Строение алюминия: Строение атома алюминия, электронная оболочка и схема элемента

общая характеристика, строение; свойства и получение — урок. Химия, 8–9 класс.

Алюминий как атом и химический элемент

Алюминий находится в \(IIIA\) группе Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Строение электронной оболочки атома алюминия — 1s22s22p63s23p1.

 

На внешнем электронном уровне атом содержит \(3\) электрона.

 

Поэтому в своих соединениях алюминий всегда проявляет только одну степень окисления, равную \(+3\).

 

Обрати внимание!

По распространённости в земной коре алюминий находится на третьем месте после кислорода и кремния, а среди металлов — на первом.

В земной коре алюминий встречается только в составе соединений.

 

Основные природные минералы алюминия:

• боксит, состав которого можно примерно выразить формулой Al2O3 \(•\) xh3O,
• нефелин (Na,K)O2  \(•\) Al2O3 \(•\) 2h3O,
• каолинит Al2O3 \(•\) SiO2 \(•\) 2h3O.

Каолинит — образец многочисленных алюмосиликатов, включающих преимущественно атомы кремния и кислорода, которые очень широко распространены в природе.

Физические свойства

В свободном состоянии алюминий — светлый блестящий металл, лёгкий, относительно мягкий, легкоплавкий, имеет высокую тепло- и электропроводность.

 

Алюминий является химически активным металлом, однако при обычных условиях он устойчив на воздухе и сохраняет свой металлический блеск длительное время. Это объясняется тем, что поверхность алюминия покрыта тонкой, невидимой глазу, прозрачной, но плотной плёнкой оксида алюминия, которая препятствует взаимодействию алюминия с компонентами атмосферы (парами воды и кислородом).

 

Свойства алюминия обусловили его широкое применение и необходимость получения алюминия в свободном виде.

В лабораторных условиях небольшое количество алюминия можно получить путём восстановления хлорида алюминия калием при высокой температуре:

 

AlCl3+3K=t3KCl+Al.

 

Так был впервые получен алюминий.

 

В промышленных условиях алюминий получают из бокситов. При нагревании бокситов образуется оксид алюминия. Восстановить алюминий из оксида с помощью традиционных восстановителей практически невозможно, поэтому его получают методом электролиза.

 

При этом на катоде восстанавливается алюминий, а на аноде — окисляется кислород.

 

Суммарная реакция электролиза выражается уравнением:

2Al2O3=4Al+3O2↑.

Общие сведения об алюминии и его атомарном строении

Нахождение в природе

Алюминий — химический элемент III группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Вследствие высокой химической активности алюминий в природе находится только в связанном виде. По содержанию в земной коре он (в форме его соединений) занимает первое место среди металлов — 8,13% и третье место после кислорода и кремния. По данным акад. А.Е. Ферсмана, насчитывается более 250 минералов алюминия, которые преимущественно сосредоточены вблизи поверхности земли, и более 40 % из них относится к алюмосиликатам.
Практически единственным методом получения металлического алюминия является электролиз криолитоглиноземного расплава. Основное сырье для этого процесса — глинозем (Al₂О₃) получают различными гидрохимическими методами путем переработки минералов, содержащих соединения алюминия.

Строение атома и кристаллическая решетка

В Периодической системе Д.И. Менделеева порядковый номер алюминия 13, его атомная масса составляет 26,9815 (по углероду ¹²С) и 26,98974 (по кислороду ¹⁶O).

Основным изотопом является ²⁷Al, который устойчив и состоит из 14 нейтронов и 13 протонов. Кроме одного изотопа ²⁶Al, период полураспада которого равен 10⁶ лет, установлено существование еще шести изотопов с массовыми числами 23, 24, 25, 26, 28 и 29 и с малыми периодами полураспада (от 0,13 до 396с), а также пренебрежимо малой распространенностью в природе (от 2×10

-5 до 1,5×10^-4 %).

Алюминий трехвалентен, и 13 его электронов распределены на электронных оболочках ls², 2s², 2р⁶, 3s², 3р¹. На внешнем электронном слое М находятся три валентных электрона: два на 3s-орбите с потенциалами ионизации 1800 и 2300 кДж/моль и один на 3p-орбите с потенциалом 574,5 кДж/моль, и поэтому в химических соединениях алюминий обычно трехвалентен (Al³⁺). Так как электрон на

p-орбите с ядром атома связан слабее, чем два спаренных электрона на s-орбите, то при определенных условиях, теряя р-электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом (Al⁺), образуя соединения низшей валентности (субсоединения), и еще реже — Al²⁺.

Кристаллическая решетка алюминия — гранецентрированный куб, которая устойчива при температуре от 4°К до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, т.е. его строение постоянно. Элементарная ячейка состоит из четырех атомов размером 4,049596×10^-10 м; при 25 °С атомный диаметр (кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86×10

-10 м, а атомный объем 9,999×10^-6 м³/г-атом . Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки.

Химическая активность

Алюминий обладает большой химической активностью, энергия образования его соединений с кислородом, серой и углеродом весьма велика. В ряду напряжений он находится среди наиболее электроотрицательных элементов, и его нормальный электродный потенциал равен -1,67 В. В обычных условиях, взаимодействуя с кислородом воздуха, алюминий покрыт тонкой (2-10

-5 см), но прочной пленкой оксида алюминия Al₂0₃, которая защищает от дальнейшего окисления, что обусловливает его высокую коррозионную стойкость. Однако при наличии в алюминии или окружающей среде Hg, Na, Mg, Ca, Si, Си и некоторых других элементов прочность оксидной пленки и ее защитные свойства резко снижаются.

Расплавленный алюминий активно реагирует с оксидом и диоксидом углерода и парами воды. Наибольший интерес представляет растворимость водорода в алюминии, так как присутствие водорода в металле негативно влияет на механические свойства алюминия и его сплавов. Водород в алюминии в количествах, превосходящих растворимость в твердом состоянии, рассматривается как вредная примесь.

Алюминий обладает амфотерными свойствами, т.е. реагируя с кислотами, образует соответствующие соли, а при взаимодействии с щелочами — алюминаты. Эта особенность существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд различного состава. Алюминий растворяется в серной и соляной кислотах, а также в щелочах, но концентрированная азотная и органическая кислоты на алюминий не действуют.

Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия. | План-конспект урока по химии (9 класс) по теме:

 

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ОБЩАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 81

  Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.

        Автор Ицкович Т.Я.  

учитель  химии

МБОУ ООШ №81

2013г

Тема урока: Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.

Цели урока: рассмотреть распространение алюминия в природе, его физические и химические свойства, а также свойства образуемых им соединений.

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала. Алюминий

 

Главную подгруппу III группы периодической системы составляют бор (В),алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).

Как видно из приведенных данных, все эти элементы были открыты в XIXстолетии.

Открытие металлов главной подгруппы III группы

В	Al	Ga	In	Tl
1806 г.	1825 г.	1875 г.	1863 г.	1861 г.
Г.Люссак,	Г.Х.Эрстед	Л. де Буабодран	Ф.Рейх,	У.Крукс
Л. Тенар	(Дания)	(Франция)	И.Рихтер	(Англия)
(Франция)			(Германия)

Бор представляет собой неметалл. Алюминий — переходный металл, а галлий, индий и таллий — полноценные металлы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свойства простых веществ усиливаются.

В данной лекции мы подробнее рассмотрим свойства алюминия.

 

1. Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.

Элемент алюминий расположен в III группе, главной «А» подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная массаAr(Al) = 27.  Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными.

Al +13 )2)8)3    , p – элемент,

Основное состояние 1s22s22p63s23p1
Возбуждённое состояние 1s22s22p63s13p2

Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:

Al0 – 3 e- → Al+3

2. Физические свойства

Алюминий в свободном виде — серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления  650 оС. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см3) — примерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл.

3. Нахождение в природе

По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.

В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).

 Некоторые из них:

         Бокситы — Al2O3 • h3O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3)

         Нефелины — KNa3[AlSiO4]4

         Алуниты — KAl(SO4)2 • 2Al(OH)3

         Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3)

         Корунд — Al2O3

         Полевой шпат (ортоклаз) — K2O×Al2O3×6SiO2

         Каолинит — Al2O3×2SiO2 × 2h3O

         Алунит — (Na,K)2SO4×Al2(SO4)3×4Al(OH)3

         Берилл — 3ВеО • Al2О3 • 6SiO2

Боксит
Al2O3	Корунд
	Рубин
	Сапфир

4. Химические свойства алюминия и его соединений

Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид). 

Её толщина 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения  химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия с ртутью – амальгамы).

I. Взаимодействие с простыми веществами

Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды. При нагревании он взаимодействует с серой (200 °С), азотом (800 °С), фосфором (500 °С) и углеродом (2000 °С), с йодом в присутствии катализатора — воды:

 

2Аl + 3S = Аl2S3  (сульфид алюминия),

2Аl + N2 = 2АlN  (нитрид алюминия),

Аl + Р = АlР (фосфид алюминия),

4Аl + 3С = Аl4С3 (карбид алюминия).

2 Аl   +  3  I2   =  2 AlI3  (йодид алюминия)    

 

Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:

Al2S3 + 6h3O = 2Al(OH)3 + 3h3S

Al4C3 + 12h3O = 4Al(OH)3+ 3Ch5

 В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты:

4Аl + 3O2 = 2Аl2О3 + 1676 кДж.

II. Взаимодействие со сложными веществами

 Взаимодействие с водой: 

2 Al + 6 h3O  =  2 Al (OH)3  +  3 h3

без оксидной пленки       

Взаимодействие с оксидами металлов:

Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов. Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др.                                                                            

3 Fe3O4  +   8 Al =   4 Al2O3  +  9 Fe +Q

Термитная смесь Fe3O4  и   Al (порошок) –используется ещё и в термитной сварке. 

Сr2О3 + 2Аl = 2Сr + Аl2О3

Взаимодействие с кислотами:

С раствором серной кислоты:  2 Al  + 3 h3SO4  =  Al2(SO4)3 +  3 h3

С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:

2Аl + 6Н2SО4(конц) = Аl2(SО4)3 + 3SО2 + 6Н2О,

Аl + 6НNO3(конц) = Аl(NO3)3 + 3NO2 + 3Н2О.

 

Взаимодействие со щелочами.

2 Al + 2 NaOH + 6 h3O  =  2 NaAl(OH)4   +  3 h3

Na[Аl(ОН)4] – тетрагидроксоалюминат натрия

По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.

 С растворами солей:

2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu

 

Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

2Al + 3HgCl2 = 2AlCl3 + 3Hg

Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя  амальгаму.

5. Применение алюминия и его соединений

Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия  является авиационная промышленность: самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом. Из алюминия изготовляют кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.

Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения  тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.

Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.

Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сок.

 Соли алюминия сильно  гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.

Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.

6. Получение алюминия

1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na3AlF6 растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия — электролитом.

2Al2O3 эл.ток→  4Al + 3O2

 

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век — век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

 

2) 2Al2O3   +   3 C  =  4 Al  +  3 CO2

 

 ЭТО ИНТЕРЕСНО:

• Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.
• В 18-19 веках алюминий был главным ювелирным металлом. В 1889 году Д.И.Менделеев в Лондоне за заслуги в развитии химии был награжден ценным подарком – весами, сделанными из золота и алюминия.
• К 1855 году французский ученый  Сен- Клер Девиль разработал способ получения металлического алюминия в технических масштабах. Но способ был очень дорогостоящий. Девиль пользовался особым покровительством Наполеона  III, императора  Франции. В знак  своей преданности и благодарности Девиль изготовил для сына Наполеона, новорожденного принца, изящно гравированную погремушку – первое «изделие ширпотреба» из алюминия. Наполеон намеревался даже снарядить своих гвардейцев алюминиевыми кирасами, но цена оказалась непомерно высокой. В то время 1 кг алюминия стоил 1000 марок, т.е. в 5 раз дороже серебра. Только после изобретения электролитического процесса алюминий по своей стоимости сравнялся с обычными металлами.
• А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы.  При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.
• При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета «Сатурн» сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.

3. Закрепление изученного материала

№1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса.
Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

№2. Закончите уравнения химических реакций:
Al + h3SO4 (раствор) ->
Al + CuCl2 ->
Al + HNO3(конц) -t-> 
Al + NaOH + h3O ->

№3. Решите задачу:
На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании. Выделилось 2,24 л газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г?

4. Домашнее задание

 Примечание: на уроке может использоваться презентация   « Алюминий. Положение алюминия в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства алюминия.»

        

характеристики, электронная формула, составление графического изображения

Первое место среди известных металлов, находящихся в земной коре, занимает тринадцатый элемент в периодической таблице Менделеева — алюминий. Строение атома позволяет элементу обладать высокой электропроводностью и пластичностью. До момента открытия промышленного способа создания вещества оно стоило дороже золота. Из-за высокой сопротивляемости коррозии и низкого веса металл нашёл широкое применение в строительстве, быту, электрике и даже фармацевтике.

Физические и химические свойства

Процесс получения алюминия несложен. Современный способ разработал американский учёный Чарльз Холл. Что интересно, немного позже этот метод использовал французский химик Поль Эру, незнакомый с исследованиями американца. Суть создания алюминия заключается в растворении оксидированного алюминия в растворе криолита. Затем в жидкость погружают графические электроды. Недостаток метода заключается в больших затратах электроэнергии, поэтому активно он начал использоваться только в начале двадцатого века.

К полезным свойствам алюминия относят его небольшую плотность — она втрое меньше, чем у железа и меди. Материал характеризуется довольно хорошей прочностью, имеет коррозийную стойкость и неплохую теплопроводность. Из-за своих характеристик он нашёл широкое применение как технический материал.

Отсутствие вредных примесей для человеческого организма в веществе, податливость к штамповке и лёгкость позволили применять элемент при изготовлении промышленной и бытовой фольги, кухонной посуды.

В природе алюминий содержится только в минералах.

Его можно извлечь из следующих соединений:

1. Гидроокисла — Al2O3 * h30. Бокситы представляют собой глиноподобную массу. Это одна из наиболее важных руд алюминия.
2. Алюмосиликата калия и натрия — (Na, K) AlSiO4. Породообразующий материал (элеолит) с шестиугольной кристаллической системой.
3. Квасцового камня — KAl3 (SO4)2 (OH)6. Алунит образовывается при воздействии сернокислых вод с силикатами, что создаёт окись алюминия.
4. Корунда — Al2O3. Кристаллический глинозём с высокой твёрдостью.
5. Силиката — Al2O3. Породообразующий материал, содержащий порядка 19% оксида алюминия в своём составе.

Кроме этого, элемент можно извлечь из каолина, известняка, магнезита. В химических реакция вещество проявляет себя как восстановитель. С галогенами при температуре 20−24 градуса по Цельсию он образовывает галогениды: 2Al + 3Cl2 = 2AlCl3. С другими веществами создаёт бинарные соединения. Например, Al + P = AlP, 4Al + 3C = Al4C3, 2Al+ 3F2 = 2AlF3. При взаимодействии этих соединений с водой образуются гидроксиды и летучие водородные соединения.

С металлами формирует сплавы с интерметаллическими соединениями

.

При взаимодействии с кислотами результатом реакции становятся соли. Очищенный алюминий от оксида вступает в активную реакцию с водой: 2Al + 6 h3O = 2 Al (OH)3 + 3h3.

Характеристики элемента

Алюминий — элемент семейства лёгких металлов, уступающий в распространённости только кислороду и кремнию. В периодической таблице он располагается на тринадцатом месте, имеет серебристо-белый цвет. Общепринятое химическое обозначение — Al (от латинского слова aluminium).

Вещество имеет следующие характеристики:

1. Относительная атомная масса — 26,981538. Показывает, во сколько раз атом алюминия превышает вес атомной единицы массы, принятой равной 1,67 * 10
   -27 килограммов.
2. Атомный номер — 13. Обозначает число протонов в ядре вещества равное количеству электронов, вращающихся вокруг атома.
3. Радиус атома — 143 пикнометра. Определяется расстоянием между ядром и самой удалённой орбитой элемента.
4. Ковалентный радиус — 121 пикнометр. Расстояние между ядрами, формирующими ковалентную связь и делённое на 2.
5. Электронная формула атома алюминия — 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ¹. Число электронов в оболочках в соответствии с энергетическим состоянием.
6. Фазовые температуры — при достижении 660 градусов по Цельсию происходит плавление, а при 2518 °C закипание.
7. Способность атомов удерживать электроны (электроотрицательность) — 1,61 по Полингу.
8. Степень окисления — 3,0. Находится по числу электронов, смещённых от или к атому.
9. Плотность — 2,7 г/см³. Отношение массы алюминия к его объёму.
10. Молярный объем = 10,0 см³/моль. Определяется отношением объёма вещества к количеству.

Впервые искусственно алюминий был создан в 1825 году. Получить его сумел датский учёный Эрстед. В ядре вещества содержится 13 протонов и больше на один нейтронов. Всего же массовое число равняется 27. Электроны располагаются на трех энергетических уровнях. На первом размещены 2 электрона, на втором 8 (три пары), а на третьем 3. Такое положение соответствует записи: +13Al)2)8)3.

При этом если атом возбудить, то в этом состоянии все три элемента могут быть отданы, тем самым достигая степени окисления +3 или вызывать образование ковалентных связей. Отсюда следует, что валентность алюминия равняется трём. В природе вещество встречается в глине, слюде, корунде. Взаимодействует со многими элементами, а вот с водородом нет.

При соприкосновении с кислородом образует оксидную плёнку, препятствующую реакциям с водой и азотной и серной кислотой.

Электронная конфигурация

Алюминий можно найти в таблице Менделеева в третьей группе главной подгруппы. Распределение зарядов по орбитали описывается как 1s22s22p63s23p1. Алюминий в периодической таблице имеет тринадцатый номер, так как атом элемента состоит из тринадцати электронов. В электронной конфигурации сумма верхних индексов как раз и составляет это число: 2+2+6+2+1 =13.

Другими словами, верхние индексы показывают количество заряда, распределённого по слоям и орбиталям. Если изобразить схему строения электронной оболочки атома алюминия, можно отметить, что последним заполняемым слоем будет р-орбиталь. А это значит, что вещество принадлежит семейству р-элементов.

Алюминий расположился в третьем периоде. Это значит, что у него 3 электронных слоя. На первом находится s-орбиталь, 3 орбитали расположились на p-слое, и 5 на d-орбитали. На 3d-орбитали пусто, на неё электронов не хватило. На каждом слое не может быть более двух электронов. Заполняются же орбиты, начиная со слоев с меньшей энергией. Теоретически существует возможность возбужденного состояния для атома элемента за счет существования свободной 3d-орбитали. Однако распаривания ионов 3s-подуровня на практике не происходит.

Сначала электроны размещаются в первом слое, потом во втором, а уже затем в третьем. Орбитали каждого слоя заполняются с использованием принципа меньшей энергии. Так, сначала закрывается s-орбиталь, затем каждой орбитали достаётся по одному электрону, а затем по второму. Если их хватает, заполняются оставшиеся внешние р-орбитали.

В атоме алюминия полностью заполняются орбитали первых двух электронных слоев. На первом размещается 2 электрона, а на втором 8 носителей заряда. Два размещаются на s-орбиталь и по 2 на 3 р-орбитали. На третий слой переместятся 3 электрона: 13 — 8 — 2 = 3.

В соответствии с законом сначала до предела зарядами заполняется s-орбиталь третьего слоя, а на три р-орбитали хватает только 4 электрона. Из них 3 элементарные частицы занимают свою орбиталь, а после одна из р-орбиталей приобретает парный электрон.

Составление строения

На уроках химии в седьмом классе ученикам показывают, как графически изображают электронные формулы различных элементов. При составлении конфигураций учитывают правила Паули и Клечковского (Хунда). Модель записывается для атомов, находящихся в возбуждённом состоянии. При составлении учитывают, что порядковый номер периода элемента определяет количество энергетических оболочек, а порядок — число носителей заряда.

Беря во внимание, что согласно правилу Клечковского, энергетические уровни заполняются в соответствии с порядком возрастания главного и орбитального квантового числа, используют формулу n + 1. Так, действует следующее правило: 1 s < 2 s < 2 p < 3 s < 3 p < 4 s ≈ 3 d < 4 p < 5 s ≈ 4 d < 5 p < 6 s ≈ 5 d ≈ 4 f < 6 p. Перемещение атомов происходит согласно запретному принципу. Сформулировал его Паули. Он утверждал, что на одной орбитали могут разместиться только 2 иона, отличные квантовым числом спина.

Из его утверждения следует, что количество электронов на энергетических уровнях соответствует квадрату главного квантового числа, умноженному на 2. Форма обозначения подразумевает, что главное квантовое число обозначают арабской цифрой. Затем записывают букву, определяющую энергетический подуровень, характеризующий орбитальное квантовое число. Верхний индекс указывает на число электронов, формирующих подуровень.

При заполнении энергетических подуровней следует придерживаться правила Хунда. В соответствии с ним, частицы стремятся достигнуть наибольшего суммарного спина. Для валентных ионов алюминия электронно-графическая формула изображается с использованием квадратов и стрелок. Ячейки обозначают орбитали, а стрелки — спины. В одном квадрате не может быть больше двух электронов.

На первом уровне (s) для алюминия рисуют один квадрат с двумя стрелками. На втором (p) нужно изобразить 4 квадрата с заполненными стрелками.

На заполнение третьего уровня остаётся только 3 электрона, поэтому на последнем уровне (d), будет нарисовано только 2 квадрата, при этом во второй помещена только одна стрелка.

Электронное строение атомов алюминия. Физические и химические свойства простого вещества алюминия Изучить особенности строения атома алюминия. Закрепление полученных знаний

Алюминий: строение атома, распространение в природе. Физические и химические свойства алюминия. Применение алюминия

Алюминий — металлический элемент главной подгруппы III группы 3 периода периодической системы химических элементов. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня его атома 3s 2 3p 1 . При химических взаимодействиях в возбужденном состоянии он способен образовывать три ковалентных связи или полностью отдавать свои три электроны, проявляя в своих соединениях степень окисления +3. Следовательно, Алюминий является активным восстановителем.

В этом поле слева есть вся информация, которую вам нужно знать об одном элементе. Он рассказывает вам массу одного атома, сколько штук находится внутри и где оно должно быть помещено на периодическую таблицу. В следующем разделе мы собираемся охватить электронные орбитали или электронные оболочки. Это может стать новой темой для некоторых из вас.

Это означает, что в атоме алюминия имеется 13 электронов. Глядя на картину, вы можете видеть, что в оболочке один, восемь в оболочке два, два электрона и три в третьей. Правило октета: правило, утверждающее, что атомы теряют, выигрывают или обмениваются электронами, чтобы иметь полную валентную оболочку из 8 электронов. Электронная оболочка: коллективные состояния всех электронов в атоме с одним и тем же главным квантовым числом. Нильс Бор предложил раннюю модель атома как центрального ядра, содержащего протоны и нейтроны, вращающиеся на орбите электронами в оболочках.

Алюминий по распространенности занимает третье место среди других элементов. Массовая доля Алюминия в земной коре составляет 8,5 %. В природе он встречается только в виде соединений. Он входит в состав алюмосиликатов, к которым относятся: глины, слюды, полевые шпаты, в частности каолин. Промышленно важным алюминиевой рудой являются боксит Al 2 O 3 · n Н 2 О. Алюминий входит в состав минерала корунда, который является кристаллическим алюминий оксидом Al 2 O 3 . Различные примеси способны оказывать корундовые разных цветов. зеленого, желтого, оранжевого, фиолетового и других цветов и оттенков. Его синий разновидность называют сапфиром, а красный — рубином. И рубины, и сапфиры являются драгоценными камнями.

Как обсуждалось ранее, существует связь между числом протонов в элементе, атомным числом, которое отличает один элемент от другого, и количеством электронов, которое оно имеет. Во всех электрически нейтральных атомах число электронов совпадает с числом протонов. Каждый элемент, когда электрически нейтральный, имеет число электронов, равное его атомному номеру.

Модель Бора показывает атом как центральное ядро, содержащее протоны и нейтроны с электронами на круговых орбиталях на определенных расстояниях от ядра. Эти орбиты образуют электронные оболочки или энергетические уровни, которые являются способом визуализации числа электронов в различных оболочках.

Простое вещество алюминий — блестящий серебристо-белый металл. Он имеет высокую способность отражать световые и тепловые лучи, а также высокие тепло — и электропроводность. Температура плавления алюминия 660 °С. Это достаточно легкий и пластичный металл. С него можно производить тонкую проволоку и фольгу.

Химически алюминий очень активный. На воздухе он быстро окисляется и покрывается тонкой пленкой алюминий оксида. Оксидная пленка является достаточно прочной и предопределяет коррозионную стойкость алюминия. При нагревании на воздухе или в кислороде алюминий сгорает, образуя также алюминий оксид:

Рисунок 1: Модель Бора постулировала, что электрон вращается вокруг ядра в фиксированных расстояниях. Обычно электрон находится в самой низкой энергетической оболочке, которая является ближайшей к ядру. Энергия от фотона света может поднять ее до более высокой энергетической оболочки, но эта ситуация неустойчива, и электрон быстро переходит в основное состояние.

На диаграммах Бора показаны электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, подобно орбитам вокруг Солнца. В модели Бора электроны изображаются как движущиеся в кругах в разных оболочках, в зависимости от того, какой элемент у вас есть. На рис. 2 показаны диаграммы Бора для атомов лития, фтора и алюминия.

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 .

Алюминий активно реагирует с другими неметаллами. При обычных условиях он взаимодействует с хлором и бромом, образуя соли, например, алюминий хлорид:

2Al + 3Сl 2 = 2AlСl 3 .

Реакция алюминия с йодом происходит, если к смеси алюминиевого порошка с йодом добавить несколько капель воды, которая выполняет роль катализатора:

Рисунок 2: диаграммы Бора для нейтральных атомов лития, фтора и алюминия. Каждая оболочка может содержать только определенное количество электронов. Электроны заполняют орбитальные оболочки в последовательном порядке. В стандартных условиях атомы сначала заполняют внутренние оболочки, часто приводя к переменному числу электронов в самой внешней оболочке. Самая внутренняя оболочка имеет максимум два электрона, но каждая из двух электронных оболочек может иметь максимум восемь электронов. Это известно как правило октета, в котором говорится, что, за исключением самой внутренней оболочки, атомы более стабильны энергетически, когда у них есть восемь электронов в их валентной оболочке — самой внешней электронной оболочке.

2Al + 3I 2 = 2AlІ 3 .

При нагревании алюминий реагирует с серой, азотом, углеродом, например:

2Al + 3S = Al 2 S 3 .

В обычном состоянии алюминий покрыт защитной оксидной пленкой и является устойчивым к воздействию воды даже при нагревании. Если пленка алюминий оксида будет разрушена, то алюминий будет активно реагировать с водой с выделением газуватого водорода:

Закрепление полученных знаний

Примеры некоторых нейтральных атомов и их электронных конфигураций показаны на рисунке. Как показано, гелий имеет полную внешнюю электронную оболочку с двумя электронами, заполняющими ее первую и единственную оболочку. Напротив, хлор и натрий имеют семь и один электроны в их внешних оболочках, соответственно.

Теоретически, они были бы более энергетически устойчивыми, если бы они следовали правилу октета и имели восемь. Диаграммы Бора показывают, сколько электронов заполняет каждую основную оболочку. Элементы группы 18 имеют полную внешнюю оболочку или валентную оболочку. Полная валентная оболочка является наиболее стабильной электронной конфигурацией. Элементы в других группах имеют частично заполненные валентные оболочки и получают или теряют электроны для достижения стабильной конфигурации электронов.

2Al + 6Н 2 О = 2Al(ОН) 3 ↓ + 3Н 2 .

Алюминий реагирует с растворами кислот с образованием солей и водорода, например:

2Al + 6НСl= 2AlCl 3 + 3Н 2 .

Концентрированные сульфатная и азотная кислоты пассивируют алюминий, то есть увеличивают прочность оксидной пленки. Таким образом, алюминий с ними не реагирует.

Оксидная пленка легко растворяется в щелочах и алюминий реагирует с растворами щелочей с выделением водорода:

Атом может получить или потерять электроны для достижения полной валентной оболочки, самой стабильной электронной конфигурации. Периодическая таблица размещается в столбцах и строках на основе количества электронов и где эти электроны расположены, обеспечивая инструмент для понимания того, как электроны распределены во внешней оболочке атома. Как показано на рисунке, атомы группы 18 гелий, неон и аргон все заполняют внешние электронные оболочки, что делает их ненужными для получения или потери электронов для достижения стабильности; они очень устойчивы как одиночные атомы.

2Al + 2NaOH +6Н 2 O = 2Na + 3Н 2 .

Алюминий восстанавливает металлы из их оксидов при нагревании (алюмінотермія), например:

Fe 2 O 3 + 2Al = 2Fe + Al 2 O 3 .

Алюминий добывают путем электролиза глинозема, растворенного в расплавленном криолите Na 3 .

Широкое применение алюминия обусловлено его свойствами. Сочетание легкости с достаточно высокой электропроводностью позволяет применять алюминий как проводник электрического тока. Алюминий и его сплавы используют практически во всех областях современной техники: в авиационной и автомобильной промышленности, железнодорожном и водном транспорте, машиностроении и т.п. Благодаря высокой коррозионной стойкости алюминий широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства пищевых продуктов и некоторых химических веществ. Из полированного алюминия изготавливают зеркала и поверхности нагревательных и осветительных рефлекторов. Алюминий используют как розкисник сталей и других сплавов. Им восстанавливают металлы из их оксидов.

Их нереактивность привела к тому, что их назвали инертными газами. Для сравнения, элементы группы 1, включая водород, литий и натрий, имеют один электроны в своих самых внешних оболочках. Это означает, что они могут достичь стабильной конфигурации и заполненной внешней оболочки путем пожертвования или потери электрона. В результате потери отрицательно заряженного электрона они становятся положительно заряженными ионами. Элементы группы 17, включая фтор и хлор, имеют семь электронов в своих внешних оболочках; они, как правило, заполняют эту оболочку, получая электрон от других атомов, делая их отрицательно заряженными ионами.

I.Положение элемента в периодической системе а) порядковый номер, б) номер периода (малый или большой), в) номер группы (главная или побочная) II.Атомная масса III.Строение атома а) заряд ядра, б) число протонов, в) число нейтронов, г) число электронов IV.Свойства атом (окислительные или восстановительные) V.Степень окисления VI.Характер оксидов и гидроксидов

Al — алюминий N порядковый — N периода — N группы (малый) III группа главная п/группа Состав атома Al (13 р n1 14) 13 е — Строение электронной оболочки Al +13))) 28 3 е — Свойства атома Al 0 -3 е — Al 3+ (восстановитель, процесс окисления)

3. Взаимодействует со сложными веществами (с водой, с кислотами, со щелочами, с оксидами металлов) 1. Алюминий — это активный металл 2. Взаимодействует с простыми веществами (кислородом, галогенами, серой) 4. Алюминий проявляет амфотерные свойства, т.е. может взаимодействовать и с кислотами, и со щелочами.

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

 

1. Положение алюминия в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение алюминия 
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой 
7.1.3. Взаимодействие с фосфором
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с щелочами
7.2.6. Взаимодействие с окислителями

Оксид алюминия 
 1. Способы получения
 2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с основными оксидами
2.2. Взаимодействие с основаниями
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.5. Взаимодействие с кислотами
2.6. Взаимодействие с восстановителями
2.7. Вытеснение более летучих оксидов из солей

Гидроксид алюминия 
 1. Способы получения
 2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотами
2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие с щелочами 
2.4. Разложение при нагревании

Соли алюминия 

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы  (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства 

Электронная конфигурация  алюминия в основном состоянии:

+13Al 1s²2s²2p⁶3s²3p¹     1s    2s   2p    3s   3p 

Электронная конфигурация  алюминия в возбужденном состоянии:

+13Al^* 1s²2s²2p⁶3s¹3p²   1s    2s   2p    3s   3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

 

Физические свойства 

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

 

 

Температура плавления 660^оС, температура кипения 1450^оС, плотность алюминия 2,7 г/см³.

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

 

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре  — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Бокситы Al₂O₃ · H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃) — гидрат оксида алюминия.

 

 

Корунд Al₂O₃. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

 

Способы получения 

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970^оС) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

Al₂O₃ → Al³⁺ + AlO₃^3-

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод:  Al³⁺ +3e → Al⁰

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Анод: 4AlO₃^3- — 12e → 2Al₂O₃ + 3O₂

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → Al + 3KCl

 

Качественные реакции

 

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами. При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например, хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

 

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

 

 

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

Обратите внимание,  если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также выпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al³⁺ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄⁺

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

 

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель. Поэтому он реагирует со многими неметаллами.

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

2Al  +  3I₂  → 2AlI₃

 

 

 

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

2Al  +  3S  → Al₂S₃

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000^оС с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

4Al + 3C → Al₄C₃

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти.  Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки. А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al⁰ + 6H₂⁺O → 2Al⁺³(OH)₃ + 3H₂⁰

 

 

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути (II):

3HgCl₂ + 2Al → 2AlCl₃ + 3Hg

 

 

Видеоопыт  взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например, алюминий бурно реагирует с соляной кислотой:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

 

 

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

 

2Al + 6H₂SO_4(конц.) → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

 

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

10Al + 36HNO_{3 (разб)} → 3N₂ + 10Al(NO₃)₃ + 18H₂O

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

8Al + 30HNO_{3(оч.разб.)} →  8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

 

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ ↑

 

 

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na₃AlO₃ + 3H₂ ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ + 2Na₂O

 

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов. Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия.

Например, алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al + 3CuO → 3Cu + Al₂O₃

 

 

Еще пример: алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

8Al  +  3Fe₃O₄ →  4Al₂O₃  +  9Fe

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

 

2Al  +  3Na₂O₂  → 2NaAlO₂   +  2Na₂O

8Al  +  3KNO₃ +  5KOH  +  18H₂O →  8K[Al(OH)₄]     +  3NH₃

10Al   +  6KMnO₄  +  24H₂SO₄  → 5Al₂(SO₄)₃  +  6MnSO₄  +  3K₂SO₄  +  24H₂O

2Al  +  NaNO₂ +  NaOH  +  5H₂O →  2Na[Al(OH)₄]  +  NH₃

Al   +  3KMnO₄  +  4KOH →  3K₂MnO₄  +  K[Al(OH)₄]  

4Al  +  K₂Cr₂O₇ → 2Cr   +  2KAlO₂   +   Al₂O₃

 

 

Оксид алюминия

 

Способы получения

Оксид алюминия можно получить различными методами:

1. Горением алюминия на воздухе: 

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании:

2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

 3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия:

4Al(NO₃)₃ → 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂

 

Химические свойства

 

Оксид алюминия — типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.

1. При взаимодействии оксида алюминия с основными оксидами образуются соли-алюминаты.

Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом натрия:

Na₂O  +  Al₂O₃  → 2NaAlO₂

2. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом оксид алюминия проявляет кислотные свойства.

Например, оксид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием алюмината натрия и воды:

2NaOH  +  Al₂O₃  → 2NaAlO₂ +  H₂O

Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al₂O₃  +  2NaOH +  3H₂O →  2Na[Al(OH)₄]

3. Оксид алюминия  не взаимодействует с водой.

4. Оксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами (сильных кислот). При этом образуются соли алюминия. При этом оксид алюминия проявляет основные свойства.

Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия: 

Al₂O₃ + 3SO₃ → Al₂(SO₄)₃

5. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием средних и кислых солей.

Например, оксид алюминия реагирует с серной кислотой:

Al₂O₃  +  3H₂SO₄  → Al₂(SO₄)₃  +  3H₂O

6. Оксид алюминия проявляет слабые окислительные свойства.

Например, оксид алюминия реагирует с гидридом кальция с образованием алюминия, водорода и оксида кальция:

Al₂O₃  +  3CaH₂ → 3CaO  +  2Al  +  3H₂

Электрический ток восстанавливает алюминий из оксида (производство алюминия):

2Al₂O₃  → 4Al + 3O₂

7. Оксид алюминия — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.

Например, из карбоната натрия:

Al₂O₃  +  Na₂CO₃ → 2NaAlO₂  +  CO₂

 

Гидроксид алюминия

Способы получения

 

1. Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиака на соли алюминия.

Например, хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония:

AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3NH₄Cl

2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:

Na[Al(OH)₄] + СО₂ = Al(OH)₃ + NaНCO₃ 

 

Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)₄] на составные части: NaOH и Al(OH)₃. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)₃ не реагирует с СО₂, то мы записываем справа Al(OH)₃  без изменения.

 

3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.

Например, хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:

AlCl₃ + 3KOH_{(недост.)} = Al(OH)₃↓+ 3KCl

4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами. Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:

 

2AlBr₃  +  3Na₂CO₃  + 3H₂O  =  2Al(OH)₃↓  +  3CO₂↑ +  6NaBr

 

Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:

 

2AlCl₃  +  3Na₂S  +  6H₂O  =  2Al(OH)₃  +  3H₂S↑  +  6NaCl

 

Химические свойства

1. Гидроксид алюминия реагирует с растворимыми кислотами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов и типа соли.

Например, гидроксид алюминия взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата алюминия:

Al(OH)₃ + 3HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3H₂O

Al(OH)₃  +  3HCl →  AlCl₃  +  3H₂O

2Al(OH)₃  +  3H₂SO₄  → Al₂(SO₄)₃  +  6H₂O

Al(OH)₃  +  3HBr →  AlBr₃  +  3H₂O

2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот.

Например, гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:

2Al(OH)₃ + 3SO₃ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

3. Гидроксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства.

Например, гидроксид алюминия взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием алюмината калия и воды:

2KOH  +  Al(OH)₃  → 2KAlO₂ + 2H₂O

Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al(OH)₃ + KOH  →  K[Al(OH)₄]

4. Гидроксид алюминия разлагается при нагревании:

2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

Видеоопыт взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой и щелочами (амфотерные свойства гидроксида алюминия) можно посмотреть здесь.

 

Соли алюминия 

Нитрат и сульфат алюминия

Нитрат алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия, оксид азота (IV)  и кислород:

4Al(NO₃)₃ → 2Al₂O₃  +  12NO₂  +   3O₂

Сульфат алюминия при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид алюминия, сернистый газ и кислород:

2Al₂(SO₄)₃ → 2Al₂O₃   +  6SO₂  +  3O₂

 

Комплексные соли алюминия

Для описания свойств комплексных солей алюминия — гидроксоалюминатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоалюминат на две отдельные молекулы — гидроксид алюминия и гидроксид щелочного металла.

Например, тетрагидроксоалюминат натрия  разбиваем на гидроксид алюминия и гидроксид натрия:

Na[Al(OH)₄] разбиваем на NaOH и Al(OH)₃

Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.

Таким образом, гидроксокомплексы алюминия реагируют с кислотными оксидами.

Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка  углекислого газа. При этом с СО₂ реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО₂), а амфотерный гидроксид алюминия не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:

Na[Al(OH)₄]  +  CO₂  → Al(OH)₃↓  +  NaHCO₃

Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом:

K[Al(OH)₄]  +  CO₂  → Al(OH)₃  +  KHCO₃

По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO₂:

      Na[Al(OH)₄]  +  SO₂  → Al(OH)₃↓  +  NaHSO₃

   K[Al(OH)₄]  +  SO₂  → Al(OH)₃  +  KHSO₃ 

А вот под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид алюминия реагирует с сильными кислотами.

Например, с соляной кислотой:

  Na[Al(OH)₄]   +  4HCl_{(избыток)}  → NaCl  +  AlCl₃  +  4H₂O

Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать:

Na[Al(OH)₄]   +  НCl_{(недостаток)}   → Al(OH)₃↓  +  NaCl  +  H₂O

Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия:

Na[Al(OH)₄]  +  HNO_{3(недостаток)}  → Al(OH)₃↓  +  NaNO₃  +  H₂O

Комплекс разрушается при взаимодействии с хлорной водой (водным раствором хлора) Cl₂:

2Na[Al(OH)₄]  +  Cl₂   → 2Al(OH)₃↓  +  NaCl  +  NaClO +  H₂O

При этом хлор диспропорционирует.

Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия:

AlCl₃  +  3Na[Al(OH)₄]   → 4Al(OH)₃↓  +  3NaCl

Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат:

Na[Al(OH)₄]  →  NaAlO₂   +  2H₂O↑

K[Al(OH)₄]  →  KAlO₂   +  2H₂O

 

Гидролиз солей алюминия

Растворимые соли алюминия  и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:

I ступень: Al³⁺ + H₂O = AlOH²⁺ + H⁺

II ступень: AlOH²⁺ + H₂O = Al(OH)₂⁺ + H⁺

III ступень: Al(OH)₂⁺ + H₂O = Al(OH)₃ + H⁺

Однако  сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Al₂(SO₄)₃  +  6NaHSO₃  → 2Al(OH)₃  +  6SO₂  +  3Na₂SO₄

2AlBr₃  +  3Na₂CO₃  + 3H₂O →  2Al(OH)₃↓  +  CO₂↑ +  6NaBr

2Al(NO₃)₃  +  3Na₂CO₃  +  3H₂O →  2Al(OH)₃↓  +  6NaNO₃  +  3CO₂↑

2AlCl₃  +  3Na₂CO₃  +  3H₂O → 2Al(OH)₃↓  +  6NaCl  +  3CO₂↑

Al₂(SO₄)₃  +  3K₂CO₃  +  3H₂O →  2Al(OH)₃↓  +  3CO₂↑  +  3K₂SO₄

2AlCl₃  +  3Na₂S  +  6H₂O →  2Al(OH)₃  +  3H₂S↑  +  6NaCl

Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.

 

Алюминаты

Соли, в которых алюминий является кислотным остатком (алюминаты) — образуются из оксида алюминия при сплавлении с щелочами и основными оксидами:

Al₂O₃ + Na₂O → 2NaAlO₂

Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества.

Например, алюминат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия.

NaAlO₂ разбиваем на Na₂O и Al₂O₃

Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия:

KAlO₂  +  4HCl → KCl  +  AlCl₃  +  2H₂O

NaAlO₂  +  4HCl →  AlCl₃  +  NaCl  +  2H₂O

NaAlO₂  +  4HNO₃  → Al(NO₃)₃  +  NaNO₃  +  2H₂O

2NaAlO₂  +  4H₂SO₄  → Al₂(SO₄)₃   +  Na₂SO₄  +  4H₂O

Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплексные соли:

KAlO₂  + H₂O   =  K[Al(OH)₄]

NaAlO₂  +  2H₂O  =  Na[Al(OH)₄]

 

Бинарные соединения

Сульфид алюминия под действием  азотной кислоты окисляется до сульфата:

Al₂ S₃  +  8HNO₃  →  Al₂(SO₄)₃  +  8NO₂  +  4H₂O

либо до серной кислоты (под действием горячей концентрированной кислоты):

Al₂ S₃  +  30HNO_{3(конц. гор.)}  →  2Al(NO₃)₃  +  24NO₂  +  3H₂SO₄   +  12H₂O

Сульфид алюминия разлагается водой:

Al₂S₃  + 6H₂O →  2Al(OH)₃↓    +  3H₂S↑

Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:

Al₄C₃  +  12H₂O → 4Al(OH)₃  +  3CH₄

Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония:

AlN  +  4HCl →  AlCl₃  +  NH₄Cl

Также нитрид алюминия разлагается под действием воды:

AlN  +  3H₂O →  Al(OH)₃↓  +  NH₃ 

Алюминий строение электронных оболочек — Справочник химика 21

    Элементы бор, алюминий, галлий, индий и таллий. Строение их атомов и внешняя электронная оболочка. Отличие бора от других элементов группы. [c.219]

    Рассмотрим возможные причины сходства элементов. Сходство элемента с его соседями сверху и снизу есть внутригрупповое сходство элементов-аналогов оно обусловлено прежде всего близким строением самых внешних электронных оболочек. Наибольшее сходство и изоморфизм проявляют тяжелые аналоги с близким строением внешних электронных оболочек, например калий и рубидий, серебро и золото, кальций и стронций, цинк и кадмий, скандий и иттрий, иттрий и гадолиний-лютеций, цирконий и гафний, ниобий и тантал, железо и никель, кобальт и никель и т. д. Значительные же различия свойств элементов-аналогов в высших валентных состояниях, когда все электроны уходят с внешней оболочки, большей частью обусловлено несходством строения внешних оболочек ионов (литий и натрий, бериллий и магний, бор и алюминий, углерод и кремний и т. д.). [c.158]

    Согласно формальной классификации, с учетом строения электронной оболочки, алюминий относится к числу р-элементов, так как (см. выше) электронная оболочка его изолированного нейтрального атома имеет строение ls 2s 2p 3s 3p т. е. собственный электрон алюминия начинает Зр-электронный подуровень. Потеряв наружные Зх Зр -элект-роны, алюминий становится трехзарядным ионом с благородногазовой электронной подкладкой (2s 2p ), что и определяет валентные отношения алюминия. Ион А1 + изоэлектронен с ионами соседних по периоду элементов II и I группы Mg + и Na+. Однако благодаря большему за- [c.52]

    По строению электронной оболочки атомов к металлам относят все s-элементы, кроме водорода и гелия, все d- и f-элементы и ряд р-элементов — алюминий, олово, свинец и др. Металлы в конденсированном (жидком или твердом) состоянии обладают способностью к отражению света, высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и текучестью. Они имеют сравнительно высокие температуры плавления и кипения. Эти специфические свойства металлов объясняются наличием у них особого типа химической связи, получившей название металлической связи. Атомы металлов содержат на внешнем энергетическом уровне небольшое количество электронов, которые достаточно слабо связаны со своим ядром, В то же время атомы металлов имеют много свободных валентных орбиталей. Эти орбитали отдельных атомов перекрываются друг с другом, обеспечивая электронам способность свободно перемещаться между ядрами во всем объеме металла. Следовательно, в кристаллической решетке металлов электроны обобществлены. Они непрерывно перемещаются между положительно заряженными ионами, которые расположены в узлах кристаллической решетки. При этом сравнительно небольшое число обобществленных электронов ( электронного газа ) связывает большое число ионов, [c.116]

    Строение электронных оболочек атомов и ионов позволяет объяснить и предсказать действия многих реагентов. Если рассмотреть деление периодической системы на четыре блока (s-блок, р-блок, d-блок и f-блок), элементы -блока и /-блока образуют комплексные соединения. Для них также характерно взаимодействие с органическими реагентами и образование большого числа окрашенных соединений. Цирконий и торий (d- и /-блок) образуют с арсеназо 1П устойчивые комплексные соединения зеленого цвета. Магний и алюминий (s-и р-блок) не взаимодействуют с арсеназо П1. В s-блоке расположены элементы, в которых строится s-оболочка над электронной структурой инертного газа — это щелочные и щелочноземельные элементы. Элементы s-блока [c.283]

    К р-элементам 1ИА-подгруппы периодической системы относятся элементы бор (В), алюминий (А1), галлий (Оа), индий (1п), таллий (Т1). Строение внешних электронных оболочек их атомов (см. 4.4) ns p (в невозбужденном состоянии) и п р р (в возбужденном состоянии). Бор (первый р-элемент), галлий, индий, таллий объединяются в подгруппу галлня. [c.270]

    Свойства атомов. Энергии ионизации изменяются в 1ПА-подгруппе немонотонно (табл. 17.2). Это объясняется строением электронных оболочек атомов. Хотя электронные формулы валентных подуровней одинаковы для всех элементов подгруппы пв пр , строение электронных остовов их атомов сильно различается. В отличие от металлов 1А- и ПА-подгрупп, у которых атомные остовы описываются электронными формулами, характерными для атомов благородных газов, в ША-подгруппе такие остовы имеют только бор и алюминий. У галлия и индия атомные остовы завершаются заполненными ( -подуровнями, а у таллия — ( -и /-подуровнями. [c.310]

    Поведение элементов III группы хорошо объясняется строением электронной оболочки атомов. Эти атомы содержат в своей валентной оболочке три электрона два на s-орбитали и один на р-орбитали. Заполнение внешней оболочки пятью электронами с образованием отрицательного иона, имеющего электронную конфигурацию ближайшего в периодической таблице инертного газа, невозможно, поскольку заряд ядра недостаточен для связывания такого большого числа электронов. Наоборот, могут быть отданы три валентных электрона с образованием положительных ионов (которые у Ga, In и Т1 не имеют электронной конфигурации инертного газа). Поэтому алюминий и остальные элементы III группы образуют преимущественно положительные трехвалентные ионы и, следовательно, обладают металлическим характером. (Вследствие своего сравнительно малого объема и большого заряда ион алюминия сильно гидратирован.) [c.574]

    Свойства элементов и их соединений. Галлий, инднй, таллий, как и лантаниды, относятся к III группе Периодической системы Д. И. Менделеева. Они находятся в главной подгруппе и являются аналогами алюминия. В основном электронном состоянии атомы этих элементов имеют строение внешних электронных оболочек Три электро- [c.212]

    Ион алюминия в основном состоянии имеет электронное строение Ь 2х 2р , и орбитали его валентной оболочки при изображении по методу орбиталей-ячеек выглядят следующим образом  [c.414]

    Адсорбционные свойства окислов металлов в значительной степени определяются расположенными на их поверхности атомами металла. В случае окислов переходных металлов адсорбция молекул на этих центрах может сопровождаться образованием различных типов связей, зависящих прежде всего от строения -электронной оболочки атомов металла [73]. На окиси алюминия, алюмосиликагеле и декатионированных цеолитах поверхностные атомы алюминия вследствие их резко выраженного электроноакцепторного характера образуют с кислород- и азотсодержащими соединениями прочную донорно-акцепторную связь [3, 27, 68, 74—76]. Способность к образованию такой связи, как показано в проведенном [c.128]

    Ион А1 +, в отличие от ионов 8Ьз+ и В1з+, имеет 8-электронную оболочку, поэтому соли его гидролизуются несколько в меньшей степени, pH водных растворов солей алюминия около 4. Из двух ионов, имеющих одинаковые электронные оболочки, в большей степени отталкивать протоны гидратной оболочки будет тот, у которого больше заряд. Например, ионы 5п2+ и 5Ьз+ имеют одинаковое строение электронной оболочки (см. табл. 1), но склонность к гидролизу больше у солей 5Ьз+. [c.58]

    Исходя из положения алюминия в периодической системе элементов, нарисуйте схему строения электронных оболочек атома алюминия и его трехзарядного катиона. [c.59]

    Одинаковое строение внешней электронной оболочки атома бора и алюминия обусловливает сходство в свойствах этих элементов. Так, для алюминия, как и для бора, характерна только степень окисления +3. Однако при переходе от бора к алюминию сильно возрастает радиус атома (от 91 до 143 пм) и, кроме того, появляется еще один промежуточный восьмиэлектронный слой, экранирующий ядро. Все это приводит к ослаблению связи внешних электронов с ядром и к уменьшению энергии ионизации атома (см. табл. 15.2). Поэтому у алюминия металлические свойства выражены гораздо сильнее, чем у бора. Тем не менее химические связи, образуемые алюминием с другими элементами, имеют в основном ковалентный характер. [c.400]

    Особенности строения трех внешних электронных оболочек могут быть отражены путем сдвигов элементов в периодической системе Менделеева, которая в этом случае приобретает вид, представленный в табл. 11 (короткая форма) и табл. 10 (развернутая форма). В этих таблицах смещения элементов-аналогов из вертикальных столбцов характеризуют, с одной стороны, различия их строения и свойств (бор и алюминий, углерод и кремний и т. д.), а с другой, они символизируют сближение свойств элементов разных подгрупп одной и той же группы, например алюминия и скандия, кремния и титана и т. д. Эти же смещения указывают на сближение свойств элементов соседних групп в одном диагональном направлении (например, лития с магнием, бериллия с алюминием, бора с кремнием и т. д.) и на отдаление свойств элементов в другом диагональном направлении (например, магния с бором, алюминия с углеродом, кремния с азотом, ниобия с хромом, молибдена с марганцем и т. д.). [c.159]

    По химическому поведению галлий близок к алюминию с учетом особенностей строения внешней электронной оболочки. Подобно алюминию, галлий на воздухе покрывается плотной оксидной пленкой СагОз и поэтому практически не изменяется. С галогенами реагирует на холоду. Образуются белого цвета соединения, молекулы которых димеризованы, например  [c.319]

    Из сделанного обзора строения атомов первых 20 элементов периодической системы можно сделать чрезвычайно важные выводы. У атомов водорода и гелия, входящих в п е р в ы й период периодической системы Д. И. Менделеева, имеется одна электронная оболочка, причем образование этой оболочки начинается у водорода, первого элемента этого периода, и кончается у гелия, последнего элемента этого периода. У атомов лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода, фтора и неона, входящих во второй период периодической системы, имеются две электронные оболочки, причем образование второй оболочки начинается у лития, первого элемента этого периода, и кончается у неона, последнего элемента этого периода. У атомов натрия, магния, алюминия, кремния, фосфора, серы, хлора и аргона, входящих в третий период периодической системы, имеются три электронные оболочки, причем образование третьей электронной оболочки начинается у натрия, первого элемента этого периода, и кончается у аргона, последнего элемента этого периода. У атома калия, начинающего четвертый период периодической системы, начинается образование четвертой электрон- [c.212]

    Если следовзть формзльному принципу отнесения элементов больших периодов к главной или побочной подгруппе, основанному на строении электронной оболочки нейтрального (изолированного) атома элемента [2], то аналогами алюминия следует считать элементы под- [c.49]

    Третья группа. Для элементов подгруппы бора (за исключением таллия) характерна степень окисления +3. Последней соответствуют соединения Э(ОН)з. Происходит дальнейшее ослабление (от I группы к И, от И к П1) основных свойств. Если LiOH—основание, а Ве(0Н)2 — амфотерное соединение, то В(ОН)з —кислота. Таким.образом, при переходе к третьей группе мы впервые встречаемся с элементом, образуюш,им кислоту (этим бор отличается и от всех элементов И1 группы), и с иэополикислотами, которые также характерны для бора. В соответствии с увеличением радиусов ионов элементов ВН ряду А1(0Н)з —Т1(ОН)д происходит усиление основных свойств. Если 6а(ОН)з отличается практически одинаковой степенью диссоциации с отщеплением ионов 0Н и Н+, то у 1п(0Н)з несколько преобладают основные свойства, а у Т1(0Н)з амфотерные свойства выражены очень слабо. Обращает на себя внимание очень медленное усиление основных свойств в этом ряду соединений. Это объясняется тем, что если атомы элементов третьей главной подгруппы являются электронными аналогами (их внешний электронный слой имеет строение s p), то ионы В + и А1 + сильно отличаются от Ga +, и ТР+. Первые имеют наружные оболочки атомов благородных газов, а вторые — 18-электронные оболочки, содержащие 10 d-электронов. Вследствие этого увеличение радиусов ионов после алюминия становится менее значительным, что и приводит к медленному усилению основного характера соединений. Здесь, так же как и в предыдущей группе, наблюдается диагональное сходство амфотерные гидроксиды А и Ве близки по свойствам. [c.91]

    Конфигурация внешних электронных оболочек атома алюминия 3s 3p. Характерной степени окисления — -3 соответствует строение 2,зЗрхЗ[Уу  [c.338]

    Гал.лий, индий и таллий по своему атомному строению соответствуют бору и алюминию, поскольку у них у всех одинаковая конфигурация внешней электронной оболочки (два s-электрона и один р-электрон). От бора и алюминия они, однако, отличаются, поскольку у них вслед за уровнем s p следует не уровень (оболочка инертного газа), а уровень (см. табл. II в приложении). Эта особенность строения влияет на свойства и поведение как свободных элементов, так и их соединений. [c.363]

    Ионы с более высоким зарядом образуют менее растворимые соединения, чем ионы с меньшим зарядом. Например, растворимости Ре(ОН)з и Ре (ОН) 2 соответственно равны 5,8-10- и 6,3-10 моль/л. Ионы Mg2+ и АР+ имеют одинаковое строение электронных оболочек, но растворимость солей алюминия меньше, чем солей магния, например растворимость AIPO4 равна 7,5-10- ° моль/л, а растворимость Mgs(P04)2 составляет 3,1 10-3 моль/л. [c.17]

    АЛЮМИНИЙ (Aluminium) Al. — химич. элемент III гр. периодич. системы Менделеева п. н. 13, ат. в. 26,98. Состоит из одного стабильного изотопа А1> (100%). Известно неск. искусств, радиоактивных изотопов, из к-рых большинство короткоживущие. Единственно пригодным для индикаторных исследований является изомер А1 (T i =10 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов А. 0,215 барн. Внешняя электронная оболочка атома А. имеет строение 3 2 Зр. Потенциалы ионизации (в зв) А1 —. [c.74]

    Конфигурация внешней электронной оболочки агома алюминия зЛр. Характерной степени окисления +3 соответствует строение 3i3p,3/  [c.351]

    Используя представления о кайносимметрии, можно выделить более тонкий вид электронной аналогии, так называемую слоевую аналогию (в дополнение к групповой и типовой аналогии). Слоевыми аналогами называют элементы, которые являются типовыми аналогами, но не имеют внешних или предвнешних кайносимметричных электронов. К таким аналогам относятся, например, в IA-группе К, Rb, s и Fr, а Li и Na не являются слоевыми аналогами с остальными щелочными металлами, поскольку у Li присутствует внешняя кайносимметричная 2р-оболочка (вакантная), а у Na кайносимметрнчная заполненная 2р-оболочка является предвнеш-ней. В ПА-группе слоевыми аналогами являются щелочно-земельные металлы (подгруппа кальция), а в П1А-группе — элементы подгруппы галлия и т. д. С точки зрения электронного строения слоевые аналоги являются между собой полными электронными аналогами. Поэтому рассматривать химические свойства элементов группы мы будет в такой последовательности первый типический элемент, второй типический элемент, остальные элементы главной подгруппы, элементы побочной подгруппы. Например, в И1 группе отдельно рассматриваются бор, алюминий, подгруппа галлия, подгруппа скандия в V группе — азот, фосфор, подгруппа мышьяка, подгруппа ванадия п т. п. [c.15]

    Общий характер взаимодействия ионов металлов с различными органическими реагентами в большой степени зависит, как уже сказано, от природы и заряда ионов металлов, в первую очередь от строения их электронных оболочек. Ионы, распределение электронов в которых близко к распределению электронов в атомах ртнертных газов, легче взаимодействуют с реагентами, у которых активными, т. е. участвующими в комплексообразовании с метал-Jroм, являются атомы кислорода. Сюда относятся щелочные и щелочноземельные металлы, элементы подгруппы титана, алюминий, скандий. Склонность к взаимодействию с кислородом проявляют также лантапиды и актиниды., имеющие иную электронную структуру. Элементы этой группы дают комплексы и с азотом, но, как правило, для них нехарактерно взаимодействие с серой. [c.17]

    И еше вот на что хотелось бы обратить внимание. Мы уже не раз подчеркивали на примере фторидов глубокую органическую связь теории с практикой. Она прослеживается и здесь строение атома, электроны, электронные оболочки, энергетические уровни… субфторид… промышленное производство сверхчистого алюминия для нужд новой техники. [c.132]

    В ионных соединениях валентность элемента можно определить как число электронов, отдаваемых или захватываемых при образовании ионов с внешней электронной оболочкой инертного газа. Пусть, например, алюминий и кислород образуют ионное соединение — окись алюминия. Атомы алюминия (III группа Периодической системы элементов) в нейтральном состоянии содержат во внешней электронной оболочке три электрона. Следующая, нижележащая оболочка тождественна внешней восьмиэлектронной оболочке неона. Следовательно, потеря трех электронов атомом алюминия приведет к тому, что оставшаяся его часть приобретет электронное строение неона. У атома кислорода — элемента VI группы Периодической системы — во внешней оболочке находится шесть электронов, т. е. для полной застройки восьмиэлектронной оболочки неона не хватает двух элементов. Таким образом, возникают ионы А1 + и Окись алюминия, очевидно, электроней- [c.299]

    Можно совместить подгруппы металлов, обладающих одинаковым числом внешних, относительно слабо связанных электронов на заполняющихся 5-, й- и /-нодоболочках, т. е. й- и /-переходных металлов и элементов главных подгрупп с заполняющимися р -оболочками, в основном (за исключением алюминия, таллия и свинца) полупроводниковых и неметаллических элементов. Такая заключительная операция приводит к классической таблице Менделеева (табл. И), но уже не с двумя, а с тремя подгруппами, возникающими в результате размещения в 6-м и 7-м периодах элементов с заполняющимися /-подоболочками, которым, как и переходным металлам с заполняющимися -подоболочками в обычной таблице, необходимо дать определенные смещения для отражения специфических особенностей их электронного строения и свойств. Такое размещение лантаноидов и актиноидов без нарушения последовательности возрастания атомных номеров и с распределением их по группам в соответствии с периодичностью заполнения электронных оболочек точно отвечает периодическому закону Менделеева. [c.43]

    Чрезвычайно ярко проявляются отклонения, обусловленные различием строения внутренних электронных оболочек, в аналитическом поведении элементов подгруппы Illa. Бор, который обладает электронной конфигурацией ls 2s 2j3 имеет преобладаюш ие электроотрицательные свойства и образует кислоты (Н3ВО3 и др.), проявляя себя в качестве типичного аниона. Алюминий, ион которого АР+, имеет внешнюю конфигурацию 2s 2j9 , образует слабо основную и труднорастворимую гидроокись, выделяющуюся при действии сульфида аммония. На этом основании и по другим признакам алюминий относится к III аналитической группе, возглавляя первую ее подгруппу (см. табл. 19 и 20). Галлий и индий, ионы которых Ga + и 1п + имеют внешние конфигурации 3d и обычно [c.103]

    Распределение по фазам зависит от строения внешних электронных оболочек атома. Но распространенность химических элементов в данной системе в известной степени оказывает определенное влияние на распределение но фазам. Наиболее распространенными элементами, как мы видели, являются четно-четные О, 81, 8, Ее, Mg. В метеоритном веществе они об разуют три главных фазы, причем превалирует силикатная фаза, благодаря большому содержанию О и 81, затем железная фаза из-за значительного содержания Ее и, наконец, сульфидная фаза, в связи с заметным содержанием 8. Но представим на момент, что кислород в составе метеоритного вещества отсутствует, окисные соединения, силикаты и другие не образуются, все химические элементы встречаются лишь в виде сульфидов кремния, алюминия и т. п. Обратно — при отсутствии 8 все металлы, которые мы обычно видим в качестве сульфидов, превратились бы в окиси 8Ь, В1, РЬ, 8п и т. д. Таким образом, первичное распространение только двух элементов О и 8 и их соотношения задают характер распределения всех других элементов по этим превалирующим фазам или по главным руководящим элементам. Вот почему Гольдшмидт и предложил первую, по существу геохимическую классификацию химических элементов. До того геохимики пользовались только химической классификацией — редкие земли, нейтральные газы, благородные металлы и т. п. Он выделил группу сидерофиль-ных элементов, образующих с железом непрерывные твердые растворы, [c.209]

---

алюминия | Использование, свойства и соединения

Алюминий (Al) , также пишется алюминий , химический элемент, легкий серебристо-белый металл основной группы 13 (IIIa, или группа бора) периодической таблицы. Алюминий — самый распространенный металлический элемент в земной коре и наиболее широко используемый цветной металл. Из-за своей химической активности алюминий никогда не встречается в природе в металлической форме, но его соединения в большей или меньшей степени присутствуют почти во всех породах, растительности и животных.Алюминий сосредоточен во внешних 16 км (10 милях) земной коры, из которых он составляет около 8 процентов по весу; по количеству его превосходят только кислород и кремний. Название «алюминий» происходит от латинского слова alumen , которое используется для описания калийных квасцов или сульфата алюминия-калия, KAl (SO ₄ ) ₂ ∙ 12H ₂ O.

alumen

Aluminium.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы Периодической таблицы викторины

Периодическая таблица Менделеева состоит из 118 элементов.Насколько хорошо вы знаете их символы? В этой викторине вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Свойства элемента

атомный номер	13
атомный вес	26.9815384
точка плавления	660 ° C (1220 ° F)
точка кипения	2467 ° C ( 4473 ° F)
удельный вес	2.70 (при 20 ° C [68 ° F])
валентность	3
электронная конфигурация	1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 1

Возникновение и история

Алюминий встречается в магматических породах главным образом в виде алюмосиликатов в полевых шпатах, полевых шпатах и ​​слюдах; в почве, полученной из них в виде глины; а при дальнейшем выветривании — боксит и богатый железом латерит.Боксит, смесь гидратированных оксидов алюминия, является основной алюминиевой рудой. Кристаллический оксид алюминия (наждак, корунд), который встречается в некоторых магматических породах, добывается как природный абразив или в его более мелких разновидностях, таких как рубины и сапфиры. Алюминий присутствует в других драгоценных камнях, таких как топаз, гранат и хризоберилл. Из многих других минералов алюминия алунит и криолит имеют некоторое коммерческое значение.

До 5000 г. до н. Э. Люди в Месопотамии изготавливали прекрасную керамику из глины, которая в основном состояла из соединения алюминия, а почти 4000 лет назад египтяне и вавилоняне использовали соединения алюминия в различных химических веществах и лекарствах.Плиний относится к алюминию, ныне известному как квасцы, соединению алюминия, широко используемому в древнем и средневековом мире для фиксации красителей в текстильных изделиях. Во второй половине 18 века химики, такие как Антуан Лавуазье, признали глинозем в качестве потенциального источника металла.

Сырой алюминий был выделен (1825 г.) датским физиком Гансом Кристианом Эрстедом путем восстановления хлорида алюминия амальгамой калия. Британский химик сэр Хамфри Дэви (1809 г.) приготовил железо-алюминиевый сплав путем электролиза плавленого оксида алюминия (оксида алюминия) и уже назвал этот элемент алюминием; позже это слово было изменено на алюминий в Англии и некоторых других европейских странах.Немецкий химик Фридрих Велер, используя металлический калий в качестве восстановителя, получил алюминиевый порошок (1827 г.) и небольшие шарики металла (1845 г.), по которым он смог определить некоторые из его свойств.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Новый металл был представлен публике (1855 г.) на Парижской выставке примерно в то время, когда он стал доступен (в небольших количествах за большие деньги) за счет восстановления расплавленного хлорида алюминия натрием посредством процесса Девиля.Когда электроэнергия стала относительно обильной и дешевой, почти одновременно Чарльз Мартин Холл в США и Поль-Луи-Туссен Эру во Франции открыли (1886 г.) современный метод промышленного производства алюминия: электролиз очищенного глинозема (Al ₂ O _{). 3} ) в расплавленном криолите (Na ₃ AlF ₆ ). В 60-е годы алюминий вышел на первое место, опередив медь, в мировом производстве цветных металлов. Для получения более подробной информации о добыче, рафинировании и производстве алюминия, см. обработка алюминия.

Применение и свойства

Алюминий добавляется в небольших количествах к некоторым металлам для улучшения их свойств для конкретных целей, например, в алюминиевых бронзах и большинстве сплавов на основе магния; или, для сплавов на основе алюминия, к алюминию добавляются умеренные количества других металлов и кремния. Металл и его сплавы широко используются в авиастроении, строительных материалах, товарах длительного пользования (холодильники, кондиционеры, кухонная утварь), электрических проводниках, химическом и пищевом оборудовании.

Чистый алюминий (99,996%) довольно мягкий и непрочный; технический алюминий (чистота от 99 до 99,6%) с небольшим содержанием кремния и железа тверд и прочен. Пластичный и очень ковкий алюминий можно растянуть в проволоку или свернуть в тонкую фольгу. Металл примерно на треть меньше по плотности, чем железо или медь. Хотя алюминий химически активен, он, тем не менее, очень устойчив к коррозии, потому что на воздухе на его поверхности образуется твердая, прочная оксидная пленка.

Алюминий отлично проводит тепло и электричество.Его теплопроводность примерно вдвое меньше, чем у меди; его электропроводность — около двух третей. Он кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Весь природный алюминий представляет собой стабильный изотоп алюминия-27. Металлический алюминий, его оксид и гидроксид нетоксичны.

Алюминий медленно разрушается большинством разбавленных кислот и быстро растворяется в концентрированной соляной кислоте. Однако концентрированную азотную кислоту можно перевозить в алюминиевых цистернах, поскольку она делает металл пассивным.Даже очень чистый алюминий активно разрушается щелочами, такими как гидроксид натрия и калия, с образованием водорода и алюминат-иона. Из-за своего большого сродства к кислороду тонкодисперсный алюминий при воспламенении будет гореть в оксиде углерода или диоксиде углерода с образованием оксида и карбида алюминия, но при температурах до красного каления алюминий инертен по отношению к сере.

Алюминий может быть обнаружен с помощью эмиссионной спектроскопии в концентрациях от одной части на миллион.Алюминий может быть количественно проанализирован как оксид (формула Al ₂ O ₃ ) или как производное органического соединения азота 8-гидроксихинолина. Производное имеет молекулярную формулу Al (C ₉ H ₆ ON) ₃ .

Соединения

Обычно алюминий трехвалентен. Однако при повышенных температурах было получено несколько газообразных одновалентных и двухвалентных соединений (AlCl, Al ₂ O, AlO). В алюминии конфигурация трех внешних электронов такова, что в некоторых соединениях (например.например, кристаллический фторид алюминия [AlF ₃ ] и хлорид алюминия [AlCl ₃ ]), как известно, возникает чистый ион, Al ³⁺ , образованный в результате потери этих электронов. Однако энергия, необходимая для образования иона Al ³⁺ , очень высока, и в большинстве случаев для атома алюминия энергетически более выгодно образовывать ковалентные соединения посредством гибридизации sp ² , как бор. Ион Al ³⁺ может быть стабилизирован путем гидратации, а октаэдрический ион [Al (H ₂ O) ₆ ] ³⁺ находится как в водном растворе, так и в нескольких солях.

Ряд соединений алюминия имеет важное промышленное применение. Оксид алюминия, который встречается в природе в виде корунда, также готовится в больших количествах в промышленных масштабах для использования в производстве металлического алюминия и изготовления изоляторов, свечей зажигания и различных других продуктов. При нагревании оксид алюминия приобретает пористую структуру, которая позволяет ему адсорбировать водяной пар. Эта форма оксида алюминия, известная как активированный оксид алюминия, используется для сушки газов и некоторых жидкостей.Он также служит носителем для катализаторов различных химических реакций.

Анодный оксид алюминия (AAO), обычно получаемый путем электрохимического окисления алюминия, представляет собой наноструктурированный материал на основе алюминия с очень уникальной структурой. AAO содержит цилиндрические поры, которые позволяют использовать его в самых разных целях. Это термически и механически стабильный состав, при этом он оптически прозрачен и является электрическим изолятором. Размер пор и толщину AAO можно легко адаптировать к определенным приложениям, включая использование в качестве шаблона для синтеза материалов в нанотрубки и наностержни.

Еще одно важное соединение — сульфат алюминия, бесцветная соль, полученная действием серной кислоты на гидратированный оксид алюминия. Товарная форма представляет собой гидратированное кристаллическое твердое вещество с химической формулой Al ₂ (SO ₄ ) ₃ . Он широко используется в производстве бумаги как связующее для красителей и как поверхностный наполнитель. Сульфат алюминия соединяется с сульфатами одновалентных металлов с образованием гидратированных двойных сульфатов, называемых квасцами. Квасцы, двойные соли формулы MAl (SO ₄ ) ₂ · 12H ₂ O (где M — однозарядный катион, такой как K ⁺ ), также содержат ион Al ³⁺ ; M может быть катионом натрия, калия, рубидия, цезия, аммония или таллия, а алюминий может быть заменен множеством других ионов M ³⁺ — e.например, галлий, индий, титан, ванадий, хром, марганец, железо или кобальт. Наиболее важной из таких солей является сульфат алюминия-калия, также известный как квасцы калия или квасцы поташа. Эти квасцы находят множество применений, особенно в производстве лекарств, текстиля и красок.

При реакции газообразного хлора с расплавленным металлическим алюминием образуется хлорид алюминия; последний является наиболее часто используемым катализатором в реакциях Фриделя-Крафтса, то есть в синтетических органических реакциях, участвующих в получении широкого спектра соединений, включая ароматические кетоны и антрохинон и его производные.Гидратированный хлорид алюминия, широко известный как хлоргидрат алюминия, AlCl ₃ ∙ H ₂ O, используется в качестве местного антиперспиранта или дезодоранта для тела, который сужает поры. Это одна из нескольких солей алюминия, используемых в косметической промышленности.

Гидроксид алюминия, Al (OH) ₃ , используется для водонепроницаемости тканей и для производства ряда других соединений алюминия, включая соли, называемые алюминатами, которые содержат группу AlO ^— ₂ .С водородом алюминий образует гидрид алюминия AlH ₃ , твердое полимерное вещество, из которого получают тетрогидроалюминаты (важные восстановители). Литийалюминийгидрид (LiAlH ₄ ), образованный реакцией хлорида алюминия с гидридом лития, широко используется в органической химии, например, для восстановления альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов соответственно.

Эта статья была последней отредактирована и обновлена ​​старшим редактором Эриком Грегерсеном.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

• элемент группы бора

  — это бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl) и нихоний (Nh).Они характеризуются как группа наличием трех электронов во внешних частях их атомной структуры. Бор самый легкий…

• Материаловедение: Алюминий

  Поскольку плотность алюминия составляет примерно одну треть плотности стали, его замена стали в автомобилях может показаться разумным подходом к снижению веса и, таким образом, к увеличению экономии топлива и сокращению вредных выбросов.Однако такие замены не могут быть произведены без учета…

• химическая промышленность: рафинирование алюминия

  Фтористая промышленность тесно связана с производством алюминия. Глинозем (оксид алюминия, Al ₂ O ₃ ) может быть восстановлен до металлического алюминия путем электролиза при сплавлении с флюсом, состоящим из фторалюмината натрия (Na ₃ AlF ₆ ), обычно называемого криолитом.После запуска процесса криолит составляет…

Ремонт алюминиевых конструкций

Несомненно, алюминий все чаще используется в сварочной промышленности. Мы наблюдаем значительный рост использования алюминия в автомобильной промышленности, где использование алюминия продолжает развиваться. Также в других отраслях, таких как мебель, оборудование для отдыха и спорта, судостроение, транспорт и контейнеры, военная и аэрокосмическая промышленность, мы наблюдаем продолжающиеся разработки с алюминием, часто в качестве замены стали.

По мере того, как все больше компонентов производится из алюминия, возрастает потребность в надежных ремонтных работах на сварных алюминиевых деталях. Ремонт алюминиевых конструкций на регулярной основе ведется исключительно успешно, такие элементы, как кузов грузовика и корпуса лодок, ремонтируются после повреждений в результате столкновения или после износа в тяжелых условиях эксплуатации. В этой статье будут рассмотрены некоторые из наиболее общих соображений, связанных с ремонтом алюминиевых сплавов, чтобы помочь предотвратить проблемы, связанные с ремонтными работами, а также помочь обеспечить стабильно успешный ремонт.

Идентификация типа сплава: Вероятно, наиболее важным соображением, возникающим при ремонте, является идентификация типа сплава на основе алюминия. Если тип основного материала компонента, требующего ремонта, недоступен из надежного источника, выбор подходящей процедуры сварки может оказаться затруднительным. Есть несколько руководств относительно наиболее вероятного типа алюминия, используемого в различных областях, таких как; большая часть экструдированного алюминия, как правило, относится к серии 6ххх (AL-Mg-Si).Системы кондиционирования воздуха и теплообменники в автомобильной промышленности обычно изготавливаются из пластин 3003, 5052 и 6061 труб. Автомобильные колеса часто изготавливаются из сплава 5454, который из-за содержания в нем контролируемого магния (менее 3% Mg) подходит для температурных применений. Корпуса судов часто изготавливаются из материала 5083 (5% Mg), который признан морским материалом. К сожалению, если тип основного материала неизвестен или недоступен, есть только один надежный способ установить точный тип алюминиевого сплава — с помощью химического анализа.Небольшой образец основного материала необходимо отправить в надежную лабораторию по испытанию алюминия и провести химический анализ. Как правило, затем можно оценить химический состав и сделать определение наиболее подходящего присадочного сплава и процедуры сварки. Очень важно знать, что неверные предположения относительно химического состава алюминиевого сплава могут привести к очень серьезным последствиям для результатов сварки.

Существует 7 основных типов алюминиевых сплавов, которые обладают широким диапазоном механических свойств и, следовательно, широким спектром характеристик и областей применения.Некоторые из них имеют очень хорошую свариваемость, а другие считаются чрезвычайно плохими и непригодны в случае сварки для применения в конструкциях. Некоторые из них можно сваривать с одним типом присадочного сплава, а другие будут давать неприемлемые, чрезвычайно плохие механические свойства, если сваривать с тем же присадочным сплавом. Химическая смесь присадочного сплава и основного сплава является одним из основных факторов, влияющих на пригодность сварного соединения, чувствительность к трещинам и характеристики соединения. Следовательно, не зная тип основного материала, вы не можете определить правильный наполнитель, чтобы предотвратить использование неподходящего присадочного сплава, основного сплава или смеси.
Я должен определенно рекомендовать, чтобы, если алюминиевый компонент подлежит ремонту и сварке, а после этого используется для любого конструктивного применения, в частности, если повреждение сварного шва может каким-либо образом повредить имущество и / или вызвать травму, не сваривайте его. без понимания типа сплава и уверенности в том, что необходимо соблюдать правильную процедуру сварки.

Ремонт некоторых высокоэффективных алюминиевых сплавов: Другая проблема, связанная с ремонтом небольшой группы алюминиевых конструкций, — это соблазн отремонтировать высокоэффективные компоненты, обычно с высокой стоимостью замены, сделанные из экзотических алюминиевых сплавов.Эти материалы часто используются в самолетах, планерах, спортивном оборудовании и других типах высокопроизводительного оборудования, критически важного для безопасности, и обычно не привариваются к исходным компонентам. Существует небольшое количество алюминиевых сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками, которые обычно считаются несвариваемыми. Выполнение сварки этих компонентов с последующим возобновлением их эксплуатации может быть очень опасным. Вероятно, два наиболее часто встречающихся алюминиевых сплава в этой категории — это 2024, который представляет собой сплав алюминия, меди, магния, и 7075, сплав алюминия, цинка, меди и магния.Оба эти материала могут стать подверженными коррозионному растрескиванию под напряжением после сварки. Это явление (коррозионное растрескивание под напряжением) особенно опасно, поскольку обычно это замедленный отказ, который не обнаруживается сразу после сварки и обычно развивается позже, когда компонент находится в эксплуатации. Готовый сварной шов может быть отличного качества сразу после сварки. Рентгеновские лучи и ультразвуковой контроль вскоре после сварки, как правило, не обнаруживают проблем со сваркой.Однако изменения, которые происходят в основном материале, прилегающем к сварному шву во время процесса сварки, могут привести к возникновению металлургических условий в этих материалах, что может привести к межкристаллитному микротрещению, которое может быть восприимчивым к распространению и возможному разрушению сварного компонента.

Вероятность отказа может быть высокой, а время до отказа обычно непредсказуемо и зависит от таких переменных, как растягивающее напряжение, приложенное к соединению, условия окружающей среды и период времени, в течение которого компонент подвергается воздействию этих переменных.
Настоятельно рекомендуется проявлять особую осторожность при рассмотрении вопроса о ремонте компонентов, изготовленных из этих материалов. Опять же, необходимо подчеркнуть, что если есть какая-либо вероятность того, что разрушение сварного шва станет причиной повреждения или травмы человека или имущества, не выполняйте ремонтных работ путем сварки этих сплавов, а затем верните их в эксплуатацию.

Снижение прочности основного материала после ремонтной сварки: Существуют соображения, касающиеся влияния нагрева основного материала во время ремонтной сварки.Алюминиевые сплавы делятся на две группы: «термически обрабатываемые» и «нетермообрабатываемые» сплавы. Мы должны учитывать различия между этими двумя группами и влияние на каждую из них в процессе ремонта. Обычно нетермообрабатываемые сплавы используются в состоянии деформационного упрочнения. Этот метод используется для улучшения их механических свойств, поскольку они не поддаются термической обработке. Во время процесса сварки тепло, подводимое к алюминиевому основанию, обычно возвращает основной материал, прилегающий к сварному шву, в отожженное состояние.Это обычно приводит к локальному снижению прочности в этой области и может иметь или не иметь какое-либо значение для конструкции / производительности.
Термообрабатываемые сплавы почти всегда используются в той или иной термически обработанной форме. Обычно они используются в условиях T4 или T6 (термообработка на растворе и естественное старение или термообработка на растворе и искусственное старение). Базовые материалы в этих термообработанных сплавах находятся в оптимальном механическом состоянии. Тепло, подводимое к этим основным материалам в процессе ремонтной сварки, может значительно изменить их механические свойства в зоне ремонта.В отличие от нетермообрабатываемых сплавов, которые отжигаются и возвращаются в это состояние при кратковременном воздействии определенной температуры, на термически обрабатываемые сплавы влияют время и температура. Воздействие нагрева во время ремонта сваркой на термообрабатываемый сплав обычно проявляется в виде частичного отжига и эффекта перенапряжения. Поскольку степень снижения прочности в значительной степени определяется общим тепловложением во время процесса сварки, существуют общие сведения о том, как это снижение может быть минимизировано.Как правило, для контроля этого эффекта следует использовать минимальное количество предварительного нагрева и низкие температуры промежуточного прохода.
Однако даже при оптимально разработанных процедурах сварки при дуговой сварке этих типов материалов в зоне термического влияния всегда наблюдается значительная потеря прочности на растяжение. К сожалению, выполнение термообработки раствором после сварки обычно либо ограничено по стоимости, либо, что более часто, непрактично из-за требуемых высоких температур и искажений, связанных с процессом.

Очистка и подготовка материала перед сваркой: Даже при сварке новых компонентов, изготовленных из нового материала, мы должны учитывать чистоту свариваемой детали. Алюминий очень привлекает водородом, а присутствие водорода в зоне сварного шва часто связано с чистотой свариваемой пластины. Мы должны быть очень осведомлены о потенциальных проблемах, связанных с использованным компонентом, который мог быть подвержен загрязнению из-за воздействия масла, краски, смазки или смазочных материалов.Загрязнения такого типа могут содержать углеводороды, которые могут вызвать пористость сварного шва во время операции сварки. Другой источник водорода, который нам необходимо учитывать, — это влага, часто вводимая через присутствие гидратированного оксида алюминия. По этим причинам важно полностью очистить свариваемую зону перед выполнением ремонта сварного шва. Обычно это достигается за счет использования обезжиривающего растворителя для удаления углеводородов, а затем использования проволочной щетки из нержавеющей стали для удаления любого гидратированного оксида алюминия.Для некоторых применений может потребоваться более агрессивная химическая очистка.
В случае, если нам необходимо удалить существующий сварной шов или основной материал, чтобы провести ремонт. Нам необходимо рассмотреть доступные методы для выполнения этой операции и их влияние на готовый сварной шов. Если нам нужно удалить трещину на поверхности сварного шва перед повторной сваркой, мы должны использовать метод, который не загрязняет основной свариваемый материал. Следует соблюдать осторожность при использовании шлифовальных дисков, некоторые из них загрязняют основной материал, осаждая частицы на поверхности алюминия.Фрезерование и выкрашивание твердосплавными инструментами часто оказывается успешным методом удаления материала. Необходимо соблюдать осторожность при плазменной резке или строжке, особенно при термообработке алюминиевых сплавов. Это может вызвать микротрещины на поверхности материала после резки, которые обычно требуется удалить механически перед сваркой.

Вывод: Есть много соображений, связанных с ремонтом алюминиевых сплавов. Возможно, наиболее важным является понимание того, что существует множество различных алюминиевых сплавов, которые требуют индивидуального рассмотрения.Большинство основных материалов, используемых для строительных конструкций, можно легко отремонтировать с помощью правильной процедуры сварки. Большинство алюминиевых конструкций предназначены для использования в состоянии после сварки, поэтому при правильном учете ремонт ранее сваренных деталей может и проводится удовлетворительно.

Алюминиевый сплав: идеальный материал для долговечных наружных конструкций

Последнее обновление: 13 июля 2021 г.

Алюминиевый сплав прошел долгий путь в строительстве и озеленении.Он занял свое место в качестве одного из лучших материалов для наружных конструкций благодаря своей прочности, универсальности и качеству. Из-за этих факторов все больше подрядчиков, архитекторов, домовладельцев и крупных международных гостиничных компаний выбирают алюминий для своих наружных конструкций.

Жалюзийные беседки от Azenco: терраса на крыше, ресторан Mila, Майами-Бич, Флорида. Ландшафтный дизайн и инсталляция от The Landscaping People.

Чтобы ответить на этот всплеск интереса к алюминию в ландшафтном дизайне и строительстве, Azenco Outdoor отвечает на самые распространенные вопросы.В этой информационной статье объясняется, насколько хорошо последние разработки в области алюминиевых технологий работают на открытом воздухе и какие продукты лучше всего подходят для преобразования открытого пространства.

Во-первых, давайте рассмотрим преимущества алюминия в наружных изделиях.

Алюминий 6063T6 — Укрытие и укрытие Premier

Самым передовым алюминиевым сплавом, который можно использовать для создания жилого пространства на открытом воздухе, является сплав 6063T6. Он используется для пергол, навесов для патио или алюминиевых навесов высшего качества.Этот прочный сплав, в котором используются кремний и магний, также является отличным вариантом для тех, кто ищет алюминиевое покрытие для бассейна.

Пергола с жалюзи, покрытие для бассейна и навес для машины из алюминия от Azenco.

Причины, по которым этот сплав так настоятельно рекомендуется профессиональными монтажниками, архитекторами и строителями, легко распознать и включают:

Алюминий Устойчивое развитие

Многочисленные факторы влияют на экологичность алюминия. Фактически, металл не только экологичен, но и пригоден для вторичной переработки, экологически безопасен и является экологически сознательным и ответственным выбором в следующем тысячелетии.Поскольку США вместе с остальной частью земного шара стремятся создать устойчивое будущее, годовой отчет Алюминиевой ассоциации за 2019 год показал, что алюминий — это сплав, явно достигающий этой цели.

Как указывается в отчете, «Алюминий — это металл, пригодный для 100% вторичной переработки и экологически безопасный. Фактически, 75 процентов всего когда-либо производимого алюминия используется до сих пор ».

Хотя использование экологически чистых строительных материалов может быть лишь частью построения того устойчивого будущего, о котором говорится в отчете, выбор алюминиевого сплава по сравнению с менее экологически чистым материалом оказывает долгосрочное положительное влияние, которое неоспоримо.

Алюминий 6063T6 Долговечность

Алюминий 6063T6 также обеспечивает превосходную долговечность, когда речь идет о продуктах для наружного применения. В отличие от других сплавов, он эффективно выдерживает испытание временем перед лицом внешних элементов, которые быстрее разрушают другие материалы.

Свариваемость алюминия

Алюминиевый сплав 6063T6 также хорошо сваривается. Это серьезная проблема для любого материала, используемого для создания наружной конструкции, и фактор, который значительно увеличивает его долговечность и производительность, а также безопасность.

Термическая обработка алюминия

У этого сплава есть еще одно преимущество — его способность к термообработке. Это обеспечивает твердость, долговечность и максимальную прочность, необходимые для того, чтобы выдерживать нагрузки, которые могут повлиять на безопасность, и позволяет создавать действительно долговечные товары для улицы.

Производство Azenco оснащено самым современным оборудованием во Флориде.

Устойчивость к коррозии алюминия

Несмотря на эти преимущества, алюминиевый сплав все равно не годился бы для использования на открытом воздухе, если бы не был способен противостоять коррозии.В конце концов, внешний климат и условия могут привести к ухудшению качества и потребовать либо дорогостоящего обслуживания, либо полной и полной замены.

Один из лучших металлов для наружных работ — алюминий 6063T6. Он спроектирован так, чтобы быть устойчивым к коррозии, несмотря на воздействие ветра, дождя, соли и других элементов.

Возможность экструзии алюминия

Алюминиевый сплав 6063T6 обладает еще одним важным преимуществом — легкостью экструзии для создания форм. Это означает, что независимо от того, хотите ли вы установить алюминиевое покрытие для террасы или моторизованное покрытие для бассейна, работающее на солнечной энергии, товары для улицы, изготовленные из этого сплава, могут дать вам элегантный современный дизайн, которого вы надеетесь достичь.

Алюминиевое порошковое покрытие

Кроме того, этот специальный сплав позволяет получить высококачественную порошковую отделку поверх анодированного алюминия. Готовое изделие не только укрепляется, но и улучшает внешний вид готового продукта. В результате он создает красивые, прочные и долговечные наружные конструкции.

Столб для наружной конструкции с порошковым покрытием — без видимой фурнитуры

Качество и долговечность алюминия

В конечном итоге все преимущества алюминиевого сплава 6063T6 сводятся к двум вещам — качеству и долговечности.Товары для улицы, изготовленные с использованием этого сплава, служат дольше, снижая или устраняя затраты и заботу о техническом обслуживании, обеспечивая при этом прочность, производительность и варианты дизайна, соответствующие требованиям клиентов.

Сравнение материалов для любых наружных проектов

При выборе материала для проекта наружного покрытия все сводится к следующим вопросам…

• Важны ли долговечность, долговечность и долгосрочное устранение затрат на техническое обслуживание для вас или вашего клиента?
• Вам нужен элегантный законченный вид, который обеспечивает высококачественное порошковое покрытие сплава?
• Вам нужна прочность, которую обеспечивает сплав для вашего проекта? Например, ветроустойчивость или водонепроницаемость?
• Важна ли коррозионная стойкость для вашего проекта (жизненно важна для прибрежных районов)?
• Наконец, важно ли для вас или вашего клиента, чтобы материалы, которые вы используете в проекте, были устойчивыми и экологически чистыми?

Товары для улицы Azenco изготовлены из алюминия 6063T6 и отвечают «ДА» на любой или все эти вопросы.Алюминий 6063T6 — идеальный выбор для любого ландшафтного дизайна или строительства, будь то дома или в коммерческих целях.

Пергола с утепленной крышей (слева), пергола с решетчатой ​​крышей (справа) от Azenco.

Наружные конструкции из алюминиевого сплава для дополнения любого дизайна

Azenco International признала преимуществ алюминиевого сплава 6063T6 и объединила технологические характеристики алюминия с передовой эстетикой дизайна, чтобы стать одной из ведущих компаний по производству наружного оборудования и оборудования для дома.

Наружные конструкции, предлагаемые Azenco с использованием этого сплава, включают:

Алюминиевая крышка патио

Для тех, кто хочет оптимизировать свое жилое пространство на открытом воздухе, современные покрытия 6063T6 для террас (включая изолированные алюминиевые покрытия для террас) предлагают вариант следующего поколения и подходят для всех архитектурных стилей от современного до современного или классического.

Водонепроницаемая и ветроустойчивая отделка этого сплава с порошковым покрытием, а также его способность противостоять коррозии позволяют жить без обслуживания.

Проект покрытия патио в Помпано-Бич, Флорида

Кроме того, алюминиевый навес оснащен изолирующей сэндвич-панелью и невидимой интегрированной водосточной системой, что делает его универсальным решением для преобразования любого открытого пространства.

Алюминиевая пергола

Для регионов, где зимой требуется немного больше солнца, а летом — тень, идеальным выбором будет биоклиматическая беседка с моторизованной крышей с жалюзи.

Усовершенствованный дизайн R-BLADE, который включает в себя структуру, систему крепления и пульт дистанционного управления, обеспечивает естественную вентиляцию.Ось поворота в основании каждой двустенной жалюзи обеспечивает превосходное уплотнение и сопротивление. И, как и в случае с навесом для патио, в комплект входит невидимая интегрированная водосточная система.

Пергола R-Blade, проект в Майами-Бич, FL

Алюминий Cabana

Хотя встроенные конструкции являются отличным вариантом, получение разрешений может занять много времени и в некоторых областях. Чтобы решить эту проблему, Azenco создала модульную кабину, которая проста в установке и не требует разрешения.

Отдельно стоящая беседка с раздвижными панелями с жалюзи позволяет реконструировать внутренний дворик, который можно настраивать от пола до крыши.

Модульная пергола: Проект кондоминиума.

Фактически, с несколькими установками, которые стали возможными благодаря объединению модулей, система может удовлетворить потребности любого открытого пространства. Это делает их идеальным дополнением для заднего двора, бассейна отеля или внутреннего двора.

Навес для автомобиля из алюминия

Алюминий 6063T6 действительно сияет, когда речь идет о конструкциях навесов.Он оставляет далеко позади другие материалы в гонке за премиальный дизайн и долговечность. Он не только служит дольше, но и превосходит сталь своим законченным видом и простотой установки.

Полностью алюминиевый навес R-CAR

Azenco обеспечивает одну зону идеальной защиты для двух автомобилей. Это делает его идеальным для защиты автомобилей, припаркованных на улице.

Навесы R-CAR от Azenco из алюминиевого сплава 6063T6.

Он включает 3-дюймовую изолирующую сэндвич-панель и может быть установлен как прикрепленный, так и отдельно стоящий.В конструкции даже есть возможность оборудовать конструкцию крыши для солнечных батарей, что повысит ее экологичность.

Алюминиевый чехол для бассейна Покрытие для бассейна из алюминиевого сплава

Azenco выводит жизнь у бассейна на новый уровень. POOLDECK выполняет три функции в одном — покрытие бассейна, террасу и внутренний дворик. Идеально подходит для оптимизации пространства и обеспечения эффективной термозащиты, современный дизайн подходит почти для всех размеров бассейнов.

POOLDECK — Алюминиевая конструкция

В дополнение к POOLDECK, компания предлагает NEO, телескопическое покрытие для бассейна, и R-DESIGN — современный навес для бассейна.

Накидки для бассейнов Neo и R-Design.

Очевидно, что наружные конструкции стали алюминиевыми.

American Alloy Solutions Solutions

По мере того, как все больше подрядчиков, ландшафтных дизайнеров, частных лиц и роскошных отелей осознают преимущества использования алюминия 6063T6 для преобразования своих наружных пространств, от экологичности и долговечности до потрясающей эстетики дизайна, который он обеспечивает, алюминий становится все более популярным.

Итак, если вы рассматриваете проект на открытом воздухе — будь то красиво расположенная и законченная беседка или навес, покрытие для бассейна или палуба, которые выглядят элегантно, но при этом повышают безопасность, или навес для машины, который выдерживает испытание временем — рассмотрите доказанную ценность Azenco уличные изделия из алюминия 6063Т6.