Алюміній – хімія

Будова і властивості атомів. Алюміній Аl – елемент головної підгрупи III групи (IIIА групи) третій періоду Періодичної системи Д. І. Менделєєва. Атом алюмінію містить на зовнішньому енергетичному рівні три електрони, які він легко віддає при хімічних взаємодіях. У родоначальника підгрупи і верхнього сусіда алюмінію – бору радіус атома менше (у бору він дорівнює 0,080 нм, в алюмінію – 0,143 нм). Крім того, у атома алюмінію з’являється один проміжний восьміелектронний шар (2е~; 8е~; 3е~), який перешкоджає тяжінню зовнішніх електронів до ядра. Тому у атомів алюмінію відновні властивості виражені набагато сильніше, ніж у атомів бору, який проявляє неметалічні властивості.

Майже у всіх своїх сполуках алюміній має ступінь окислення +3.

Алюміній – проста речовина. Сріблясто-білий легкий метал. Плавиться при 660 ° С. Дуже пластичний, легко витягується в дріт та прокатується в фольгу товщиною до 0,01 мм. Володіє дуже великий електричну провідність і теплопровідність. Утворює з іншими металами легкі і міцні сплави.

Алюміній – дуже активний метал. В ряді напруг він знаходиться відразу ж після лужних і лужноземельних металів. Однак при кімнатній температурі на повітрі алюміній не змінюється, оскільки його поверхня покрита дуже міцною тонкою плівкою оксиду, яка захищає метал від дії з компонентами повітря і води. А ось концентровані сірчана і азотна кислоти пасивують алюміній, утворюючи на поверхні металу щільну, міцну оксидну плівку, яка перешкоджає подальшому протіканню реакції. Тому ці кислоти перевозять в алюмінієвих цистернах.

Як ви вже знаєте, оксид і гідроксид алюмінію мають амфотерними властивостями. Алюміній розчиняється у водних розчинах лугів, створюючи солі – алюмінати, які називають комплексними.

Алюміній широко використовують в металургії для одержання металів – хрому, марганцю, ванадію, титану, цирконію з їх оксидів. Як ви пам’ятаєте, цей спосіб зветься алюминотермии. На практиці часто застосовують терміт – суміш Fe3O4 з порошком алюмінію. Якщо цю суміш підпалити, наприклад, за допомогою магнієвої стрічки, то відбувається енергійна реакція з виділенням великої кількості теплоти.

Виділяється теплоти цілком достатньо для повного розплавлення утворюється заліза, тому цей процес використовують для зварювання сталевих виробів.

Алюміній дуже міцно пов’язаний в природних з’єднаннях з киснем та іншими елементами, і виділити його з цих сполук хімічними методами дуже важко. Алюміній можна отримати електролізом – розкладанням розплаву його оксиду Аl2O3 на складові частини за допомогою електричного струму. Але температура плавлення оксиду алюмінію близько 2050 ° С, тому для проведення електролізу необхідні великі витрати енергії. Технічно доступним металом алюміній став після того, як в 1886 р американський і французький вчені Ч. Хол і П. Еру встановили, що оксид алюмінію добре розчиняється в розплавленому при 1000 ° С криолите, формула якого Na3AlF6, з утворенням електропровідного розплаву. Розплав оксиду алюмінію в криолите піддають електролізу у спеціальних установках (рис. 63) на алюмінієвих заводах.

Світове виробництво алюмінію постійно збільшується. В даний час він відтіснив на третє і наступні місця мідь та інші кольорові метали і став другим за значенням металом триваючого залізного віку.

Алюмосилікати. Ці сполуки можна розглядати як солі, утворені оксидами алюмінію, кремнію, лужних і лужноземельних металів. Вони і складають основну масу земної кори. Зокрема, алюмосилікати входять до складу польових шпатів – найбільш поширених мінералів і глин.

Боксит (рис. 65, а) – гірська порода, з якої одержують алюміній, містить оксид алюмінію Аl2O3.

Корунд (рис. 65, б) – мінерал складу Аl2O3, володіє дуже високою твердістю, його дрібнозерниста різновид, що містить домішки, – наждак – застосовується як абразивний (шліфувальний) матеріал.

Цю ж формулу має й інше природне з’єднання – глинозем.

Добре відомі прозорі, пофарбовані домішками кристали корунду: червоні – рубіни (рис. 65, в) і сині – сапфіри (рис. 65, г), які використовують як дорогоцінні камені. В даний час їх отримують штучно і використовують не тільки в ювелірній справі, а й для технічних цілей, наприклад для виготовлення деталей годинників та інших точних приладів. Кристали рубінів застосовують в лазерах.

Посилання на основну публікацію