Алюминий: строение атома, распространение в природе. Физические и химические
свойства алюминия. Применение алюминия
Алюминий -
металлический элемент главной подгруппы III группы 3 периода периодической системы
химических элементов. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня
его атома 3s23p1. При химических взаимодействиях
в возбужденном состоянии он способен образовывать три ковалентных связи или полностью
отдавать свои три электроны, проявляя в своих соединениях степень окисления +3.
Следовательно, Алюминий является активным восстановителем.
Алюминий по
распространенности занимает третье место среди других элементов. Массовая доля Алюминия в
земной коре составляет 8,5 %. В природе он встречается только в виде
соединений. Он входит в состав алюмосиликатов, к которым относятся: глины, слюды,
полевые шпаты, в частности каолин. Промышленно важным алюминиевой рудой являются боксит
Al2O3 · nН2О. Алюминий входит в
состав минерала корунда, который является кристаллическим алюминий оксидом Al2O3.
Различные примеси способны оказывать корундовые разных цветов. зеленого, желтого, оранжевого,
фиолетового и других цветов и оттенков. Его синий разновидность называют
сапфиром, а красный - рубином. И рубины, и сапфиры являются драгоценными камнями.
Простое вещество
алюминий - блестящий серебристо-белый металл. Он имеет высокую способность отражать
световые и тепловые лучи, а также высокие тепло - и электропроводность.
Температура плавления алюминия 660 °С. Это достаточно легкий и пластичный металл. С
него можно производить тонкую проволоку и фольгу.
Химически алюминий
очень активный. На воздухе он быстро окисляется и покрывается тонкой пленкой
алюминий оксида. Оксидная пленка является достаточно прочной и предопределяет коррозионную стойкость
алюминия. При нагревании на воздухе или в кислороде алюминий сгорает, образуя также
алюминий оксид:
4Al + 3O2
= 2Al2O3.
Алюминий активно
реагирует с другими неметаллами. При обычных условиях он взаимодействует с хлором и бромом,
образуя соли, например, алюминий хлорид:
2Al + 3Сl2
= 2AlСl3.
Реакция алюминия
с йодом происходит, если к смеси алюминиевого порошка с йодом добавить несколько
капель воды, которая выполняет роль катализатора:
2Al + 3I2
= 2AlІ3.
При нагревании
алюминий реагирует с серой, азотом, углеродом, например:
2Al + 3S = Al2S3.
В обычном
состоянии алюминий покрыт защитной оксидной пленкой и является устойчивым к воздействию воды даже
при нагревании. Если пленка алюминий оксида будет разрушена, то алюминий будет
активно реагировать с водой с выделением газуватого водорода:
2Al + 6Н2О
= 2Al(ОН)3↓ + 3Н2↑.
Алюминий реагирует с
растворами кислот с образованием солей и водорода, например:
2Al + 6НСl= 2AlCl3
+ 3Н2↑.
Концентрированные
сульфатная и азотная кислоты пассивируют алюминий, то есть увеличивают прочность
оксидной пленки. Таким образом, алюминий с ними не реагирует.
Оксидная пленка
легко растворяется в щелочах и алюминий реагирует с растворами щелочей с выделением
водорода:
2Al + 2NaOH +6Н2O
= 2Na[Al(OH)4] + 3Н2↑.
Алюминий
восстанавливает металлы из их оксидов при нагревании (алюмінотермія), например:
Fe2O3
+ 2Al = 2Fe + Al2O3.
Алюминий
добывают путем электролиза глинозема, растворенного в расплавленном криолите Na3[AlF6].
Широкое
применение алюминия обусловлено его свойствами. Сочетание легкости с
достаточно высокой электропроводностью позволяет применять алюминий как
проводник электрического тока. Алюминий и его сплавы используют практически
во всех областях современной техники: в авиационной и автомобильной промышленности,
железнодорожном и водном транспорте, машиностроении и т.п. Благодаря высокой
коррозионной стойкости алюминий широко применяют при изготовлении аппаратуры
для производства пищевых продуктов и некоторых химических веществ. Из полированного
алюминия изготавливают зеркала и поверхности нагревательных и осветительных
рефлекторов. Алюминий используют как розкисник сталей и других сплавов. Им
восстанавливают металлы из их оксидов.