A hét eleme - Aluminium (Lehet 2024)
Alumínium (Al), szintén tönkölyes alumínium, kémiai elem, a periódusos rendszer 13. főcsoportjának (IIIa vagy bórcsoport) könnyű, ezüstfehér fémje. Az alumínium a legkiterjedtebb fém elem a földkéregben és a legszélesebb körben használt színesfém. Kémiai aktivitása miatt az alumínium a természetben soha nem fordul elő fémes formában, de vegyületei nagyobb vagy kisebb mértékben csaknem minden sziklában, növényzetben és állatban megtalálhatók. Az alumínium a földkéreg külső 10 mérföldön (16 km) koncentrálódik, amelyből körülbelül 8 tömegszázalék van; mennyiségét csak az oxigén és a szilícium túllépte. Az alumínium elnevezés az alumin latin szóból származik, amelyet a kálium-alum vagy alumínium-kálium-szulfát, KAl (SO 4) 2 leírására használnak.∙ 12H 2 O.
bór csoport elem
Bór (B), alumínium (Al), gallium (Ga), indium (In), tallium (Tl) és nihónium (Nh). Csoportként jellemzik őket, hogy háromuk van
Az elem tulajdonságai
| atomszám | 13 |
|---|---|
| atomtömeg | 26,9815 |
| olvadáspont | 660 ° C (1220 ° F) |
| forráspont | 2467 ° C (4,473 ° F) |
| fajsúly | 2,70 (20 ° C-on [68 ° F]) |
| vegyérték | 3 |
| elektronkonfiguráció | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 |
Előfordulás, felhasználások és tulajdonságok
Az alumínium az éghajlatlan kőzetekben elsősorban alumínium-szilikátként fordul elő földpárokban, földpáthoidokban és micákban; a belőlük származó talajban agyagként; és további időjárási körülmények között bauxit és vasban gazdag laterit formájában. A fő alumíniumérc a bauxit, a hidratált alumínium-oxidok keveréke. A néhány tudatlan kőzetben előforduló kristályos alumínium-oxidot (smaragd, korund) természetes csiszolóanyagként vagy finomabb fajtáiban rubinként és zafírként bányozzák. Az alumínium más drágakövekben is megtalálható, például a topázban, a gránátban és a krizoberilben. A sok más alumínium ásvány közül az alunitnak és a kriolitnak van valamilyen kereskedelmi jelentősége.
A nyers alumíniumot (1825) Hans Christian Ørsted dán fizikus izolálta az alumínium-klorid kálium-amalgámmal történő redukciójával. Sir Humphry Davy brit vegyész vas-alumínium ötvözetet készített (1809) olvadt alumínium-oxid (alumínium-oxid) elektrolizálásával, és már megnevezte az elemet alumíniumnak; később a szót az alumíniumra módosították Angliában és néhány más európai országban. Friedrich Wöhler német kémikus, kálium-fémet használva redukálószerként, alumíniumport (1827) és kis fémgömböket (1845) készített, amelyekből meg tudta határozni annak egyes tulajdonságait.
Az új fémet a párizsi kiállításon mutatták be a nagyközönségnek (1855) abban az időben, amikor elérhetővé vált (kis mennyiségben, nagy költséggel) az olvadt alumínium-klorid nátrium-redukciójával. Amikor az elektromos áram viszonylag bőséges és olcsó lett, szinte egyidejűleg Charles Martin Hall az Egyesült Államokban és a francia Paul-Louis-Toussaint Héroult fedezte fel (1886) az alumínium kereskedelmének modern módszerét: a tisztított alumínium-oxid (Al 2 O 3) elektrolízise feloldódott. olvadt kriolit (Na 3 AlF 6). Az 1960-as évek során az alumínium a réz előtti első helyen állt a színesfém világtermelésében. Az alumínium bányászatával, finomításával és előállításával kapcsolatos részletesebb információkért lásd az alumínium feldolgozása.
Az alumíniumot kis mennyiségben adják egyes fémekhez, hogy javítsák tulajdonságaikat speciális felhasználásokhoz, például az alumíniumbronzokban és a legtöbb magnézium-bázis ötvözetben; vagy alumínium alapú ötvözetek esetén mérsékelt mennyiségű más fémet és szilíciumot adnak az alumíniumhoz. A fémet és ötvözeteit széles körben használják repülőgépek gyártásához, építőanyagokhoz, tartós fogyasztási cikkekhez (hűtőszekrények, légkondicionálók, konyhai eszközök), elektromos vezetékekhez, valamint vegyi és élelmiszer-feldolgozó berendezésekhez.
A tiszta alumínium (99,996%) meglehetősen puha és gyenge; A kereskedelemben kapható alumínium (99–99,6% tisztaságú), kis mennyiségű szilíciummal és vasval, kemény és erős. Az alakítható és erősen formázható alumínium huzalba húzható vagy vékony fóliába hengerelhető. A fém csak körülbelül egyharmada olyan sűrű, mint a vas vagy a réz. Bár az alumínium kémiailag aktív, ennek ellenére rendkívül korrózióálló, mivel a levegőben kemény, kemény oxid film képződik a felületén.
Az alumínium kiváló hővezető és elektromos vezető. Hővezetőképessége körülbelül a rézéé felének felel meg; elektromos vezetőképessége, körülbelül kétharmada. Kristályosodik az arc-központú köbös struktúrában. Az összes természetes alumínium a stabil izotóp-alumínium-27. A fém alumínium, oxidja és hidroxidja nem mérgező.
Az alumíniumot lassan megtámadja a legtöbb híg sav és gyorsan feloldódik koncentrált sósavban. A koncentrált salétromsavat azonban alumínium tartálykocsikba szállíthatják, mert ez a fém passzívvá teszi. Még a nagyon tiszta alumíniumot is erősen megtámadják az alkáliák, például nátrium- és kálium-hidroxid, hidrogént és az aluminát-iont képezve. Mivel az oxigén iránti nagy affinitása van, a finoman eloszlatott alumínium ha meggyullad, szén-monoxidban vagy széndioxidban éget aluminium-oxid és -karbid képződésével, de a vörös hőmérsékletig tartó hőmérsékleten az alumínium inert a kénhez.
Az alumínium olyan koncentrációban is kimutatható, hogy egy milliárd rész az emisszióspektroszkópiával. Az alumínium mennyiségileg analizálható oxidként (Al 2 O 3 képlet) vagy a szerves nitrogénvegyület 8-hidroxi-kinolin származékaként. A származék molekuláris képlete Al (C 9 H 6 ON) 3.
vegyületek
Általában az alumínium háromértékű. Emelt hőmérsékleten, azonban néhány gáz halmazállapotú, egy- és kétértékű vegyületeket állítjuk elő (AICI, Al 2 O, AlO). Alumíniumban a három külső elektron konfigurációja olyan, hogy néhány vegyületben (például kristályos alumínium-fluoridban [AlF 3] és az alumínium-kloridban [AlCl 3]) a csupasz ion, az Al 3+, amely ezen elektronok veszteségéből áll, ismert módon fordul elő. Az Al 3+ -ion képzéséhez szükséges energia azonban nagyon magas, és az esetek többségében az alumínium-atom számára energetikai szempontból kedvezőbb az, ha sp 2 hibridizációval kovalens vegyületeket képeznek, mint a bór. Az Al 3+ ion hidratálással stabilizálható, és az oktaéderes ion [Al (H 2 O) 6] 3+ vizes oldatban és több sóban egyaránt fordul elő.
Számos alumíniumvegyület fontos ipari felhasználású. Az alumínium-oxidot, amely a természetben korundként is előfordul, kereskedelmi forgalomban is nagy mennyiségben készítik alumíniumfém előállításához, valamint szigetelők, gyújtógyertyák és különféle egyéb termékek gyártásához. Hevítéskor az alumínium-oxid porózus szerkezetet képez, amely lehetővé teszi a vízgőz adszorpcióját. Az alumínium-oxidnak ezt a formáját, a kereskedelemben aktív alumínium-oxidnak nevezik, gázok és bizonyos folyadékok szárítására használják. Hordozóként szolgál a különféle kémiai reakciók katalizátorai számára is.
Az anódos alumínium-oxid (AAO), amelyet általában az alumínium elektrokémiai oxidációjával állítanak elő, nanostrukturált alumínium-alapú anyag, nagyon egyedi szerkezetű. Az AAO hengeres pórusokat tartalmaz, amelyek különféle felhasználásokat tesznek lehetővé. Hő- és mechanikusan stabil vegyület, ugyanakkor optikailag átlátszó és elektromos szigetelő anyag. Az AAO pórusméretét és vastagságát könnyen meg lehet szabni bizonyos alkalmazásokhoz, ideértve sablonként való felhasználást az anyagok nanocsövekbe és nanoródokba történő szintéziséhez.
Egy másik fő vegyület az alumínium-szulfát, egy színtelen só, amelyet kénsav hidratált alumínium-oxidon történő reakciójával nyernek. A kereskedelmi formában egy hidratált kristályos szilárd anyag a kémiai képlete Al 2 (SO 4) 3. A papírgyártásban széles körben használják festékek kötőanyagaként és felületi töltőanyagként. Az alumínium-szulfát egyesül az egyértékű fémek szulfátokkal, és hidratált kettős szulfátokat képez, amelyeket aluminoknak hívnak. A alums, kettős sói képletű MAI (SO 4) 2 · 12H 2 O (ahol M jelentése egy egyszeres töltésű kation, mint például a K +), is tartalmaznak az Al 3+ ion; M lehet nátrium-, kálium-, rubídium-, cézium-, ammónium- vagy tallium-kation, és az alumínium számos más M 3+ ionokkal helyettesíthető - pl. Gallium, indium, titán, vanádium, króm, mangán, vas vagy kobalt. Az ilyen sók közül a legfontosabb az alumínium-kálium-szulfát, más néven kálium-alumínium vagy kálium-timföld. Ezeknek az alumoknak számos felhasználása van, különösen a gyógyszerek, textil és festékek gyártásában.
A gáznemű klór reakciója az olvadt alumíniumfémmel alumínium-kloridot eredményez; ez utóbbi a leggyakrabban alkalmazott katalizátor a Friedel-Crafts reakciók során, azaz szintetikus szerves reakciókban, amelyek sokféle vegyület előállításánál részt vesznek, ideértve az aromás ketonokat, az antrokinont és származékait. Helyileg alkalmazott izzadásgátló vagy testdezodorként hidratált alumínium-kloridot, más néven alumínium-klór-hidrátot, AlCl 3 3 H 2 O-t használnak, amely a pórusok összehúzódásával jár. Ez a kozmetikai iparban alkalmazott számos alumíniumsó közül egy.
Alumínium-hidroxid, Al (OH) 3, arra használjuk, hogy vízálló szövet és előállítására számos más alumínium-vegyületek, beleértve a sókat nevezzük aluminátok, amelyek tartalmazzák a AlO - 2 -csoport. Hidrogénnel, alumínium-formák-alumínium-hidrid, AIH 3, egy polimer szilárd, amelyből származnak a tetrohydroaluminates (fontos redukálószerek). Lítium-alumínium-hidrid (LiAIH 4), a reakciójával kialakított alumínium-klorid és lítium-hidridet, széles körben használják a szerves kémiában-pl, hogy csökkentsék aldehidek és ketonok a primer és szekunder alkoholok, ill.
