آلومینیوم: خواص شیمیایی و فیزیکی

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 17:45

فلزات یکی از راحت ترین مواد برای پردازش هستند. آنها همچنین رهبران خود را دارند. به عنوان مثال، خواص اولیه آلومینیوم از دیرباز برای مردم شناخته شده است. آنها به قدری برای استفاده در زندگی روزمره مناسب هستند که این فلز بسیار محبوب شده است. خواص آلومینیوم به عنوان یک ماده ساده و به عنوان یک اتم در این مقاله بررسی خواهیم کرد.

تاریخچه کشف آلومینیوم

مدتهاست که انسان ترکیب فلز مورد نظر - زاج پتاسیم را می شناسد. از آن به عنوان عاملی استفاده می شد که قادر بود اجزای مخلوط را متورم و به هم بچسباند؛ این امر در پانسمان محصولات چرمی نیز ضروری بود. وجود اکسید آلومینیوم خالص در قرن هجدهم در نیمه دوم آن شناخته شد. با این حال، هیچ ماده خالصی به دست نیامد.

برای اولین بار دانشمند H. K. Oersted موفق به جداسازی فلز از کلرید آن شد. او بود که نمک را با آمالگام پتاسیم درمان کرد و یک پودر خاکستری را از مخلوط جدا کرد که به شکل خالص آلومینیوم بود.

سپس مشخص شد که خواص شیمیایی آلومینیوم در فعالیت بالا و توانایی کاهش قوی آن آشکار می شود. بنابراین، هیچ کس دیگری برای مدت طولانی با او کار نکرد.

با این حال، در سال 1854، دویل فرانسوی توانست شمش های فلزی را با الکترولیز مذاب به دست آورد. این روش هنوز هم مربوط به امروز است. به خصوص تولید انبوه مواد با ارزش در قرن بیستم آغاز شد، زمانی که مشکلات به دست آوردن مقدار زیادی برق در شرکت ها حل شد.

امروزه این فلز یکی از پرطرفدارترین و مورد استفاده ترین در صنایع ساختمانی و خانگی است.

ویژگی های کلی اتم آلومینیوم

اگر عنصر مورد نظر را با موقعیت آن در سیستم تناوبی مشخص کنیم، می توانیم چندین نکته را مشخص کنیم.

1. شماره ترتیبی - 13.
2. واقع در سومین دوره فرعی، گروه سوم، زیرگروه اصلی.
3. جرم اتمی - 26، 98.
4. تعداد الکترونهای ظرفیت - 3.
5. پیکربندی لایه بیرونی به صورت 3s²3p^{1 بیان می شود.}
6. نام عنصر آلومینیوم است.
7. خواص فلز قوی است.
8. در طبیعت ایزوتوپ ندارد، فقط به یک شکل وجود دارد، با عدد جرمی 27.
9. نماد شیمیایی AL است که در فرمول ها به صورت "آلومینیوم" خوانده می شود.
10. وضعیت اکسیداسیون یک برابر است با +3.

خواص شیمیایی آلومینیوم به طور کامل توسط ساختار الکترونیکی اتم آن تأیید می شود، زیرا با داشتن شعاع اتمی زیاد و میل ترکیبی الکترونی کم، می تواند مانند تمام فلزات فعال به عنوان یک عامل احیا کننده قوی عمل کند.

آلومینیوم به عنوان یک ماده ساده: خواص فیزیکی

اگر در مورد آلومینیوم صحبت کنیم، چطور؟ماده ساده، یک فلز براق نقره ای-سفید است. در هوا، به سرعت اکسید می شود و با یک فیلم اکسید متراکم پوشیده می شود. همین اتفاق در مورد عمل اسیدهای غلیظ نیز رخ می دهد.

وجود چنین ویژگی باعث می شود محصولات ساخته شده از این فلز در برابر خوردگی مقاوم باشند که البته برای افراد بسیار راحت است. بنابراین، این آلومینیوم است که کاربرد گسترده ای در ساخت و ساز پیدا می کند. خواص این ماده نیز از این جهت جالب است که این فلز در عین محکم و نرم بودن بسیار سبک است. ترکیبی از چنین ویژگی هایی برای هر ماده ای در دسترس نیست.

چندین ویژگی فیزیکی اساسی وجود دارد که مشخصه آلومینیوم است.

1. درجه بالایی از چکش خواری و شکل پذیری. فویل سبک، محکم و بسیار نازک از این فلز ساخته شده و به شکل سیم نیز در می آید.
2. نقطه ذوب - 660 0C.
3. نقطه جوش - 2450 0C.
4. چگالی - 2.7 گرم در سانتی متر3.
5. حجم شبکه کریستالی رو به وسط، فلزی.
6. نوع اتصال - فلزی.

خواص فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم زمینه های کاربرد و کاربرد آن را تعیین می کند. اگر در مورد جنبه های روزمره صحبت کنیم، پس ویژگی هایی که قبلاً در بالا مورد توجه قرار گرفته ایم نقش مهمی ایفا می کنند. آلومینیوم به عنوان یک فلز سبک، بادوام و ضد خوردگی، در هواپیماسازی و کشتی سازی استفاده می شود. بنابراین، دانستن این خواص بسیار مهم است.

خواص شیمیایی آلومینیوم

از دیدگاهاز نظر شیمی، فلز مورد نظر یک عامل احیا کننده قوی است که قادر است فعالیت شیمیایی بالایی از خود نشان دهد، زیرا یک ماده خالص است. نکته اصلی این است که فیلم اکسید را از بین ببرید. در این حالت، فعالیت به شدت افزایش می یابد.

خواص شیمیایی آلومینیوم به عنوان یک ماده ساده با توانایی آن در واکنش با: تعیین می شود.

• اسیدها;
• قلیایی؛
• هالوژن؛
• خاکستری.

در شرایط عادی با آب تعامل ندارد. در عین حال، از هالوژن ها، بدون گرم کردن، فقط با ید واکنش نشان می دهد. سایر واکنش ها به دما نیاز دارند.

می توان مثال هایی را بیان کرد که خواص شیمیایی آلومینیوم را نشان می دهد. معادلات واکنش متقابل با:

• اسیدها - AL + HCL=AlCL₃ + H_2;

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

• هالوژن - AL + Hal=ALHal_3;
• خاکستری - 2AL + 3S=AL₂S_3.

به طور کلی مهمترین خاصیت ماده مورد بحث توانایی بالای آن در بازگرداندن سایر عناصر از ترکیبات آنهاست.

ظرفیت ترمیمی

خواص احیایی آلومینیوم در واکنش های برهمکنش با اکسیدهای فلزات دیگر به خوبی قابل ردیابی است. به راحتی آنها را از ترکیب ماده استخراج می کند و به آنها اجازه می دهد به شکل ساده وجود داشته باشند. به عنوان مثال: Cr₂O₃ + AL=AL₂O_{3 + Cr.}

در متالورژی، یک تکنیک کامل برای به دست آوردن مواد وجود دارد،بر اساس چنین پاسخ هایی به آن آلومینوترمی می گویند. بنابراین در صنایع شیمیایی از این عنصر دقیقاً برای به دست آوردن سایر فلزات استفاده می شود.

گسترش در طبیعت

از نظر شیوع در بین سایر عناصر فلزی، آلومینیوم در رتبه اول قرار دارد. محتوای آن در پوسته زمین 8.8٪ است. اگر با غیر فلزات مقایسه شود، پس از اکسیژن و سیلیکون، جایگاه سوم خواهد بود.

به دلیل فعالیت شیمیایی بالا، به صورت خالص یافت نمی شود، بلکه تنها به عنوان بخشی از ترکیبات مختلف یافت می شود. بنابراین، به عنوان مثال، بسیاری از سنگ معدن، مواد معدنی، سنگ وجود دارد که شامل آلومینیوم است. با این حال، تنها از بوکسیت هایی استخراج می شود که محتوای آنها در طبیعت زیاد نیست.

متداول ترین مواد حاوی فلز مورد نظر:

• فلدسپات;
• بوکسیت؛
• گرانیت;
• سیلیکا;
• آلومینوسیلیکات;
• بازالت و دیگران.

در مقدار کمی، آلومینیوم لزوماً بخشی از سلول های موجودات زنده است. برخی از گونه‌های خزه‌های باشگاهی و موجودات دریایی قادرند این عنصر را در طول زندگی خود در بدن خود جمع کنند.

دریافت

خواص فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم به دست آوردن آن را تنها از یک راه ممکن می کند: با الکترولیز مذاب اکسید مربوطه. با این حال، این فرآیند از نظر فنی پیچیده است. نقطه ذوب AL₂O₃ بیش از 2000 ^{0C است. به همین دلیل، نمی توان آن را مستقیماً الکترولیز کرد. بنابراینبه شرح زیر عمل کنید.}

1. بوکسیت ها استخراج می شوند.
2. آنها را از ناخالصی ها پاک کنید و فقط اکسید آلومینیوم باقی بماند.
3. سپس کرایولیت ذوب می شود.
4. اکسید را به آنجا اضافه کنید.
5. این مخلوط الکترولیز شده و آلومینیوم خالص و دی اکسید کربن به دست می آید.

بازده محصول 99.7٪ است. با این حال، می توان یک فلز حتی خالص تر را بدست آورد که برای اهداف فنی استفاده می شود.

برنامه

خواص مکانیکی آلومینیوم به اندازه کافی خوب نیست که بتوان از آن به شکل خالص استفاده کرد. بنابراین بیشتر از آلیاژهای مبتنی بر این ماده استفاده می شود. تعداد زیادی از آنها وجود دارد که می توانیم ابتدایی ترین آنها را نام ببریم.

1. Duralumin.
2. آلومینیوم-منگنز.
3. آلومینیوم-منیزیم.
4. آلومینیوم-مس.
5. Silumins.
6. Avial.

تفاوت اصلی آنها، البته، افزودنی های شخص ثالث است. همه آنها بر پایه آلومینیوم ساخته شده اند. سایر فلزات مواد را بادوام تر، مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر سایش و چکش خوار می کنند.

چندین زمینه اصلی کاربرد آلومینیوم هم به صورت خالص و هم به صورت ترکیبات آن (آلیاژ) وجود دارد.

1. برای ساخت سیم و فویل مورد استفاده در خانه.
2. ساخت ظروف آشپزی.
3. صنعت هواپیما.
4. کشتی سازی.
5. ساخت و ساز و معماری.
6. صنعت فضایی.
7. ساخت راکتورها.

همراه با آهن و آنآلیاژهای آلومینیوم - مهمترین فلز. این دو نماینده سیستم تناوبی هستند که بیشترین کاربرد صنعتی را در دست بشر یافته اند.

خواص هیدروکسید آلومینیوم

هیدروکسید رایج ترین ترکیبی است که آلومینیوم را تشکیل می دهد. خواص شیمیایی آن مانند خود فلز است - آمفوتریک است. این به این معنی است که می تواند ماهیت دوگانه نشان دهد و با اسیدها و قلیاها واکنش نشان دهد.

هیدروکسید آلومینیوم خود یک رسوب ژلاتینی سفید رنگ است. بدست آوردن آن با واکنش نمک آلومینیوم با قلیایی یا هیدروکسید آمونیوم آسان است. هنگامی که با اسیدها واکنش نشان می دهد، این هیدروکسید نمک و آب معمول مربوطه را می دهد. اگر واکنش با قلیایی ادامه یابد، هیدروکسو کمپلکس‌های آلومینیوم تشکیل می‌شوند که عدد هماهنگی آن 4 است. مثال: Na[Al(OH)_{4] - سدیم تتراهیدروکسوآلومینات.}