אלומיניום: תכונות כימיות ופיזיקליות

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 17:47

מתכות הן אחד החומרים הנוחים ביותר לעיבוד. יש להם גם מנהיגים משלהם. לדוגמה, התכונות הבסיסיות של האלומיניום ידועות לאנשים כבר זמן רב. הם כל כך מתאימים לשימוש בחיי היומיום שמתכת זו הפכה לפופולרית מאוד. מהן התכונות של אלומיניום כחומר פשוט וכאטום, נשקול במאמר זה.

ההיסטוריה של גילוי האלומיניום

במשך זמן רב הכיר האדם את תרכובת המתכת המדוברת - אלום אשלגן. הוא שימש כחומר המסוגל להתנפח ולחבר את מרכיבי התערובת יחד; הדבר היה נחוץ גם בהלבשה של מוצרי עור. קיומה של תחמוצת אלומיניום טהורה נודע במאה ה-18, במחציתה השנייה. עם זאת, לא הושג חומר טהור.

הצליח לבודד את המתכת מהכלוריד שלה בפעם הראשונה המדען H. K. Oersted. הוא זה שטיפל במלח באמלגם אשלגן ובודד מהתערובת אבקה אפורה שהייתה אלומיניום בצורתו הטהורה.

אז התברר שהתכונות הכימיות של האלומיניום באות לידי ביטוי בפעילותו הגבוהה, יכולת הפחתה חזקה. לכן, אף אחד אחר לא עבד איתו במשך זמן רב.

עם זאת, בשנת 1854, הצרפתי דוויל הצליח להשיג מטילי מתכת באמצעות אלקטרוליזה נמסה. שיטה זו רלוונטית גם היום. בייחוד ייצור המוני של חומר יקר ערך החל במאה ה-20, כאשר נפתרו בעיות השגת כמות גדולה של חשמל במפעלים.

היום, מתכת זו היא אחת הפופולריות והמשמשות ביותר בתעשיות בנייה ומשק בית.

מאפיינים כלליים של אטום האלומיניום

אם נאפיין את היסוד הנחשב לפי מיקומו במערכת המחזורית, נוכל לייחד מספר נקודות.

1. מספר רגיל - 13.
2. ממוקם בתקופה הקטנה השלישית, הקבוצה השלישית, תת-הקבוצה הראשית.
3. מסה אטומית - 26, 98.
4. מספר אלקטרוני ערכיות - 3.
5. תצורת השכבה החיצונית מבוטאת כ-3 שניות²3p^1.
6. שם הרכיב הוא אלומיניום.
7. תכונות המתכת חזקות.
8. אין איזוטופים בטבע, קיים רק בצורה אחת, עם מספר מסה של 27.
9. הסמל הכימי הוא AL, נקרא "אלומיניום" בנוסחאות.
10. מצב החמצון הוא אחד, שווה ל-+3.

התכונות הכימיות של האלומיניום מאושרות במלואן על ידי המבנה האלקטרוני של האטום שלו, מכיוון שיש לו רדיוס אטומי גדול וזיקת אלקטרונים נמוכה, הוא מסוגל לפעול כחומר מפחית חזק, כמו כל המתכות הפעילות.

אלומיניום כחומר פשוט: תכונות פיזיקליות

אם אנחנו מדברים על אלומיניום, מה דעתכםחומר פשוט, זוהי מתכת מבריקה כסופה-לבנה. באוויר, הוא מתחמצן במהירות ומתכסה בסרט תחמוצת צפוף. אותו דבר קורה עם הפעולה של חומצות מרוכזות.

הנוכחות של תכונה כזו הופכת מוצרים העשויים ממתכת זו לעמידים בפני קורוזיה, מה שכמובן נוח מאוד לאנשים. לכן, אלומיניום הוא שמוצא יישום כה רחב בבנייה. תכונות החומר מעניינות גם בכך שמתכת זו קלה מאוד, תוך שהיא חזקה ורכה. השילוב של מאפיינים כאלה אינו זמין לכל חומר.

ישנן מספר תכונות פיזיקליות בסיסיות האופייניות לאלומיניום.

1. דרגה גבוהה של גמישות וגמישות. נייר כסף קל, חזק ודק מאוד עשוי מהמתכת הזו, הוא גם מגולגל לחוט.
2. נקודת התכה - 660 0C.
3. נקודת רתיחה - 2450 0C.
4. צפיפות - 2.7 גרם/ס"מ3.
5. נפח סריג קריסטל במרכז פנים, מתכתי.
6. סוג חיבור - מתכת.

התכונות הפיזיקליות והכימיות של האלומיניום קובעות את אזורי היישום והשימוש שלו. אם אנחנו מדברים על היבטים יומיומיים, אז המאפיינים שכבר נחשבו על ידינו לעיל משחקים תפקיד גדול. כמתכת קלה, עמידה ואנטי קורוזיבית, האלומיניום משמש בבניית מטוסים וספינות. לכן, חשוב מאוד להכיר את המאפיינים האלה.

מאפיינים כימיים של אלומיניום

מנקודת המבטכימיה, המתכת המדוברת היא חומר מפחית חזק המסוגל להפגין פעילות כימית גבוהה, בהיותה חומר טהור. העיקר הוא לחסל את סרט התחמוצת. במקרה זה, הפעילות עולה בחדות.

התכונות הכימיות של האלומיניום כחומר פשוט נקבעות על ידי יכולתו להגיב עם:

• acids;
• alkali;
• halogens;
• אפור.

אין אינטראקציה עם מים בתנאים רגילים. יחד עם זאת, מהלוגנים, ללא חימום, הוא מגיב רק עם יוד. תגובות אחרות דורשות טמפרטורה.

אפשר לתת דוגמאות הממחישות את התכונות הכימיות של האלומיניום. משוואות תגובת אינטראקציה עם:

• acids - AL + HCL=AlCL₃ + H_2;

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

• halogens - AL + Hal=ALHal_3;
• grey - 2AL + 3S=AL₂S_3.

באופן כללי, התכונה החשובה ביותר של החומר הנדון היא יכולתו הגבוהה לשחזר יסודות אחרים מהתרכובות שלהם.

יכולת שיקום

תכונות ההפחתה של האלומיניום מתוארות היטב בתגובות של אינטראקציה עם תחמוצות של מתכות אחרות. הוא מחלץ אותם בקלות מהרכב החומר ומאפשר להם להתקיים בצורה פשוטה. לדוגמה: Cr₂O₃ + AL=AL₂O_{3 + Cr.}

במטלורגיה, יש טכניקה שלמה להשגת חומרים,על סמך תגובות כאלה. זה נקרא אלומינותרמיה. לכן, בתעשייה הכימית משתמשים באלמנט זה בדיוק להשגת מתכות אחרות.

פזר בטבע

במונחים של שכיחות בין שאר יסודות מתכת, האלומיניום במקום הראשון. תכולתו בקרום כדור הארץ היא 8.8%. אם משווים אותו ללא מתכות, אז המקום שלו יהיה שלישי, אחרי חמצן וסיליקון.

בשל פעילותו הכימית הגבוהה, הוא אינו נמצא בצורתו הטהורה, אלא רק כחלק מתרכובות שונות. אז, למשל, יש הרבה עפרות, מינרלים, סלעים, הכוללים אלומיניום. עם זאת, הוא נכרה רק מבוקסיטים, שתכולתם אינה גבוהה מדי באופיים.

החומרים הנפוצים ביותר המכילים את המתכת המדוברת:

• feldspars;
• bauxites;
• granites;
• silica;
• aluminosilicates;
• בזלת ואחרים.

בכמות קטנה, האלומיניום הוא בהכרח חלק מתאי האורגניזמים החיים. מינים מסוימים של אזובי מועדון וחיים ימיים מסוגלים לצבור אלמנט זה בתוך גופם במהלך חייהם.

קבל

התכונות הפיזיקליות והכימיות של האלומיניום מאפשרות להשיגו רק בדרך אחת: על ידי אלקטרוליזה של נמס של התחמוצת המתאימה. עם זאת, תהליך זה מורכב מבחינה טכנולוגית. נקודת ההיתוך של AL₂O₃ היא מעל 2000 ^{0C. בגלל זה, זה לא יכול להיות אלקטרוליזה ישירות. כךהמשך כדלקמן.}

1. בוקסיטים נכרים.
2. נקה אותם מזיהומים, ומשאיר רק תחמוצת אלומיניום.
3. ואז הקריוליט נמס.
4. הוסף אוקסיד לשם.
5. תערובת זו עוברת אלקטרוליזה ומתקבלים אלומיניום טהור ופחמן דו חמצני.

תשואת המוצר היא 99.7%. עם זאת, אפשר להשיג מתכת טהורה עוד יותר, המשמשת למטרות טכניות.

Application

התכונות המכניות של האלומיניום אינן מספיק טובות לשימוש בצורתו הטהורה. לכן, לרוב משתמשים בסגסוגות המבוססות על חומר זה. יש הרבה מהם, אנחנו יכולים למנות את הבסיסיים ביותר.

1. Duralumin.
2. אלומיניום-מנגן.
3. אלומיניום-מגנזיום.
4. אלומיניום-נחושת.
5. Silumins.
6. Avial.

ההבדל העיקרי ביניהם הוא, כמובן, תוספים של צד שלישי. כולם מבוססים על אלומיניום. מתכות אחרות הופכות את החומר לעמיד יותר, עמיד בפני קורוזיה, עמיד בפני שחיקה וניתן לעיבוד.

ישנם מספר תחומי יישום עיקריים של אלומיניום הן בצורה טהורה והן בצורת התרכובות שלו (סגסוגות).

1. להכנת חוטים ונייר כסף המשמשים בבית.
2. הכנת כלי בישול.
3. תעשיית המטוסים.
4. בניית ספינות.
5. בנייה ואדריכלות.
6. תעשיית החלל.
7. בניית כורים.

ביחד עם ברזל ושלוסגסוגות אלומיניום - המתכת החשובה ביותר. שני הנציגים הללו של המערכת המחזורית הם שמצאו את השימוש התעשייתי הנרחב ביותר בידי אדם.

מאפיינים של אלומיניום הידרוקסיד

הידרוקסיד היא התרכובת הנפוצה ביותר שיוצרת אלומיניום. התכונות הכימיות שלה זהות לאלו של המתכת עצמה - היא אמפוטרית. משמעות הדבר היא שהוא מסוגל להפגין אופי כפול, להגיב גם עם חומצות וגם עם אלקליות.

אלומיניום הידרוקסיד עצמו הוא משקע ג'לטיני לבן. קל להשיג אותו על ידי תגובה של מלח אלומיניום עם אלקלי או אמוניום הידרוקסיד. כאשר מגיבים עם חומצות, הידרוקסיד זה נותן את המלח והמים המקבילים הרגילים. אם התגובה ממשיכה עם אלקלי, אז נוצרים קומפלקסים של אלומיניום הידרוקסו-קומפלקסים, שבהם מספר הקואורדינציה שלו הוא 4. דוגמה: Na[Al(OH)_{4] - סודיום טטרהידרוקסואלומינאט.}