. Ein schützender Oberflächenfilm auf Aluminium bildet sich auch, wenn er in konzentrierte Salpetersäure gegeben wird.
Aluminium reagiert aktiv mit anderen Säuren:
6HCl + 2Al \u003d 2AlCl 3 + 3H 2,
3Н2SO4 + 2Al \u003d Al2 (SO4) 3+ 3H2.
Aluminium reagiert mit Alkalilösungen. Der schützende Oxidfilm löst sich zuerst auf:
Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3H 2 O \u003d 2 Na.
Dann finden die Reaktionen statt:
2Al + 6H2O \u003d 2Al (OH) 3+ 3H2,
NaOH + Al (OH) 3 \u003d Na,
oder insgesamt:
2Al + 6H 2 O + 2 NaOH \u003d Na + 3H 2,
und als Ergebnis werden Aluminate gebildet: Na-Natriumaluminat (Na) (Natriumtetrahydroxoaluminat), K-Kaliumaluminat (K) (Kaliumterahydroxoaluminat) usw. Da das Aluminiumatom in diesen Verbindungen durch eine Koordinationszahl von 6 und nicht 4 gekennzeichnet ist, sind die tatsächlichen Formeln der angegebenen Tetrahydroxoverbindungen wie folgt:
Na und K.
Beim Erhitzen reagiert Aluminium mit Halogenen:
2Al + 3Cl2 \u003d 2AlCl3,
2Al + 3 Br2 \u003d 2AlBr3.
Es ist interessant, dass die Reaktion zwischen Aluminium- und Jod (I) -Pulvern bei Raumtemperatur beginnt, wenn der Ausgangsmischung einige Tropfen Wasser zugesetzt werden, die in diesem Fall die Rolle eines Katalysators spielt:
2Al + 3I2 \u003d 2AlI3.
Die Wechselwirkung von Aluminium mit Schwefel (S) beim Erhitzen führt zur Bildung von Aluminiumsulfid:
2Al + 3S \u003d Al2S3,
welches leicht biologisch abbaubar ist:
Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2 Al (OH) 3 + 3H 2 S.
Aluminium interagiert nicht direkt mit Wasserstoff (H), jedoch ist es indirekt, beispielsweise unter Verwendung von Organoaluminiumverbindungen, möglich, festes Polymeraluminiumhydrid (AlH3) x - das stärkste Reduktionsmittel - zu synthetisieren.
In Form eines Pulvers kann Aluminium an der Luft verbrannt werden, und es entsteht ein weißes feuerfestes Pulver aus Aluminiumoxid Al 2 O 3.
Die hohe Haftfestigkeit von Al2O3 bestimmt die hohe Wärme seiner Bildung aus einfachen Substanzen und die Fähigkeit von Aluminium, viele Metalle aus ihren Oxiden zu reduzieren, zum Beispiel:
3Fe3O4 + 8Al \u003d 4Al2O3 + 9Fe und gerade
3СаО + 2Al \u003d Al2О3 + 3Са.
Diese Methode zur Gewinnung von Metallen wird genannt aluminothermie.
Amphoteres Oxid Al2O3 entspricht amphoterem Hydroxid - einer amorphen Polymerverbindung, die keine konstante Zusammensetzung aufweist. Die Zusammensetzung von Aluminiumhydroxid kann durch die Formel xAl2O3 · yH2O vermittelt werden. Beim Chemiestudium in der Schule wird die Formel von Aluminiumhydroxid am häufigsten als Al (OH) 3 angegeben.
Im Labor kann Aluminiumhydroxid in Form eines gelatineartigen Niederschlags durch Austauschreaktionen erhalten werden:
Al 2 (SO 4) 3 + 6 NaOH \u003d 2 Al (OH) 3 + 3 Na 2 SO 4,
oder durch Zugabe von Soda zu einer Lösung von Aluminiumsalz:
2AlCl 3 + 3 Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2 Al (OH) 3 + 6 NaCl + 3 CO 2,
und durch Zugabe von Ammoniaklösung zu der Aluminiumsalzlösung:
AlCl 3 + 3 NH 3 H 2 O \u003d Al (OH) 3 + 3H 2 O + 3 NH 4 Cl.
Name und Entdeckungsgeschichte: Lateinisches Aluminium stammt aus dem lateinischen Alumen und bedeutet Alaun (Aluminium und Kaliumsulfat (K) KAl (SO4) 2 · 12H2O), das seit langem in Lederbekleidung und als Adstringens verwendet wird. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität dauerte die Entdeckung und Isolierung von reinem Aluminium fast 100 Jahre. Die Schlussfolgerung, dass "Erde" aus Alaun (einer modernen feuerfesten Substanz - Aluminiumoxid) gewonnen werden kann, wurde bereits 1754 vom deutschen Chemiker A. Marggraf gezogen. Später stellte sich heraus, dass dieselbe "Erde" aus Ton isoliert werden kann, und sie wurde Aluminiumoxid genannt. Erst 1825 konnte der dänische Physiker H. K. Oersted metallisches Aluminium erhalten. Er behandelte Kaliumamalgam (eine Legierung aus Kalium (K) mit Quecksilber (Hg)), Aluminiumchlorid AlCl3, das aus Aluminiumoxid gewonnen werden konnte, und isolierte nach Abdestillation des Quecksilbers (Hg) graues Aluminiumpulver.
Nur ein Vierteljahrhundert später wurde diese Methode leicht modernisiert. Der französische Chemiker A. E. Saint-Clair-Deville schlug 1854 vor, metallisches Natrium (Na) zur Herstellung von Aluminium zu verwenden, und erhielt die ersten Barren des neuen Metalls. Die Kosten für Aluminium waren zu dieser Zeit sehr hoch und Schmuck wurde daraus hergestellt.
Ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse einer Schmelze komplexer Gemische, einschließlich Oxid, Aluminiumfluorid und anderer Substanzen, wurde 1886 von P. Héroux (Frankreich) und C. Hall (USA) unabhängig entwickelt. Die Herstellung von Aluminium ist mit einem hohen Stromverbrauch verbunden und wurde daher erst im 20. Jahrhundert in großem Umfang umgesetzt. In der Sowjetunion wurde das erste industrielle Aluminium am 14. Mai 1932 in der Aluminiumhütte Wolchow in der Nähe des Wasserkraftwerks Wolchow hergestellt.
3 in der Natur sein
In Bezug auf die Prävalenz in der Erdkruste steht Aluminium an erster Stelle unter den Metallen und an dritter Stelle unter allen Elementen (nach Sauerstoff (O) und Silizium (Si)) und macht etwa 8,8% der Masse der Erdkruste aus. Aluminium ist in einer Vielzahl von Mineralien enthalten, hauptsächlich Aluminiumsilikate und Gesteine. Aluminiumverbindungen enthalten Granite, Basalte, Tone, Feldspate usw. Aber hier ist ein Paradoxon: Mit einer großen Anzahl von Mineralien und Gesteinen, die Aluminium enthalten, sind Bauxitablagerungen - der Hauptrohstoff für die industrielle Herstellung von Aluminium - ziemlich selten. In Russland gibt es Bauxitvorkommen in Sibirien und im Ural. Aluniten und Nephelinen sind ebenfalls von industrieller Bedeutung. Aluminium ist als Spurenelement im Gewebe von Pflanzen und Tieren vorhanden. Es gibt konzentrierte Organismen, die Aluminium in ihren Organen ansammeln - einige Laugen, Mollusken.
4. Erhalten
Industrielle Produktion: In der industriellen Produktion wird Bauxit zunächst chemisch verarbeitet, wobei Verunreinigungen aus Siliziumoxiden (Si), Eisen (Fe) und anderen Elementen entfernt werden. Durch diese Verarbeitung wird reines Aluminiumoxid Al2O3 erhalten - der Hauptrohstoff bei der Herstellung von Metall durch Elektrolyse. Aufgrund der Tatsache, dass der Schmelzpunkt von Al 2 O 3 sehr hoch ist (mehr als 2000 ° C), ist es jedoch nicht möglich, seine Schmelze für die Elektrolyse zu verwenden.
Wissenschaftler und Ingenieure fanden einen Ausweg wie folgt. Kryolith Na3AlF6 wird zuerst im Elektrolysebad geschmolzen (die Schmelztemperatur liegt leicht unter 1000 ° C). Kryolith kann zum Beispiel durch Verarbeitung von Nephelinen der Kola-Halbinsel erhalten werden. Dann werden dieser Schmelze etwas Al 2 O 3 (bis zu 10 Gew .-%) und einige andere Substanzen zugesetzt, was die Bedingungen für den nachfolgenden Prozess verbessert. Während der Elektrolyse dieser Schmelze zersetzt sich Aluminiumoxid, Kryolith verbleibt in der Schmelze und an der Kathode bildet sich geschmolzenes Aluminium:
2Al2O3 \u003d 4Al + 3O2.
Da Graphit während der Elektrolyse als Anode dient, reagiert an der Anode freigesetzter Sauerstoff (O) mit Graphit und es entsteht Kohlendioxid CO2.
Durch Elektrolyse entsteht Metall mit einem Aluminiumgehalt von ca. 99,7%. In der Technologie wird auch viel reineres Aluminium verwendet, bei dem der Gehalt dieses Elements 99,999% und mehr erreicht.
5.Anwendung
In Bezug auf den Anwendungsbereich stehen Aluminium und seine Legierungen nach Eisen (Fe) und seinen Legierungen an zweiter Stelle. Die weit verbreitete Verwendung von Aluminium in verschiedenen Bereichen der Technologie und des Alltags ist mit einer Kombination seiner physikalischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften verbunden: geringe Dichte, Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischer Luft, hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, Plastizität und relativ hohe Festigkeit. Aluminium kann auf verschiedene Arten leicht verarbeitet werden - Schmieden, Stanzen, Walzen usw. Zur Herstellung von Draht wird reines Aluminium verwendet (die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium beträgt 65,5% der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer, Aluminium ist jedoch mehr als dreimal leichter als Kupfer, sodass Aluminium in der Elektrotechnik häufig Kupfer ersetzt) \u200b\u200bund die verwendete Folie als Verpackungsmaterial. Der Hauptteil des geschmolzenen Aluminiums wird für die Gewinnung verschiedener Legierungen verwendet. Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch geringe Dichte, erhöhte Korrosionsbeständigkeit (im Vergleich zu reinem Aluminium) und hohe technologische Eigenschaften aus: hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Festigkeit und Duktilität. Schutz- und Dekorationsbeschichtungen lassen sich leicht auf die Oberfläche von Aluminiumlegierungen auftragen.
Die Vielfalt der Eigenschaften von Aluminiumlegierungen beruht auf der Einführung verschiedener Additive in Aluminium, die damit feste Lösungen oder intermetallische Verbindungen bilden. Der Großteil des Aluminiums wird verwendet, um Leichtmetalle zu erhalten - Duraluminium (94% - Aluminium, 4% Kupfer (Cu), jeweils 0,5% Magnesium (Mg), Mangan (Mn), Eisen (Fe) und Silizium (Si)), Siluminium ( 85-90% - Aluminium, 10-14% Silizium (Si), 0,1% Natrium (Na) usw. In der Metallurgie wird Aluminium nicht nur als Basis für Legierungen verwendet, sondern auch als eines der weit verbreiteten Legierungsadditive in Legierungen auf Basis von Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Eisen (Fe),\u003e Nickel (Ni) usw.
Aluminiumlegierungen sind im Alltag, im Bauwesen und in der Architektur, in der Automobilindustrie, im Schiffbau, in der Luftfahrt und in der Raumfahrttechnik weit verbreitet. Insbesondere der erste künstliche Erdsatellit wurde aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die Legierung aus Aluminium und Zirkonium (Zr) - Zirkaloy - wird häufig im Kernreaktorbau verwendet. Aluminium wird zur Herstellung von Sprengstoffen verwendet.
Besonders hervorzuheben sind die durch elektrochemische Mittel erhaltenen Farbfilme aus Aluminiumoxid auf der Oberfläche von Metallaluminium. Mit solchen Filmen beschichtet, wird metallisches Aluminium als eloxiertes Aluminium bezeichnet. Aus eloxiertem Aluminium, ähnlich wie Gold (Au), werden verschiedene Modeschmuckstücke hergestellt.
Beim Umgang mit Aluminium im Alltag sollten Sie beachten, dass nur neutrale (in Bezug auf den Säuregehalt) Flüssigkeiten erhitzt und in Aluminiumbehältern (z. B. kochendem Wasser) gelagert werden können. Wenn zum Beispiel Sauerkohlsuppe in einer Aluminiumschale gekocht wird, gelangt das Aluminium in die Nahrung des Ions und bekommt einen unangenehmen "metallischen" Geschmack. Da es im Alltag sehr leicht ist, den Oxidfilm zu beschädigen, ist die Verwendung von Aluminiumkochgeschirr immer noch unerwünscht.
6 biologische Rolle
Aluminium gelangt täglich mit der Nahrung (ca. 2-3 mg) in den menschlichen Körper, seine biologische Rolle wurde jedoch nicht nachgewiesen. Im Durchschnitt enthält der menschliche Körper (70 kg) in Knochen und Muskeln etwa 60 mg Aluminium.
Aluminium und seine Verbindungen
Die Hauptuntergruppe III der Gruppe des Periodensystems ist Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (Tl).
Wie aus den vorgelegten Daten hervorgeht, wurden alle diese Elemente im 19. Jahrhundert entdeckt.
Bor ist ein Nichtmetall. Aluminium ist ein Übergangsmetall, während Gallium, Indium und Thallium hochwertige Metalle sind. Mit zunehmenden Radien der Atome von Elementen jeder Gruppe des Periodensystems nehmen somit die metallischen Eigenschaften einfacher Substanzen zu.
Die Position von Aluminium in der Tabelle von D. I. Mendeleev. Atomstruktur, Oxidationsstufen
Das Element Aluminium befindet sich bereits in der III-Gruppe, der Hauptuntergruppe "A", der 3. Periode des Periodensystems, Seriennummer 13, relative Atommasse Ar (Al) \u003d 27. Sein Nachbar links in der Tabelle ist Magnesium - ein typisches Metall und rechts - Silizium Nichtmetall. Folglich muss Aluminium Eigenschaften mit mittlerem Charakter aufweisen und seine Verbindungen sind amphoter.
Al +13) 2) 8) 3, p - Element,
| Grundzustand 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 |
| Erregter Zustand 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 |
Aluminium weist in Verbindungen eine Oxidationsstufe von +3 auf:
Al 0 - 3 e - → Al +3
Physikalische Eigenschaften
Freies Aluminium ist ein silberweißes Metall mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Der Schmelzpunkt liegt bei 650 ° C. Aluminium hat eine geringe Dichte (2,7 g / cm 3) - etwa dreimal weniger als Eisen oder Kupfer und ist gleichzeitig ein starkes Metall.
In der Natur sein
Durch die Verbreitung in der Natur ist es 1. unter Metallen und 3. unter Elementen, nur an zweiter Stelle nach Sauerstoff und Silizium. Der Aluminiumanteil in der Erdkruste liegt nach Angaben verschiedener Forscher zwischen 7,45 und 8,14% der Masse der Erdkruste.
Aluminium kommt in der Natur nur in Verbindungen vor (Mineralien).
Einige von ihnen:
Bauxit - Al 2 O 3 H 2 O (mit Beimischungen von SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
Nepheline - KNa 3 4
Alunite - KAl (SO 4) 2 2Al (OH) 3
Aluminiumoxid (Mischungen von Kaolin mit Sand SiO 2, Kalkstein CaCO 3, Magnesit MgCO 3)
Korund - Al 2 O 3 (Rubin, Saphir)
Feldspat (Orthoklas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2
Kaolinit - Al 2 O 3 × 2 SiO 2 × 2H 2 O.
Alunit - (Na, K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3
Beryl - 3ÂВ 2 Al 2 О 3 6SiO 2
Chemische Eigenschaften von Aluminium und seinen Verbindungen
Aluminium interagiert unter normalen Bedingungen leicht mit Sauerstoff und ist mit einem Oxidfilm bedeckt (es sieht matt aus).
Seine Dicke beträgt 0,00001 mm, aber dank dessen korrodiert Aluminium nicht. Um die chemischen Eigenschaften von Aluminium zu untersuchen, wird der Oxidfilm entfernt. (Mit Sandpapier oder chemisch: zuerst in eine Alkalilösung eintauchen, um den Oxidfilm zu entfernen, und dann in eine Lösung von Quecksilbersalzen, um mit Quecksilber-Amalgam eine Aluminiumlegierung zu bilden).
Dieses Leichtmetall mit einer silberweißen Tönung ist fast überall im modernen Leben zu finden. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium machen es in der Industrie weit verbreitet. Die bekanntesten Lagerstätten befinden sich in Afrika, Südamerika und der Karibik. In Russland gibt es Bauxitabbaugebiete im Ural. Die weltweit führenden Unternehmen in der Aluminiumproduktion sind China, Russland, Kanada und die USA.
Al Bergbau
In der Natur kommt dieses silberne Metall aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität nur in Form von Verbindungen vor. Die bekanntesten geologischen Gesteine, die Aluminium enthalten, sind Bauxit, Aluminiumoxid, Korund und Feldspat. Bauxit und Aluminiumoxid sind von industrieller Bedeutung, und es sind die Ablagerungen dieser Erze, die es ermöglichen, reines Aluminium zu gewinnen.
Eigenschaften
Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium machen es einfach, Knüppel dieses Metalls in Draht zu ziehen und zu dünnen Blechen zu rollen. Dieses Metall ist nicht stark, um diesen Indikator während des Schmelzens zu erhöhen, wird es mit verschiedenen Additiven legiert: Kupfer, Silizium, Magnesium, Mangan, Zink. Für den industriellen Einsatz ist eine weitere physikalische Eigenschaft von Aluminium wichtig - es ist seine Fähigkeit, an Luft schnell zu oxidieren. Die Oberfläche eines Aluminiumprodukts ist unter natürlichen Bedingungen normalerweise mit einem dünnen Oxidfilm bedeckt, der das Metall wirksam schützt und es vor Korrosion verhindert. Wenn dieser Film zerstört wird, wird das silberne Metall schnell oxidiert, während seine Temperatur deutlich ansteigt.
Innenstruktur aus Aluminium
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminium hängen weitgehend von seiner inneren Struktur ab. Das Kristallgitter dieses Elements ist eine Art flächenzentrierter Würfel.
Diese Art von Gitter ist vielen Metallen wie Kupfer, Brom, Silber, Gold, Kobalt und anderen inhärent. Die hohe Wärmeleitfähigkeit und die Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, haben dieses Metall zu einem der gefragtesten der Welt gemacht. Die übrigen physikalischen Eigenschaften von Aluminium, deren Tabelle nachstehend aufgeführt ist, legen seine Eigenschaften vollständig offen und zeigen den Umfang ihrer Anwendung.
Legierendes Aluminium
Die physikalischen Eigenschaften von Kupfer und Aluminium sind derart, dass, wenn einer Aluminiumlegierung eine bestimmte Menge Kupfer zugesetzt wird, ihr Kristallgitter gekrümmt wird und die Festigkeit der Legierung selbst zunimmt. Das Legieren von Leichtmetallen basiert auf dieser Eigenschaft von Al, um deren Festigkeit und Beständigkeit gegenüber aggressiven Umgebungen zu erhöhen.
Die Erklärung des Härtungsprozesses liegt im Verhalten von Kupferatomen im Kristallgitter von Aluminium. Die Cu-Partikel neigen dazu, aus dem Al-Kristallgitter herauszufallen und sind in seinen speziellen Bereichen gruppiert.
Wenn Kupferatome Cluster bilden, wird ein CuAl 2 -Kristallgitter vom gemischten Typ gebildet, in dem Partikel eines silbernen Metalls gleichzeitig in der Zusammensetzung sowohl des allgemeinen Kristallgitters von Aluminium als auch der Zusammensetzung des CuAl 2 -Gitters vom gemischten Typ enthalten sind. Die Kräfte der inneren Bindungen im verzerrten Gitter sind viel größer als im üblichen. Dies bedeutet, dass die Stärke der neu gebildeten Substanz viel höher ist.
Chemische Eigenschaften
Die Wechselwirkung von Aluminium mit verdünnter Schwefel- und Salzsäure ist bekannt. Beim Erhitzen löst sich dieses Metall leicht in ihnen. Kalt konzentrierte oder stark verdünnte Salpetersäure löst dieses Element nicht auf. Wässrige Alkalilösungen beeinflussen die Substanz im Verlauf der Reaktion aktiv und bilden Aluminate - Salze, die Aluminiumionen enthalten. Zum Beispiel:
Al 2 O 3 + 3H 2 O + 2 NaOH \u003d 2 Na
Die resultierende Verbindung wird Natriumtetrahydroxoaluminat genannt.
Ein dünner Film auf der Oberfläche von Aluminiumprodukten schützt dieses Metall nicht nur vor Luft, sondern auch vor Wasser. Wenn diese dünne Barriere entfernt wird, interagiert das Element heftig mit Wasser und setzt Wasserstoff frei.
2AL + 6H 2 O \u003d 2 AL (OH) 3 + 3H 2
Die resultierende Substanz wird Aluminiumhydroxid genannt.
AL (OH) 3 reagiert mit Alkali unter Bildung von Hydroxoaluminatkristallen:
Al (OH) 2 + NaOH \u003d 2 Na
Wenn diese chemische Gleichung zu der vorherigen hinzugefügt wird, erhalten wir die Formel für die Auflösung eines Elements in einer alkalischen Lösung.
Al (OH) 3 + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2
Brennendes Aluminium
Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium ermöglichen es, mit Sauerstoff zu reagieren. Wenn das Pulver dieser Metall- oder Aluminiumfolie erhitzt wird, flackert es auf und brennt mit einer weißen blendenden Flamme. Am Ende der Reaktion wird Aluminiumoxid Al 2 O 3 gebildet.
Aluminiumoxid
Das resultierende Aluminiumoxid hat einen geologischen Namen Aluminiumoxid. Unter natürlichen Bedingungen kommt es in Form von korundharten transparenten Kristallen vor. Korund zeichnet sich durch seine hohe Härte aus, in der Skala der festen Substanzen ist sein Indikator 9. Korund selbst ist farblos, aber verschiedene Verunreinigungen können ihn rot und blau färben. Auf diese Weise werden Edelsteine \u200b\u200berhalten, die in Schmuck Rubine und Saphire genannt werden.
Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumoxid ermöglichen es, diese Edelsteine \u200b\u200bunter künstlichen Bedingungen zu züchten. Technische Edelsteine \u200b\u200bwerden nicht nur für Schmuck verwendet, sondern auch für die Herstellung von Präzisionsinstrumenten, für die Herstellung von Uhren und anderen Dingen. Künstliche Rubinkristalle sind in Laservorrichtungen weit verbreitet.
Eine feinkörnige Korundsorte mit einer großen Menge an Verunreinigungen, die auf eine spezielle Oberfläche aufgetragen wird, ist jedem als Schmirgel bekannt. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumoxid erklären die hohen Abriebeigenschaften von Korund sowie seine Härte und Reibungsbeständigkeit.
Aluminiumhydroxid
Al 2 (OH) 3 ist ein typisches amphoteres Hydroxid. In Kombination mit einer Säure bildet diese Substanz ein Salz, das positiv geladene Aluminiumionen enthält, und in Alkalien bildet sie Aluminate. Die Amphoterität einer Substanz zeigt sich darin, dass sie sich sowohl als Säure als auch als Alkali verhalten kann. Diese Verbindung kann sowohl in Gelee- als auch in fester Form vorliegen.
Es löst sich praktisch nicht in Wasser, sondern reagiert mit den meisten aktiven Säuren und Laugen. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminiumhydroxid werden in der Medizin verwendet. Es ist ein beliebtes und sicheres Mittel zur Verringerung des Säuregehalts im Körper. Es wird bei Gastritis, Duodenitis und Geschwüren eingesetzt. In der Industrie wird Al 2 (OH) 3 als Adsorbens verwendet, es reinigt Wasser perfekt und fällt darin gelöste schädliche Elemente aus.
Industrielle Nutzung
Aluminium wurde 1825 entdeckt. Dieses Metall wurde zunächst über Gold und Silber bewertet. Dies war auf die Komplexität seiner Gewinnung aus dem Erz zurückzuführen. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium und seine Fähigkeit, schnell einen Schutzfilm auf seiner Oberfläche zu bilden, machten es schwierig, dieses Element zu untersuchen. Erst Ende des 19. Jahrhunderts wurde eine bequeme Methode zum Schmelzen eines reinen Elements entdeckt, das für den industriellen Einsatz geeignet ist.
Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind einzigartige physikalische Eigenschaften von Aluminium. Legierungen dieses silbernen Metalls werden in der Raketentechnik, im Auto-, Schiffs-, Flugzeug- und Instrumentenbau sowie bei der Herstellung von Besteck und Geschirr verwendet.
Als reines Metall wird Al zur Herstellung von Teilen für chemische Geräte, elektrische Drähte und Kondensatoren verwendet. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium sind derart, dass seine elektrische Leitfähigkeit nicht so hoch ist wie die von Kupfer, aber dieser Nachteil wird durch die Leichtigkeit des betreffenden Metalls ausgeglichen, die es ermöglicht, Aluminiumdrähte dicker zu machen. Bei gleicher elektrischer Leitfähigkeit wiegt ein Aluminiumdraht also die Hälfte des Kupferdrahtes.
Nicht weniger wichtig ist die Verwendung von Al im Aluminierungsprozess. Dies ist der Name der Reaktion der Sättigung der Oberfläche eines Gusseisen- oder Stahlprodukts mit Aluminium, um das Grundmetall beim Erhitzen vor Korrosion zu schützen.
Gegenwärtig sind die erkundeten Reserven an Aluminiumerzen durchaus mit den Bedürfnissen der Menschen in diesem silbernen Metall vergleichbar. Die physikalischen Eigenschaften von Aluminium können für seine Forscher immer noch viele Überraschungen darstellen, und der Umfang dieses Metalls ist viel größer, als man sich vorstellen kann.
