Порядковый номер и схема строения атома алюминия

Порядковый номер и схема строения атома алюминия

Одним из самых распространённых химических элементов на планете Земля является алюминий (Al). Основные физические свойства этого лёгкого металла получили большой спрос в промышленности. Этот материал устойчив к негативному воздействию коррозии, обладает высокой электропроводностью, хорошо справляется с колебаниями температур. Базовые характеристики и схема строения атома алюминия влияют на способы обработки металла.

  1. Принцип строения
  2. Физические характеристики
  3. Химические свойства
  4. Сферы применения
  5. Уровень токсичности

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 * H20. 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 H2O = 2 Al (OH)3 + 3H2.

Что мы узнали?

Атом алюминия включает 13 электронов. Схема строения алюминия – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . На внешнем уровне находится три электрона, определяющие третью валентность элемента. Алюминий – лёгкий, плавкий металл, легко вступающий в реакцию с кислородом и образующий на поверхности оксидную плёнку. Благодаря плёнке металл не подвержен коррозии и не вступает в реакцию с концентрированными кислотами. При комнатной температуре алюминий реагирует с галогенами, при нагревании – с серой, фосфором, азотом, углеродом.

Соединения алюминия

Al2O3 (глинозем)

Оксид алюминия Al2O3 является белым, очень тугоплавким и твердым веществом (в природе тверже только алмаз, карборунд и боразон).

Свойства глинозема:

  • не растворяется в воде и вступает с ней в реакцию;
  • является амфотерным веществом, реагируя с кислотами и щелочами:
    Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;
    Al2O3 + 6NaOH + 3H2O = 2Na3[Al(OH)6];
  • как амфотерный оксид реагирует при сплавлении с оксидами металлов и солями, образуя алюминаты:
    Al2O3 + K2O = 2KAlO2.

В промышленности глинозем получают из бокситов. В лабораторных условиях глинозем можно получить сжигая алюминий в кислороде:
4Al + 3O2 = 2Al2O3.

Применение глинозема:

  • для получения алюминия и электротехнической керамики;
  • в качестве абразивного и огнеупорного материала;
  • в качестве катализатора в реакциях органического синтеза.

Al(OH)3

Гидроксид алюминия Al(OH)3 является белым твердым кристаллическим веществом, которое получается в результате обменной реакции из раствора гидроксида алюминия — выпадает в виде белого студенистого осадка, кристаллизующегося со временем. Это амфотерное соединение почти не растворимое в воде:
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6];
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O.

  • взаимодействие Al(OH)3 с кислотами:
    Al(OH)3+3H + Cl = Al 3+ Cl3+3H2O
  • взаимодействие Al(OH)3 со щелочами:
    Al(OH)3+NaOH — = NaAlO2 — +2H2O

Гидроксид алюминия получают путем действия щелочей на растворы солей алюминия:
AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl.

Свойства

Алюминий – серебристый металл, обладающий высокой электропроводностью и пластичностью. Элемент при комнатной температуре легко соединяется с кислородом, образуя на поверхности оксидную плёнку, защищающую металл от коррозии. Образование плёнки препятствует реакции с водой, концентрированными азотной и серной кислотами, поэтому алюминиевая тара подходит для перевозки этих кислот.

Рис. 3. Оксид алюминия.

Для снятия оксидной плёнки используют соли аммония, горячие щёлочи, сплавы ртути. После разрушения оксидной плёнки алюминий вступает в реакцию со многими неметаллами и соединениями. Основные химические свойства элемента описаны в таблице.

Взаимодействие

Ход реакции

Пример

Только в условиях отсутствия оксидной плёнки. Образуется гидроксид алюминия

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

Образуется оксид алюминия

4Al + 3O2 → 2Al2O3 + Q

При комнатной температуре. С йодом – в присутствии катализатора

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

При температуре выше 200°С, образуется сульфид алюминия

При температуре 500°С, образуется фосфид алюминия

При температуре 800°С, образуется нитрид алюминия

При температуре 2000°С, образуется карбид алюминия

При комнатной температуре реагирует с разбавленными кислотами, при нагревании – с концентрированными. Образуются соли

– 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2;

– 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2;

– Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Реагируют растворы и сплавы

– 2Al + 2NaOH + 10H2O → 2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H2;

– 2Al + 6KOH → 2KAlO2 + 2K2O + 3H2

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3

Алюминий не взаимодействует с водородом.

  • Главная
  • Рабочие программы
  • УЧЕНИКАМ

НАВИГАЦИЯ

Алюминий. Строение атома алюминия. Физические и химические свойства простого вещества.

Элементы г лавной подгруппы III группы периодической системы:

бор (В),алюминий (А l ), галлий ( Ga ), индий ( In ) и таллий (Т l ).

Открытие металлов главной подгруппы III группы

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.

Рассмотрим подробнее 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 масса Ar ( 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 0 – 3 e — → Al +3 Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:

2. Физические свойства алюминия

Алюминий в свободном виде — се­ребристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электро­проводностью. Температура плавления 650 о С. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см 3 ) — при­мерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл.

Читайте также  Как согнуть алюминиевую трубу

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:

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 со ртутью – амальгамы).

I . Взаимодействие с простыми веществами — неметаллами

  • Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды.
  • при нагревании он взаимодействует с серой (200 °С) 2А l + 3 S = А l 2 S 3 (сульфид алюминия),
  • азотом (800 °С) 2А l + N2 = 2А lN (нитрид алюминия),
  • фосфором (500 °С) А l + Р = А l Р (фосфид алюминия)
  • углеродом (2000 °С) 4А l + 3С = А l 4С3 (карбид алюминия)
  • с йодом в присутствии катализатора — воды (видео)2Аl + 3 I 2 = 2 A lI3 (йодид алюминия)

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

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

4А l + 3 O 2 = 2А l 2О3 + 1676 кДж.

II . Взаимодействие алюминия со сложными веществами

  • Взаимодействие с водой :

2Al + 6H2O = 2 Al(OH)3 + 3H 2 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.

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

  • Взаимодействие с кислотами, например с раствором серной кислоты с образованием соли и водорода:

2 Al + 3 H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3 H2

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:

  • Взаимодействие алюминия с щелочами ( видео) .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na [ Al ( OH )4] + 3 H 2

Na [А l (ОН)4] – тетрагидроксоалюминат натрия

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

  • Взаимодействие алюминия с растворами солей :

Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 Hg

Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя амальгаму.

5. Применение алюминия и его соединений: РИСУНОК 1 и РИСУНОК 2

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 сока.

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.

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.

    • 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.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№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.

Читайте также  Как заточить резец

Подумайте! Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

№2. Закончите уравнения химических реакций :
Al + H2SO4 (раствор) →

СВОЙСТВА

Самородный алюминий. Поле зрения 5 x 4 мм. Азербайджан, Гобустанский район, Каспийское море, Хере-Зиря или остров Булла

Алюминий — мягкий, легкий, серебристо-белый металл с высокой тепло- и электропроводностью, парамагнетик. Температура плавления 660°C. К достоинствам алюминия и его сплавов следует отнести его малую плотность (2,7 г/см 3 ), сравнительно высокие прочностные характеристики, хорошую тепло- и электропроводность, технологичность, высокую коррозионную стойкость. Совокупность этих свойств позволяет отнести алюминий к числу важнейших технических материалов. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой — оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты — соли, содержащие алюминий в составе аниона.

Электронные формулы химических элементов

Здесь приводится таблица-подсказка для некоторых химических элементов.

Теперь, руководствуясь данными таблицы, разберем электронные записи элементов на примере «аргона» (Ar).

В таблице Менделеева его номер восемнадцать. Руководствуясь описанным выше, высчитываем количество частиц (всего их 18).

Ещё до построения электронно-графической формулы Аргона, вспомним, как формируются орбитали и строятся ячейки:

Начинаем распределять электроны Ar:

  1. a) поскольку аргон находится в третьем периоде, то у него три подуровня. Смотрим в учебник химии и находим, что это p-элемент,
  2. b) запишем формулу: 1 s, 2 s, 2 p, 3 s, 3 p,
  3. c) теперь рисуем орбитальные ячейки и заполняем их.

Графическое изображение формулы аргона

Важно знать: непарные заряды во внешних орбиталях, называемые валентными зарядами, отвечают за большинство химических и физических проявлений элементов.

Купить металл

Стоимость металла на бирже 148 USD за тонну (на 05.05.2020).

Специалист по минералогии. Закончила Санкт-Петербургский горный университет. Имею большую коллекцию различных камней и могу рассказать о не обычных свойствах минералов. Пожалуйста оцените статью и поделитесь с друзьями! Пишите комментарии — обязательно отвечу!