Ալյումին. քիմիական և ֆիզիկական հատկություններ

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 17:49

Մետաղները մշակման համար ամենահարմար նյութերից են: Նրանք ունեն նաև իրենց առաջնորդները։ Օրինակ՝ ալյումինի հիմնական հատկությունները մարդկանց վաղուց հայտնի են։ Դրանք այնքան հարմար են առօրյա կյանքում օգտագործելու համար, որ այս մետաղը մեծ տարածում է գտել։ Ինչ հատկություններ ունի ալյումինը որպես պարզ նյութ և որպես ատոմ, մենք կքննարկենք այս հոդվածում:

Ալյումինի հայտնաբերման պատմություն

Մարդը վաղուց գիտեր խնդրո առարկա մետաղի միացությունը՝ կալիումի շիբը։ Այն օգտագործվում էր որպես խառնուրդի բաղադրիչները ուռեցնելու և իրար կապելու ունակ միջոց, դա անհրաժեշտ էր նաև կաշվե իրերի հագնվելու համար։ Մաքուր ալյումինի օքսիդի գոյության մասին հայտնի է դարձել 18-րդ դարում՝ դրա երկրորդ կեսին։ Այնուամենայնիվ, մաքուր նյութ չի ստացվել։

Առաջին անգամ հաջողվել է մեկուսացնել մետաղն իր քլորիդից՝ գիտնական Հ. Կ. Օերսթեդին: Հենց նա աղը մշակեց կալիումի ամալգամով և խառնուրդից մեկուսացրեց մոխրագույն փոշի, որն իր մաքուր ձևով ալյումին էր։

Այնուհետև պարզ դարձավ, որ ալյումինի քիմիական հատկությունները դրսևորվում են նրա բարձր ակտիվությամբ, ուժեղ նվազեցնող ունակությամբ։ Ուստի նրա հետ երկար ժամանակ ուրիշ ոչ ոք չի աշխատել։

Սակայն 1854 թվականին ֆրանսիացի Դևիլը կարողացավ մետաղական ձուլակտորներ ստանալ հալված էլեկտրոլիզով։ Այս մեթոդը արդիական է նաև այսօր։ Հատկապես արժեքավոր նյութի զանգվածային արտադրությունը սկսվեց 20-րդ դարում, երբ լուծվեցին ձեռնարկություններում մեծ քանակությամբ էլեկտրաէներգիա ստանալու խնդիրները։

Այսօր այս մետաղը ամենատարածվածներից է և օգտագործվում է շինարարության և կենցաղային արդյունաբերության մեջ:

Ալյումինի ատոմի ընդհանուր բնութագրերը

Եթե դիտարկվող տարրը բնութագրենք պարբերական համակարգում իր դիրքով, ապա կարող ենք առանձնացնել մի քանի կետ։

1. Սովորական թիվ - 13.
2. Գտնվում է երրորդ մինոր ժամանակաշրջանում, երրորդ խումբ, հիմնական ենթախումբ։
3. Ատոմային զանգված - 26, 98.
4. Վալենտային էլեկտրոնների թիվը - 3.
5. Արտաքին շերտի կոնֆիգուրացիան արտահայտվում է 3s²3p^1.
6. Տարրի անունը ալյումին է:
7. Մետաղների հատկությունները ուժեղ են։
8. Բնության մեջ չունի իզոտոպներ, գոյություն ունի միայն մեկ ձևով՝ 27 զանգվածային թվով։
9. Քիմիական նշանն է AL, բանաձևերում կարդացվում է որպես «ալյումին»:
10. Օքսիդացման վիճակը մեկ է, հավասար +3:

Ալյումինի քիմիական հատկությունները լիովին հաստատվում են նրա ատոմի էլեկտրոնային կառուցվածքով, քանի որ ունենալով մեծ ատոմային շառավիղ և ցածր էլեկտրոնների մերձեցում, այն կարող է հանդես գալ որպես ուժեղ վերականգնող նյութ, ինչպես բոլոր ակտիվ մետաղները։

Ալյումինը որպես պարզ նյութ. ֆիզիկական հատկություններ

Եթե խոսենք ալյումինի մասին, ինչպե՞սպարզ նյութ, դա արծաթափայլ փայլուն մետաղ է։ Օդում այն արագ օքսիդանում է և ծածկվում խիտ օքսիդային թաղանթով։ Նույնը տեղի է ունենում խտացված թթուների գործողության դեպքում։

Նման հատկանիշի առկայությունը այս մետաղից պատրաստված արտադրանքը դարձնում է կոռոզիայից դիմացկուն, ինչը, իհարկե, շատ հարմար է մարդկանց համար։ Հետևաբար, հենց ալյումինը նման լայն կիրառություն է գտնում շինարարության մեջ։ Նյութի հատկությունները հետաքրքիր են նաև նրանով, որ այս մետաղը շատ թեթև է՝ միաժամանակ ամուր և փափուկ։ Նման բնութագրերի համակցությունը հասանելի չէ յուրաքանչյուր նյութի համար:

Կան մի քանի հիմնական ֆիզիկական հատկություններ, որոնք բնորոշ են ալյումինին:

1. Բարձր ճկունության և ճկունության աստիճան: Այս մետաղից պատրաստված է թեթև, ամուր և շատ բարակ փայլաթիթեղ, այն նաև գլորվում է մետաղալարով։
2. Հալման կետ - 660 0C.
3. Եռման կետ - 2450 0C.
4. Խտություն - 2,7 գ/սմ3.
5. Բյուրեղյա վանդակի ծավալը դեմքով կենտրոնացված, մետալիկ։
6. Միացման տեսակը՝ մետաղական։

Ալյումինի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները որոշում են դրա կիրառման և օգտագործման ոլորտները: Եթե խոսենք կենցաղային ասպեկտների մասին, ապա մեծ դեր են խաղում մեր կողմից արդեն վերը նշված բնութագրերը։ Որպես թեթև, դիմացկուն և հակակոռուպցիոն մետաղ՝ ալյումինը օգտագործվում է ինքնաթիռների և նավաշինության մեջ։ Հետևաբար, այս հատկությունները շատ կարևոր է իմանալ:

Ալյումինի քիմիական հատկություններ

ՏեսանկյունիցՔիմիայի համաձայն, խնդրո առարկա մետաղը ուժեղ վերականգնող նյութ է, որն ունակ է բարձր քիմիական ակտիվություն ցուցաբերել՝ լինելով մաքուր նյութ: Հիմնական բանը օքսիդ ֆիլմի վերացումն է: Այս դեպքում ակտիվությունը կտրուկ աճում է։

Ալյումինի որպես պարզ նյութի քիմիական հատկությունները որոշվում են նրա հետ արձագանքելու կարողությամբ՝

• թթուներ;
• ալկալի;
• հալոգեններ;
• մոխրագույն.

Նորմալ պայմաններում ջրի հետ չի փոխազդում: Ընդ որում, հալոգեններից, առանց տաքացման, այն արձագանքում է միայն յոդի հետ։ Այլ ռեակցիաները պահանջում են ջերմաստիճան:

Կարելի է բերել օրինակներ, որոնք ցույց են տալիս ալյումինի քիմիական հատկությունները: Փոխազդեցության ռեակցիայի հավասարումներ՝ -ի հետ

• թթուներ - AL + HCL=AlCL₃ + H_2;

• ալկալիներ - 2Al + 6H₂O + 2NaOH=Na[Al(OH)₄] + 3H ₂;

• հալոգեններ - AL + Hal=ALHal_3;
• մոխրագույն - 2AL + 3S=AL₂S_3.

Ընդհանուր առմամբ, խնդրո առարկա նյութի ամենակարևոր հատկությունը նրա միացություններից այլ տարրերը վերականգնելու բարձր կարողությունն է:

Վերականգնողական հզորություն

Ալյումինի վերականգնող հատկությունները լավ նկատվում են այլ մետաղների օքսիդների հետ փոխազդեցության ռեակցիաներում: Այն հեշտությամբ հանում է դրանք նյութի բաղադրությունից և թույլ է տալիս գոյություն ունենալ պարզ ձևով: Օրինակ՝ Cr₂O₃ + AL=AL₂O_{3 + կր.}

Մետալուրգիայում գոյություն ունի նյութեր ստանալու մի ամբողջ տեխնիկա,նման արձագանքների հիման վրա: Այն կոչվում է ալյումինոթերմիա։ Հետևաբար, քիմիական արդյունաբերության մեջ այս տարրը օգտագործվում է հենց այլ մետաղներ ստանալու համար։

Տարածվել բնության մեջ

Մյուս մետաղական տարրերի մեջ տարածվածության առումով ալյումինը առաջին տեղում է: Նրա պարունակությունը երկրակեղևում կազմում է 8,8%։ Եթե համեմատենք ոչ մետաղների հետ, ապա նրա տեղը կլինի երրորդը՝ թթվածնից և սիլիցիումից հետո։

Իր բարձր քիմիական ակտիվության շնորհիվ այն չի հանդիպում մաքուր տեսքով, այլ միայն որպես տարբեր միացությունների մաս։ Այսպիսով, օրինակ, կան բազմաթիվ հանքաքարեր, օգտակար հանածոներ, ապարներ, որոնք ներառում են ալյումին։ Այնուամենայնիվ, այն արդյունահանվում է միայն բոքսիտներից, որոնց պարունակությունը բնության մեջ այնքան էլ բարձր չէ։

Այս մետաղը պարունակող ամենատարածված նյութերը՝

• feldspars;
• բոքսիտներ;
• գրանիտ;
• սիլիկիա;
• ալյումինոսիլիկատներ;
• բազալտներ և այլք։

Փոքր քանակությամբ ալյումինը պարտադիր կենդանի օրգանիզմների բջիջների մի մասն է։ Մամուռների և ծովային կենդանիների որոշ տեսակներ կարող են այս տարրը կուտակել իրենց մարմնի ներսում իրենց կյանքի ընթացքում:

Ստանալ

Ալյումինի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները թույլ են տալիս այն ստանալ միայն մեկ եղանակով՝ համապատասխան օքսիդի հալվածքի էլեկտրոլիզով։ Այնուամենայնիվ, այս գործընթացը տեխնոլոգիապես բարդ է: AL₂O₃-ի հալման կետը գերազանցում է 2000 ^{0C: Դրա պատճառով այն չի կարող ուղղակիորեն էլեկտրոլիզվել: Այսպիսովշարունակեք հետևյալ կերպ.}

1. Բոքսիտներ են արդյունահանվում.
2. Մաքրե՛ք դրանք կեղտից՝ թողնելով միայն ալյումինի օքսիդ։
3. Այնուհետև կրիոլիտը հալեցնում են։
4. Այնտեղ ավելացրեք օքսիդ:
5. Այս խառնուրդը էլեկտրոլիզվում է և ստացվում է մաքուր ալյումին և ածխաթթու գազ։

Ապրանքի եկամտաբերությունը 99,7% է: Այնուամենայնիվ, կարելի է ձեռք բերել էլ ավելի մաքուր մետաղ, որն օգտագործվում է տեխնիկական նպատակներով։

Դիմում

Ալյումինի մեխանիկական հատկությունները այնքան էլ լավ չեն, որպեսզի այն օգտագործվի իր մաքուր տեսքով: Հետեւաբար, այս նյութի վրա հիմնված համաձուլվածքները առավել հաճախ օգտագործվում են: Դրանք շատ են, կարող ենք նշել ամենահիմնականները։

1. Duralumin.
2. Ալյումին-մանգան.
3. Ալյումին-մագնեզիում.
4. Ալյումին-պղինձ.
5. Silumins.
6. Ավիալ.

Նրանց հիմնական տարբերությունը, իհարկե, երրորդ կողմի հավելումներն են: Դրանք բոլորը հիմնված են ալյումինի վրա։ Այլ մետաղները նյութը դարձնում են ավելի դիմացկուն, կոռոզիայից դիմացկուն, մաշվածության դիմացկուն և ճկուն:

Ալյումինի կիրառման մի քանի հիմնական ուղղություններ կան ինչպես մաքուր, այնպես էլ նրա միացությունների (համաձուլվածքների) տեսքով:

1. Տանը օգտագործվող մետաղալար և փայլաթիթեղ պատրաստելու համար։
2. Խոհանոցային սպասքի պատրաստում.
3. Ավիաարդյունաբերություն.
4. Նավաշինություն.
5. Շինարարություն և ճարտարապետություն.
6. Տիեզերական արդյունաբերություն.
7. Ռեակտորների կառուցում.

Երկաթի և նրա հետ միասինալյումինե համաձուլվածքներ - ամենակարեւոր մետաղը: Պարբերական համակարգի այս երկու ներկայացուցիչներն են, որ գտել են մարդու ձեռքերում ամենալայն արդյունաբերական օգտագործումը:

Ալյումինի հիդրօքսիդի հատկությունները

Հիդրօքսիդը ամենատարածված միացությունն է, որը ձևավորում է ալյումին: Նրա քիմիական հատկությունները նույնն են, ինչ մետաղի հատկությունները. այն ամֆոտեր է: Սա նշանակում է, որ այն կարող է դրսևորել երկակի բնույթ՝ արձագանքելով և՛ թթուների, և՛ ալկալիների հետ:

Ալյումինի հիդրօքսիդն ինքնին սպիտակ ժելատինային նստվածք է: Հեշտ է ստանալ այն ալյումինի աղը ալկալիի կամ ամոնիումի հիդրօքսիդի հետ հակազդելով: Թթուների հետ արձագանքելիս այս հիդրօքսիդը տալիս է սովորական համապատասխան աղ և ջուր: Եթե ռեակցիան ընթանում է ալկալիով, ապա առաջանում են ալյումինի հիդրոքսոմպլեքսներ, որոնց կոորդինացիոն թիվը 4 է։ Օրինակ՝ Na[Al(OH)_{4] - նատրիումի տետրահիդրոքսոալյումինատ։}