Предыдущая статья:
Начало:
Что такое алюминий, вы наверняка знаете: это серебристый металл, легкий, ковкий, мягкий:
Алюминиевые ложки, например, легко гнуться, в отличие от стальных. Но нас, конечно же интересует больше химия алюминия. Поехали.
Алюминий в таблице Менделеева идет после магния и стоит в ряду третьим, поэтому он трехвалентный:
Его место в таблице как раз и определяет его химические свойства.
Алюминий, как и магний, покрыт слоем оксидной пленки, поэтому на воздухе он практически ни с чем не реагирует и является довольно коррозиестойким материалом. Алюминий не реагирует даже с азотной кислотой и концентрированной серной кислотой. А вот с разбавленной реагирует, как бы странно это не звучало. Почему? Потому что разбавленная кислота разрушает оксидную пленку, концентрированная – нет.
С кислородом в обычных условиях алюминий так же не соединяется. Не горит (если в виде кусков). А вот в виде порошка алюминий очень даже хорошо горит (как и магний, собственно). При этом получается оксид алюминия:
На уроке
Я писал о планах по дальнейшим урокам. Напомню этот тезис: «А теперь о дальнейших планах по урокам «Химия для чайников». Я буду повторять школьный курс химии и изучать новый материал (который в школе не проходят). Этот материал мне понадобится для написания нового фантастического романа, и я приглашаю вас изучать все это вместе со мной: я буду простыми словами рассказывать о том, что повторил или изучил сам и использовать даже художественные образы. О чем будет этот роман? Он будет о том, как на другую планету, находящуюся в системе Проксиома Центавра, отправился звездолет. А там… странные формы жизни на основе альтернативной биохимии».
Кстати, это будет даже не один роман а цикл:
И первый роман уже вышел:
Что касается неорганической химии, я обещал, что: «Будем разбирать таблицу Менделеева и изучать различные неорганические соединения. Так же я познакомлю вас с некоторыми производственными технологиями, где используются знания неорганической химии. Кроме того, я познакомлю вас с химией земной коры и других планет Солнечной Системы».
Пришло время начать выполнять обещания, касающиеся «химии земной коры и других планет Солнечной Системы». Мы уже подошли к тем элементам, которые как раз являться основной «химии Земли». Алюминий один из них, его оксид, в частности, входит в состав глины (до 40%). Кроме него в состав глины так же входит и оксид кремния (SiO2).
Но вернемся, непосредственно, к алюминию. Продолжим говорить о его химических свойствах. Кроме того, что этот металл горит, если он в виде стружки, он еще и с галогенами реагирует, притом, при комнатной температуре (кроме фтора). Например:
При высокой температуре соединяется с расплавленной серой:
Получаемое при этом белое вещество называется сульфид алюминия.
Вообще, при высокой температуре алюминий реагирует и с другими неметаллами, например, с азотом:
С фтором:
С углеродом:
И даже с фосфором:
Если у алюминия удалить защитную пленку, например, раствором горячей щелочи или сплавом ртути с другими металлами (которые еще называются амальгами), то он будет реагировать с водой:
А при высокой температуре алюминий реагирует даже с водой, точнее, с водяным паром:
Этот металл вступает в реакцию со щелочами, например:
Образующаяся при этом соль называется алюминат натрия.
Возможна и другая реакция:
Алюминий легко растворяется в разбавленной серной или соляной кислоте:
Так же алюминий восстанавливает различные металлы и неметаллы из оксидов:
Такие реакции получили название алюминотермия. Часто ее используют для получения трудновосстановимых металлов и металлоидов, таких как хром, марганец, бериллий и бор. Для протекания реакции создают термитную смесь, состоящую из алюминия, подлежащего восстановлению оксида и различных вспомогательных веществ, в частности, катализаторов. Затем эту смесь поджигают. После этого начинается реакция восстановления, которая сопровождается выделением большого количества теплоты. Иногда смесь может нагреваться до температуры 3000 градусов Цельсия.
Подобная реакция восстановления объясняется тем, что из нескольких возможных химических реакций, как правило, идёт та реакция, при которой выделяется наибольшее количество теплоты. При окислении алюминия кислородом в Al₂O₃ выделяется порядка 30 кДж/моль, что превосходит теплоту сгорания (окисления) других металлов.
Теперь немного поговорим о применении алюминия. Про алюминиевые ложки, вы, наверняка уже знаете и даже сами их видели. Но не только их изготавливают из этого легкого и ковкого металла. Он легко подвергается штамповке, обладает высокой коррозионной стойкостью, именно поэтому и нашел очень широкое применение в различных отраслях. Так, в пищевой промышленности алюминий применяется для изготовления фольги (потому что он ни разу не ядовит). По этой же причине из него изготавливают банки для пива. Так как алюминий очень легкий, то из него изготавливают различные детали для авиационной и космической техники.
Так же из алюминия изготавливают провода, потому что его электропроводность всего лишь в 1,7 раз меньше, чем у меди, но зато он очень дешевый, дешевле меди аж в 4 раза.
Кроме того, алюминий используется:
· Для производства зеркал, благодаря дешевизне, высокой отражающей способности и легкости напыления.
· Для подавления шумов в аудио-аппаратуре, так как этот металл имеет низкую звукопроводность.
· В пиротехнике (так же как и магний).
· В черной металлургии (как сильный раскислитель).
· В криогенной технике (так как при низких температурах, в отличие от других металлов, он не становится хрупким).
Как видим, алюминий нужен во многих областях человеческой деятельности. И, теперь, по традиции, зададим вопрос: раз он так нужен, как же его добыть? А вот тут, внезапно, сложности. Алюминий сам является сильным восстановителем, и его нельзя просто так взять и восстановить из оксидов, даже углеродом, как, например, в металлургии восстанавливают железо. Кроме того, большинство алюминиевых руд, в частности, боксиды, корунд, имеют очень высокую температуру плавления. В общем, засада.
Как же быть? Химики нашли выход. Чарльз Холом и Пол Эру в 1886 году предложили метод, который заключается в том, что сначала расплав оксида алюминия (входит в различные алюминиевые руды) растворяют в расплаве криолита (Na3AlF6), далее проводят электролиз с использованием угольных электродов (коксовых или графитовых). В процесс работы эти электроды изнашиваются и они идут как расходный материал.
При этом идет вот такая вот реакция:
Для производства тонны чернового алюминия уходит 1920 кг глинозёма, 65 кг криолита, 35 кг фторида алюминия, 600 кг анодных графитовых электродов и около 17 МВт·ч электроэнергии (~61 ГДж)
В лабораторных условиях алюминий можно получить путем восстановления металлическим калием из хлорида алюминия:
Ну, и напоследок, о биологической роли алюминия. Это будет очень короткий абзац, потому что тут сказать нечего, ибо никакой биологической роли у алюминия нет. На сегодняшний день неизвестно ни одного организма, который бы использовал в своем метаболизме алюминий. Можно даже сказать, что алюминий ядовит (но не сильно, помните что я вначале сказал, что алюминий не токсичен?). Так что не ешьте алюминиевую фольгу. Но если кусочек проглотили, например, вместе с курочкой, которую запекли в такой фольге – не страшно, как я уже сказал, он не сильно ядовит (по крайней мере, не так сильно, как тяжелые металлы) и от маленькой крошки металла ничего не будет. Немного более ядовиты соли алюминия, в частности, хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты, фосфиты.
На этом все, если понравилось, ставьте лайки и подкусывайтесь на канал, в таблице Менделеева еще много элементов, о которых стоит рассказать, а их соединений вообще до кучи.