Charakteristika hliníku. Hliník: obecná charakteristika

Každý chemický prvek může být zvážen z pohledu tří věd: fyziky, chemie a biologie. A v tomto článku se budeme snažit dát co nejpřesněji vlastnosti hliníku. Jedná se o chemický prvek, který se nachází ve třetí skupině a ve třetím období podle tabulky Mendelejeva. Hliník je kov, který má průměrnou chemickou aktivitu. Také ve svých sloučeninách je možné pozorovat amfoterní vlastnosti. Atomová hmotnost hliníku je dvacet šest gramů na jeden mol.

Fyzikální vlastnosti hliníku

Za normálních podmínek je pevný. Vzorec pro hliník je velmi jednoduchý. Skládá se z atomů (nekombinovaných do molekul), které jsou postaveny pomocí krystalové mřížky na pevnou látku. Barva hliníku je stříbřitě bílá. Kromě toho má kovový lesk, stejně jako všechny ostatní látky v této skupině. Barva hliníku používaného v průmyslu může být odlišná kvůli přítomnosti nečistot ve slitině. To je poměrně lehký kov. Jeho hustota je 2,7 g / cm3, tj. Je přibližně třikrát lehčí než železo. V tom může přinést pouze hořčík, který je dokonce lehčí než dotyčný kov. Tvrdost hliníku je poměrně nízká. V tom je méně než většina kovů. Tvrdost hliníku je pouze na Mohsově stupnici. Proto je pro jeho posílení, slitiny na bázi tohoto kovu přidávají pevnější.

Tavení hliníku probíhá při teplotě jen 660 stupňů Celsia. A když se ohřívá na teplotu dva tisíce čtyř set padesát dva stupňů Celsia. Je to velmi tvárný a málo tavitelný kov. To není konec fyzikálních vlastností hliníku. Rád bych také poznamenal, že tento kov má nejlepší měrnou vodivost po mědi a stříbru.

Prevalence v přírodě

Hliník, jehož technické vlastnosti jsme právě uvažovali, se často nacházejí v životním prostředí. To lze pozorovat v mnoha minerálech. Element hliník - čtvrtý ze všech v prevalenci v přírodě. Jeho hmotnostní podíl v zemské kůře je téměř devět procent. Hlavní minerály, které obsahují atomy, jsou bauxit, korund, kryolit. První je skála, která se skládá z oxidů železa, křemíku a příslušného kovu a ve struktuře jsou také přítomné molekuly vody. Má nerovnoměrné zbarvení: fragmenty šedé, červenohnědé a jiné barvy, které závisí na přítomnosti různých nečistot. Od třiceti do šedesáti procent tohoto plemene je hliník, jehož fotografie je vidět nahoře. Kromě toho je korund velmi charakteristický.

Jedná se o oxid hlinitý. Jeho chemickým složením je Al2O3. Může mít červenou, žlutou, modrou nebo hnědou barvu. Jeho tvrdost na stupnici Mohs je devět jednotek. K odrůdám korundu patří všechny zafíry a rubíny, leukosafiry a padparadžha (žlutý safír).

Kryolit je minerál, který má složitější chemický vzorec. Skládá se z hliníku a fluoridů sodíku - AlF3 • 3NaF. Vypadá to jako bezbarvý nebo šedivý kámen s nízkou tvrdostí - pouze tři na stupnici Mohs. V moderním světě je uměle syntetizován v laboratoři. Používá se v metalurgii.

Také hliník lze nalézt v přírodě ve složení hliníků, jejichž hlavními složkami jsou oxidy křemíku a zvažovaný kov spojený s molekulami vody. Navíc tento chemický prvek lze pozorovat i ve složení nefelinů, jejichž chemický vzorec je následující: KNa3 [AlSiO4] 4.

Příjem

Vlastnosti hliníku zahrnují zvážení metod jeho syntézy. Existuje několik metod. Výroba hliníku se uskutečňuje ve třech etapách. Posledním z nich je elektrolýza na katodě a uhelné anodě. Pro provádění tohoto způsobu vyžaduje oxid hlinitý, a pomocné látky, jako je kryolit (vzorce - Na3AlF6) a fluorid vápenatý (CaF2). Za účelem, aby došlo k rozkladu rozpuštěného oxidu hlinitého, je třeba s roztaveným kryolit a fluoridu vápenatého vyhřáté na teplotu alespoň devět set padesát stupňů Celsia, a pak prochází proud těchto látek v osmdesáti tisíc ampér a napětí pěti- osm voltů. To znamená, protože proces pro usadit hliníkové katody, a kyslíkové molekuly se budou shromažďovat na anodě, což se oxiduje anodu a přeměnit je na oxid uhličitý. Před provedením tohoto postupu bauxit, které ve formě oxidu hlinitého se extrahuje, předčištěný nečistot, a předává proces dehydratace.

Výroba hliníku metodou popsanou výše je velmi běžná v metalurgii. Existuje také metoda, kterou vynalezl v roce 1827 F. Weller. Spočívá v tom, že hliník lze získat chemickou reakcí mezi jeho chloridem a draslíkem. Takový proces lze dosáhnout pouze vytvořením zvláštních podmínek ve formě velmi vysoké teploty a vakua. Z jednoho mol chloridu a stejného objemu draslíku lze tedy získat jeden mol hliníku a tří molů chlorid draselný jako vedlejší produkt. Tato reakce může být zapsána ve formě následující rovnice: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Tato metoda nebyla v metalurgii příliš oblíbená.

Charakterizace hliníku z hlediska chemie

Jak bylo uvedeno výše, jedná se o jednoduchou látku, která se skládá z atomů, které nejsou spojeny do molekul. Podobné struktury tvoří téměř všechny kovy. Hliník má dostatečně vysokou chemickou aktivitu a silné redukční vlastnosti. Chemická charakterizace hliníku začíná popisem jeho reakcí s jinými jednoduchými látkami a budou popsány další interakce s komplexními anorganickými sloučeninami.

Hliník a jednoduché látky

Patří sem především kyslík - nejběžnější směs na planetě. Z toho je atmosféra Země dvacet jedna procenta. Reakce této látky s jakoukoli jinou se nazývají oxidace nebo spalování. Obvykle se vyskytuje při vysokých teplotách. Ale v případě hliníku je možné oxidaci za normálních podmínek - tak vzniká oxidový film. Pokud je daný kov rozdrcen, spálí, a přidělí tak značné množství energie ve formě tepla. K provádění reakce mezi hliníkem a kyslíkem se tyto složky vyžadují v molárním poměru 4: 3, což vede ke vzniku dvou částí oxidu.

Tato chemická interakce je vyjádřena jako následující rovnice: 4AI + 3O2 = 2AIO3. Také jsou možné reakce hliníku s halogeny, které zahrnují fluor, jod, brom a chlor. Názvy těchto procesů pocházejí z názvů odpovídajících halogenů: fluorace, jodace, bromace a chlorace. Jedná se o typické reakce přidávání.

Jako příklad uvedeme interakci hliníku s chlórem. Tento druh procesu se může stát jen v chladu.

Takže vezmeme-li dva moly hliníku a tři moly chlóru, dostaneme v důsledku toho dva molů chloridu kovu. Rovnice této reakce je následující: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Stejným způsobem lze získat fluorid hlinitý, jeho bromid a jodid.

Při síře reaguje daná látka pouze při zahřátí. Pro provedení interakce mezi těmito dvěma sloučeninami je nutné je užívat v molárních poměrech dvou až tří a vytvoří se jedna část sulfidu hlinitého. Rovnice pro reakci je následující: 2Al + 3S = Al2S3.

Navíc při vysokých teplotách reaguje hliník s uhlíkem, vytvářením karbidu a dusíkem, čímž vzniká nitrid. Jako příklad lze uvést následující rovnice chemických reakcí: 4AI + 3C = AI4C3-2Al + N2 = 2AlN.

Interakce s komplexními látkami

Patří sem voda, soli, kyseliny, zásady, oxidy. U všech těchto chemikálií reaguje hliník jinak. Podívejme se blíže na každý případ.

Reakce s vodou

S nejsložitější látkou na Zemi reaguje hliník s topením. K tomu dochází pouze v případě předběžného odstranění oxidového filmu. V důsledku interakce vzniká amfoterní hydroxid a vodík se také uvolňuje do ovzduší. Vezmeme-li dvě části hliníku a šest dílů vody, dostaneme hydroxid a vodík v molárních poměrech dva až tři. Rovnice této reakce je napsána následovně: 2AI + 6H2O = 2AI (OH) 3 + 3H2.

Interakce s kyselinami, zásadami a oxidy

Stejně jako ostatní aktivní kovy je hliník schopen vstoupit do substituční reakce. V tomto případě může vytlačovat vodík z kyseliny nebo kationu pasivnějšího kovu z jeho soli. V důsledku těchto interakcí se vytváří hliníková sůl, uvolňuje se vodík (v případě kyseliny) nebo precipitáty čistého kovu (který je méně aktivní než uvažovaný). Ve druhém případě se objevují redukční vlastnosti, které byly zmíněny výše. Příkladem je interakce hliníku s kyselina chlorovodíková, při kterém se vytváří chlorid hlinitý a vodík se uvolňuje do ovzduší. Tento druh reakce je vyjádřen ve formě následující rovnice: 2AI + 6HCl = 2AІСІ3 + 3H2.

Příklad interakce hliníku se solí je jeho reakce s síran měďnatý. Pochopení těchto dvou komponent získáme síranu hlinitého a čistou měď, která vypadne jako ložisko. S kyselinami, jako je kyselina sírová a dusičná, reaguje hliník zvláštním způsobem. Například, když se hliník přidává do zředěného roztoku dusičnanu v molárním poměru osm dílů k třiceti, vytvoří se osm částí kovového dusičnanu, tři díly oxidu dusíku a patnáct voda. Rovnice této reakce je napsána tímto způsobem: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. Tento proces nastává pouze tehdy, když je vysoká teplota.

Pokud smícháte hliník a slabý roztok kyseliny sírové v molárních poměrech dvou až tří, získáme příslušný síran kovu a vodík v poměru jeden k třem. To znamená, že nastane běžná náhrada, jako u jiných kyselin. Pro přehlednost uvádíme rovnici: 2Al + 3H2SO4 = AI2 (SO4) 3 + 3H2. Nicméně, s koncentrovaným roztokem stejné kyseliny, vše je složitější. Zde, jako v případě dusičnanů, vzniká vedlejší produkt, nikoliv ve formě oxidu, ale ve formě síry a vody. Pokud vezmeme dvě složky, které jsou pro nás nezbytné v molárním poměru dva až čtyři, pak v důsledku toho získáme jednu část soli kovu a síry v dotyku a čtyři - vodu. Tato chemická interakce může být vyjádřena následující rovnicí: 2Al + 4H2SO4 = AI2 (SO4) 3 + S + 4H2O. Kromě toho je hliník schopen reagovat s alkalickými roztoky. Aby bylo možné tuto chemickou interakci provést, je třeba vzít i dva krtky kovu, o který se jedná hydroxid sodný nebo draslíku, stejně jako šest moří vody. Toto produkuje látky, jako je sodný nebo draselný tetragidroksoalyuminat a vodík, který se uvolňuje jako plyn s pronikavým zápachem v molárních poměrech od dvou do tří. Tato chemická reakce může být reprezentována následující rovnicí: 2AІ + 2KOH + 6H2O = 2K [AІ (OH) 4] + 3H2.

A poslední věc, kterou je třeba vzít v úvahu, jsou vzory interakce hliníku s určitými oxidy. Nejběžnějším a nejčastěji používaným případem je Beketovova reakce. To, stejně jako mnohé další z výše uvedených, se vyskytuje pouze při vysokých teplotách. Abyste jej mohli implementovat, musíte si vzít dva moly hliníku a jeden mol oxidu železitého. Výsledkem interakce těchto dvou látek je získání oxidu hlinitého a volného železa v množství jednoho a dvou molů.

Použití dotyčného kovu v průmyslu

Všimněte si, že použití hliníku - velmi častý jev. V první řadě to letecký průmysl potřebuje. Spolu s hořčíkovými slitinami se zde používají i slitiny na bázi kovu, který je předmětem zkoumání. Můžeme říci, že průměrné letadlo je 50% složené z hliníkových slitin a jeho motor o 25%. Použití hliníku se také provádí při výrobě drátů a kabelů díky vynikající elektrické vodivosti. Navíc tento kov a jeho slitiny jsou široce používány v automobilovém průmyslu. Z těchto materiálů jsou trupy aut, autobusy, trolejbusy, některé tramvaje, stejně jako auta konvenčních a elektrických vlaků. Používá se také pro menší účely, například pro výrobu obalů pro potraviny a jiné výrobky, nádobí. Aby bylo možno vyrobit stříbrnou barvu, je nutný prášek z kovu. Tato barva je potřebná k ochraně železa před korozí. Lze říci, že hliník je po ferrum druhým nejčastěji používaným kovem v průmyslu. Jeho sloučeniny a sám se často používají v chemickém průmyslu. To je způsobeno zvláštními chemickými vlastnostmi hliníku, včetně jeho redukčních vlastností a amfotericity jeho sloučenin. Hydroxid příslušného chemického prvku je nezbytný pro čištění vody. Kromě toho se používá v lékařství při výrobě vakcín. Také to lze nalézt v některých typech plastů a jiných materiálů.

Role v přírodě

Jak již bylo uvedeno výše, hliník se nachází ve velkých množstvích v zemské kůře. Je zvláště důležitá pro živé organismy. Hliník se podílí na regulaci růstových procesů, vytváří pojivová tkáň, jako jsou kosti, vazky a další. Díky tomuto mikroelementu se proces regenerace tkání provádí rychleji. Jeho nedostatek je charakterizován následujícími příznaky: vývojovými a růstovými poruchami u dětí, u dospělých - chronická únavnost, snížená účinnost, zhoršená koordinace pohybů, snížená míra regenerace tkáně, svalové oslabení, zejména v končetinách. Takový jev může nastat, pokud spotřebujete příliš málo produktů s obsahem daného mikroelementu.

Nicméně častějším problémem je nadbytek hliníku v těle. Navíc jsou často pozorovány příznaky jako nervozita, deprese, poruchy spánku, ztráta paměti, odolnost proti stresu, změkčení muskuloskeletálního systému, což může vést k častým zlomeninám a vyvrtávání. Při prodlouženém přebytku hliníku v těle se často vyskytují problémy s ovládáním téměř všech orgánových systémů.

K tomuto jevu může vést řada důvodů. Především to je hliníkové nádobí. Vědci již dávno prokázali, že pokrmy vyrobené z tohoto kovu nejsou vhodné pro vaření potravin, neboť při vysokých teplotách se do potravy dostane nějaký hliník a v důsledku toho konzumujete mnohem více tohoto mikroelementu, než tělo potřebuje.

Druhý důvod - pravidelné používání kosmetiky s obsahem kovu nebo jeho solí. Před použitím výrobku byste si měli pečlivě přečíst jeho složení. Kosmetika není výjimkou.

Třetím důvodem je dlouhodobé užívání drog, které obsahují hodně hliníku. A také nevhodné použití vitamínů a přísad do potravin, které obsahují tento mikroelement.

Nyní zjistíme, které produkty obsahují hliník, aby bylo možné regulovat stravu a správně uspořádat menu. Nejdříve je to mrkev, tavený sýr, pšenice, kamenec, brambory. Ovoce, avokádo a broskve se doporučují. Navíc, bílá kapusta, rýže, mnoho bylin bohatých na hliník. Také kationty dotyčného kovu mohou být obsaženy v pitné vodě. Abyste se vyhnuli zvýšenému nebo sníženému obsahu hliníku v těle (stejně jako u jiných mikroelementů), musíte pečlivě sledovat dietu a snažit se ji co nejvíce vyrovnat.