خانه » زبان روسی شیمی رنگ آلومینیوم اتصالات آلومینیومی

شیمی رنگ آلومینیوم اتصالات آلومینیومی

آلومینیوم و ترکیبات آن

زیر گروه اصلی گروه III جدول تناوبی شامل بور (B)، آلومینیوم (Al)، گالیم (Ga)، ایندیم (In) و تالیم (Tl) است.

همانطور که از داده های فوق مشاهده می شود، همه این عناصر در قرن 19 کشف شدند.

بور یک غیر فلز است. آلومینیوم یک فلز واسطه است، در حالی که گالیم، ایندیم و تالیم فلزات کامل هستند. بنابراین، با افزایش شعاع اتم های عناصر هر گروه از جدول تناوبی، خواص فلزی مواد ساده افزایش می یابد.

جایگاه آلومینیوم در جدول D.I. Mendeleev. ساختار اتمی، حالات اکسیداسیون

عنصر آلومینیوم در گروه III، زیرگروه اصلی "A"، دوره 3 سیستم تناوبی، شماره سریال شماره 13، جرم اتمی نسبی Ar(Al) = 27 قرار دارد. همسایه آن در سمت چپ جدول منیزیم است - یک فلز معمولی و در سمت راست - سیلیکون - قبلاً غیر فلزی است. در نتیجه، آلومینیوم باید خواصی از نوع میانی داشته باشد و ترکیبات آن آمفوتریک هستند.

Al +13) 2) 8) 3، p – عنصر،

حالت زمینی 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

حالت هیجان زده 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3 p 2

آلومینیوم در ترکیبات زیر حالت اکسیداسیون 3+ را نشان می دهد:

Al 0 – 3 e - → Al +3

مشخصات فیزیکی

آلومینیوم به شکل آزاد، فلزی به رنگ سفید مایل به نقره ای با رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا است. نقطه ذوب 650 درجه سانتیگراد است. آلومینیوم دارای چگالی کم (2.7 گرم بر سانتی متر مکعب) است - حدود سه برابر کمتر از آهن یا مس، و در عین حال یک فلز بادوام است.

بودن در طبیعت

از نظر شیوع در طبیعت رتبه بندی می شود رتبه اول در بین فلزات و رتبه سوم در بین عناصر، پس از اکسیژن و سیلیکون دوم است. درصد آلومینیوم در پوسته زمین، به گفته محققان مختلف، از 7.45 تا 8.14 درصد از جرم پوسته زمین متغیر است.

در طبیعت، آلومینیوم فقط در ترکیبات وجود دارد(مواد معدنی).

برخی از آنها:

· بوکسیت - Al 2 O 3 H 2 O (با ناخالصی های SiO 2، Fe 2 O 3، CaCO 3)

· Nephelines - KNa 3 4

آلونیت ها - KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· آلومینا (مخلوط کائولن با ماسه SiO 2، سنگ آهک CaCO 3، منیزیت MgCO 3)

· کوراندوم - Al 2 O 3 (یاقوت، یاقوت کبود)

· فلدسپات (اورتوکلاز) - K 2 O× Al 2 O 3 × 6 SiO 2

کائولینیت - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

آلونیت - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3

· بریل - 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

خواص شیمیایی آلومینیوم و ترکیبات آن

آلومینیوم در شرایط عادی به راحتی با اکسیژن واکنش می دهد و با یک فیلم اکسید پوشیده می شود (که ظاهری مات به آن می دهد).

ضخامت آن 0.00001 میلی متر است، اما به لطف آن، آلومینیوم خوردگی نمی کند. برای مطالعه خواص شیمیایی آلومینیوم، فیلم اکسید حذف می شود. (با استفاده از کاغذ سنباده یا شیمیایی: ابتدا آن را در محلول قلیایی فرو کنید تا لایه اکسیدی جدا شود و سپس در محلول نمک های جیوه برای تشکیل آلیاژ آلومینیوم با جیوه - آمالگام).

نامگذاری - Al (آلومینیوم)؛
دوره - III;
گروه - 13 (IIIa);
جرم اتمی - 26.981538;
عدد اتمی - 13;
شعاع اتمی = 143 pm;
شعاع کووالانسی = 121 pm;
توزیع الکترون - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;
دمای ذوب = 660 درجه سانتیگراد؛
نقطه جوش = 2518 درجه سانتیگراد؛
الکترونگاتیوی (طبق نظر پاولینگ/طبق نظر آلپرد و روچو) = 1.61/1.47;
حالت اکسیداسیون: +3.0;
چگالی (شماره) = 2.7 گرم بر سانتی متر مکعب؛
حجم مولی = 10.0 سانتی متر 3 / مول.

آلومینیوم (آلوم) اولین بار در سال 1825 توسط دانشمند دانمارکی G. K. Oersted به دست آمد. در ابتدا، قبل از کشف روش صنعتی تولید، آلومینیوم گرانتر از طلا بود.

آلومینیوم فراوان ترین فلز در پوسته زمین است (کسر جرمی 7-8٪) و سومین عنصر فراوان در بین تمام عناصر پس از اکسیژن و سیلیکون است. آلومینیوم به صورت آزاد در پرویرود یافت نمی شود.

مهمترین ترکیبات طبیعی آلومینیوم:

آلومینوسیلیکات ها - Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 ; K 2 O Al 2 O 3 2SiO 2
بوکسیت - Al 2 O 3 · n H2O
کوراندوم - Al 2 O 3
کرایولیت - 3NaF AlF 3

برنج. ساختار اتم آلومینیوم.

آلومینیوم یک فلز فعال شیمیایی است - در سطح الکترونیکی بیرونی آن سه الکترون وجود دارد که در تشکیل پیوندهای کووالانسی در هنگام تعامل آلومینیوم با سایر عناصر شیمیایی شرکت می کنند (به پیوند کووالانسی مراجعه کنید). آلومینیوم یک عامل احیا کننده قوی است و در تمام ترکیبات حالت اکسیداسیون +3 را نشان می دهد.

در دمای اتاق، آلومینیوم با اکسیژن موجود در هوای اتمسفر واکنش می دهد تا یک فیلم اکسید قوی تشکیل دهد که به طور قابل اعتمادی از فرآیند اکسیداسیون (خوردگی) بیشتر فلز جلوگیری می کند و در نتیجه فعالیت شیمیایی آلومینیوم کاهش می یابد.

به لطف فیلم اکسید، آلومینیوم در دمای اتاق با اسید نیتریک واکنش نشان نمی دهد، بنابراین، ظروف آلومینیومی ظرفی قابل اعتماد برای ذخیره و حمل اسید نیتریک است.

خواص فیزیکی آلومینیوم:

فلز نقره ای سفید؛
جامد؛
بادوام؛
آسان؛
پلاستیک (کشیده شده به سیم نازک و فویل)؛
دارای هدایت الکتریکی و حرارتی بالا؛
نقطه ذوب 660 درجه سانتی گراد
آلومینیوم طبیعی از یک ایزوتوپ 27 13 Al تشکیل شده است

خواص شیمیایی آلومینیوم:

هنگام برداشتن فیلم اکسید، آلومینیوم با آب واکنش می دهد:
2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2;
در دمای اتاق با برم و کلر واکنش می دهد و نمک ها را تشکیل می دهد:
2Al + 3Br 2 = 2AlCl 3;
در دماهای بالا، آلومینیوم با اکسیژن و گوگرد واکنش می دهد (واکنش با انتشار مقدار زیادی گرما همراه است):
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + Q;
2Al + 3S = Al 2 S 3 + Q;
در t=800 درجه سانتی گراد با نیتروژن واکنش می دهد:
2Al + N 2 = 2AlN;
در t=2000 درجه سانتی گراد با کربن واکنش می دهد:
2Al + 3C = Al 4 C 3;
بسیاری از فلزات را از اکسیدهای آنها کاهش می دهد - آلومینوترمی(در دمای حداکثر 3000 درجه سانتیگراد) تنگستن، وانادیم، تیتانیوم، کلسیم، کروم، آهن، منگنز به صورت صنعتی تولید می شوند:
8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;
با هیدروکلریک و اسید سولفوریک رقیق واکنش می دهد و هیدروژن آزاد می کند:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2;
در دمای بالا با اسید سولفوریک غلیظ واکنش می دهد:
2Al + 6H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O;
با آزاد شدن هیدروژن و تشکیل نمک های پیچیده با قلیایی ها واکنش می دهد - واکنش در چندین مرحله رخ می دهد: هنگامی که آلومینیوم در محلول قلیایی غوطه ور می شود، فیلم اکسید محافظ بادوام که روی سطح فلز قرار دارد حل می شود. پس از حل شدن فیلم، آلومینیوم به عنوان یک فلز فعال، با آب واکنش می دهد و هیدروکسید آلومینیوم را تشکیل می دهد، که با قلیایی به عنوان یک هیدروکسید آمفوتر واکنش می دهد:
- Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O - انحلال فیلم اکسید.
- 2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 - برهمکنش آلومینیوم با آب برای تشکیل هیدروکسید آلومینیوم.
- NaOH+Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O - برهمکنش هیدروکسید آلومینیوم با قلیایی
- 2Al + 2NaOH + 2H 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 - معادله کلی برای واکنش آلومینیوم با قلیایی.

اتصالات آلومینیومی

Al 2 O 3 (آلومینا)

اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 یک ماده سفید، بسیار نسوز و سخت است (در طبیعت فقط الماس، کربوراندوم و برازون سخت تر هستند).

خواص آلومینا:

در آب حل نمی شود و با آن واکنش نشان می دهد.
یک ماده آمفوتریک است که با اسیدها و قلیاها واکنش می دهد:
Al 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O;
Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3.
چگونه یک اکسید آمفوتریک هنگام ذوب با اکسیدهای فلزی و نمک‌ها برای تشکیل آلومینات واکنش نشان می‌دهد:
Al 2 O 3 + K 2 O = 2KAlO 2.

در صنعت آلومینا از بوکسیت به دست می آید. در شرایط آزمایشگاهی، آلومینا را می توان با سوزاندن آلومینیوم در اکسیژن به دست آورد:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.

کاربردهای آلومینا:

برای تولید آلومینیوم و سرامیک الکتریکی؛
به عنوان یک ماده ساینده و نسوز؛
به عنوان یک کاتالیزور در واکنش های سنتز آلی.

Al(OH)3

هیدروکسید آلومینیوم Al(OH) 3 یک جامد کریستالی سفید است که در نتیجه یک واکنش تبادلی از محلول هیدروکسید آلومینیوم به دست می آید - به عنوان یک رسوب ژلاتینی سفید رسوب می کند که در طول زمان متبلور می شود. این ترکیب آمفوتریک تقریباً در آب نامحلول است:
Al(OH) 3 + 3NaOH = Na 3;
Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O.

برهمکنش Al(OH) 3 با اسیدها:
Al(OH) 3 + 3H + Cl = Al 3 + Cl 3 + 3H 2 O
برهمکنش Al(OH) 3 با قلیاها:
Al(OH) 3 + NaOH - = NaAlO 2 - + 2H 2 O

هیدروکسید آلومینیوم از اثر قلیایی ها بر روی محلول های نمک های آلومینیوم به دست می آید:
AlCl 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 + 3 NaCl.

تولید و استفاده از آلومینیوم

جداسازی آلومینیوم از ترکیبات طبیعی با روش های شیمیایی بسیار دشوار است، که با استحکام بالای پیوندهای اکسید آلومینیوم توضیح داده می شود، بنابراین، برای تولید صنعتی آلومینیوم، الکترولیز محلول آلومینا Al 2 O 3 در کرایولیت مذاب Na 3 است. AlF 6 استفاده می شود. در نتیجه این فرآیند، آلومینیوم در کاتد آزاد می شود و اکسیژن در آند آزاد می شود:

2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2

ماده اولیه اولیه بوکسیت است. الکترولیز در دمای 1000 درجه سانتیگراد انجام می شود: نقطه ذوب اکسید آلومینیوم 2500 درجه سانتیگراد است - انجام الکترولیز در این دما ممکن نیست، بنابراین اکسید آلومینیوم در کرایولیت مذاب حل می شود و تنها پس از آن از الکترولیت حاصل استفاده می شود. در الکترولیز برای تولید آلومینیوم.

کاربرد آلومینیوم:

آلیاژهای آلومینیوم به طور گسترده ای به عنوان مواد ساختاری در خودرو، هواپیما و کشتی سازی استفاده می شود: دورالومین، سیلومین، آلومینیوم برنز.
در صنایع شیمیایی به عنوان یک عامل کاهنده؛
در صنایع غذایی برای تولید فویل، ظروف غذاخوری، مواد بسته بندی؛
برای ساخت سیم و غیره

آلومینیوم یک فلز آمفوتریک است. پیکربندی الکترونیکی اتم آلومینیوم 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 است. بنابراین، سه الکترون ظرفیت در لایه الکترونی بیرونی خود دارد: 2 در 3s و 1 در سطح فرعی 3p. با توجه به این ساختار، با واکنش هایی مشخص می شود که در نتیجه اتم آلومینیوم سه الکترون را از سطح بیرونی از دست می دهد و حالت اکسیداسیون +3 به دست می آورد. آلومینیوم یک فلز بسیار واکنش پذیر است و خواص کاهشی بسیار قوی از خود نشان می دهد.

برهمکنش آلومینیوم با مواد ساده

با اکسیژن

هنگامی که آلومینیوم کاملا خالص با هوا تماس پیدا می کند، اتم های آلومینیوم واقع در لایه سطحی فوراً با اکسیژن موجود در هوا تعامل می کنند و یک لایه نازک، ده ها لایه اتمی با ضخامت و بادوام از ترکیب Al 2 O 3 تشکیل می دهند که از آلومینیوم در برابر آسیب محافظت می کند. اکسیداسیون بیشتر همچنین اکسید کردن نمونه های بزرگ آلومینیوم حتی در دماهای بسیار بالا غیرممکن است. با این حال، پودر آلومینیوم ریز به راحتی در شعله مشعل می سوزد:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

با هالوژن

آلومینیوم به شدت با همه هالوژن ها واکنش می دهد. بنابراین، واکنش بین پودرهای مخلوط آلومینیوم و ید در دمای اتاق و پس از افزودن یک قطره آب به عنوان کاتالیزور اتفاق می‌افتد. معادله برهمکنش ید با آلومینیوم:

2Al + 3I 2 =2AlI 3

آلومینیوم همچنین با برم که مایعی قهوه ای تیره است بدون حرارت دادن واکنش می دهد. به سادگی یک نمونه از آلومینیوم را به برم مایع اضافه کنید: یک واکنش خشونت آمیز بلافاصله شروع می شود و مقدار زیادی گرما و نور آزاد می شود.

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

واکنش بین آلومینیوم و کلر زمانی رخ می دهد که فویل آلومینیوم گرم شده یا پودر آلومینیوم ریز به یک فلاسک پر از کلر اضافه شود. طبق معادله آلومینیوم به طور موثر در کلر می سوزد:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

با گوگرد

هنگامی که تا 150-200 درجه سانتیگراد گرم می شود یا پس از احتراق مخلوطی از پودر آلومینیوم و گوگرد، یک واکنش گرمازا شدید بین آنها با انتشار نور آغاز می شود:

— سولفید آلومینیوم

با نیتروژن

هنگامی که آلومینیوم با نیتروژن در دمای حدود 800 درجه سانتیگراد واکنش می دهد، نیترید آلومینیوم تشکیل می شود:

با کربن

در دمای حدود 2000 درجه سانتیگراد، آلومینیوم با کربن واکنش می دهد و کاربید آلومینیوم (متانید) تشکیل می دهد که حاوی کربن در حالت اکسیداسیون -4 مانند متان است.

برهمکنش آلومینیوم با مواد پیچیده

با آب

همانطور که در بالا ذکر شد، یک فیلم اکسید پایدار و بادوام از Al 2 O 3 از اکسید شدن آلومینیوم در هوا جلوگیری می کند. همین فیلم اکسید محافظ، آلومینیوم را نسبت به آب بی اثر می کند. هنگام برداشتن لایه اکسید محافظ از سطح با روش هایی مانند تصفیه با محلول های آبی قلیایی، کلرید آمونیوم یا نمک های جیوه (آمالژیک)، آلومینیوم شروع به واکنش شدید با آب می کند تا هیدروکسید آلومینیوم و گاز هیدروژن را تشکیل دهد:

با اکسیدهای فلزی

پس از احتراق مخلوطی از آلومینیوم با اکسیدهای فلزات کمتر فعال (در سمت راست آلومینیوم در سری فعالیت)، یک واکنش بسیار خشن و بسیار گرمازا آغاز می شود. بنابراین، در صورت برهمکنش آلومینیوم با اکسید آهن (III)، دمای 2500-3000 درجه سانتیگراد ایجاد می شود که در نتیجه این واکنش، آهن مذاب با خلوص بالا تشکیل می شود.

2AI + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

این روش بدست آوردن فلزات از اکسیدهای آنها با احیاء با آلومینیوم نامیده می شود آلومینوترمییا آلومینوترمی.

با اسیدهای غیر اکسید کننده

برهمکنش آلومینیوم با اسیدهای غیر اکسید کننده، به عنوان مثال. تقریباً با تمام اسیدها، به جز اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ، منجر به تشکیل نمک آلومینیوم از اسید و گاز هیدروژن مربوطه می شود:

الف) 2Al + 3H 2 SO 4 (رقیق شده) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0 ;

ب) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2

با اسیدهای اکسید کننده

- اسید سولفوریک غلیظ

برهمکنش آلومینیوم با اسید سولفوریک غلیظ در شرایط عادی و در دماهای پایین به دلیل اثری به نام غیرفعال شدن رخ نمی دهد. هنگامی که گرم می شود، واکنش ممکن است و منجر به تشکیل سولفات آلومینیوم، آب و سولفید هیدروژن می شود که در نتیجه کاهش گوگرد، که بخشی از اسید سولفوریک است، تشکیل می شود:

چنین کاهش عمیق گوگرد از حالت اکسیداسیون +6 (در H 2 SO 4 ) به حالت اکسیداسیون - 2 (در H 2 S ) به دلیل توانایی احیایی بسیار بالای آلومینیوم رخ می دهد.

- اسید نیتریک غلیظ

در شرایط عادی، اسید نیتریک غلیظ آلومینیوم را نیز غیرفعال می کند که امکان نگهداری آن در ظروف آلومینیومی را فراهم می کند. همانطور که در مورد اسید سولفوریک غلیظ، برهمکنش آلومینیوم با اسید نیتریک غلیظ با حرارت دادن قوی امکان پذیر می شود و واکنش عمدتاً رخ می دهد:

- اسید نیتریک رقیق

برهمکنش آلومینیوم با اسید نیتریک رقیق شده در مقایسه با اسید نیتریک غلیظ منجر به تولید محصولات کاهش نیتروژن عمیق تر می شود. به جای NO، بسته به درجه رقت، N 2 O و NH 4 NO 3 می توانند تشکیل شوند:

8Al + 30HNO 3(dil.) = 8Al(NO 3) 3 +3N 2 O + 15H 2 O

8Al + 30HNO 3 (رقیق خالص) = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

با مواد قلیایی

آلومینیوم هر دو با محلول های آبی قلیایی واکنش نشان می دهد:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

و با قلیاهای خالص در حین همجوشی:

در هر دو مورد، واکنش با انحلال لایه محافظ اکسید آلومینیوم آغاز می شود:

Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3H 2 O = 2 Na

Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

در مورد یک محلول آبی، آلومینیوم که از لایه اکسید محافظ پاک شده است، مطابق با معادله شروع به واکنش با آب می کند:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

هیدروکسید آلومینیوم حاصل که آمفوتر است با محلول آبی هیدروکسید سدیم واکنش می دهد و سدیم تترا هیدروکسوآلومینات محلول را تشکیل می دهد:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

خواص شیمیایی آلومینیوم با موقعیت آن در جدول تناوبی عناصر شیمیایی تعیین می شود.

در زیر واکنش های شیمیایی اصلی آلومینیوم با سایر عناصر شیمیایی آورده شده است. این واکنش ها خواص شیمیایی پایه آلومینیوم را تعیین می کند.

آلومینیوم با چه چیزی واکنش نشان می دهد؟

مواد ساده:

هالوژن ها (فلورین، کلر، برم و ید)
فسفر
کربن
اکسیژن (احتراق)

مواد پیچیده:

اسیدهای معدنی (کلریدریک، فسفریک)
اسید سولفوریک
اسید نیتریک
قلیایی ها
عوامل اکسید کننده
اکسیدهای فلزات کمتر فعال (آلومینوترمی)

آلومینیوم با چه چیزی واکنش نشان نمی دهد؟

آلومینیوم واکنش نشان نمی دهد:

با هیدروژن
در شرایط عادی - با اسید سولفوریک غلیظ (به دلیل غیرفعال شدن - تشکیل یک فیلم اکسید متراکم)
در شرایط عادی - با اسید نیتریک غلیظ (همچنین به دلیل غیرفعال شدن)

آلومینیوم و هوا

به طور معمول، سطح آلومینیوم همیشه با یک لایه نازک از اکسید آلومینیوم پوشانده می شود که از قرار گرفتن در معرض هوا یا به طور دقیق تر، اکسیژن محافظت می کند. بنابراین، اعتقاد بر این است که آلومینیوم با هوا واکنش نمی دهد. اگر این لایه اکسید آسیب ببیند یا برداشته شود، سطح آلومینیوم تازه با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد. آلومینیوم می تواند در اکسیژن با شعله سفید کورکننده بسوزد و اکسید آلومینیوم Al2O3 را تشکیل دهد.

واکنش آلومینیوم با اکسیژن:

4Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3

آلومینیوم و آب

آلومینیوم در واکنش های زیر با آب واکنش می دهد:

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (1)
2Al + 4H 2 O = 2AlO(OH) + 3H 2 (2)
2Al + 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3H 2 (3)

در نتیجه این واکنش ها به ترتیب موارد زیر تشکیل می شوند:

اصلاح بایریت هیدروکسید آلومینیوم و هیدروژن (1)
اصلاح بوهمیت هیدروکسید آلومینیوم و هیدروژن (2)
اکسید آلومینیوم و هیدروژن (3)

به هر حال، این واکنش ها در توسعه کارخانه های فشرده برای تولید هیدروژن برای وسایل نقلیه ای که با هیدروژن کار می کنند، بسیار جالب است.

همه این واکنش ها از نظر ترمودینامیکی در دماهایی از دمای اتاق تا نقطه ذوب آلومینیوم 660 ºC امکان پذیر است. همه آنها گرمازا هستند، یعنی با انتشار گرما رخ می دهند:

در دمای اتاق تا 280 درجه سانتیگراد، پایدارترین محصول واکنش Al(OH) 3 است.
در دماهای 280 تا 480 درجه سانتیگراد، پایدارترین محصول واکنش AlO(OH) است.
در دماهای بالاتر از 480 ºC، پایدارترین محصول واکنش Al 2 O 3 است.

بنابراین، اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 از نظر ترمودینامیکی پایدارتر از Al(OH) 3 در دماهای بالا می شود. محصول واکنش آلومینیوم با آب در دمای اتاق، هیدروکسید آلومینیوم Al(OH) 3 خواهد بود.

واکنش (1) نشان می دهد که آلومینیوم باید به طور خود به خود با آب در دمای اتاق واکنش دهد. با این حال، در عمل، یک قطعه آلومینیوم غوطه ور در آب با آب در دمای اتاق یا حتی در آب جوش واکنش نمی دهد. واقعیت این است که آلومینیوم یک لایه نازک منسجم از اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 روی سطح خود دارد. این لایه اکسیدی محکم به سطح آلومینیوم می‌چسبد و از واکنش آن با آب جلوگیری می‌کند. بنابراین برای شروع و حفظ واکنش آلومینیوم با آب در دمای اتاق، لازم است دائماً این لایه اکسید حذف یا تخریب شود.

آلومینیوم و هالوژن

آلومینیوم به شدت با همه هالوژن ها واکنش می دهد - اینها عبارتند از:

فلوئور F
کلر Cl
برم Br و
ید (ید) I,

با آموزش به ترتیب:

فلوراید AlF 3
کلرید AlCl 3
برمید Al 2 Br 6 و
یدید Al 2 Br 6.

واکنش هیدروژن با فلوئور، کلر، برم و ید:

2Al + 3F 2 → 2AlF 3
2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3
2Al + 3Br 2 → Al 2 Br 6
2Al + 3l 2 → Al 2 I 6

آلومینیوم و اسیدها

آلومینیوم به طور فعال با اسیدهای رقیق: سولفوریک، هیدروکلریک و نیتریک واکنش می دهد و نمک های مربوطه را تشکیل می دهد: سولفات آلومینیوم Al 2 SO 4، کلرید آلومینیوم AlCl 3 و نیترات آلومینیوم Al(NO 3) 3.

واکنش های آلومینیوم با اسیدهای رقیق:

2Al + 3H 2 SO 4 -> Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
2Al + 6HCl -> 2AlCl 3 + 3H 2
2Al + 6HNO 3 -> 2Al(NO 3) 3 + 3H 2

در دمای اتاق با اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک غلیظ تعامل نمی کند و به تشکیل نمک، اکسید و آب واکنش نشان می دهد.

آلومینیوم و مواد قلیایی

آلومینیوم در محلول آبی قلیایی - هیدروکسید سدیم - واکنش نشان می دهد و آلومینات سدیم را تشکیل می دهد.

واکنش آلومینیوم با هیدروکسید سدیم به شکل زیر است:

2Al + 2NaOH + 10H 2 O -> 2Na + 3H 2

منابع:

1. عناصر شیمیایی. 118 عنصر اول، به ترتیب حروف الفبا / ویرایش. ویکی پدیان - 2018

2. واکنش آلومینیوم با آب برای تولید هیدروژن / جان پتروویچ و جورج توماس، ایالات متحده وزارت انرژی، 2008

آلومینیوم چیست؟

سبک، بادوام، مقاوم در برابر خوردگی و کاربردی - این ترکیبی از کیفیت است که آلومینیوم را به ماده اصلی ساختاری زمان ما تبدیل کرده است. آلومینیوم در خانه‌هایی که در آن زندگی می‌کنیم، ماشین‌ها، قطارها و هواپیماهایی که با آن‌ها سفر می‌کنیم، در تلفن‌های همراه و کامپیوتر، در قفسه‌های یخچال و در فضای داخلی مدرن وجود دارد. اما 200 سال پیش اطلاعات کمی در مورد این فلز وجود داشت.

"آنچه برای قرن ها غیرممکن به نظر می رسید، آنچه دیروز فقط یک رویای جسورانه بود، امروز به یک کار واقعی تبدیل می شود و فردا - یک دستاورد."

سرگئی پاولوویچ کورولف
دانشمند، طراح، بنیانگذار فضانوردی عملی

آلومینیوم – فلز نقره ای-سفید، سیزدهمین عنصر جدول تناوبی. باورنکردنی اما واقعی: آلومینیوم فراوان ترین فلز روی زمین است که بیش از 8 درصد از جرم کل پوسته زمین را تشکیل می دهد و سومین عنصر شیمیایی فراوان در سیاره ما پس از اکسیژن و سیلیکون است.

با این حال، آلومینیوم به دلیل واکنش شیمیایی بالا در طبیعت به شکل خالص یافت نمی شود. به همین دلیل است که ما نسبتاً اخیراً در مورد آن مطلع شدیم. آلومینیوم تنها در سال 1824 به طور رسمی تولید شد و نیم قرن دیگر از شروع تولید صنعتی آن گذشت.

اغلب در طبیعت، آلومینیوم در ترکیب یافت می شود زاج. اینها مواد معدنی هستند که دو نمک اسید سولفوریک را ترکیب می کنند: یکی بر اساس یک فلز قلیایی (لیتیوم، سدیم، پتاسیم، روبیدیم یا سزیم)، و دیگری بر اساس فلزی از گروه سوم جدول تناوبی، عمدتا آلومینیوم.

زاج هنوز هم امروزه در صنایع تصفیه آب، آشپزی، پزشکی، آرایشی و بهداشتی، شیمیایی و سایر صنایع استفاده می شود. به هر حال، آلومینیوم به لطف آلوم نام خود را گرفت که در لاتین آلومن نامیده می شد.

کوراندوم

یاقوت، یاقوت کبود، زمرد و آکوامارین از مواد معدنی آلومینیوم هستند.
دو مورد اول متعلق به کوراندوم هستند - این اکسید آلومینیوم (Al 2 O 3) به شکل کریستالی است. شفافیت طبیعی دارد و از نظر استحکام بعد از الماس دوم است. شیشه های ضد گلوله، شیشه های هواپیما و صفحه نمایش گوشی های هوشمند با استفاده از یاقوت کبود ساخته شده اند.
و یکی از مواد معدنی کم ارزش کوراندوم، سنباده، به عنوان یک ماده ساینده، از جمله برای ایجاد کاغذ سنباده استفاده می شود.

امروزه تقریباً 300 ترکیب و کانی آلومینیومی مختلف شناخته شده است - از فلدسپات که اصلی ترین کانی سازنده سنگ روی زمین است تا یاقوت سرخ، یاقوت کبود یا زمرد که دیگر چندان رایج نیستند.

هانس کریستین اورستد(1777-1851) - فیزیکدان دانمارکی، عضو افتخاری آکادمی علوم سن پترزبورگ (1830). در شهر رودکوربینگ در خانواده یک داروساز به دنیا آمد. در سال 1797 از دانشگاه کپنهاگ فارغ التحصیل شد و در سال 1806 استاد شد.

اما مهم نیست که آلومینیوم چقدر رایج بود، کشف آن تنها زمانی ممکن شد که دانشمندان ابزار جدیدی در اختیار داشتند که تجزیه مواد پیچیده را به مواد ساده‌تر ممکن می‌کرد. برق.

و در سال 1824 با استفاده از فرآیند الکترولیز، فیزیکدان دانمارکی هانس کریستین اورستد آلومینیوم به دست آورد. آلومینیم به ناخالصی‌های پتاسیم و جیوه درگیر در واکنش‌های شیمیایی آلوده بود، اما این اولین باری بود که آلومینیوم تولید شد.

با استفاده از الکترولیز، آلومینیوم هنوز هم امروزه تولید می شود.

امروزه ماده اولیه برای تولید آلومینیوم یکی دیگر از سنگ معدن آلومینیوم رایج در طبیعت است. بوکسیت. این سنگ رسی متشکل از اصلاحات مختلف هیدروکسید آلومینیوم با مخلوطی از اکسیدهای آهن، سیلیکون، تیتانیوم، گوگرد، گالیم، کروم، وانادیم، نمک های کربنات کلسیم، آهن و منیزیم است - تقریباً نیمی از جدول تناوبی. از 4 تا 5 تن بوکسیت به طور متوسط 1 تن آلومینیوم تولید می شود.

بوکسیت

بوکسیت توسط زمین شناس پیر برتیه در جنوب فرانسه در سال 1821 کشف شد. این نژاد نام خود را پس از منطقه Les Baux که در آن یافت شد، گرفت. حدود 90 درصد از ذخایر بوکسیت جهان در کشورهای مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری - گینه، استرالیا، ویتنام، برزیل، هند و جامائیکا متمرکز شده است.

از بوکسیت به دست می آید آلومینا. این اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 است که به شکل پودر سفید است و از آن فلز با الکترولیز در کارخانه های ذوب آلومینیوم تولید می شود.

تولید آلومینیوم به مقدار زیادی برق نیاز دارد. برای تولید یک تن فلز، حدود 15 مگاوات ساعت انرژی مورد نیاز است - این میزان مصرف یک ساختمان 100 آپارتمانی برای یک ماه کامل است. بهینه ترین راه حل است نیروگاه های برق آبی، نشان دهنده قدرتمندترین در بین تمام انواع "انرژی سبز" است.

خواص آلومینیوم

آلومینیوم ترکیبی نادر از خواص ارزشمند دارد. این یکی از سبک ترین فلزات در طبیعت است: تقریباً سه برابر سبک تر از آهن است، اما در عین حال قوی، بسیار انعطاف پذیر است و در معرض خوردگی نیست، زیرا سطح آن همیشه با یک اکسید نازک اما بسیار بادوام پوشیده شده است. فیلم مغناطیسی نیست، الکتریسیته را به خوبی هدایت می کند و تقریباً با تمام فلزات آلیاژ می سازد.

آسان

سه برابر سبکتر از آهن

بادوام

از نظر استحکام با فولاد قابل مقایسه است

پلاستیک

مناسب برای انواع پردازش های مکانیکی

بدون خوردگی

لایه نازک اکسید از خوردگی محافظت می کند

آلومینیوم به راحتی با فشار، گرم و سرد پردازش می شود. می توان آن را نورد، کشید، مهر زد. آلومینیوم نمی سوزد، نیاز به رنگ آمیزی خاصی ندارد و برخلاف پلاستیک غیر سمی است.

چکش خواری آلومینیوم بسیار بالاست: ورق هایی با ضخامت تنها 4 میکرون و نازک ترین سیم را می توان از آن ساخت. و فویل آلومینیومی فوق نازک سه برابر نازکتر از موی انسان است. علاوه بر این، در مقایسه با سایر فلزات و مواد، مقرون به صرفه تر است.

توانایی بالا در تشکیل ترکیبات با عناصر شیمیایی مختلف باعث ایجاد آلیاژهای آلومینیوم بسیاری شده است. حتی نسبت کمی از ناخالصی ها به طور قابل توجهی ویژگی های فلز را تغییر می دهد و مناطق جدیدی را برای کاربرد آن باز می کند. به عنوان مثال، ترکیب آلومینیوم با سیلیکون و منیزیم را می توان به معنای واقعی کلمه در زندگی روزمره در جاده ها یافت - به شکل چرخ های آلیاژی، موتورها، عناصر شاسی و سایر قسمت های یک ماشین مدرن. و اگر روی را به آلیاژ آلومینیوم اضافه کنید، شاید هم اکنون آن را در دستان خود نگه داشته اید، زیرا این آلیاژ در تولید قاب های تلفن همراه و تبلت استفاده می شود. در همین حال، دانشمندان به اختراع آلیاژهای جدید آلومینیوم ادامه می دهند.
ذخایر آلومینیوم
حدود 75 درصد از آلومینیوم تولید شده در سراسر این صنعت هنوز در حال استفاده است.