خواص شیمیایی مشخصه آلومینیوم واکنش های شیمیایی آلومینیوم آلومینیوم و اسیدها

فلزات یکی از راحت ترین مواد برای پردازش هستند. آنها همچنین رهبران خود را دارند. به عنوان مثال، خواص اولیه آلومینیوم از دیرباز برای مردم شناخته شده است. آنقدر برای استفاده روزمره مناسب هستند که این فلز بسیار محبوب شده است. در این مقاله به بررسی هر دو ماده ساده و اتم خواهیم پرداخت.

تاریخچه کشف آلومینیوم

از دیرباز، انسان ترکیب فلز مورد نظر را می‌شناخت - از آن به‌عنوان وسیله‌ای استفاده می‌شد که می‌توانست اجزای مخلوط را متورم کند و به هم بچسباند؛ این امر در ساخت محصولات چرمی نیز ضروری بود. وجود اکسید آلومینیوم به شکل خالص آن در قرن هجدهم در نیمه دوم آن شناخته شد. با این حال دریافت نشد.

دانشمند H.K. Ørsted اولین کسی بود که فلز را از کلرید آن جدا کرد. این او بود که نمک را با آمالگام پتاسیم و پودر خاکستری جدا شده از مخلوط، که به شکل خالص آلومینیوم بود، درمان کرد.

سپس مشخص شد که خواص شیمیایی آلومینیوم در فعالیت زیاد و توانایی احیایی قوی آن آشکار می شود. بنابراین، هیچ کس دیگری برای مدت طولانی با او کار نکرد.

با این حال، در سال 1854، دویل فرانسوی توانست شمش های فلزی را با الکترولیز مذاب بدست آورد. این روش هنوز هم امروزه مطرح است. به خصوص تولید انبوه مواد با ارزش در قرن بیستم آغاز شد، زمانی که مشکلات تولید مقادیر زیادی برق در شرکت ها حل شد.

امروزه این فلز یکی از پرطرفدارترین و پرکاربردترین ها در ساخت و ساز و صنایع خانگی می باشد.

مشخصات کلی اتم آلومینیوم

اگر عنصر مورد نظر را با موقعیت آن در جدول تناوبی مشخص کنیم، چندین نقطه را می توان تشخیص داد.

1. شماره سریال - 13.
2. واقع در سومین دوره کوچک، گروه سوم، زیر گروه اصلی.
3. جرم اتمی - 26.98.
4. تعداد الکترون های ظرفیت 3 عدد است.
5. پیکربندی لایه بیرونی با فرمول 3s 2 3p 1 بیان می شود.
6. نام عنصر آلومینیوم است.
7. به شدت بیان شده است.
8. در طبیعت هیچ ایزوتوپی ندارد، فقط به یک شکل با عدد جرمی 27 وجود دارد.
9. نماد شیمیایی AL است که در فرمول ها "آلومینیوم" خوانده می شود.
10. حالت اکسیداسیون یک برابر با +3 است.

خواص شیمیایی آلومینیوم به طور کامل توسط ساختار الکترونیکی اتم آن تایید می شود، زیرا با داشتن شعاع اتمی زیاد و میل ترکیبی الکترونی کم، می تواند مانند تمام فلزات فعال به عنوان یک عامل احیا کننده قوی عمل کند.

آلومینیوم به عنوان یک ماده ساده: خواص فیزیکی

اگر در مورد آلومینیوم به عنوان یک ماده ساده صحبت کنیم، آنگاه یک فلز براق سفید نقره ای است. در هوا به سرعت اکسید می شود و با یک فیلم اکسید متراکم پوشیده می شود. هنگام قرار گرفتن در معرض اسیدهای غلیظ نیز همین اتفاق می افتد.

وجود چنین ویژگی باعث می شود محصولات ساخته شده از این فلز در برابر خوردگی مقاوم باشند که طبیعتا برای افراد بسیار راحت است. به همین دلیل است که آلومینیوم در ساخت و ساز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. آنها همچنین جالب هستند زیرا این فلز بسیار سبک و در عین حال بادوام و نرم است. ترکیبی از چنین ویژگی هایی برای هر ماده ای در دسترس نیست.

چندین ویژگی فیزیکی اساسی وجود دارد که مشخصه آلومینیوم است.

1. درجه بالایی از چکش خواری و شکل پذیری. از این فلز فویل سبک، مستحکم و بسیار نازک ساخته شده و به صورت مفتولی نیز در می آید.
2. نقطه ذوب - 660 0 C.
3. نقطه جوش - 2450 0 C.
4. چگالی - 2.7 گرم بر سانتی متر مکعب.
5. شبکه کریستالی به صورت حجمی و به صورت فلزی است.
6. نوع اتصال - فلزی.

خواص فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم زمینه های کاربرد و کاربرد آن را تعیین می کند. اگر در مورد جنبه های روزمره صحبت کنیم، ویژگی هایی که قبلاً در بالا مورد بحث قرار گرفتیم نقش مهمی ایفا می کنند. آلومینیوم به عنوان یک فلز سبک وزن، بادوام و ضد خوردگی، در هواپیماسازی و کشتی سازی استفاده می شود. بنابراین، دانستن این خواص بسیار مهم است.

خواص شیمیایی آلومینیوم

از نقطه نظر شیمیایی، فلز مورد نظر یک عامل احیا کننده قوی است که قادر است در عین حال که یک ماده خالص است، فعالیت شیمیایی بالایی از خود نشان دهد. نکته اصلی حذف فیلم اکسید است. در این صورت فعالیت به شدت افزایش می یابد.

خواص شیمیایی آلومینیوم به عنوان یک ماده ساده با توانایی آن در واکنش با:

• اسیدها؛
• مواد قلیایی
• هالوژن ها؛
• گوگرد

در شرایط عادی با آب تعامل ندارد. در این مورد، از هالوژن ها، بدون حرارت دادن، تنها با ید واکنش نشان می دهد. سایر واکنش ها به دما نیاز دارند.

برای نشان دادن خواص شیمیایی آلومینیوم می توان مثال هایی ارائه داد. معادلات واکنش های متقابل با:

• اسیدها- AL + HCL = AlCL 3 + H 2;
• قلیایی ها- 2Al + 6H 2 O + 2NaOH = Na + 3H 2;
• هالوژن ها- AL + Hal = ALHal 3 ;
• خاکستری- 2AL + 3S = AL 2 S 3.

به طور کلی مهمترین خاصیت ماده مورد بحث توانایی بالای آن در بازگرداندن عناصر دیگر از ترکیبات آنهاست.

ظرفیت احیا کننده

خواص کاهشی آلومینیوم در واکنش های برهمکنش با اکسیدهای فلزات دیگر به وضوح قابل مشاهده است. به راحتی آنها را از ترکیب ماده استخراج می کند و به آنها اجازه می دهد به شکل ساده وجود داشته باشند. به عنوان مثال: Cr 2 O 3 + AL = AL 2 O 3 + Cr.

در متالورژی، یک روش کامل برای تولید مواد بر اساس واکنش های مشابه وجود دارد. به آن آلومینوترمی می گویند. بنابراین، در صنایع شیمیایی از این عنصر به طور خاص برای تولید فلزات دیگر استفاده می شود.

پراکندگی در طبیعت

از نظر شیوع در میان سایر عناصر فلزی، آلومینیوم در رتبه اول قرار دارد. 8.8 درصد در پوسته زمین وجود دارد. اگر آن را با غیر فلزات مقایسه کنیم، پس از اکسیژن و سیلیکون، جایگاه آن سوم خواهد بود.

به دلیل فعالیت شیمیایی بالای آن، به صورت خالص یافت نمی شود، بلکه تنها به عنوان بخشی از ترکیبات مختلف یافت می شود. به عنوان مثال، بسیاری از سنگ‌های معدنی، کانی‌ها و سنگ‌هایی که حاوی آلومینیوم هستند، شناخته شده‌اند. با این حال، فقط از بوکسیت استخراج می شود که محتوای آن در طبیعت زیاد نیست.

رایج ترین مواد حاوی فلز مورد نظر:

• فلدسپات ها؛
• بوکسیت؛
• گرانیت؛
• سیلیس؛
• آلومینوسیلیکات ها؛
• بازالت ها و دیگران

در مقادیر کم، آلومینیوم لزوماً در سلول های موجودات زنده یافت می شود. برخی از گونه های خزه های باشگاهی و ساکنان دریایی قادرند این عنصر را در طول زندگی خود در بدن خود جمع کنند.

اعلام وصول

خواص فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم به دست آوردن آن را تنها از یک طریق ممکن می کند: با الکترولیز مذاب اکسید مربوطه. با این حال، این فرآیند از نظر فناوری پیچیده است. نقطه ذوب AL 2 O 3 بیش از 2000 0 C است. به همین دلیل، نمی توان آن را مستقیماً تحت الکترولیز قرار داد. بنابراین به صورت زیر عمل کنید.

بازده محصول 99.7٪ است. با این حال، می توان حتی فلز خالص تری را نیز بدست آورد که برای اهداف فنی استفاده می شود.

کاربرد

خواص مکانیکی آلومینیوم آنقدر خوب نیست که بتوان از آن به شکل خالص استفاده کرد. بنابراین بیشتر از آلیاژهای مبتنی بر این ماده استفاده می شود. بسیاری از این موارد وجود دارد که می توانید ابتدایی ترین آنها را نام ببرید.

1. دورالومین.
2. آلومینیوم- منگنز.
3. آلومینیوم منیزیم.
4. آلومینیوم-مس.
5. سیلومین ها
6. پرنده.

تفاوت اصلی آنها، به طور طبیعی، افزودنی های شخص ثالث است. همه آنها بر پایه آلومینیوم ساخته شده اند. فلزات دیگر این ماده را بادوام تر، مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر سایش و پردازش آسان تر می کنند.

چندین زمینه اصلی کاربرد آلومینیوم، هم به صورت خالص و هم به صورت ترکیبات (آلیاژ) آن وجود دارد.

به همراه آهن و آلیاژهای آن، آلومینیوم مهمترین فلز است. این دو نماینده جدول تناوبی بودند که گسترده ترین کاربرد صنعتی را در دست انسان پیدا کردند.

خواص هیدروکسید آلومینیوم

هیدروکسید رایج ترین ترکیبی است که آلومینیوم تشکیل می دهد. خواص شیمیایی آن مانند خود فلز است - آمفوتریک است. این بدان معنی است که می تواند ماهیت دوگانه ای از خود نشان دهد و با اسیدها و قلیاها واکنش نشان دهد.

هیدروکسید آلومینیوم خود یک رسوب ژلاتینی سفید رنگ است. به راحتی با واکنش نمک آلومینیوم با یک قلیایی یا با واکنش با اسیدها به دست می آید، این هیدروکسید نمک و آب معمول مربوطه را می دهد. اگر واکنش با یک قلیایی اتفاق بیفتد، هیدروکسو کمپلکس‌های آلومینیوم تشکیل می‌شوند که عدد هماهنگی آن 4 است. مثال: سدیم - تتراهیدروکسوآلومینات سدیم.

آلومینیوم فلزی به رنگ سفید مایل به نقره ای است که رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی دارد. (رسانایی حرارتی آلومینیوم 1.8 برابر بیشتر از مس و 9 برابر بیشتر از فولاد ضد زنگ است.) چگالی آن کم است - تقریباً سه برابر کمتر از آهن، مس و روی. و در عین حال یک فلز بسیار بادوام است.

سه الکترون از پوسته بیرونی یک اتم آلومینیوم در سراسر شبکه کریستالی فلز آلومینیوم جابجا شده اند. این شبکه ساختار مکعبی رو به مرکز دارد، شبیه به شبکه قلع و طلا (به بخش 3.2 مراجعه کنید). بنابراین آلومینیوم چکش خواری خوبی دارد.

خواص شیمیایی

آلومینیوم ترکیبات یونی و کووالانسی را تشکیل می دهد. با انرژی یونیزاسیون بالا مشخص می شود (جدول 15.1). چگالی بار (نسبت بار به شعاع) برای یون در مقایسه با کاتیون های دیگر فلزات همان دوره بسیار زیاد است (جدول 15.2 را ببینید).

برنج. 15.2. یون آلومینیوم هیدراته

جدول 15.2. نسبت بار به شعاع کاتیون ها

از آنجایی که یون چگالی بار بالایی دارد، قدرت پلاریزاسیون بالایی دارد. این توضیح می دهد که چرا یون جدا شده تنها در ترکیبات بسیار کمی مانند فلوراید آلومینیوم بی آب و اکسید آلومینیوم یافت می شود و حتی این ترکیبات ویژگی کووالانسی قابل توجهی از خود نشان می دهند. در یک محلول آبی، یون مولکول های آب را قطبی می کند، که در نتیجه کاتیون را هیدراته می کند (شکل 15.2 را ببینید). این هیدراتاسیون با گرمازایی زیاد مشخص می شود:

پتانسیل ردوکس استاندارد آلومینیوم 1.66 ولت است:

بنابراین، آلومینیوم در سطح بالایی از عناصر الکتروشیمیایی قرار دارد (به بخش 10.5 مراجعه کنید). این نشان می دهد که آلومینیوم باید به راحتی با اکسیژن و اسیدهای معدنی رقیق واکنش نشان دهد. با این حال، هنگامی که آلومینیوم با اکسیژن واکنش می دهد، یک لایه نازک و غیر متخلخل از اکسید روی سطح آن تشکیل می شود. این لایه از آلومینیوم در برابر تعامل بیشتر با محیط محافظت می کند. لایه اکسیدی را می توان با مالش جیوه از روی سطح آلومینیوم جدا کرد. سپس آلومینیوم قادر است مستقیماً با اکسیژن و سایر فلزات غیرفلزی مانند گوگرد و نیتروژن ترکیب شود. تعامل با اکسیژن منجر به واکنش می شود

آندایز کردن آلومینیوم و آلیاژهای سبک آلومینیوم را می توان با ضخیم کردن لایه اکسید طبیعی از طریق فرآیندی به نام آنودایز محافظت کرد. در این فرآیند، یک جسم آلومینیومی به عنوان یک آند در یک سلول الکترولیتی قرار می گیرد که در آن از اسید کرومیک یا اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت استفاده می شود.

آلومینیوم با اسیدهای هیدروکلریک و سولفوریک رقیق داغ واکنش می دهد و هیدروژن تشکیل می دهد:

این واکنش در ابتدا به دلیل وجود یک لایه اکسید کند است. با این حال، با حذف آن، واکنش شدیدتر می شود.

اسید نیتریک غلیظ و رقیق و همچنین اسید سولفوریک غلیظ آلومینیوم را غیرفعال می کند. این بدان معنی است که با اسیدهای گفته شده واکنش نشان نمی دهد. این انفعال با تشکیل یک لایه نازک اکسید روی سطح آلومینیوم توضیح داده می شود.

محلول‌های هیدروکسید سدیم و سایر قلیاها با آلومینیوم واکنش داده و یون‌های تتراهیدروکسوآلومینات (III) و هیدروژن را تشکیل می‌دهند:

اگر لایه اکسید از سطح جدا شود، آلومینیوم می تواند به عنوان یک عامل کاهنده در واکنش های ردوکس عمل کند (به بخش 10.2 مراجعه کنید). این فلزات واقع در زیر آن در سری الکتروشیمیایی را از محلول های آنها جابجا می کند. مثلا

یک مثال واضح از توانایی کاهش آلومینیوم واکنش آلومینومترمی است. این نام واکنش بین آلومینیوم پودری و

اکسید در شرایط آزمایشگاهی، معمولاً با استفاده از نوار منیزیم به عنوان جرقه زن شروع می شود. این واکنش بسیار شدید ادامه می یابد و مقداری انرژی آزاد می کند که برای ذوب آهن حاصله کافی است:

واکنش آلومینوترمیک برای انجام جوشکاری آلومینوترمیک استفاده می شود. به عنوان مثال، ریل ها به این روش متصل می شوند.

اکسید آلومینیوم اکسید آلومینیوم یا همان طور که اغلب به آن آلومینا می گویند، ترکیبی است که دارای خواص یونی و کووالانسی است. نقطه ذوب دارد و وقتی مذاب شود یک الکترولیت است. به همین دلیل، اغلب آن را یک ترکیب یونی می دانند. با این حال، در حالت جامد، اکسید آلومینیوم دارای ساختار کریستالی چارچوبی است.

کوراندوم. اشکال بی آب اکسید آلومینیوم در شرایط طبیعی توسط کانی های گروه کوراندوم تشکیل می شود. کوراندوم یک شکل کریستالی بسیار سخت از اکسید آلومینیوم است. به عنوان یک ماده ساینده استفاده می شود، زیرا سختی آن پس از الماس در رتبه دوم قرار دارد. کریستال های بزرگ و شفاف، اغلب رنگی، کوراندوم به عنوان سنگ های قیمتی ارزش گذاری می شوند. کوراندوم خالص بی رنگ است، اما وجود مقادیر کمی از ناخالصی های اکسید فلزی به کوراندوم گرانبها رنگ مشخص می دهد. به عنوان مثال رنگ یاقوت به دلیل وجود یون در کوراندوم و رنگ یاقوت کبود به دلیل وجود یون کبالت است و رنگ ارغوانی آمتیست به دلیل وجود ناخالصی های منگنز در آن است. با ذوب آلومینا با اکسیدهای فلزات مختلف، می توان سنگ های قیمتی مصنوعی به دست آورد (جدول 14.6 و 14.7 را نیز ببینید).

اکسید آلومینیوم در آب نامحلول است و خاصیت آمفوتریک دارد و هم با اسیدهای رقیق و هم با قلیاهای رقیق واکنش می دهد. واکنش با اسیدها با معادله کلی توصیف می شود:

واکنش با قلیاها منجر به تشکیل -یون می شود:

هالیدهای آلومینیوم ساختار و پیوند شیمیایی در هالیدهای آلومینیوم در بخش توضیح داده شده است. 16.2.

کلرید آلومینیوم را می توان با عبور کلر خشک یا کلرید هیدروژن خشک از روی آلومینیوم گرم شده تولید کرد. مثلا

به استثنای فلوراید آلومینیوم، سایر هالیدهای آلومینیوم توسط آب هیدرولیز می شوند:

به همین دلیل، هالیدهای آلومینیوم در تماس با هوای مرطوب "دود" می کنند.

یون های آلومینیوم قبلاً در بالا اشاره کردیم که یون در آب هیدراته می شود. هنگامی که نمک های آلومینیوم در آب حل می شوند، تعادل زیر برقرار می شود:

در این واکنش، آب به دلیل پذیرش پروتون به عنوان پایه عمل می کند و یون آلومینیوم هیدراته به دلیل اهدای پروتون به عنوان یک اسید عمل می کند. به همین دلیل نمک های آلومینیوم خاصیت اسیدی دارند. اگر در

3s 2 3p 1 خواص شیمیایی شعاع کووالانسی ساعت 118 شب شعاع یونی 51 (+3e) بعد از ظهر الکترونگاتیوی
(به گفته پاولینگ) 1,61 پتانسیل الکترود -1.66 V حالت های اکسیداسیون 3 خواص ترمودینامیکی یک ماده ساده تراکم 2.6989 /cm³ ظرفیت گرمایی مولی 24.35 J/(مول) رسانایی گرمایی 237 W/( ·) دمای ذوب 933,5 گرمای ذوب 10.75 کیلوژول بر مول دمای جوش 2792 گرمای تبخیر 284.1 کیلوژول بر مول حجم مولی 10.0 cm³/mol شبکه کریستالی از یک ماده ساده ساختار مشبک صورت مکعبی در مرکز پارامترهای شبکه 4,050 نسبت c/a — دمای دبای 394

آلومینیوم- عنصری از زیر گروه اصلی گروه سوم دوره سوم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف، عدد اتمی 13. با نماد Al (آلومینیوم) مشخص می شود. متعلق به گروه فلزات سبک است. رایج ترین فلز و سومین عنصر شیمیایی فراوان (پس از اکسیژن و سیلیکون) در پوسته زمین.

ماده ساده آلومینیوم (شماره CAS: 7429-90-5) یک فلز سبک وزن و پارامغناطیس به رنگ سفید نقره ای است که به راحتی می توان آن را شکل داد، ریخته گری کرد و ماشین کاری کرد. آلومینیوم دارای رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا و مقاومت در برابر خوردگی به دلیل تشکیل سریع لایه‌های اکسیدی قوی است که سطح را از برهمکنش بیشتر محافظت می‌کند.

بر اساس برخی مطالعات بیولوژیکی، دریافت آلومینیوم در بدن انسان عاملی برای ایجاد بیماری آلزایمر در نظر گرفته شد، اما بعداً این مطالعات مورد انتقاد قرار گرفت و نتیجه گیری در مورد ارتباط بین یکی و دیگری رد شد.

داستان

آلومینیوم برای اولین بار توسط هانس ارستد در سال 1825 با اثر آمالگام پتاسیم بر روی کلرید آلومینیوم و سپس تقطیر جیوه به دست آمد.

اعلام وصول

روش تولید مدرن به طور مستقل توسط Charles Hall آمریکایی و فرانسوی Paul Héroult توسعه داده شد. این شامل حل کردن اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 در مذاب کرایولیت Na 3 AlF 6 و سپس الکترولیز با استفاده از الکترودهای گرافیت است. این روش تولید به برق زیادی نیاز دارد و بنابراین تنها در قرن بیستم رایج شد.

برای تولید 1 تن آلومینیوم خام، 1.920 تن آلومینا، 0.065 تن کرایولیت، 0.035 تن فلوراید آلومینیوم، 0.600 تن جرم آند و 17 هزار کیلووات ساعت برق DC مورد نیاز است.

مشخصات فیزیکی

این فلز به رنگ سفید نقره ای، نور، چگالی - 2.7 گرم بر سانتیمتر مربع، نقطه ذوب برای آلومینیوم فنی - 658 درجه سانتیگراد، برای آلومینیوم با خلوص بالا - 660 درجه سانتیگراد، گرمای ویژه همجوشی - 390 کیلوژول بر کیلوگرم، نقطه جوش است. - 2500 درجه سانتیگراد، گرمای ویژه تبخیر - 10.53 MJ/kg، مقاومت موقت آلومینیوم ریخته‌گری - 10-12 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع، قابل تغییر شکل - 18-25 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع، آلیاژها - 38-42 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع.

سختی برینل 24-32 کیلوگرم بر میلی متر مربع است، شکل پذیری بالا: فنی - 35٪، خالص - 50٪، نورد شده به ورق های نازک و حتی فویل.

آلومینیوم دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، 65 درصد رسانایی الکتریکی مس و بازتاب نور بالایی است.

آلومینیوم تقریباً با تمام فلزات آلیاژهایی تشکیل می دهد.

بودن در طبیعت

آلومینیوم طبیعی تقریباً به طور کامل از یک ایزوتوپ پایدار به نام 27Al، با ردپایی از 26Al تشکیل شده است، ایزوتوپ رادیواکتیو با نیمه عمر 720000 سال که در جو توسط بمباران هسته ها تولید می شود. آرگونپروتون های پرتو کیهانی

از نظر شیوع در طبیعت، رتبه اول را در بین فلزات و رتبه سوم را در بین عناصر دارد و بعد از اکسیژن و سیلیکون در رتبه دوم قرار دارد. 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 (مواد معدنی) یافت می شود. 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
• 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 . 6 SiO2

آب های طبیعی حاوی آلومینیوم به شکل ترکیبات شیمیایی کم سمی هستند، به عنوان مثال، فلوراید آلومینیوم. نوع کاتیون یا آنیون قبل از هر چیز به اسیدیته محیط آبی بستگی دارد. غلظت آلومینیوم در آب های سطحی روسیه از 001/0 تا 10 میلی گرم در لیتر متغیر است.

خواص شیمیایی

هیدروکسید آلومینیوم

در شرایط عادی، آلومینیوم با یک فیلم اکسید نازک و بادوام پوشانده شده است و بنابراین با عوامل اکسید کننده کلاسیک واکنش نشان نمی دهد: با H 2 O (t °)؛ O 2، HNO 3 (بدون گرم کردن). به همین دلیل، آلومینیوم عملاً در معرض خوردگی نیست و بنابراین به طور گسترده ای در صنعت مدرن مورد تقاضا است. با این حال، هنگامی که فیلم اکسید از بین می رود (به عنوان مثال، در تماس با محلول های نمک های آمونیوم NH 4 +، قلیایی های داغ یا در نتیجه ادغام)، آلومینیوم به عنوان یک فلز کاهنده فعال عمل می کند.

به راحتی با مواد ساده واکنش نشان می دهد:

• با اکسیژن: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• با هالوژن: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• هنگام گرم شدن با سایر غیر فلزات واکنش نشان می دهد:
  • با گوگرد، تشکیل سولفید آلومینیوم: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • با نیتروژن، نیترید آلومینیوم را تشکیل می دهد: 2Al + N 2 = 2AlN
  • با کربن، تشکیل کاربید آلومینیوم: 4Al + 3C = Al 4 C 3

این روش که تقریباً به طور همزمان توسط چارلز هال در فرانسه و پل هرو در ایالات متحده در سال 1886 ابداع شد و بر اساس تولید آلومینیوم با الکترولیز آلومینا حل شده در کرایولیت مذاب بود، پایه و اساس روش مدرن تولید آلومینیوم را ایجاد کرد. از آن زمان، به دلیل پیشرفت در مهندسی برق، تولید آلومینیوم بهبود یافته است. سهم قابل توجهی در توسعه تولید آلومینا توسط دانشمندان روسی K. I. Bayer، D. A. Penyakov، A. N. Kuznetsov، E. I. Zhukovsky، A. A. Yakovkin و دیگران انجام شد.

اولین کارخانه ذوب آلومینیوم در روسیه در سال 1932 در ولخوف ساخته شد. صنعت متالورژی اتحاد جماهیر شوروی در سال 1939 47.7 هزار تن آلومینیوم تولید کرد و 2.2 هزار تن دیگر وارد شد.

در روسیه، انحصار بالفعل در تولید آلومینیوم، OJSC آلومینیوم روسیه است که حدود 13 درصد از بازار آلومینیوم جهان و 16 درصد آلومینا را به خود اختصاص داده است.

ذخایر بوکسیت در جهان عملاً نامحدود است، یعنی با پویایی تقاضا تناسب ندارد. تاسیسات موجود می تواند تا 44.3 میلیون تن آلومینیوم اولیه در سال تولید کند. همچنین باید در نظر گرفت که در آینده ممکن است برخی از کاربردهای آلومینیوم به استفاده از مواد کامپوزیتی تغییر جهت دهد.

کاربرد

یک تکه آلومینیوم و یک سکه آمریکایی.

به طور گسترده ای به عنوان یک مصالح ساختمانی استفاده می شود. از مزایای اصلی آلومینیوم در این کیفیت می توان به سبکی، چکش خواری برای کوبیدن، مقاومت در برابر خوردگی (در هوا، آلومینیوم فوراً با یک فیلم بادوام Al 2 O 3 پوشانده می شود که از اکسیداسیون بیشتر آن جلوگیری می کند)، رسانایی حرارتی بالا و غیر سمی بودن آن است. از ترکیبات آن به ویژه، این ویژگی ها آلومینیوم را در تولید ظروف پخت و پز، فویل آلومینیومی در صنایع غذایی و بسته بندی را بسیار محبوب کرده است.

عیب اصلی آلومینیوم به عنوان یک ماده ساختاری، استحکام کم آن است، بنابراین معمولاً با مقدار کمی مس و منیزیم آلیاژ می شود. آلیاژ دورالومین

رسانایی الکتریکی آلومینیوم تنها 1.7 برابر کمتر از مس است، در حالی که آلومینیوم تقریباً 2 برابر ارزان تر است. بنابراین، به طور گسترده ای در مهندسی برق برای ساخت سیم ها، محافظ آنها و حتی در میکروالکترونیک برای ساخت رساناها در تراشه ها استفاده می شود. هدایت الکتریکی کمتر آلومینیوم (37 1/اهم) در مقایسه با مس (63 1/اهم) با افزایش سطح مقطع هادی های آلومینیومی جبران می شود. نقطه ضعف آلومینیوم به عنوان یک ماده الکتریکی، لایه اکسید قوی آن است که لحیم کاری را دشوار می کند.

• به دلیل ویژگی های پیچیده ای که دارد، به طور گسترده ای در تجهیزات گرمایشی استفاده می شود.
• آلومینیوم و آلیاژهای آن در دماهای بسیار پایین استحکام خود را حفظ می کنند. با توجه به این، آن را به طور گسترده ای در تکنولوژی برودتی استفاده می شود.
• بازتاب بالا، همراه با هزینه کم و سهولت رسوب، آلومینیوم را به یک ماده ایده آل برای ساخت آینه تبدیل می کند.
• در تولید مصالح ساختمانی به عنوان عامل گازساز.
• آلومینیزاسیون به فولاد و سایر آلیاژها مانند دریچه‌های موتور احتراق داخلی پیستونی، پره‌های توربین، سکوهای روغن، تجهیزات تبادل حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی و رسوب ایجاد می‌کند و همچنین جایگزین گالوانیزه می‌شود.
• سولفید آلومینیوم برای تولید سولفید هیدروژن استفاده می شود.
• تحقیقات برای توسعه آلومینیوم فوم شده به عنوان یک ماده به خصوص قوی و سبک در حال انجام است.

به عنوان یک عامل کاهش دهنده

• به عنوان یک جزء از ترمیت، مخلوط هایی برای آلومینوترمی
• آلومینیوم برای بازیابی فلزات کمیاب از اکسیدها یا هالیدهای آنها استفاده می شود.

آلیاژهای آلومینیوم

مصالح ساختاری که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، آلومینیوم خالص نیست، بلکه آلیاژهای مختلفی بر اساس آن است.

- آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارند و به خوبی جوش داده می شوند. به عنوان مثال از آنها برای ساخت بدنه کشتی های تندرو استفاده می شود.

- آلیاژهای آلومینیوم - منگنز از بسیاری جهات شبیه به آلیاژهای آلومینیوم - منیزیم هستند.

- آلیاژهای آلومینیوم-مس (به ویژه دورالومین) را می توان تحت عملیات حرارتی قرار داد که استحکام آنها را به شدت افزایش می دهد. متأسفانه، مواد عملیات حرارتی را نمی توان جوش داد، بنابراین قطعات هواپیما هنوز با پرچ به هم متصل می شوند. آلیاژی با محتوای مس بیشتر از نظر رنگ بسیار شبیه به طلا است و گاهی اوقات برای تقلید از دومی استفاده می شود.

- آلیاژهای آلومینیوم-سیلیکون (سیلومین ها) برای ریخته گری مناسب هستند. مواردی از مکانیسم های مختلف اغلب از آنها ریخته می شود.

- آلیاژهای پیچیده بر پایه آلومینیوم: پرنده.

- آلومینیوم در دمای 1.2 کلوین به حالت ابررسانا می رود.

آلومینیوم به عنوان یک افزودنی به آلیاژهای دیگر

آلومینیوم جزء مهم بسیاری از آلیاژها است. به عنوان مثال، در برنزهای آلومینیومی اجزای اصلی مس و آلومینیوم هستند. در آلیاژهای منیزیم، آلومینیوم بیشتر به عنوان یک افزودنی استفاده می شود. برای ساخت مارپیچ در وسایل گرمایش الکتریکی از فکرال (Fe, Cr, Al) (همراه با سایر آلیاژها) استفاده می شود.

جواهر سازی

زمانی که آلومینیوم بسیار گران بود، انواع جواهرات از آن ساخته می شد. مد برای آنها بلافاصله پس از ظهور فناوری های جدید برای تولید آن گذشت که هزینه را چندین برابر کاهش داد. امروزه گاهی اوقات از آلومینیوم در تولید جواهرات لباس استفاده می شود.

شیشه سازی

در ساخت شیشه از فلوراید، فسفات و اکسید آلومینیوم استفاده می شود.

صنایع غذایی

آلومینیوم به عنوان یک افزودنی غذایی E173 ثبت شده است.

آلومینیوم و ترکیبات آن در فناوری موشک

آلومینیوم و ترکیبات آن به عنوان یک پیشرانه بسیار کارآمد در پیشرانه های موشک دوگانه سوز و به عنوان یک جزء قابل احتراق در پیشرانه های موشک جامد استفاده می شود. ترکیبات آلومینیوم زیر بیشترین توجه عملی را به عنوان سوخت موشک دارند:

- آلومینیوم: سوخت در سوخت موشک. به صورت پودر و سوسپانسیون در هیدروکربن ها و غیره استفاده می شود.
- هیدرید آلومینیوم
- بورانات آلومینیوم
- تری متیل آلومینیوم
- تری اتیل آلومینیوم
- تری پروپی آلومینیم

ویژگی های نظری سوخت های تشکیل شده توسط هیدرید آلومینیوم با اکسید کننده های مختلف

اکسید کننده	رانش خاص (P1، ثانیه)	دمای احتراق درجه سانتی گراد	چگالی سوخت، g/cm³	افزایش سرعت، شناسه ΔV، 25، متر بر ثانیه	محتوای وزن سوخت، %
فلوئور	348,4	5009	1,504	5328	25
تترا فلوروهیدرازین	327,4	4758	1,193	4434	19
ClF 3	287,7	4402	1,764	4762	20
ClF5	303,7	4604	1,691	4922	20
پرکلریل فلوراید	293,7	3788	1,589	4617	47
اکسیژن فلوراید	326,5	4067	1,511	5004	38,5
اکسیژن	310,8	4028	1,312	4428	56
آب اکسیژنه	318,4	3561	1,466	4806	52
N2O4	300,5	3906	1,467	4537	47
اسید نیتریک	301,3	3720	1,496	4595	49

آلومینیوم در فرهنگ جهانی

شاعر آندری ووزنسنسکی در سال 1959 شعر "پاییز" را نوشت که در آن از آلومینیوم به عنوان یک تصویر هنری استفاده کرد:
...و پشت پنجره در یخبندان جوان
زمینه های آلومینیوم وجود دارد ...

ویکتور تسوی آهنگ "خیارهای آلومینیومی" را با گروه کر نوشت:
کاشت خیار آلومینیومی
روی یک مزرعه برزنتی
من خیار آلومینیوم می کارم
روی یک مزرعه برزنتی

سمیت

این ماده دارای اثر سمی خفیفی است، اما بسیاری از ترکیبات آلومینیوم معدنی محلول در آب برای مدت طولانی در حالت محلول باقی می مانند و می توانند از طریق آب آشامیدنی اثرات مضری بر انسان و حیوانات خونگرم داشته باشند. سمی ترین آنها کلریدها، نیترات ها، استات ها، سولفات ها و غیره هستند. برای انسان، دوزهای زیر از ترکیبات آلومینیوم (میلی گرم بر کیلوگرم وزن بدن) هنگام مصرف اثر سمی دارند: استات آلومینیوم - 0.2-0.4. هیدروکسید آلومینیوم - 3.7-7.3؛ آلومینیم آلوم - 2.9. در درجه اول بر روی سیستم عصبی تأثیر می گذارد (در بافت عصبی تجمع می یابد و منجر به اختلالات شدید سیستم عصبی مرکزی می شود). با این حال، سمیت عصبی آلومینیوم از اواسط دهه 1960 مورد مطالعه قرار گرفته است، زیرا با مکانیسم حذف آن از تجمع فلز در بدن انسان جلوگیری می شود. در شرایط عادی، تا 15 میلی گرم از عنصر در روز می تواند از طریق ادرار دفع شود. بر این اساس، بیشترین اثر منفی در افراد مبتلا به اختلال در عملکرد دفع کلیه مشاهده می شود.

اطلاعات تکمیلی

- هیدروکسید آلومینیوم
- دایره المعارف در مورد آلومینیوم
- اتصالات آلومینیومی
- موسسه بین المللی آلومینیوم

آلومینیوم، آلومینیوم، آل (13)

کلاسورهای حاوی آلومینیوم از زمان های قدیم شناخته شده بوده اند. با این حال، آلوم (لاتین آلومن یا آلومین، آلون آلمانی) که به ویژه توسط پلینی ذکر شده است، در دوران باستان و در قرون وسطی به عنوان مواد مختلف شناخته می شد. در فرهنگ لغت کیمیاگری رولند، کلمه آلومن با افزودن تعاریف مختلف به 34 معنی آمده است. به ویژه به معنای آنتیموان، آلومن آلافوری - نمک قلیایی، آلومن آلکوری - زاج نیتروم یا قلیایی، آلومن کرپتوم - تارتار (تارتار) شراب خوب، آلومن فاسیولی - قلیایی، آلومن اودیگ - آمونیاک، آلومن اسکوریول - گچ و غیره بود. نویسنده معروف "فرهنگ لغت محصولات ساده دارویی" (1716)، همچنین فهرست بزرگی از انواع زاج را ارائه می دهد.

تا قرن 18 ترکیبات آلومینیوم (آلوم و اکسید) را نمی توان از سایر ترکیبات مشابه از نظر ظاهری متمایز کرد. لمری زاج را اینگونه توصیف می کند: «در سال 1754. مارگگراف از محلول آلوم (با اثر قلیایی) رسوبی از اکسید آلومینیوم را جدا کرد که آن را "زاج خاک" (Alaunerde) نامید و تفاوت آن را با زمین های دیگر مشخص کرد. به زودی آلوم زمین نام آلومینا (آلومینا یا آلومین) را دریافت کرد. در سال 1782، لاووازیه این ایده را بیان کرد که آلومینیوم اکسید یک عنصر ناشناخته است. لاووازیه در جدول اجسام ساده خود، آلومین را در میان «جسم ساده، نمک‌ساز، خاکی» قرار داد. مترادف نام آلومینا در اینجا آمده است: argile، alum. زمین، پایه زاج. همانطور که لمری در فرهنگ لغت خود اشاره می کند، کلمه argilla یا argilla از یونانی گرفته شده است. گل سفالی دالتون در «سیستم جدید فلسفه شیمی» علامت خاصی برای آلومینیوم و فرمول ساختاری (!) پیچیده ای برای آلوم می دهد.

پس از کشف فلزات قلیایی با استفاده از الکتریسیته گالوانیکی، دیوی و برزلیوس به همین روش تلاش کردند تا آلومینیوم فلزی را از آلومینا جدا کنند. تنها در سال 1825 این مشکل توسط فیزیکدان دانمارکی اورستد با استفاده از یک روش شیمیایی حل شد. او کلر را از میان مخلوط داغ آلومینا و زغال سنگ عبور داد و کلرید آلومینیوم بی آب حاصل را با آمالگام پتاسیم حرارت دادند. ارستد می نویسد پس از تبخیر جیوه، فلزی شبیه به قلع به دست آمد. سرانجام، در سال 1827، Wöhler فلز آلومینیوم را به روشی کارآمدتر جدا کرد - با گرم کردن کلرید آلومینیوم بدون آب با فلز پتاسیم.

در حوالی سال 1807، دیوی، که در تلاش بود الکترولیز آلومینا را انجام دهد، نام فلزی را که قرار بود حاوی آلومینیوم (آلومینیوم) یا آلومینیوم (آلومینیوم) باشد، گذاشت. نام دوم از آن زمان در ایالات متحده رایج شده است، در حالی که در انگلستان و سایر کشورها نام آلومینیوم که بعداً توسط همان دیوی پیشنهاد شد، پذیرفته شده است. کاملاً واضح است که همه این نام ها از کلمه لاتین alum (Alumen) گرفته شده است که در مورد منشأ آن نظرات مختلفی وجود دارد که براساس شواهد نویسندگان مختلف قدمت آن به دوران باستان می رسد.

A. M. Vasiliev با اشاره به منشأ نامشخص این کلمه، نظر یک ایزیدور خاص (بدیهی است که ایزیدور سویل، اسقفی که در 560 - 636 زندگی می کرد، دایره المعارفی که به ویژه در تحقیقات ریشه شناسی مشغول بود) استناد می کند: "آلومن است. لومن نامیده می شود، بنابراین چگونه هنگام رنگرزی به رنگ ها لومن (نور، روشنایی) می دهد." با این حال، این توضیح، اگرچه بسیار قدیمی است، اما ثابت نمی کند که کلمه آلومن دقیقاً چنین ریشه هایی دارد. در اینجا، فقط یک توتولوژی تصادفی کاملا محتمل است. لمری (1716) به نوبه خود اشاره می کند که کلمه آلومن با یونانی (halmi) به معنای شوری، آب نمک، آب نمک و غیره مرتبط است.

نام های روسی آلومینیوم در دهه های اول قرن نوزدهم. کاملا متنوع بدیهی است که هر یک از نویسندگان کتاب های شیمی در این دوره به دنبال ارائه عنوان خاص خود بودند. بنابراین، زاخاروف آلومینیوم را آلومینا (1810)، Giese - آلومینیوم (1813)، Strakhov - آلوم (1825)، Iovsky - خاک رس، Shcheglov - آلومینا (1830) می نامد. در فروشگاه Dvigubsky (1822 - 1830)، آلومینا آلومینا، آلومینا، آلومینا (به عنوان مثال، آلومینا اسید فسفریک) نامیده می شود و فلز آلومینیوم و آلومینیوم (1824) نامیده می شود. هس در اولین ویرایش "مبانی شیمی محض" (1831) از نام آلومینا (آلومینیوم) و در ویرایش پنجم (1840) - خاک رس استفاده می کند. با این حال، او نام هایی را برای نمک ها بر اساس اصطلاح آلومینا تشکیل می دهد، به عنوان مثال، سولفات آلومینا. مندلیف در اولین ویرایش از "مبانی شیمی" (1871) از نام های آلومینیوم و خاک استفاده می کند.

در حوالی سال 1807، دیوی، که در تلاش بود الکترولیز آلومینا را انجام دهد، نام فلزی را که قرار بود حاوی آن باشد، آلومینیوم گذاشت. آلومینیوم برای اولین بار توسط هانس ارستد در سال 1825 با اثر آمالگام پتاسیم بر روی کلرید آلومینیوم و سپس تقطیر جیوه به دست آمد. در سال 1827، Wöhler فلز آلومینیوم را به روشی کارآمدتر جدا کرد - با گرم کردن کلرید آلومینیوم بدون آب با فلز پتاسیم.

حضور در طبیعت، دریافت:

از نظر شیوع در طبیعت، رتبه اول را در بین فلزات و رتبه سوم را در بین عناصر دارد و بعد از اکسیژن و سیلیکون در رتبه دوم قرار دارد. محتوای آلومینیوم در پوسته زمین، به گفته محققان مختلف، از 7.45٪ تا 8.14٪ از جرم پوسته زمین متغیر است. در طبیعت، آلومینیوم فقط در ترکیبات (مواد معدنی) یافت می شود.
کوراندوم: Al 2 O 3 - متعلق به کلاس اکسیدهای ساده است و گاهی اوقات بلورهای گرانبها شفاف - یاقوت کبود و با افزودن کروم، یاقوت را تشکیل می دهد. در پلاسرها تجمع می یابد.
بوکسیت: Al 2 O 3 * nH 2 O - سنگ معدن رسوبی آلومینیوم. حاوی یک ناخالصی مضر - SiO 2. بوکسیت به عنوان یک ماده خام مهم برای تولید آلومینیوم و همچنین رنگ و مواد ساینده عمل می کند.
کائولینیت: Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O یک کانی از زیر کلاس سیلیکات لایه ای، جزء اصلی خاک رس سفید، نسوز و چینی است.
روش مدرن برای تولید آلومینیوم به طور مستقل توسط Charles Hall آمریکایی و Paul Héroult فرانسوی توسعه داده شد. این شامل حل کردن اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 در مذاب کرایولیت Na 3 AlF 3 و سپس الکترولیز با استفاده از الکترودهای گرافیت است. این روش تولید به برق زیادی نیاز دارد و بنابراین تنها در قرن بیستم رایج شد. برای تولید 1 تن آلومینیوم، 1.9 تن آلومینا و 18 هزار کیلووات ساعت برق مورد نیاز است.

مشخصات فیزیکی:

این فلز به رنگ سفید نقره ای، سبک، چگالی 2.7 گرم بر سانتی متر 3، نقطه ذوب 660 درجه سانتی گراد، نقطه جوش 2500 درجه سانتی گراد است. شکل پذیری بالا، نورد شده به ورق های نازک و حتی فویل. آلومینیوم رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی دارد و بازتابش بالایی دارد. آلومینیوم تقریباً با تمام فلزات آلیاژهایی تشکیل می دهد.

خواص شیمیایی:

در شرایط عادی، آلومینیوم با یک فیلم اکسید نازک و بادوام پوشانده شده است و بنابراین با عوامل اکسید کننده کلاسیک واکنش نشان نمی دهد: با H 2 O (t °)؛ O 2، HNO 3 (بدون گرم کردن). به همین دلیل، آلومینیوم عملاً در معرض خوردگی نیست و بنابراین به طور گسترده ای در صنعت مدرن مورد تقاضا است. با این حال، هنگامی که فیلم اکسید از بین می رود (به عنوان مثال، در تماس با محلول های نمک های آمونیوم NH 4 +، قلیایی های داغ یا در نتیجه ادغام)، آلومینیوم به عنوان یک فلز کاهنده فعال عمل می کند. به راحتی با مواد ساده واکنش نشان می دهد: اکسیژن، هالوژن ها: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
آلومینیوم هنگام گرم شدن با سایر غیر فلزات واکنش نشان می دهد:
2Al + 3S = Al 2 S 3 2Al + N 2 = 2AlN
آلومینیوم فقط می تواند هیدروژن را حل کند، اما با آن واکنش نمی دهد.
با مواد پیچیده: آلومینیوم با مواد قلیایی واکنش می دهد (برای تشکیل تتراهیدروکسی لومینات ها):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
به راحتی در اسیدهای سولفوریک رقیق و غلیظ حل می شود:
2Al + 3H 2 SO 4 (dil) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (conc) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
آلومینیوم فلزات را از اکسیدهای آنها احیا می کند (آلومینوترمی): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

مهمترین ارتباطات:

اکسید آلومینیوم, Al 2 O 3: یک ماده سفید جامد و نسوز. کریستالی Al 2 O 3 از نظر شیمیایی غیرفعال است، آمورف فعال تر است. به آرامی با اسیدها و قلیاهای موجود در محلول واکنش می دهد و خواص آمفوتریک از خود نشان می دهد:
Al 2 O 3 + 6 HCl (conc.) = 2AlCl 3 + ZH 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH (conc.) + 3H 2 O = 2Na
(NaAlO 2 در مذاب قلیایی تشکیل می شود).
هیدروکسید آلومینیوم, Al(OH) 3: سفید آمورف (ژل مانند) یا کریستالی. عملا در آب نامحلول است. هنگامی که گرم می شود، مرحله به مرحله تجزیه می شود. این خواص آمفوتریک، اسیدی و بازی به همان اندازه مشخص است. هنگامی که با NaOH ذوب می شود، NaAlO2 تشکیل می شود. برای به دست آوردن رسوب Al(OH) 3، معمولا از قلیایی استفاده نمی شود (به دلیل سهولت انتقال رسوب به محلول)، اما روی نمک های آلومینیوم با محلول آمونیاک عمل می کند - Al(OH) 3 در دمای اتاق تشکیل می شود.
نمک های آلومینیوم. نمک های آلومینیوم و اسیدهای قوی در آب بسیار محلول هستند و تحت هیدرولیز کاتیونی قابل توجهی قرار می گیرند و یک محیط اسیدی قوی ایجاد می کنند که در آن فلزاتی مانند منیزیم و روی حل می شوند: Al 3 + + H 2 O = AlOH 2 + + H +
فلوراید AlF3 و Orthophosphate AlPO4 در آب نامحلول هستند و نمکهای اسیدهای بسیار ضعیف، به عنوان مثال H 2 CO 3، به هیچ وجه در اثر رسوب از محلول آبی تشکیل نمی شوند.
نمک های دوگانه آلومینیوم شناخته شده اند - زاجترکیب MAl(SO 4) 2 * 12H 2 O (M=Na +، K +، Rb +، Cs +، TI +، NH 4 +)، رایج ترین آنها زاج پتاسیم KAl(SO 4) 2 *12H است. 2 O .
انحلال هیدروکسیدهای آمفوتریک در محلول های قلیایی به عنوان یک فرآیند تشکیل در نظر گرفته می شود نمک های هیدروکسو(کمپلکس های هیدروکسی). وجود هیدروکسو کمپلکس [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -، [Al(OH) 6] 3-، [Al(OH) 5 (H2O)] 2- به طور تجربی ثابت شده است. از این میان، اولین مورد بادوام ترین است. تعداد هماهنگی آلومینیوم در این مجتمع ها 6 است، یعنی. آلومینیوم شش هماهنگ است.
ترکیبات دوتایی آلومینیومترکیبات با پیوندهای کووالانسی غالب، به عنوان مثال سولفید Al 2 S 3 و کاربید Al 4 C 3، به طور کامل توسط آب تجزیه می شوند:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4

کاربرد:

به طور گسترده ای به عنوان یک مصالح ساختمانی استفاده می شود. از مزایای اصلی آلومینیوم در این کیفیت می توان به سبکی، چکش خواری برای مهر زنی، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی بالا اشاره کرد. آلومینیوم جزء مهم بسیاری از آلیاژها (مس - آلومینیوم برنز، منیزیم و غیره) است.
در مهندسی برق برای ساخت سیم ها و محافظ آنها استفاده می شود.
آلومینیوم به طور گسترده ای در تجهیزات حرارتی و فناوری برودتی استفاده می شود.
بازتاب بالا، همراه با هزینه کم و سهولت رسوب، آلومینیوم را به یک ماده ایده آل برای ساخت آینه تبدیل می کند.
آلومینیوم و ترکیبات آن در فناوری موشک به عنوان سوخت موشک استفاده می شود. در تولید مصالح ساختمانی به عنوان عامل گازساز.

آلیاروف دمیر
دانشگاه ایالتی HF تیومن، گروه 561.

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 قهوه‌ای تیره است بدون حرارت دادن واکنش می‌دهد. 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 داده و کاربید آلومینیوم (متانید) را 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 روی 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 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 + 2NaOH + 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