Metallid on üks kõige mugavam alt töödeldavaid materjale. Neil on ka oma juhid. Näiteks alumiiniumi põhiomadused on inimestele teada juba ammu. Need sobivad igapäevaelus kasutamiseks nii hästi, et see metall on muutunud väga populaarseks. Millised on alumiiniumi kui lihtaine ja aatomi omadused, käsitleme selles artiklis.
Alumiiniumi avastamise ajalugu
Inimene on juba pikka aega tundnud kõnealuse metalli ühendit – kaaliummaarjast. Seda kasutati segu komponente paisutava ja omavahel siduva vahendina, see oli vajalik ka nahktoodete riietamisel. Puhta alumiiniumoksiidi olemasolu sai teatavaks 18. sajandil, selle teisel poolel. Puhast ainet aga ei saadud.
Teadlasel H. K. Oerstedil õnnestus metall kloriidist esimest korda eraldada. Just tema töötles soola kaaliumamalgaamiga ja eraldas segust halli pulbri, mis oli puhtal kujul alumiinium.
Siis sai selgeks, et alumiiniumi keemilised omadused avalduvad selle kõrges aktiivsuses, tugevas redutseerimisvõimes. Seetõttu ei töötanud keegi teine temaga pikka aega koos.
Kuid 1854. aastal suutis prantslane Deville sulaelektrolüüsi abil saada metallist valuplokke. See meetod on aktuaalne ka tänapäeval. Eriti väärtusliku materjali masstootmine algas 20. sajandil, mil lahendati ettevõtetes suure hulga elektrienergia hankimise probleemid.
Tänapäeval on see metall ehitus- ja majapidamistööstuses üks populaarsemaid ja kasutatavamaid.
Alumiiniumi aatomi üldised omadused
Kui iseloomustame vaadeldavat elementi selle positsiooni järgi perioodilisuse süsteemis, saame välja tuua mitu punkti.
- Järjearv – 13.
- Asub kolmandas alarühmas, kolmandas rühmas, peamises alarühmas.
- Aatommass – 26, 98.
- Valentselektronide arv – 3.
- Väliskihi konfiguratsioon on väljendatud kujul 3s23p1.
- Elemendi nimi on alumiinium.
- Metalli omadused on tugevad.
- Looduses pole isotoope, eksisteerib ainult ühel kujul, massiarvuga 27.
- Keemiline sümbol on AL, valemites loetakse "alumiinium".
- Oksüdatsiooniaste on üks, võrdne +3.
Alumiiniumi keemilisi omadusi kinnitab täielikult selle aatomi elektrooniline struktuur, kuna suure aatomiraadiuse ja madala elektronafiinsusega on see võimeline toimima tugeva redutseerijana, nagu kõik aktiivsed metallid.
Alumiinium kui lihtne aine: füüsikalised omadused
Kui me räägime alumiiniumist, siis kuidaslihtne aine, see on hõbevalge läikiv metall. Õhus oksüdeerub see kiiresti ja kattub tiheda oksiidkilega. Sama juhtub kontsentreeritud hapete toimel.
Sellise funktsiooni olemasolu muudab sellest metallist valmistatud tooted korrosioonikindlaks, mis on loomulikult inimestele väga mugav. Seetõttu leiab ehituses nii laialdast rakendust just alumiinium. Aine omadused on huvitavad ka selle poolest, et see metall on väga kerge, samas tugev ja pehme. Selliste omaduste kombinatsioon pole iga aine jaoks saadaval.
Alumiiniumile on iseloomulikud mitmed põhilised füüsikalised omadused.
- Kõrge vormitavus ja elastsus. Sellest metallist on valmistatud kerge, tugev ja väga õhuke foolium, mis on ka traadiks rullitud.
- Sulamistemperatuur – 660 0C.
- Keemistemperatuur – 2450 0C.
- Tihedus – 2,7 g/cm3.
- Kristallvõre ruumala näokeskne, metallik.
- Ühenduse tüüp – metall.
Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused määravad ära selle kasutus- ja kasutusvaldkonnad. Kui rääkida igapäevastest aspektidest, siis meie poolt juba eespool käsitletud omadused mängivad suurt rolli. Kerge, vastupidava ja korrosioonivastase metallina kasutatakse alumiiniumi lennuki- ja laevaehituses. Seetõttu on neid omadusi väga oluline teada.
Alumiiniumi keemilised omadused
Vaatepunktistkeemias on kõnealune metall tugev redutseerija, mis on puhas aine, millel on kõrge keemiline aktiivsus. Peaasi on oksiidkile kõrvaldada. Sel juhul suureneb aktiivsus järsult.
Alumiiniumi kui lihtsa aine keemilised omadused määratakse selle võime järgi reageerida:
- happed;
- leelis;
- halogeenid;
- hall.
Ta ei suhtle tavatingimustes veega. Samal ajal reageerib see halogeenidest ilma kuumutamiseta ainult joodiga. Muud reaktsioonid nõuavad temperatuuri.
Alumiiniumi keemilisi omadusi illustreerivaid näiteid on võimalik tuua. Koostoime reaktsioonivõrrandid:
- happed – AL + HCL=AlCL3 + H2;
-
leelised - 2Al + 6H2O + 2NaOH=Na[Al(OH)4] + 3H 2;
- halogeenid – AL + Hal=ALHal3;
- hall – 2AL + 3S=AL2S3.
Üldiselt on kõnealuse aine kõige olulisem omadus selle kõrge võime taastada nende ühenditest teisi elemente.
Taastav võime
Alumiiniumi redutseerivad omadused on hästi jälgitavad reaktsioonides teiste metallide oksiididega. See eraldab need kergesti aine koostisest ja võimaldab neil lihtsal kujul eksisteerida. Näiteks: Cr2O3 + AL=AL2O3 + Cr.
Metallurgias on ainete saamiseks terve tehnika,selliste vastuste põhjal. Seda nimetatakse aluminotermiaks. Seetõttu kasutatakse keemiatööstuses seda elementi just teiste metallide saamiseks.
Levike looduses
Muude metallelementide hulgas on esikohal alumiinium. Selle sisaldus maakoores on 8,8%. Kui võrrelda mittemetallidega, siis on selle koht hapniku ja räni järel kolmas.
Oma kõrge keemilise aktiivsuse tõttu ei leidu seda puhtal kujul, vaid ainult osana erinevatest ühenditest. Nii on näiteks palju maake, mineraale, kivimeid, mille hulka kuulub ka alumiinium. Seda kaevandatakse aga ainult boksiitidest, mille sisaldus ei ole looduses liiga kõrge.
Kõige levinumad kõnealust metalli sisaldavad ained:
- päevakivi;
- boksiidid;
- graniidid;
- ränidioksiid;
- alumosilikaadid;
- bas altid ja teised.
Väikeses koguses on alumiinium tingimata osa elusorganismide rakkudest. Mõned samblaliigid ja mereelustikud suudavad seda elementi oma kehasse oma elu jooksul koguda.
Võta vastu
Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused võimaldavad seda saada ainult ühel viisil: vastava oksiidi sulami elektrolüüsil. See protsess on aga tehnoloogiliselt keeruline. AL2O3 sulamistemperatuur on üle 2000 0C. Seetõttu ei saa seda otse elektrolüüsida. Niisiistoimige järgmiselt.
- Kaevandatakse boksiite.
- Puhastage need lisanditest, jättes alles ainult alumiiniumoksiidi.
- Siis sulatatakse krüoliit.
- Lisage sinna oksiid.
- Segu elektrolüüsitakse ja saadakse puhas alumiinium ja süsinikdioksiid.
Toote tootlus on 99,7%. Siiski on võimalik saada veelgi puhtamat metalli, mida kasutatakse tehnilistel eesmärkidel.
Rakendus
Alumiiniumi mehaanilised omadused ei ole piisav alt head, et seda puhtal kujul kasutada. Seetõttu kasutatakse kõige sagedamini sellel ainel põhinevaid sulameid. Neid on palju, me võime nimetada kõige elementaarsemad.
- Duraalumiinium.
- Alumiinium-mangaan.
- Alumiinium-magneesium.
- Alumiinium-vask.
- Silumiinid.
- Avial.
Nende peamine erinevus on loomulikult kolmandate osapoolte lisandid. Kõik need põhinevad alumiiniumil. Muud metallid muudavad materjali vastupidavamaks, korrosioonikindlamaks, kulumiskindlaks ja tempermalmist.
Alumiiniumi nii puhtal kujul kui ka ühendite (sulamite) kujul on mitu peamist kasutusvaldkonda.
- Kodus kasutatava traadi ja fooliumi valmistamiseks.
- Kööginõude valmistamine.
- Lennukitööstus.
- Laevaehitus.
- Ehitus ja arhitektuur.
- Kosmosetööstus.
- Reaktorite ehitamine.
Koos rauaga ja sellealumiiniumsulamid - kõige olulisem metall. Just need kaks perioodilise süsteemi esindajat on leidnud inimkätes kõige ulatuslikuma tööstusliku kasutuse.
Alumiiniumhüdroksiidi omadused
Hüdroksiid on kõige levinum ühend, mis moodustab alumiiniumi. Selle keemilised omadused on samad, mis metallil endal – see on amfoteerne. See tähendab, et see on võimeline avaldama kahetist olemust, reageerides nii hapete kui ka leelistega.
Alumiiniumhüdroksiid ise on valge želatiinne sade. Seda on lihtne saada, pannes alumiiniumsoola reageerima leelise või ammooniumhüdroksiidiga. Hapetega reageerimisel annab see hüdroksiid tavalise vastava soola ja vee. Kui reaktsioon kulgeb leelisega, tekivad alumiiniumhüdroksokompleksid, milles selle koordinatsiooniarv on 4. Näide: Na[Al(OH)4] - naatriumtetrahüdroksoaluminaat.
