АЛЮМИНИЙ
Общая характеристика
Алюминий – элемент главной подгруппы III группы Периодической системы. В природе один стабильный изотоп алюминия – 27Al. Электронное строение атома 1s22s22p63s23p1. Степени окисления в соединениях +1 (очень редко) и +3.
Алюминий – самый распространенный в земной коре металл, массовая доля 8%. Встречается только в виде соединений. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд и многих других минералов.
Физические свойства
Алюминий — серебристо-белый легкий металл. Он легко прокатывается в тонкие листы. Плотность 2,7 г/см3, температура плавления 660oС, кипения 2520oС. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью.
Получение алюминия
Впервые алюминий был получен Велером в 1827 г. действием металлического калия на хлорид алюминия.
В настоящее время алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите Na3AlF6 при температуре 970oС. Корпус электролизера – катод - изготовлен из железа, аноды – графитовые. В расплаве оксид алюминия диссоциирует:
На катоде восстанавливается алюминий:
На аноде – окисляется кислород, который сразу связывается в угарный газ:
Алюминий, обладающий большей плотностью, чем расплав, собирается на дне электролизера.
Применение
1. Получение сплавов на основе алюминия. Легирующие добавки (например, медь, кремний, магний, цинк, марганец) повышают механическую прочность алюминия.
2. В виде чистого металла алюминий используется для изготовления химической аппаратуры и в электротехнике. Хотя электрическая проводимость алюминия меньше, чем меди (около 60 % электрической проводимости меди), нo алюминий имеет почти в три раза меньшую плотность: при одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод вдвое легче медного.
3. Вакуумное напыление металлического алюминия на поверхность стекла используется в производстве зеркал.
Химические свойства
При комнатной температуре алюминий не изменяется на воздухе потому, что его поверхность покрыта тонкой пленкой оксида, обладающей очень сильным защитным действием. При сильном нагревании порошка алюминия в кислороде он воспламеняется и сгорает ослепительным белым пламенем, образуя оксид алюминия:
Алюминий реагирует с хлором и бромом при комнатной температуре:
С серой при 700oС:
С азотом при 800oС:
С углеродом – при 2000o С:
С водородом алюминий непосредственно не взаимодействует.
Алюминий активно реагирует с оксидами металлов при предварительном поджигании, восстанавливая металл оксида, например:
Реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, так что железо получается в расплавленном состоянии.
Если разрушить оксидную пленку на поверхности алюминия (механически или действием ртути – амальгамированием), он активно взаимодействует с водой:
Алюминий – амфотерный металл, взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами.Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий.
Разбавленная и холодная концентрированная азотная кислота и концентрированная серная алюминий не растворяет.
При действии на алюминий щелочей в водных растворах образуются аквакомплексы, в которых алюминий входит в состав аниона:
С водными растворами аммиака алюминий не взаимодействует.