Алюминий. Сплавы алюминия. Учитель: Белозерова Татьяна Анатольевна Ученица: Манжура Виктория Владимировна

Введение. В периодической системе алюминий находится в третьем периоде, в главной подгруппе третьей группы, его атомный номер13, заряд ядра +13,атомная масса 26,9815.Обозначается латинскими буквами AL (Aluminium).Электронное строение атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1, наиболее характерная степени окисления +3 и и 0. Отрицательные степени окисления проявляются очень редко. По электроотрицательности (1,47) одинаков с бериллием(Be), проявляет амфотерные (кислотные и основные) свойства. В соединениях может находиться в составе катионов и анионов. В природе- четвертый по химической распространенности элемент (первый среди металлов), находится в химически связанном состоянии. Входит в состав многих алюмосиликатных минералов, горных пород (граниты, порфиры, базальты, сланцы), различных глин (белая глина называется каолин), бокситов и глинозёма Аl 2 О 3. Около 100 лет назад Николай Гаврилович Чернышевский, сказал об алюминии, что этому металлу суждено великое будущее, что алюминий – металл социализма. Он оказался провидцем, в XX в. алюминий стал основой многих конструкционных материалов

Историческая справка. В 1827впервые был получен алюминий, немецким химиком Вёлером, при нагревании хлорида алюминия AlCl 3 со щелочными металлами калием (K) и натрием (Na) без доступа воздуха. AlCl 3 +3K = 3KCl + Al В 1855 алюминий впервые был выставлен на Всемирной выставке в Париже. В 1855 г. французский химик Анри Этьенн Сент Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия, основанный на вытеснении элемента 13 металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl · AlCl3. с 1855 по 1890 г., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия. В 1865 г. известный русский химик Н.Н. Бекетов открыл методвосстановления металлов с помощьюалюминия. В 1930 г. Мировая выплавка этого металла составила 300 тыс. т. В 1975 получено около 10 млн. т алюминия В 1825 г. алюминий стоил в 1500 раз дороже железа, в наши дни – лишь втрое. Сегодня алюминий дороже простой углеродистой стали, но дешевле нержавеющей.

Нахождение в природе. В свободном виде алюминия в природе нет ! Но алюминий находится практически везде на земном шаре, так как его оксид (Al 2 O 3 ) составляет основу глинозема. И хотя содержание его в земной коре 8,8% (для сравнения, например, железа в земной коре 4,65% - в два раза меньше), а по распространенности занимает третье место после кислорода (O) и кремния (Si). Алюминий в природе встречается в соединениях – его основные минералы: 1.боксит - смесь минералов диаспора, бемита AlOOH, гидраргиллита Al(OH) 3 и оксидов других металлов - алюминиевая руда 2. алунит - (Na,K) 2 SO 4 * Al 2 (SO 4 ) 3 * 4Al(OH) 3 ; 3. нефелин - (Na,K) 2 O * Al 2 O 3 * 2SiO 2 ; 4. корунд - Al 2 O 3 - прозрачные кристаллы ; 5. полевой шпат (ортоклаз) - K 2 O * Al 2 O 3 * 6SiO 2 ; 6.каолинит - Al 2 O 3 * 2SiO 2 * 2H 2 O - важнейшая составляющая часть глины и другие алюмосиликаты, входящие в состав глин.

Физические свойства. ФизическимиСвойствами(явлениями)Называются такие, при которых могут измениться размеры, форма тел или агрегатноесостояние веществ, но состав их остаетсяпостоянным. Серебристо-белый, довольно твердый металл, блестящий, Серебристо-белый, довольно твердый металл, блестящий, пластичный, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы (фольгу, до 0,005мм). Электропроводность алюминия довольно высока и уступает только серебру (Ag) и меди (Cu) (в 2,3 раза больше чем у меди), так же алюминий теплопроводен. На воздухе покрывается тончайшей (0,00001мм), но очень На воздухе покрывается тончайшей (0,00001мм), но очень плотной матовой защитной пленкой оксида Аl 2 О 3, весьма устойчивой, предохраняющей металл от дальнейшего окисления и придающий ему матовый вид. При обработке поверхности алюминия сильными окислителями (конц.HNO 3,K 2 Cr 2 O 7 ) или анодным окислением толщина защитной пленки возрастает. Устойчивость алюминия позволяет изготавливать из него химическую аппаратуру и емкости для хранения и транспортировки азотной кислоты. Физические константы: М, = 26,982 »27, р = 2,70 г/см3 М, = 26,982 »27, р = 2,70 г/см3 t пл. =660,37 °С, tкип=2500°С t пл. =660,37 °С, tкип=2500°С

Химические свойства I.Взаимодействие алюминия с простыми веществами. Явления, в результате которых из одного вещества образуются другие, называются химическими явлениями (свойствами) или химическими реакциями. 1. При комнатной температуре алюминий легко соединяется с кислородом, при этом на поверхности алюминия образуется оксидная пленка (слой Аl 2 O 3 ). 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 2. Взаимодействие с галогенами: 2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 Хлорид алюминия 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3 Бромид алюминия 3. Взаимодействие с серой: 2Al + 3S= t° 2Al 2 S 3 Сульфид алюминия 4. Взаимодействие с азотом: 2Al + N 2= t° 2AlN Нитрид алюминия 5. Взаимодействие с углеродом: 4Al + 3C = t° Al 4 C 3 Карбид алюминия

II.Взаимодействие алюминия со сложными веществами. 1.Если удалить оксидную пленку он активно взаимодействует с водой: 2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 2. Алюминий реагирует с оксидами металлов: 2Al + Fe 2 O 3 = t° 2 Fe + Al 2 O 3 3. Взаимодействие с разбавленными кислотами (HCl, H 2 SO 4 ): б) 2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 +3H 2 4. Взаимодействует с концентратной серной кислотой: 8Al + 15 H 2 SO 4 = t° 4Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 S + 12H 2 O 5. С концентрированной азотной кислотой алюминий не реагирует. С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует: Al + 4HNO 3 = Al(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O 6. Взаимодействие алюминия со щелочами: Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

Белый аморфный порошок или очень твердые белые кристаллы. Физические константы: Физические константы: Мr = 101,96~102, р = 3,97 г/см3 tпл=2053°С, tкип=3000°С Мr = 101,96~102, р = 3,97 г/см3 tпл=2053°С, tкип=3000°С Кристаллический Аl 2 О 3 химически пассивен, аморфный более активен. Медленно реагирует с кислотами и щелочами в растворе, проявляя амфотерные свойства: Al 2 O 3 + 6НСl(конц.) = 2АlСl 3 + ЗН 2 О Al 2 O 3 + 2NаОН(конц.) + ЗН 2 О = 2Na[Al(OH) 4 ] (в расплаве щелочи образуется NaAlO 2 ). Вторая реакция используется для «вскрытия» бокситов. Помимо сырья для производства алюминия, Аl 2 О 3 в виде порошка служит компонентом огнеупорных, химически стойких и абразивных материалов. В виде кристаллов применяется для изготовления лазеров и синтетических драгоценных камней ( рубины, сапфиры и др.), окрашенных примесями оксидов других металлов Сr 2 О 3 (красный цвет), Тi 2 О 3 и Fe 2 О 3 (голубой цвет). Оксиды- это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых -кислород со степенью окисления -2

Гидроксид алюминия. Физические константы: Мr=78,00 р= 3,97 г/см3, t разл > 170 °С Мr=78,00 р= 3,97 г/см3, t разл > 170 °С При нагревании ступенчато разлагается, образуя промежуточный продукт метагидроксид AlO(OH): продукт метагидроксид AlO(OH): Проявляет амфотерные, равно выраженные кислотные и основные свойства: 1.Взаимодействие гидроксида алюминия с кислотами: 1.Взаимодействие гидроксида алюминия с кислотами: Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O 2.Взаимодействие Al(OH) 3 со щелочами: 2.Взаимодействие Al(OH) 3 со щелочами: Al(OH) 3 + NaOH = NaAlO 2 + 2H 2 O Al(OH) 3 + NaOH = NaAlO 2 + 2H 2 O Удобный способ получения Аl(ОН) 3 пропускание СО 2 через раствор гидроксокомплекса: [Аl(ОН) 4 ] - + СО 2 = Аl(ОН) 3 + НСО 3 -

Сплавы алюминия. 1. Дуралюмины - от французского слова dur - твердый, трудный и aluminium - твердый алюминий. Дуралюмины - сплавы на основе алюминия, содержащие: 1,4-13% Cu, 0,4-2,8% Mg, 0,2-1,0% Mn, иногда 0,5-6,0% Si, 5-7% Zn, 0,8-1,8% Fe, 0,02-0,35% Ti и др. Дуралюмины - наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие из алюминиевых сплавов. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей. Магналии - названы так из-за большого содержания в них магния (Mg), сплавы на основе алюминия, содержащие: 5-13% Mg, 0,2-1,6% Mn, иногда 3,5-4,5% Zn, 1,75-2,25% Ni, до 0,15% Be, до 0,2% Ti, до 0,2% Zr и др. Магналии отличаются высокой прочностью и устойчивостью к коррозии в пресной и даже морской воде. Магналии также хорошо устойчивы к воздействию азотной кислоты HNO 3, разбавленной серной кислоты H 2 SO 4, ортофосфорной кислоты H 3 PO 4, а также в средах, содержащих SO 2. Магналии применяются как конструкционный материал в: 1.авиастроении; 2.судостроении; 3. машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы); 3. машиностроении (сварные баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы); 4. для изготовления арматуры строительных сооружений; 5. для изготовления деталей холодильных установок; 6. для изготовления декоративных бытовых предметов. Силумины - сплавы на основе алюминия с большим содержанием кремния (Si). В состав силуминов входят: 3-26% Si, 1-4% Cu, 0,2-1,3% Mg, 0,2-0,9% Mn, иногда 2-4% Zn, 0,8-2% Ni, 0,1-0,4% Cr, 0,05-0,3% Ti и др. Силумины обладают наилучшими из всех алюминиевых сплавов литейными свойствами. Они наиболее часто используются там, где необходимо изготовить тонкостенные или сложные по форме детали. Нашли свое основное применение в: 1.авиастроении; 2.вагоностроении; 3.автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовления картеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов. САП - сплавы, состоящие из Al и 20-22% Al 2 O3. Получают спеканием окисленного алюминиевого Получают спеканием окисленного алюминиевого порошка. После спекания частицы Al 2 O 3 играют роль упрочнителя. Прочность данного соединения при комнатной температуре ниже, чем у дуралюминов и магналиев, но при температуре превышающей 200 °С превосходит их. Прочность данного соединения при комнатной температуре ниже, чем у дуралюминов и магналиев, но при температуре превышающей 200 °С превосходит их. При этом САП обладают повышенной стойкостью к окислению, При этом САП обладают повышенной стойкостью к окислению, поэтому они незаменимы там, где температура эксплуатации превышает 400 °С.

Применение. Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Широкое применение получил так называемый термит - смесь оксида Широкое применение получил так называемый термит - смесь оксида железа Fe 3 O 4 с алюминием. железа Fe 3 O 4 с алюминием. 8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe Данный процесс используют при сварке. Иногда для получения некоторых чистых металлов в свободном виде. В технике алюминий используют для насыщения поверхности стальных и чугунных изделий с целью защиты этих изделий от коррозии. В технике алюминий используют для насыщения поверхности стальных и чугунных изделий с целью защиты этих изделий от коррозии. Гидрооксид алюминия Al(OH) 3 используется для крашения тканей, для изготовления керамики и как нейтрализующий агент. Алюминиевая фольга используется как упаковочный материал для продуктов питания (например шоколада), более толстая - для изготовления банок для напитков. Алюминиевая фольга используется как упаковочный материал для продуктов питания (например шоколада), более толстая - для изготовления банок для напитков. Некоторые соли алюминия применяются в медицине для лечения кожных заболеваний: KAl(SO 4 ) 2 · 12 H 2 O- алюмокалиевые квасцы: (СН 3 СОО) 3 Al – ацетат алюминия. Хлорид алюминия AlCl 3 применяется в качестве катализатора в органической химии. Сульфат алюминия Al 2 (SO 4 ) 3 · 18 H 2 O используется для очистки воды. В настоящее время алюминий и его сплавы используют практически во всех областях современной техники. Важнейшие потребители алюминия и его сплавов: 1.авиационная и автомобильная отрасли 2.промышленности, 3.железнодорожный и водный транспорт, 4.электротехническая промышленность и приборостроение, 5.промышленное и гражданское строительство, 6.химическая промышленность, 7.производство предметов народного потребления. Из алюминия и его сплавов изготовляют авиоконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и другие детали. Алюминием и его сплавами отделывают железнодорожные вагоны, изготовляют корпуса и дымовые трубы судов, спасательные лодки, радарные мачты, трапы. Алюминием и его сплавами отделывают железнодорожные вагоны, изготовляют корпуса и дымовые трубы судов, спасательные лодки, радарные мачты, трапы. Широко применяют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. Широко применяют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока.

Тест Вариант I. Вариант I. 1.Какова электронная конфигурация атома алюминия? А. 1s 2 2s 2 2p 1 Б. 1s 2 2s 2 2p 3 А. 1s 2 2s 2 2p 1 Б. 1s 2 2s 2 2p 3 B. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Г. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 B. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Г. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 2.С каким из указанных веществ реагирует алюминий? А.CaO Б.HCl А.CaO Б.HCl B.Cl 2 Г. NaOH B.Cl 2 Г. NaOH 3.С каким из указанных веществ реагирует гидроксид алюминия? А.N 2 Б. NaOH А.N 2 Б. NaOH B.H 2 SO 4 Г. H 2 O B.H 2 SO 4 Г. H 2 O 4.Какие вещества образуются при взаимодействии Al(OH) 3 и NaOH? А.Na 2 O Б. Al 2 O 3 А.Na 2 O Б. Al 2 O 3 B.NaAlO 2 Г. H 2 O B.NaAlO 2 Г. H 2 O 5. Какие из указанных металлов являются более активными, чем алюминий? А.Na Б. Cu А.Na Б. Cu B.Сa Г. Fe B.Сa Г. Fe 6.Растворы каких веществ имеют щелочную реакцию среды (pH>7)? А.AlCl 3 Б. Al(NO 3 ) 3 А.AlCl 3 Б. Al(NO 3 ) 3 B.NaAlO 2 Г. Al 2 (SO 4 ) 3 B.NaAlO 2 Г. Al 2 (SO 4 ) 3 7.В чем растворяется Al 2 O 3 ? А. H 2 O Б. Раствор NaOH А. H 2 O Б. Раствор NaOH B. раствор HCl Г. Раствор NaCl B. раствор HCl Г. Раствор NaCl

Вариант II. 1.Какова электронная конфигурация иона Al +3 ? А. 1s 2 Б. 1s 2 2s 2 2p 6 А. 1s 2 Б. 1s 2 2s 2 2p 6 B. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Г. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 B. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Г. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 2.С каким из указанных веществ реагирует оксид алюминия ? А. H 2 O Б.N 2 А. H 2 O Б.N 2 B. NaOH Г. H 2 SO 4 B. NaOH Г. H 2 SO 4 3.С каким из указанных веществ реагирует алюминий? 3.С каким из указанных веществ реагирует алюминий? А. SO 2 Б.Br 2 А. SO 2 Б.Br 2 B. NaCl Г. KOH B. NaCl Г. KOH 4. Какие вещества образуются при взаимодействии Al 2 O 3 с KOH ? 4. Какие вещества образуются при взаимодействии Al 2 O 3 с KOH ? А. Al(OH) 3 Б.K 2 O А. Al(OH) 3 Б.K 2 O B. H 2 O Г. KAlO 2 B. H 2 O Г. KAlO 2 5. Какие из указанных металлов являются менее активными, чем алюминий? 5. Какие из указанных металлов являются менее активными, чем алюминий? А. Ag Б.Ba А. Ag Б.Ba B. Hg Г. K B. Hg Г. K 6. Растворы каких веществ имеют кислую реакцию среды (pH