Po zastupljenosti u zemljinoj kori, aluminijum zauzima prvo mesto među metalima i treće među svim elementima (posle kiseonika (O) i silicijuma (Si)), čineći oko 8,8% mase zemljine kore. Aluminij se nalazi u velikom broju minerala, uglavnom aluminosilikata i stijena. Aluminijska jedinjenja sadrže granite, bazalte, gline, feldspatove itd. Ali evo paradoksa: s ogromnim brojem minerala i stijena koje sadrže aluminij, nalazišta boksita, glavne sirovine za industrijsku proizvodnju aluminija, prilično su rijetka. U Rusiji postoje nalazišta boksita u Sibiru i na Uralu. Aluniti i nefelini su takođe od industrijskog značaja. Kao element u tragovima, aluminijum je prisutan u tkivima biljaka i životinja. Postoje koncentrirani organizmi koji akumuliraju aluminij u svojim organima - neke mahovine i mekušci.

Potvrda

Industrijska proizvodnja: U industrijskoj proizvodnji, boksit se prvo podvrgava hemijskoj obradi, uklanjajući nečistoće oksida silicijuma (Si), gvožđa (Fe) i drugih elemenata. Kao rezultat takve obrade dobija se čisti aluminijum oksid Al 2 O 3 - glavna sirovina u proizvodnji metala elektrolizom. Međutim, zbog činjenice da je tačka topljenja Al 2 O 3 veoma visoka (više od 2000°C), nije moguće koristiti njegovu talinu za elektrolizu.

Naučnici i inženjeri pronašli su rješenje na sljedeći način. U kupelji za elektrolizu prvo se topi kriolit Na 3 AlF 6 (temperatura topljenja nešto ispod 1000 °C). Kriolit se može dobiti, na primjer, preradom nefelina sa poluostrva Kola. Zatim se ovoj talini dodaje malo Al 2 O 3 (do 10% masenog udjela) i neke druge tvari kako bi se poboljšali uvjeti za daljnji proces. Tokom elektrolize ove taline, aluminijum oksid se raspada, kriolit ostaje u talini, a rastopljeni aluminijum se formira na katodi:

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

Pošto grafit služi kao anoda tokom elektrolize, kiseonik (O) koji se oslobađa na anodi reaguje sa grafitom i nastaje ugljen-dioksid CO 2.

Elektrolizom se proizvodi metal sa sadržajem aluminijuma od oko 99,7%. U tehnologiji se koristi i mnogo čistiji aluminijum u kojem sadržaj ovog elementa dostiže 99,999% ili više.

Aplikacija

Po obimu primjene, aluminijum i njegove legure zauzimaju drugo mjesto nakon željeza (Fe) i njegovih legura. Široka upotreba aluminijuma u različitim oblastima tehnologije i svakodnevnog života povezana je sa kombinacijom njegovih fizičkih, mehaničkih i hemijskih svojstava: niske gustine, otpornosti na koroziju u atmosferskom vazduhu, visoke toplotne i električne provodljivosti, duktilnosti i relativno visoke čvrstoće. Aluminijum se lako obrađuje na razne načine - kovanje, štancanje, valjanje itd. Za izradu žice koristi se čisti aluminijum (električna provodljivost aluminijuma je 65,5% električne provodljivosti bakra, ali je aluminijum više od tri puta lakši od bakra, pa aluminij često zamjenjuje bakar u elektrotehnici) i foliju koja se koristi kao materijal za pakovanje. Glavni dio topljenog aluminija troši se na proizvodnju raznih legura. Aluminijske legure karakteriziraju niska gustoća, povećana (u odnosu na čisti aluminij) otpornost na koroziju i visoka tehnološka svojstva: visoka toplinska i električna provodljivost, otpornost na toplinu, čvrstoća i duktilnost. Zaštitni i dekorativni premazi lako se nanose na površine aluminijskih legura.

Raznolikost svojstava aluminijskih legura nastaje zbog uvođenja različitih aditiva u aluminij koji s njim stvaraju čvrste otopine ili intermetalne spojeve. Najveći deo aluminijuma koristi se za proizvodnju lakih legura - duraluminijum (94% - aluminijum, 4% bakar (Cu), po 0,5% magnezijum (Mg), mangan (Mn), gvožđe (Fe) i silicijum (Si)), silumin (85-90% - aluminijum, 10-14% silicijum (Si), 0,1% natrijum (Na)) itd. U metalurgiji se aluminijum koristi ne samo kao osnova za legure, već i kao jedna od široko rasprostranjenih legura aditivi u legurama na bazi bakra (Cu), magnezijuma (Mg), gvožđa (Fe), >nikla (Ni) itd.

Aluminijske legure imaju široku primjenu u svakodnevnom životu, u građevinarstvu i arhitekturi, u automobilskoj industriji, brodogradnji, avijaciji i svemirskoj tehnici. Konkretno, prvi umjetni satelit Zemlje napravljen je od legure aluminija. Legura aluminija i cirkonija (Zr) - cirkaloj - široko se koristi u konstrukciji nuklearnih reaktora. Aluminij se koristi u proizvodnji eksploziva.

Posebno treba istaći obojene filmove aluminijum oksida na površini metalnog aluminijuma, dobijene elektrohemijskim putem. Metalni aluminij obložen takvim filmovima naziva se anodizirani aluminij. Od anodiziranog aluminijuma izrađuje se razni bižuterija, koja po izgledu podsjeća na zlato (Au).

Prilikom rukovanja aluminijem u svakodnevnom životu, morate imati na umu da se u aluminijskim posudama mogu zagrijavati i čuvati samo neutralne (kisele) tekućine (na primjer, prokuhana voda). Ako, na primjer, skuhate kiselu čorbu od kupusa u aluminijskoj šerpi, tada aluminijum prelazi u hranu i ona dobija neprijatan „metalni“ ukus. Budući da se oksidni film vrlo lako ošteti u svakodnevnom životu, upotreba aluminijskog posuđa je i dalje nepoželjna.

U zemljinoj kori ima dosta aluminijuma: 8,6% po težini. Zauzima prvo mjesto među svim metalima i treće među ostalim elementima (poslije kisika i silicija). Aluminijuma je duplo više od gvožđa, i 350 puta više od bakra, cinka, hroma, kalaja i olova zajedno! Kao što je napisao prije više od 100 godina u svom klasičnom udžbeniku Osnove hemije D.I. Mendeljejev, od svih metala, „aluminijum je najčešći u prirodi; Dovoljno je istaći da je ona dio gline da bi se razjasnila univerzalna distribucija aluminija u zemljinoj kori. Aluminij ili alum metal (alumen) se također naziva glinom jer se nalazi u glini.”

Najvažniji mineral aluminijuma je boksit, mešavina bazičnog oksida AlO(OH) i hidroksida Al(OH)3. Najveća ležišta boksita nalaze se u Australiji, Brazilu, Gvineji i Jamajci; industrijska proizvodnja se odvija iu drugim zemljama. Alunit (stipsa) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 i nefelin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 takođe su bogati aluminijumom. Ukupno je poznato više od 250 minerala koji sadrže aluminijum; većina njih su aluminosilikati, od kojih se uglavnom formira zemljina kora. Kada izblede nastaje glina čija je osnova mineral kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Nečistoće gvožđa glinu obično boje smeđu, ali postoji i bela glina - kaolin od koje se pravi proizvodi od porcelana i keramike.

Povremeno se nalazi izuzetno tvrd (drugi nakon dijamanta) mineral korund - kristalni oksid Al 2 O 3, često obojen nečistoćama u različitim bojama. Njegova plava varijanta (primiješaj titana i željeza) naziva se safir, a crvena (smiješa hroma) se naziva rubin. Razne nečistoće također mogu obojiti takozvani plemeniti korund u zelenu, žutu, narandžastu, ljubičastu i druge boje i nijanse.

Donedavno se vjerovalo da se aluminijum, kao visoko aktivan metal, ne može pojaviti u prirodi u slobodnom stanju, ali je 1978. u stijenama Sibirske platforme otkriven izvorni aluminij - samo u obliku kristala nalik na niti. Dužina 0,5 mm (sa debljinom navoja od nekoliko mikrometara). Prirodni aluminijum je takođe otkriven u lunarnom tlu donetom na Zemlju iz regiona Mora krize i izobilja. Smatra se da se metal aluminijuma može formirati kondenzacijom iz gasa. Poznato je da kada se aluminijski halogenidi - hlorid, bromid, fluorid - zagriju, oni mogu ispariti s većom ili manjom lakoćom (na primjer, AlCl 3 sublimira već na 180 °C). Sa snažnim povećanjem temperature, aluminijum halogenidi se raspadaju, pretvarajući se u stanje sa nižom valentnošću metala, na primer, AlCl. Kada se takav spoj kondenzira sa smanjenjem temperature i odsustvom kisika, u čvrstoj fazi dolazi do reakcije disproporcioniranja: neki od atoma aluminija se oksidiraju i prelaze u uobičajeno trovalentno stanje, a neki se reduciraju. Monovalentni aluminijum se može redukovati samo u metal: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Ovu pretpostavku podržava i navojni oblik prirodnih aluminijumskih kristala. Obično se kristali ove strukture formiraju zbog brzog rasta iz gasne faze. Vjerovatno su mikroskopski grumenčići aluminija u mjesečevom tlu nastali na sličan način.

Naziv aluminijum dolazi od latinskog alumena (rod aluminis). Ovo je bio naziv stipse, dvostrukog kalij-aluminijum sulfata KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), koji se koristio kao jedkalo za bojenje tkanina. Latinski naziv vjerovatno potiče od grčkog "halme" - slana otopina, rastvor soli. Zanimljivo je da je u Engleskoj aluminijum aluminijum, a u SAD aluminijum.

Mnoge popularne knjige o hemiji sadrže legendu da je izvesni pronalazač, čije ime nije sačuvano u istoriji, doneo caru Tiberiju, koji je vladao Rimom 14–27. nove ere, zdelu napravljenu od metala koji podseća na boju srebra, ali upaljač. Ovaj poklon koštao je majstora života: Tiberije je naredio njegovo pogubljenje i uništenje radionice, jer se bojao da bi novi metal mogao da obezbijedi vrijednost srebra u carskoj riznici.

Ova legenda je zasnovana na priči Plinija Starijeg, rimskog pisca i učenjaka, pisca Prirodna istorija– enciklopedija prirodnonaučnog znanja antičkog doba. Prema Pliniju, novi metal je dobijen iz "ilovaste zemlje". Ali glina sadrži aluminijum.

Moderni autori gotovo uvijek rezervišu da cijela ova priča nije ništa drugo do lijepa bajka. I to nije iznenađujuće: aluminij u stijenama je izuzetno čvrsto vezan za kisik i mora se potrošiti mnogo energije da bi se oslobodio. Međutim, nedavno su se pojavili novi podaci o fundamentalnoj mogućnosti dobivanja metalnog aluminija u antičko doba. Kako je spektralna analiza pokazala, ukrasi na grobu kineskog komandanta Zhou-Zhua, koji je umro početkom 3. vijeka. AD, izrađeni su od legure koja se sastoji od 85% aluminijuma. Da li su drevni ljudi mogli dobiti besplatni aluminijum? Sve poznate metode (elektroliza, redukcija metalnim natrijumom ili kalijumom) se automatski eliminišu. Da li se u drevnim vremenima mogao naći prirodni aluminijum, kao, na primer, grumen zlata, srebra i bakra? Ovo je također isključeno: prirodni aluminij je rijedak mineral koji se nalazi u neznatnim količinama, tako da drevni majstori nisu mogli pronaći i prikupiti takve grumene u potrebnoj količini.

Međutim, moguće je još jedno objašnjenje za Plinijevu priču. Aluminij se može dobiti iz ruda ne samo uz pomoć električne energije i alkalnih metala. Dostupan je i od davnina široko korišten redukcijski agens - ugalj, uz pomoć kojeg se oksidi mnogih metala pri zagrijavanju reduciraju u slobodne metale. Kasnih 1970-ih, njemački hemičari odlučili su da ispitaju da li se aluminijum mogao proizvoditi u drevnim vremenima redukcijom uglja. Zagrijali su mješavinu gline s ugljenim prahom i kuhinjskom soli ili potašom (kalijev karbonat) u glinenom lončiću do crvene topline. Sol se dobijala iz morske vode, a potaša iz biljnog pepela, kako bi se koristile samo one supstance i metode koje su bile dostupne u antičko doba. Nakon nekog vremena, šljaka s aluminijskim kuglicama isplivala je na površinu lončića! Prinos metala je bio mali, ali je moguće da su upravo na taj način drevni metalurzi mogli da dobiju „metal 20. veka“.

Svojstva aluminijuma.

Boja čistog aluminijuma podseća na srebro, to je veoma lagan metal: njegova gustina je samo 2,7 g/cm 3 . Jedini metali lakši od aluminijuma su alkalni i zemnoalkalni metali (osim barijuma), berilij i magnezijum. Aluminijum se takođe lako topi - na 600°C (tanka aluminijumska žica se može istopiti na običnoj kuhinjskoj gorionici), ali ključa tek na 2452°C. Po električnoj provodljivosti aluminijum je na 4. mestu, odmah iza srebra (on je na prvom mestu), bakra i zlata, što je, s obzirom na jeftinoću aluminijuma, od velikog praktičnog značaja. Toplotna provodljivost metala se mijenja istim redoslijedom. Visoku toplotnu provodljivost aluminijuma lako je proveriti umačavanjem aluminijumske kašike u vrući čaj. I još jedno izvanredno svojstvo ovog metala: njegova glatka, sjajna površina savršeno reflektuje svjetlost: od 80 do 93% u vidljivom dijelu spektra, ovisno o talasnoj dužini. U ultraljubičastom području, aluminijum nema ravnog u tom pogledu, a samo je u crvenom području nešto inferiorniji od srebra (u ultraljubičastom, srebro ima vrlo nisku refleksivnost).

Čisti aluminij je prilično mekan metal - gotovo tri puta mekši od bakra, tako da se čak i relativno debele aluminijske ploče i šipke lako savijaju, ali kada aluminij formira legure (ima ih ogroman broj), njegova se tvrdoća može deset puta povećati.

Karakteristično oksidaciono stanje aluminijuma je +3, ali zbog prisustva nepunjenog 3 R- i 3 d-orbitale, atomi aluminijuma mogu formirati dodatne donor-akceptorske veze. Zbog toga je ion Al 3+ malog radijusa vrlo sklon formiranju kompleksa, formirajući različite kationske i anjonske komplekse: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – i mnogi drugi. Poznati su i kompleksi sa organskim jedinjenjima.

Hemijska aktivnost aluminijuma je veoma visoka; u nizu elektrodnih potencijala stoji odmah iza magnezijuma. Na prvi pogled, takva izjava može izgledati čudno: na kraju krajeva, aluminijska posuda ili žlica prilično su stabilni u zraku i ne padaju u kipuću vodu. Aluminijum, za razliku od gvožđa, ne hrđa. Ispostavilo se da kada je izložen zraku, metal je prekriven bezbojnim, tankim, ali izdržljivim "oklopom" od oksida, koji štiti metal od oksidacije. Dakle, ako u plamen gorionika unesete debelu aluminijsku žicu ili ploču debljine 0,5-1 mm, metal se topi, ali aluminij ne teče, jer ostaje u vrećici svog oksida. Ako lišite aluminij njegovog zaštitnog filma ili ga olabavite (na primjer, uranjanjem u otopinu živinih soli), aluminij će odmah otkriti svoju pravu suštinu: već na sobnoj temperaturi počet će energično reagirati s vodom, oslobađajući vodik. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . U vazduhu, aluminijum, lišen zaštitnog filma, pretvara se u rastresiti oksidni prah pred našim očima: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Aluminij je posebno aktivan u fino usitnjenom stanju; Kada se upali u plamen, aluminijska prašina trenutno sagorijeva. Ako pomiješate aluminijsku prašinu sa natrijum peroksidom na keramičkoj ploči i stavite vodu na smjesu, aluminij se također rasplamsa i izgori bijelim plamenom.

Veoma visok afinitet aluminijuma prema kiseoniku omogućava mu da „oduzima“ kiseonik od oksida niza drugih metala, redukujući ih (metoda aluminotermije). Najpoznatiji primjer je mješavina termita, koja pri sagorijevanju oslobađa toliko topline da se nastalo željezo topi: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Ovu reakciju je 1856. otkrio N.N. Na ovaj način se Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO i niz drugih oksida mogu reducirati u metale. Prilikom redukcije Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 sa aluminijumom, toplota reakcije nije dovoljna da se produkti reakcije zagreju iznad tačke topljenja.

Aluminij se lako otapa u razrijeđenim mineralnim kiselinama stvarajući soli. Koncentrirana dušična kiselina, oksidirajući površinu aluminija, potiče zgušnjavanje i jačanje oksidnog filma (tzv. pasivizacija metala). Ovako tretiran aluminijum ne reaguje čak ni sa hlorovodoničnom kiselinom. Koristeći elektrohemijsku anodnu oksidaciju (eloksiranje), na površini aluminija može se stvoriti debeli film koji se lako može farbati u različite boje.

Pomicanje manje aktivnih metala aluminijumom iz rastvora soli često je ometano zaštitnim filmom na površini aluminijuma. Ovaj film brzo uništava bakar hlorid, pa se lako odvija reakcija 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu, koja je praćena jakim zagrijavanjem. U jakim alkalnim rastvorima, aluminijum se lako otapa oslobađanjem vodonika: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (takođe se formiraju i drugi anjonski hidrokso kompleksi). Amfoterna priroda jedinjenja aluminijuma se takođe manifestuje u lakom rastvaranju njegovog sveže istaloženog oksida i hidroksida u alkalijama. Kristalni oksid (korund) je vrlo otporan na kiseline i baze. Kada se stapa sa alkalijama, nastaju bezvodni aluminati: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnezijum aluminat Mg(AlO 2) 2 je poludragi kamen spinel, obično obojen nečistoćama u raznim bojama. .

Reakcija aluminijuma sa halogenima se dešava brzo. Ako se tanka aluminijska žica unese u epruvetu sa 1 ml broma, tada se aluminij nakon kratkog vremena zapali i izgori jakim plamenom. Reakcija mješavine praha aluminija i joda pokreće se kapljicom vode (voda s jodom stvara kiselinu koja uništava oksidni film), nakon čega se pojavljuje svijetli plamen s oblacima ljubičaste jodne pare. Aluminijum halogenidi u vodenim rastvorima imaju kiselu reakciju zbog hidrolize: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Reakcija aluminijuma sa dušikom odvija se samo iznad 800 ° C sa stvaranjem nitrida AlN, sa sumporom - na 200 ° C (formira se sulfid Al 2 S 3), sa fosforom - na 500 ° C (formira se fosfid AlP). Kada se bor dodaje rastopljenom aluminijumu, nastaju boridi sastava AlB 2 i AlB 12 - vatrostalna jedinjenja otporna na kiseline. Hidrid (AlH) x (x = 1,2) nastaje samo u vakuumu na niskim temperaturama u reakciji atomskog vodonika sa parom aluminijuma. AlH 3 hidrid, stabilan u odsustvu vlage na sobnoj temperaturi, dobija se u rastvoru bezvodnog etra: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Sa viškom LiH nastaje litijum aluminijum hidrid sličan soli LiAlH 4 - vrlo jak redukcioni agens koji se koristi u organskim sintezama. Trenutačno se razgrađuje s vodom: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Proizvodnja aluminijuma.

Dokumentovano otkriće aluminijuma dogodilo se 1825. Ovaj metal je prvi dobio danski fizičar Hans Christian Oersted, kada ga je izolovao delovanjem kalijum amalgama na bezvodni aluminijum hlorid (dobijenog propuštanjem hlora kroz vruću mešavinu aluminijum-oksida i uglja ). Destilirajući živu, Oersted je dobio aluminijum, iako je bio kontaminiran nečistoćama. Godine 1827., njemački hemičar Friedrich Wöhler dobio je aluminij u obliku praha redukcijom heksafluoroaluminata kalijem:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Kasnije je uspio nabaviti aluminijum u obliku sjajnih metalnih kuglica. Godine 1854. francuski hemičar Henri Etienne Saint-Clair Deville razvio je prvu industrijsku metodu za proizvodnju aluminijuma - redukovanjem taljenja tetrahloroaluminata natrijumom: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Međutim, aluminijum je i dalje bio izuzetno redak i skup metal; nije bilo mnogo jeftinije od zlata i 1500 puta skuplje od gvožđa (sada samo tri puta). Zvečka je napravljena od zlata, aluminijuma i dragog kamenja 1850-ih za sina francuskog cara Napoleona III. Kada je veliki ingot aluminijuma proizveden novom metodom bio izložen na Svetskoj izložbi u Parizu 1855. godine, na njega se gledalo kao na dragulj. Gornji dio (u obliku piramide) Washingtonskog spomenika u glavnom gradu SAD-a napravljen je od dragocjenog aluminija. U to vrijeme aluminijum nije bio mnogo jeftiniji od srebra: u SAD-u se, na primjer, 1856. godine prodavao po cijeni od 12 dolara za funtu (454 g), a srebro za 15 dolara Brockhaus Enciklopedijski rječnik objavljen 1890. godine, Efron je rekao da se “aluminij još uvijek koristi prvenstveno za proizvodnju... luksuzne robe”. Do tada se u svijetu iskopavalo samo 2,5 tone metala godišnje. Tek krajem 19. veka, kada je razvijen elektrolitski metod za proizvodnju aluminijuma, njegova godišnja proizvodnja je počela da iznosi hiljade tona, a u 20. veku. – milion tona. Ovo je transformisalo aluminijum iz poluplemenog metala u široko dostupan metal.

Modernu metodu proizvodnje aluminija otkrio je 1886. mladi američki istraživač Charles Martin Hall. Za hemiju se zainteresovao još kao dijete. Pronašavši očev stari udžbenik hemije, počeo je marljivo da ga proučava i izvodi eksperimente, a jednom je čak dobio i grdnju od majke da je oštetila stolnjak. I 10 godina kasnije napravio je izvanredno otkriće koje ga je učinilo poznatim širom svijeta.

Kao student sa 16 godina, Hall je čuo od svog učitelja, F. F. Jewetta, da ako neko može razviti jeftin način za proizvodnju aluminijuma, ta osoba ne samo da bi učinila veliku uslugu čovječanstvu, već bi i zaradila ogromno bogatstvo. Jewett je znao šta govori: prethodno je trenirao u Njemačkoj, radio sa Wöhlerom i razgovarao s njim o problemima proizvodnje aluminija. Jewett je sa sobom u Ameriku donio i uzorak retkog metala, koji je pokazao svojim studentima. Odjednom je Hall javno izjavio: "Dobit ću ovaj metal!"

Šest godina vrijednog rada se nastavilo. Hall je pokušavao da dobije aluminijum različitim metodama, ali bezuspešno. Konačno, pokušao je da izvuče ovaj metal elektrolizom. U to vrijeme nije bilo elektrana koje su se morale proizvoditi pomoću velikih kućnih baterija od uglja, cinka, dušične i sumporne kiseline. Hall je radio u štali gdje je postavio malu laboratoriju. Pomogla mu je sestra Julija, koja je bila veoma zainteresovana za eksperimente svog brata. Sačuvala je sva njegova pisma i radne dnevnike, koji omogućavaju bukvalno praćenje istorije otkrića iz dana u dan. Evo odlomka iz njenih memoara:

„Čarls je uvek bio dobro raspoložen, a i u najgorim danima umeo je da se smeje sudbini nesrećnih pronalazača. U trenucima neuspjeha nalazio je utjehu u našem starom klaviru. U svojoj kućnoj laboratoriji radio je duge sate bez pauze; a kad bi mogao nakratko da napusti postavu, jurio bi preko naše dugačke kuće da se malo poigra... Znao sam da, igrajući s takvim šarmom i osjećajem, stalno razmišlja o svom poslu. A muzika mu je pomogla u tome.”

Najteže je bilo odabrati elektrolit i zaštititi aluminij od oksidacije. Nakon šest mjeseci iscrpljujućeg rada, nekoliko malih srebrnih kuglica konačno se pojavilo u loncu. Hall je odmah otrčao svom bivšem učitelju da mu ispriča o svom uspjehu. "Profesore, shvatio sam!", uzviknuo je, ispruživši ruku: na njegovom dlanu je ležalo desetak malih aluminijskih kuglica. To se dogodilo 23. februara 1886. A tačno dva mjeseca kasnije, 23. aprila iste godine, Francuz Paul Héroux je patentirao sličan izum, koji je napravio samostalno i gotovo istovremeno (upadljive su još dvije slučajnosti: i Hall i Héroux su rođeni 1863. i umrli 1914.).

Sada se prve kugle od aluminijuma koje je proizveo Hall čuvaju u American Aluminium Company u Pittsburghu kao nacionalna relikvija, a na njegovom koledžu postoji spomenik Holu, izliven od aluminijuma. Jewett je kasnije napisao: „Moje najvažnije otkriće bilo je otkriće čovjeka. Charles M. Hall je bio taj koji je u dobi od 21 godine otkrio metodu redukcije aluminija iz rude i tako od aluminija napravio divan metal koji se danas široko koristi u cijelom svijetu.” Jewettovo proročanstvo se obistinilo: Hall je dobio široko priznanje i postao počasni član mnogih naučnih društava. Ali njegov lični život bio je neuspešan: mlada se nije htela pomiriti s činjenicom da njen verenik sve vreme provodi u laboratoriji i raskinula je veridbu. Hall je utjehu pronašao u svom rodnom koledžu, gdje je radio do kraja života. Kao što je Čarlsov brat napisao: „Koledž je bio njegova žena, deca i sve ostalo – ceo njegov život“. Hall je ostavio većinu svog nasljedstva koledžu - 5 miliona dolara Hall je umro od leukemije u 51. godini.

Hallova metoda omogućila je proizvodnju relativno jeftinog aluminija u velikim razmjerima korištenjem električne energije. Ako je od 1855. do 1890. godine dobijeno samo 200 tona aluminijuma, onda je tokom sledeće decenije, koristeći Hallovu metodu, već 28.000 tona ovog metala dobijeno širom sveta! Do 1930. globalna godišnja proizvodnja aluminijuma dostigla je 300 hiljada tona. Sada se godišnje proizvede više od 15 miliona tona aluminijuma. U posebnim kupkama na temperaturi od 960–970 °C, podvrgava se otopini glinice (tehnički Al 2 O 3) u rastopljenom kriolitu Na 3 AlF 6, koji se djelomično iskopava u obliku minerala, a dijelom posebno sintetizira. na elektrolizu. Tečni aluminij se nakuplja na dnu kupke (katode), kisik se oslobađa na ugljičnim anodama, koje postepeno izgaraju. Pri niskom naponu (oko 4,5 V), elektrolizatori troše ogromne struje - do 250.000 A! Jedan elektrolizer proizvodi oko tonu aluminijuma dnevno. Za proizvodnju je potrebno mnogo električne energije: potrebno je 15.000 kilovat-sati električne energije za proizvodnju 1 tone metala. Ovu količinu električne energije velika zgrada od 150 stanova potroši cijeli mjesec. Proizvodnja aluminijuma je opasna po životnu sredinu, jer je atmosferski vazduh zagađen isparljivim jedinjenjima fluora.

Primena aluminijuma.

Čak je i D.I. Mendeljejev napisao da je „metalni aluminijum, koji ima veliku lakoću i čvrstoću i malu varijabilnost u vazduhu, veoma pogodan za neke proizvode. Aluminij je jedan od najčešćih i najjeftinijih metala. Teško je zamisliti savremeni život bez toga. Nije ni čudo što se aluminijum naziva metalom 20. veka. Pogodan je za obradu: kovanje, štancanje, valjanje, izvlačenje, presovanje. Čisti aluminijum je prilično mekan metal; Koristi se za izradu električnih žica, konstrukcijskih dijelova, folija za hranu, kuhinjskog pribora i "srebrne" boje. Ovaj lijep i lagan metal ima široku primjenu u građevinarstvu i zrakoplovnoj tehnologiji. Aluminijum veoma dobro reflektuje svetlost. Zbog toga se koristi za izradu ogledala metodom taloženja metala u vakuumu.

U vazduhoplovstvu i mašinstvu, u proizvodnji građevinskih konstrukcija, koriste se mnogo tvrđe legure aluminijuma. Jedna od najpoznatijih je legura aluminijuma sa bakrom i magnezijumom (duralumin, ili jednostavno „duralumin“; naziv dolazi iz njemačkog grada Duren). Nakon stvrdnjavanja, ova legura poprima posebnu tvrdoću i postaje približno 7 puta jača od čistog aluminija. Istovremeno je skoro tri puta lakši od gvožđa. Dobija se legiranjem aluminijuma sa malim dodacima bakra, magnezijuma, mangana, silicijuma i gvožđa. Silumini se široko koriste - legure za livenje aluminijuma i silicijuma. Također se proizvode legure visoke čvrstoće, kriogene (otporne na mraz) i otporne na toplinu. Zaštitni i dekorativni premazi lako se nanose na proizvode od aluminijskih legura. Lakoća i čvrstoća aluminijskih legura posebno su korisne u zrakoplovnoj tehnologiji. Na primjer, rotori helikoptera su napravljeni od legure aluminija, magnezija i silicija. Relativno jeftina aluminijumska bronza (do 11% Al) ima visoka mehanička svojstva, stabilna je u morskoj vodi, pa čak i u razblaženoj hlorovodoničkoj kiselini. Od 1926. do 1957. godine u SSSR-u su od aluminijske bronce kovani novac u apoenima od 1, 2, 3 i 5 kopejki.

Trenutno se četvrtina ukupnog aluminijuma koristi za građevinske potrebe, isto toliko troši transportna tehnika, oko 17% se troši na ambalažu i limenke, a 10% na elektrotehniku.

Mnoge zapaljive i eksplozivne mješavine također sadrže aluminij. Alumotol, livena mješavina trinitrotoluena i aluminijskog praha, jedan je od najmoćnijih industrijskih eksploziva. Amonal je eksplozivna supstanca koja se sastoji od amonijum nitrata, trinitrotoluena i aluminijumskog praha. Zapaljive kompozicije sadrže aluminij i oksidacijsko sredstvo - nitrat, perklorat. Pirotehničke kompozicije Zvezdochka takođe sadrže aluminijum u prahu.

Mješavina aluminijskog praha sa metalnim oksidima (termit) koristi se za proizvodnju određenih metala i legura, za zavarivanje šina i u zapaljivoj municiji.

Aluminijum je takođe našao praktičnu upotrebu kao raketno gorivo. Za potpuno sagorevanje 1 kg aluminijuma potrebno je skoro četiri puta manje kiseonika nego za 1 kg kerozina. Osim toga, aluminij se može oksidirati ne samo slobodnim kisikom, već i vezanim kisikom, koji je dio vode ili ugljičnog dioksida. Kada aluminijum „gori“ u vodi, oslobađa se 8800 kJ po 1 kg proizvoda; ovo je 1,8 puta manje nego pri sagorevanju metala u čistom kiseoniku, ali 1,3 puta više nego pri sagorevanju na vazduhu. To znači da se umjesto opasnih i skupih spojeva, kao oksidant za takvo gorivo može koristiti jednostavna voda. Ideju o korištenju aluminija kao goriva predložio je još 1924. godine domaći naučnik i pronalazač F.A. Tsander. Prema njegovom planu, kao dodatno gorivo moguće je koristiti aluminijske elemente svemirske letjelice. Ovaj hrabar projekat još nije praktično realizovan, ali većina trenutno poznatih čvrstih raketnih goriva sadrži metalni aluminijum u obliku finog praha. Dodavanje 15% aluminijuma u gorivo može povećati temperaturu produkata sagorevanja za hiljadu stepeni (od 2200 do 3200 K); Primjetno se povećava i brzina protoka produkata izgaranja iz mlaznice motora - glavnog energetskog indikatora koji određuje efikasnost raketnog goriva. U tom smislu, samo litijum, berilijum i magnezijum mogu da se takmiče sa aluminijumom, ali svi su mnogo skuplji od aluminijuma.

Aluminijumska jedinjenja se takođe široko koriste. Aluminij oksid je vatrostalni i abrazivni (brusni) materijal, sirovina za proizvodnju keramike. Također se koristi za izradu laserskih materijala, ležajeva za satove i kamenja za nakit (vještački rubini). Kalcinirani aluminij oksid je adsorbent za pročišćavanje plinova i tekućina i katalizator za brojne organske reakcije. Bezvodni aluminijum hlorid je katalizator u organskoj sintezi (Friedel-Craftsova reakcija), polazni materijal za proizvodnju aluminijuma visoke čistoće. Aluminijum sulfat se koristi za prečišćavanje vode; reagujući sa kalcijum bikarbonatom koji sadrži:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, formira oksidno-hidroksidne pahuljice, koje, taloženje, hvataju i takođe upijaju na površini one u suspendovane nečistoće, pa čak i mikroorganizme u vodi. Osim toga, aluminij sulfat se koristi kao jedkalo za bojenje tkanina, štavljenje kože, konzerviranje drva i papir za dimenzioniranje. Kalcijum aluminat je komponenta cementnih materijala, uključujući portland cement. Itrijum aluminijum granat (YAG) YAlO 3 je laserski materijal. Aluminijum nitrid je vatrostalni materijal za električne peći. Sintetički zeoliti (pripadaju aluminosilikatima) su adsorbenti u hromatografiji i katalizatori. Organoaluminijska jedinjenja (na primjer, trietilaluminij) su komponente Ziegler-Natta katalizatora, koji se koriste za sintezu polimera, uključujući visokokvalitetnu sintetičku gumu.

Ilya Leenson

književnost:

Tikhonov V.N. Analitička hemija aluminijuma. M., „Nauka“, 1971
Popularna biblioteka hemijskih elemenata. M., „Nauka“, 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall i njegov Metal. J.Chem.Educ. 1986, vol. 63, br
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall i Velika aluminijska revolucija. J.Chem.Educ., 1987, vol. 64, br

• Oznaka - Al (aluminij);
• Period - III;
• Grupa - 13 (IIIa);
• Atomska masa - 26,981538;
• Atomski broj - 13;
• Atomski radijus = 143 pm;
• Kovalentni radijus = 121 pm;
• Raspodjela elektrona - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;
• temperatura topljenja = 660°C;
• tačka ključanja = 2518°C;
• Elektronegativnost (prema Paulingu/prema Alpredu i Rochowu) = 1,61/1,47;
• Oksidacijsko stanje: +3,0;
• Gustina (br.) = 2,7 g/cm3;
• Molarni volumen = 10,0 cm 3 /mol.

Aluminijum (stipsa) je prvi put nabavio Danac G. K. Ørsted 1825. U početku, prije otkrića industrijske metode proizvodnje, aluminij je bio skuplji od zlata.

Aluminijum je najzastupljeniji metal u zemljinoj kori (maseni udio je 7-8%) i treći po zastupljenosti od svih elemenata nakon kisika i silicijuma. Aluminij se ne nalazi u slobodnom obliku u proirodu.

Najvažnija prirodna jedinjenja aluminijuma:

• aluminosilikati - Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 ; K 2 O Al 2 O 3 2SiO 2
• boksit - Al 2 O 3 · n H2O
• korund - Al 2 O 3
• kriolit - 3NaF AlF 3

Rice. Struktura atoma aluminijuma.

Aluminijum je hemijski aktivan metal - na svom spoljašnjem elektronskom nivou postoje tri elektrona koji učestvuju u formiranju kovalentnih veza kada aluminijum interaguje sa drugim hemijskim elementima (vidi Kovalentna veza). Aluminij je jako redukciono sredstvo i pokazuje oksidacijsko stanje od +3 u svim jedinjenjima.

Na sobnoj temperaturi, aluminij reagira s kisikom sadržanim u atmosferskom zraku i formira jak oksidni film, koji pouzdano sprječava proces daljnje oksidacije (korozije) metala, uslijed čega se smanjuje kemijska aktivnost aluminija.

Zahvaljujući oksidnom filmu, aluminij ne reagira s dušičnom kiselinom na sobnoj temperaturi, stoga je aluminijsko posuđe pouzdana posuda za skladištenje i transport dušične kiseline.

Fizička svojstva aluminijuma:

• srebrno-bijeli metal;
• solid;
• trajna;
• lako;
• plastika (razvučena u tanku žicu i foliju);
• ima visoku električnu i toplinsku provodljivost;
• tačka topljenja 660°C
• prirodni aluminijum se sastoji od jednog izotopa 27 13 Al

Hemijska svojstva aluminijuma:

• prilikom uklanjanja oksidnog filma, aluminij reagira s vodom:
  2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2;
• na sobnoj temperaturi reaguje sa bromom i hlorom da formira soli:
  2Al + 3Br 2 = 2AlCl 3;
• na visokim temperaturama, aluminij reagira s kisikom i sumporom (reakcija je popraćena oslobađanjem velike količine topline):
  4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + Q;
  2Al + 3S = Al 2 S 3 + Q;
• na t=800°C reaguje sa azotom:
  2Al + N 2 = 2AlN;
• na t=2000°C reaguje sa ugljenikom:
  2Al + 3C = Al 4 C 3;
• reducira mnoge metale iz njihovih oksida - aluminotermiju(na temperaturama do 3000°C) volfram, vanadijum, titan, kalcijum, hrom, gvožđe, mangan se proizvode industrijski:
  8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;
• reagira sa hlorovodoničnom i razrijeđenom sumpornom kiselinom i oslobađa vodik:
  2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
  2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2;
• reagira s koncentriranom sumpornom kiselinom na visokoj temperaturi:
  2Al + 6H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O;
• reagira s alkalijama s oslobađanjem vodika i stvaranjem kompleksnih soli - reakcija se odvija u nekoliko faza: kada se aluminij uroni u alkalnu otopinu, otapa se izdržljivi zaštitni oksidni film koji se nalazi na površini metala; nakon što se film otopi, aluminij, kao aktivni metal, reagira s vodom da nastane aluminij hidroksid, koji reagira s alkalijom kao amfoterni hidroksid:
  • Al 2 O 3 +2NaOH = 2NaAlO 2 +H 2 O - otapanje oksidnog filma;
  • 2Al+6H 2 O = 2Al(OH) 3 +3H 2 - interakcija aluminijuma sa vodom da bi se formirao aluminijum hidroksid;
  • NaOH+Al(OH) 3 = NaAlO 2 + 2H 2 O - interakcija aluminijum hidroksida sa alkalijom
  • 2Al+2NaOH+2H 2 O = 2NaAlO 2 +3H 2 - ukupna jednačina za reakciju aluminijuma sa alkalijom.

Aluminijski priključci

Al 2 O 3 (aluminij)

Aluminijum oksid Al 2 O 3 je bijela, vrlo vatrostalna i tvrda tvar (u prirodi su samo dijamant, karborund i borazon tvrđi).

Svojstva glinice:

• ne otapa se u vodi i reaguje s njom;
• je amfoterna supstanca koja reaguje sa kiselinama i alkalijama:
  Al 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O;
  Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O = 2Na 3;
• kako amfoterni oksid reagira kada se spoji s metalnim oksidima i solima da nastane aluminat:
  Al 2 O 3 + K 2 O = 2KAlO 2.

U industriji se glinica dobija iz boksita. U laboratorijskim uslovima, glinica se može dobiti sagorevanjem aluminijuma u kiseoniku:
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3.

Primjena glinice:

• za proizvodnju aluminijuma i elektrokeramike;
• kao abrazivni i vatrostalni materijal;
• kao katalizator u reakcijama organske sinteze.

Al(OH) 3

Aluminijum hidroksid Al(OH) 3 je bela kristalna čvrsta supstanca koja se dobija kao rezultat reakcije razmene iz rastvora aluminijum hidroksida - taloži se kao beli želatinozni talog koji kristalizuje tokom vremena. Ovo amfoterno jedinjenje je gotovo nerastvorljivo u vodi:
Al(OH) 3 + 3NaOH = Na 3;
Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O.

• interakcija Al(OH) 3 sa kiselinama:
  Al(OH) 3 +3H + Cl = Al 3+ Cl 3 +3H 2 O
• interakcija Al(OH) 3 sa alkalijama:
  Al(OH) 3 +NaOH - = NaAlO 2 - +2H 2 O

Aluminijum hidroksid se dobija djelovanjem lužina na otopine aluminijevih soli:
AlCl 3 + 3NaOH = Al(OH) 3 + 3NaCl.

Proizvodnja i upotreba aluminijuma

Aluminij je prilično teško izolirati od prirodnih spojeva kemijskim putem, što se objašnjava visokom čvrstoćom veza u aluminijskom oksidu, stoga je za industrijsku proizvodnju aluminija potrebna elektroliza otopine glinice Al 2 O 3 u rastopljenom kriolitu Na 3; Koristi se AlF 6. Kao rezultat procesa, aluminij se oslobađa na katodi, a kisik se oslobađa na anodi:

2Al 2 O 3 → 4Al + 3O 2

Početna sirovina je boksit. Elektroliza se odvija na temperaturi od 1000°C: tačka topljenja aluminijum oksida je 2500°C - na ovoj temperaturi nije moguće izvršiti elektrolizu, pa se aluminijum oksid otapa u rastopljenom kriolitu, a tek tada se koristi nastali elektrolit u elektrolizi za proizvodnju aluminija.

Primena aluminijuma:

• legure aluminijuma se široko koriste kao konstrukcijski materijali u automobilskoj, avionskoj i brodogradnji: duralumin, silumin, aluminijum bronza;
• u hemijskoj industriji kao redukciono sredstvo;
• u prehrambenoj industriji za proizvodnju folije, posuđa, ambalažnog materijala;
• za izradu žica itd.

Oko 1807. Davy, koji je pokušavao da izvrši elektrolizu glinice, dao je ime metalu koji je trebalo da sadrži, aluminijum. Aluminij je prvi dobio Hans Oersted 1825. djelovanjem kalijum amalgama na aluminij hlorid nakon čega je uslijedila destilacija žive. Godine 1827. Wöhler je izolovao metal aluminijuma na efikasniji način - zagrevanjem anhidrovanog aluminijum hlorida sa metalnim kalijumom.

Boravak u prirodi, primanje:

Što se tiče rasprostranjenosti u prirodi, zauzima 1. mjesto među metalima i 3. među elementima, na drugom mjestu nakon kisika i silicija. Sadržaj aluminijuma u zemljinoj kori, prema različitim istraživačima, kreće se od 7,45% do 8,14% mase zemljine kore. U prirodi se aluminijum nalazi samo u jedinjenjima (minerali).
korund: Al 2 O 3 - pripada klasi jednostavnih oksida, a ponekad formira prozirne plemenite kristale - safir i, uz dodatak hroma, rubin. Akumulira se u placerima.
boksit: Al 2 O 3 *nH 2 O - sedimentne rude aluminijuma. Sadrži štetnu nečistoću - SiO 2. Boksit služi kao važna sirovina za proizvodnju aluminijuma, kao i boja i abraziva.
kaolinit: Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O je mineral podklase slojevitih silikata, glavna komponenta bijele, vatrostalne i porcelanske gline.
Modernu metodu za proizvodnju aluminija samostalno su razvili Amerikanac Charles Hall i Francuz Paul Héroult. Sastoji se od rastvaranja aluminijum oksida Al 2 O 3 u topljenju kriolita Na 3 AlF 3 nakon čega slijedi elektroliza pomoću grafitnih elektroda. Ovaj način proizvodnje zahtijeva puno električne energije, pa je postao popularan tek u 20. stoljeću. Za proizvodnju 1 tone aluminijuma potrebno je 1,9 tona glinice i 18 hiljada kWh električne energije.

Fizička svojstva:

Metal je srebrno-bijel, lagan, gustina 2,7 g/cm 3, tačka topljenja 660°C, tačka ključanja 2500°C. Visoka duktilnost, umotan u tanke listove i čak foliju. Aluminij ima visoku električnu i toplinsku provodljivost i vrlo je reflektirajući. Aluminij formira legure sa gotovo svim metalima.

Hemijska svojstva:

U normalnim uslovima, aluminijum je prekriven tankim i izdržljivim oksidnim filmom i stoga ne reaguje sa klasičnim oksidantima: sa H 2 O (t° O 2, HNO 3) (bez grejanja). Zahvaljujući tome, aluminijum praktički nije podložan koroziji i stoga je široko tražen u modernoj industriji. Međutim, kada je oksidni film uništen (na primjer, u kontaktu s otopinama amonijevih soli NH 4 +, vrućim alkalijama ili kao rezultat amalgamacije), aluminij djeluje kao aktivni redukcijski metal. Lako reaguje sa jednostavnim supstancama: kiseonik, halogeni: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
Aluminij reagira s drugim nemetalima kada se zagrije:
2Al + 3S = Al 2 S 3 2Al + N 2 = 2AlN
Aluminij može samo otopiti vodonik, ali ne reagira s njim.
Sa složenim supstancama: aluminijum reaguje sa alkalijama (da nastane tetrahidroksialuminate):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
Lako se otapa u razrijeđenim i koncentriranim sumpornim kiselinama:
2Al + 3H 2 SO 4 (dil) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 2Al + 6H 2 SO 4 (konc) = Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Aluminij reducira metale iz njihovih oksida (aluminotermija): 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe

Najvažnije veze:

Aluminijum oksid, Al 2 O 3: čvrsta, vatrostalna bijela supstanca. Kristalni Al 2 O 3 je hemijski pasivan, amorfni je aktivniji. Sporo reaguje sa kiselinama i alkalijama u rastvoru, pokazujući amfoterna svojstva:
Al 2 O 3 + 6HCl (konc.) = 2AlCl 3 + ZH 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH (konc.) + 3H 2 O = 2Na
(NaAlO 2 nastaje u alkalnom topljenju).
Aluminijum hidroksid, Al(OH) 3: bijela amorfna (gelasta) ili kristalna. Praktično nerastvorljiv u vodi. Kada se zagreje, razlaže se korak po korak. Pokazuje amfoterna, podjednako izražena kisela i bazična svojstva. Kada se spoji sa NaOH, nastaje NaAlO 2. Za dobijanje precipitata Al(OH) 3 obično se ne koristi lužina (zbog lakoće prelaska taloga u rastvor), već deluje na soli aluminijuma rastvorom amonijaka - Al(OH) 3 nastaje na sobnoj temperaturi
Aluminijumske soli. Aluminijeve soli i jake kiseline su vrlo topljive u vodi i podliježu značajnoj hidrolizi katjona, stvarajući jako kiselu sredinu u kojoj se otapaju metali poput magnezija i cinka: Al 3+ + H 2 O = AlOH 2+ + H +
AlF 3 fluorid i AlPO 4 ortofosfat su nerastvorljivi u vodi, a soli vrlo slabih kiselina, na primjer H 2 CO 3, uopće ne nastaju precipitacijom iz vodenog rastvora.
Poznate su dvostruke aluminijumske soli - alum sastava MAl(SO 4) 2 *12H 2 O (M=Na +, K+, Rb +, Cs +, TI +, NH 4 +), najčešći od njih je kalijum alum KAl(SO 4) 2 *12H 2 O .
Otapanje amfoternih hidroksida u alkalnim rastvorima smatra se procesom formiranja hidrokso soli(hidroksi kompleksi). Eksperimentalno je dokazano postojanje hidroksokopleksa [Al(OH) 4 (H 2 O) 2] -, [Al(OH) 6] 3-, [Al(OH) 5 (H 2 O)] 2-; od njih, prvi je najizdržljiviji. Koordinacioni broj aluminijuma u ovim kompleksima je 6, tj. aluminijum je šestokoordinisan.
Binarna jedinjenja aluminijuma Jedinjenja s pretežno kovalentnim vezama, na primjer Al 2 S 3 sulfid i Al 4 C 3 karbid, potpuno se razlažu vodom:
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

primjena:

Široko se koristi kao građevinski materijal. Glavne prednosti aluminijuma ovog kvaliteta su lakoća, savitljivost za štancanje, otpornost na koroziju i visoka toplotna provodljivost. Aluminijum je važna komponenta mnogih legura (bakar - aluminijum bronza, magnezijum, itd.)
Koristi se u elektrotehnici za proizvodnju žica i njihovu zaštitu.
Aluminij se široko koristi u termalnoj opremi i kriogenoj tehnologiji.
Visoka refleksivnost, u kombinaciji sa niskom cijenom i lakoćom nanošenja, čini aluminijum idealnim materijalom za izradu ogledala.
Aluminijum i njegova jedinjenja se koriste u raketnoj tehnologiji kao raketno gorivo. U proizvodnji građevinskog materijala kao agens za stvaranje gasa.

Allayarov Damir
HF Tjumenski državni univerzitet, 561 grupa.

DEFINICIJA

Aluminijum– hemijski element 3. perioda grupe IIIA. Serijski broj – 13. Metal. Aluminijum spada u elemente p-familije. Simbol – Al.

Atomska masa – 27 amu. Elektronska konfiguracija vanjskog energetskog nivoa je 3s 2 3p 1. U svojim jedinjenjima, aluminijum pokazuje oksidaciono stanje „+3“.

Hemijska svojstva aluminijuma

Aluminij pokazuje redukciona svojstva u reakcijama. Budući da se oksidni film formira na njegovoj površini kada je izložen zraku, otporan je na interakciju s drugim tvarima. Na primjer, aluminijum se pasivira u vodi, koncentrovanoj azotnoj kiselini i rastvoru kalijum dihromata. Međutim, nakon uklanjanja oksidnog filma sa svoje površine, on je u stanju komunicirati s jednostavnim tvarima. Većina reakcija se javlja kada se zagrije:

2Al prah +3/2O 2 = Al 2 O 3;

2Al + 3F 2 = 2AlF 3 (t);

2Al prah + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (t = 25C);

2Al + N 2 = 2AlN (t);

2Al +3S = Al 2 S 3 (t);

4Al + 3C grafit = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, u atmosferi H 2).

Također, nakon uklanjanja oksidnog filma sa svoje površine, aluminij može stupiti u interakciju s vodom i formirati hidroksid:

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

Aluminij pokazuje amfoterna svojstva, pa je sposoban rastvarati se u razrijeđenim otopinama kiselina i lužina:

2Al + 3H 2 SO 4 (razblažen) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2;

2Al + 6HCl razblažen = 2AlCl 3 + 3 H 2 ;

8Al + 30HNO 3 (razrijeđeno) = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O;

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

2Al + 2(NaOH×H 2 O) = 2NaAlO 2 + 3 H 2.

Aluminotermija je metoda proizvodnje metala iz njihovih oksida, zasnovana na redukciji ovih metala aluminijumom:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr.

Fizička svojstva aluminijuma

Aluminijum je srebrno-bijele boje. Glavna fizička svojstva aluminija su lakoća, visoka toplinska i električna provodljivost. U slobodnom stanju, kada je izložen zraku, aluminij je prekriven trajnim filmom od Al 2 O 3 oksida, što ga čini otpornim na djelovanje koncentriranih kiselina. Tačka topljenja – 660,37C, tačka ključanja – 2500C.

Proizvodnja i upotreba aluminijuma

Aluminij se proizvodi elektrolizom rastaljenog oksida ovog elementa:

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

Međutim, zbog niskog prinosa proizvoda, češće se koristi metoda proizvodnje aluminija elektrolizom mješavine Na 3 i Al 2 O 3 . Reakcija se odvija pri zagrijavanju na 960C iu prisustvu katalizatora - fluorida (AlF 3, CaF 2 itd.), dok se na katodi javlja oslobađanje aluminijuma, a na anodi oslobađa kiseonik.

Aluminijum je našao široku primenu u industriji. Legure na bazi aluminijuma su glavni konstruktivni materijali u avionskoj i brodogradnji.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1