Алюміній: властивості хімічні та фізичні

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

Історія відкриття алюмінію

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

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

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

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

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

Загальна характеристика атома алюмінію

Якщо характеризувати розглянутий елемент за положенням у періодичній системі, то можна виділити кілька пунктів.

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

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

Алюміній як проста речовина: фізичні властивості

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

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

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

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

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

Хімічні властивості алюмінію

З погляду хімії, розглянутий метал - сильний відновник, який здатний виявляти високу хімічну активність, будучи чистою речовиною. Головне - це усунути оксидну плівку. У цьому випадку активність різко зростає.

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

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

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

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

• кислотами - AL + HCL = AlCL₃ + H₂;
• лугами - 2Al + 6H₂O + 2NaOH = Na [Al (OH)₄] + 3Н₂-
  

• галогенами - AL + Hal = ALHal₃;
• сірої - 2AL + 3S = AL₂S₃.

В цілому, найголовніше властивість даної речовини - це висока здатність до відновлення інших елементів з їхніх сполук.

Відновлювальна здатність

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

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

Поширення в природі

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

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

Найпоширеніші речовини, що містять розглянутий метал:

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

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

Отримання

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

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

   

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

Застосування

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

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

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

Можна назвати кілька основних областей застосування алюмінію як у чистому вигляді, так і у вигляді його сполук (сплавів).

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

   

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

Властивості гідроксиду алюмінію

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

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