(лат. Aluminium, от alumen — квасцы), химический элемент III группы периодической системы. Серебристо-белый металл, лёгкий (2,7 г/см3), пластичный, с высокой электропроводностью, tпл 660ºC. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной плёнкой). По распространённости в природе занимает 4-е место среди элементов и 1-е среди металлов (8,8% от массы земной коры). Известно несколько сотен минералов алюминия (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и др.). Получают электролизом глинозёма Al2O3 в расплаве криолита Na3AlF6 при 960ºC. Применяют в авиации, строительстве (конструкционный материал, преимущественно в виде сплавов с другими металлами), электротехнике (заменитель меди при изготовлении кабелей и др.), пищевой промышленности (фольга), металлургии (легирующая добавка), алюминотермии и др.
Риски для здоровья при питьевой воде с использованием алюминия. В почвах с рН менее 5 алюминий является вредным элементом при солюбилизации в ионных формах. Было показано, что эти ионные формы очень токсичны для растений, изначально вызывая ингибирование удлинения корня.
Земная кора состоит из более 15% оксида алюминия, который в нейтральных или щелочных условиях плохо растворим и поэтому не достигает токсичных концентраций для растений; Однако при снижении рН почвы его растворимость возрастает, достигая более половины площадей ионообмена в почве.
АЛЮМИНИЙ
АЛЮМИ́НИЙ (лат. Aluminium), Al (читается «алюминий»), химический элемент с атомным номером 13, атомная масса 26,98154. Природный алюминий состоит из одного нуклида 27Al. Расположен в третьем периоде в группе IIIA периодической системы элементов Менделеева. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s2p1. Практически во всех соединениях степень окисления алюминия +3 (валентность III).
Влияние алюминия на радикальный рост. Алюминий способен пересекать плазматическую мембрану через гидрофильные поры или через белковые каналы и проникать внутрь клетки. В настоящее время принято считать, что корневая вершина важна с точки зрения реакции на токсичность алюминия, поскольку именно там она накапливается в значительной степени, помимо того, что она является основным моментом, когда экссудация органических кислот используется как механизм толерантности и где каллоза образуется как ответ на чувствительность к алюминию.
Апопласт - это первый отсек корня, который находится в контакте с алюминием, в дополнение к площади наибольшего накопления, особенно в пектиновой матрице. Алюминий внутри корня имеет сродство к компонентам клеточной стенки, что изменяет его механические свойства и, следовательно, влияет на удлинение клеток.
Радиус нейтрального атома алюминия 0,143 нм, радиус иона Al3+ 0,057 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома алюминия равны, соответственно, 5,984, 18,828, 28,44 и 120 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность алюминия 1,5.
Простое вещество алюминий — мягкий легкий серебристо-белый металл.
История открытия
Латинское aluminium происходит от латинского же alumen, означающего квасцы (см. КВАСЦЫ) (сульфат алюминия и калия KAl(SO4)2·12H2O), которые издавна использовались при выделке кож и как вяжущее средство. Из-за высокой химической активности открытие и выделение чистого алюминия растянулось почти на 100 лет. Вывод о том, что из квасцов может быть получена «земля» (тугоплавкое вещество, по-современному — оксид алюминия (см. АЛЮМИНИЯ ОКСИД)) сделал еще в 1754 немецкий химик А. Маргграф (см. МАРГГРАФ Андреас Сигизмунд). Позднее оказалось, что такая же «земля» может быть выделена из глины, и ее стали называть глиноземом. Получить металлический алюминий смог только в 1825 датский физик Х. К. Эрстед (см. ЭРСТЕД Ханс Кристиан). Он обработал амальгамой калия (сплавом калия со ртутью) хлорид алюминия AlCl3, который можно было получить из глинозема, и после отгонки ртути выделил серый порошок алюминия.
Наиболее заметным симптомом, вызванным токсичностью алюминия, является уменьшение роста корней в длину, связанное с увеличением диаметра наконечников корней; боковые корни затронуты, так как они мало растут и становятся хрупкими, поэтому объем корней уменьшается. В связи с вышеизложенным, существует меньший объем разведки, который влияет на поглощение воды и питательных веществ, отрицательно влияя на рост и развитие завода.
В растениях, чувствительных к алюминию, фосфор и алюминий накапливаются в открытых пространствах между корневыми клетками, что приводит к низкой доступности фосфора для метаболических процессов, в которых он вмешивается. Механизмы защиты растений от алюминия.
Только через четверть века этот способ удалось немного модернизировать. Французский химик А. Э. Сент-Клер Девиль (см. СЕНТ-КЛЕР ДЕВИЛЬ Анри Этьен) в 1854 предложил использовать для получения алюминия металлический натрий (см. НАТРИЙ), и получил первые слитки нового металла. Стоимость алюминия была тогда очень высока, и из него изготовляли ювелирные украшения.
Внутри растений есть защитные ответы, которые будут зависеть от вида. Он заключается в исключении алюминия за счет избирательной проницаемости плазматической мембраны, образования барьера рН в ризосфере или апоптозе корня, иммобилизации алюминия в клеточной стенке или экссудации хелатирующих соединений с вершины корень Симпластная. Это внутренняя детоксикация клетки, где алюминий хелатируется или захватывается анионами карбоксилата и секвестрируется в вакуолях. В последние годы с развитием новых технологий, связанных с генетическим улучшением, удалось идентифицировать некоторые гены, которые придают устойчивость к алюминию, участвуют в кодировании белков транспорта органических анионов или других соединений, а также факторов транскрипции и детоксицирующих ферментов активных форм кислорода.
Промышленный способ производства алюминия путем электролиза расплава сложных смесей, включающих оксид, фторид алюминия и другие вещества, независимо друг от друга разработали в 1886 году П. Эру (см. ЭРУ Поль Луи Туссен) (Франция) и Ч. Холл (США). Производство алюминия связано с высоким расходом электроэнергии, поэтому в больших масштабах оно было реализовано только в 20 веке. В Советском Союзе первый промышленный алюминий был получен 14 мая 1932 года на Волховском алюминиевом комбинате, построенном рядом с Волховской гидроэлектростанцией.
Практика снижения токсичности алюминия. Некоторые методы, которые помогают уменьшить влияние алюминия. Инокуляция почвы микоризами. Они позволяют увеличить поглощение фосфора и одновременно уменьшить алюминий. Выбор и умножение растений с допуском на алюминий. Это альтернатива противодействию проблемам, которые этот элемент вызывает на заводе.
- Применение фосфора через листву.
- Применение сельскохозяйственной извести на землю.
Нахождение в природе
По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов и третье место среди всех элементов (после кислорода и кремния), на его долю приходится около 8,8% массы земной коры. Алюминий входит в состав огромного числа минералов, главным образом, алюмосиликатов (см. АЛЮМОСИЛИКАТЫ), и горных пород. Соединения алюминия содержат граниты (см. ГРАНИТ), базальты (см. БАЗАЛЬТ), глины (см. ГЛИНА), полевые шпаты (см. ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ) и др. Но вот парадокс: при огромном числе минералов и пород, содержащих алюминий, месторождения бокситов (см. БОКСИТЫ) — главного сырья при промышленном получении алюминия, довольно редки. В России месторождения бокситов имеются в Сибири и на Урале. Промышленное значение имеют также алуниты (см. АЛУНИТ) и нефелины (см. НЕФЕЛИН).
Стресс для алюминия в растениях: реакции на почве, симптомы в растениях и возможности коррекции. Роль корневого апопласта в индуцированном алюминием ингибировании удлинения корня и в резистентности к алюминию растений: обзор.
- Подкисление почв.
- Происхождение и механизмы.
- Толерантность к алюминию в растительных видах: механизмы и гены.
В качестве микроэлемента алюминий присутствует в тканях растений и животных. Существуют организмы-концентраторы, накапливающие алюминий в своих органах, — некоторые плауны, моллюски.
Промышленное получение
При промышленном производстве бокситы сначала подвергают химической переработке, удаляя из них примеси оксидов кремния и железа и других элементов. В результате такой переработки получают чистый оксид алюминия Al2O3 — основное сырье при производстве металла электролизом. Однако из-за того, что температура плавления Al2O3 очень высока (более 2000 °C), использовать его расплав для электролиза не удается.
Что-то, что, несомненно, приобретает много привлекательности в производственных процессах. Это действительно ценный материал, потому что он легче других металлов, таких как сталь или медь. Кроме того, он обладает довольно высоким сопротивлением, поэтому он служит для сборки ключевых деталей для разных машин, которые могут лучше выдерживать износ. Наконец, мы не должны забывать, что этот металл является отличным проводником тепла и не токсичен и не магнит. Все это делает алюминий желанным товаром современными компаниями.
Например, в мире коммуникаций алюминий является отличной альтернативой для меди, став экономичным и безопасным материалом для транспортировки электроэнергии, намного дешевле, чем любой другой. В области транспорта алюминий все более ценится. Благодаря этому материалу, легким и экономичным, можно создавать гораздо менее тяжелые автомобили, что значительно уменьшает их. Таким образом, можно сказать, что алюминий, в мире транспортных средств, также приносит экологические выгоды.
Выход ученые и инженеры нашли в следующем. В электролизной ванне сначала расплавляют криолит (см. КРИОЛИТ) Na3AlF6 (температура расплава немного ниже 1000 °C). Криолит можно получить, например, при переработке нефелинов Кольского полуострова. Далее в этот расплав добавляют немного Al2О3 (до 10 % по массе) и некоторые другие вещества, улучающие условия проведения последующего процесса. При электролизе этого расплава происходит разложение оксида алюминия, криолит остается в расплаве, а на катоде образуется расплавленный алюминий:
Поезда, автомобили, грузовики и даже велосипеды используют алюминий, чтобы быть легче. Но, очевидно, в аэрокосмическом секторе наиболее ценится алюминий; и что этот материал необходим для этого сектора, обеспечивая гораздо большую легкость и устойчивость к кораблям.
Он также используется для экономии средств многих элементов и создания гораздо более эффективных продуктов, таких как оконные рамы. Аналогичным образом, этот сектор также все чаще включается в оформление интерьера. В алюминиевом секторе важно иметь возможность создавать упаковку. Долгое время они поняли, что этот материал способен долгое время защищать продукты питания, в дополнение к очень легкой упаковке.
2Al2О3 = 4Al + 3О2.
Так как анодом при электролизе служит графит, то выделяющийся на аноде кислород реагирует с графитом и образуется углекислый газ СО2.
При электролизе получают металл с содержанием алюминия около 99,7%. В технике применяют и значительно более чистый алюминий, в котором содержание этого элемента достигает 99,999% и более.
В наши дни мы будем наблюдать бесконечность предметов и элементов, выполненных из алюминия, из или кухонной утвари, шкафов, окон, бумаги и банок. Поэтому мы не можем отрицать, что важности этого металла очень много. К счастью, мы говорим о химическом элементе, который легко найти; и это третий наиболее распространенный элемент в нашей земной коре. Это и тот факт, что так легко и дешево перерабатывать его, делают его все более и более используемым каждый день, ища его непрерывное использование.
Показывает положение алюминия в периодической таблице. Символ алюминия в периодической таблице. Алюминий - это металл, известный своей коррозионной стойкостью и легкостью. Алюминий используется во многих отраслях промышленности для производства широкого спектра продуктов и очень важен в мировой экономике.
Физические и химические свойства
Алюминий — типичный металл, кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, параметр а = 0,40403 нм. Температура плавления чистого металла 660 °C, температура кипения около 2450 °C, плотность 2,6989 г/см3. Температурный коэффициент линейного расширения алюминия около 2,5·10-5 К-1. Стандартный электродный потенциал Al3+/Al -1,663В.
Алюминий - это мягкий, легкий металл, который обычно имеет матовый серебристый вид, этот матовый внешний вид вызван тонким слоем окисления, который быстро образуется, когда металл подвергается воздействию открытого воздуха. окисление, алюминий имеет ясный, яркий серебристый вид.
Металл, однако, был выпущен впервые за два года до этого - но в нечистой форме - датским физиком и химиком Гансом Христианом Эрстедом. Сначала он назвал металлический алюминий, но решил назвать его алюминием. Утилизация алюминия требует одной двадцатой энергии, необходимой для производства алюминия из руды. Алюминий является наиболее распространенным металлом в земной коре. . Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре и третьим наиболее распространенным элементом после кислорода и кремнезема.
Химически алюминий — довольно активный металл. На воздухе его поверхность мгновенно покрывается плотной пленкой оксида Al2О3, которая препятствует дальнейшему доступу кислорода к металлу и приводит к прекращению реакции, что обусловливает высокие антикоррозионные свойства алюминия. Защитная поверхностная пленка на алюминии образуется также, если его поместить в концентрированную азотную кислоту.
Но он не является свободным по своей природе, процесс Байера используется для очистки алюминия от бокситов, алюминиевой руды. Алюминий имеет много применений. Каждое утро вы просыпаетесь и смотрите на себя в зеркало, отражение вашего изображения, вероятно, сделано из алюминия. Контейнеры и горшки, используемые вашей семьей, могут быть сделаны из алюминия. Посуда, используемая для употребления в пищу, может быть изготовлена из алюминия, а также алюминиевой фольги, используемой для укладки пищи. Содовые банки также изготовлены из алюминия.
С остальными кислотами алюминий активно реагирует:
6НСl + 2Al = 2AlCl3 + 3H2,
3Н2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + 3H2.
Алюминий реагирует с растворами щелочей. Сначала растворяется защитная оксидная пленка:
Al2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na.
Затем протекают реакции:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2,
NaOH + Al(OH)3 = Na,
или суммарно:
2Al + 6H2O + 2NaOH = Na + 3Н2,
и в результате образуются алюминаты (см. АЛЮМИНАТЫ): Na — алюминат натрия (тетрагидроксоалюминат натрия), К — алюминат калия (терагидроксоалюминат калия) или др. Так как для атома алюминия в этих соединениях характерно координационное число (см. КООРДИНАЦИОННОЕ ЧИСЛО) 6, а не 4, то действительные формулы указанных тетрагидроксосоединений следующие: Na и К.
Алюминий не опасен. Металл защищен слоем оксида алюминия. Этот слой образуется, когда металл подвергается воздействию воздуха и очень устойчив, поэтому посуда и сковородки сделаны из алюминия. Алюминиевая фольга используется для упаковки чувствительной пищи. Однако он может оказывать токсическое воздействие на мозг, если он попадает внутрь.
Алюминий является третьим наиболее распространенным металлом в окружающей среде. Он находится в воздухе, которым мы дышим, в воде, которую пьем, в той стране, где мы проходим, и так далее. Поскольку это недорого, алюминий используется для производства различных предметов домашнего обихода и ряда продуктов, к которым у нас есть ежедневный доступ. Но качество кухонной утвари так же важно, как важно, чтобы сама еда была здоровой. Вот некоторые вещи об алюминии, которые могут вас беспокоить.
При нагревании алюминий реагирует с галогенами:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3,
2Al + 3 Br2 = 2AlBr3.
Интересно, что реакция между порошками алюминия и иода (см. ИОД) начинается при комнатной температуре, если в исходную смесь добавить несколько капель воды, которая в данном случае играет роль катализатора:
2Al + 3I2 = 2AlI3.
Взаимодействие алюминия с серой при нагревании приводит к образованию сульфида алюминия:
Алюминиевая кухонная утварь выходит на рынок после Второй мировой войны, потому что они дешевы и легки и предпочтительнее тяжелых и трудно чистых железных кастрюль. Сегодня 90% домашних хозяйств используют алюминиевые кухонные принадлежности. Но многие люди не знают о повреждении, которое алюминий вызывает для здоровья.
Влияние алюминия на жидкости. Любая жидкость, кипящая в алюминиевом сосуде, получает ионы алюминия. Было также обнаружено, что даже обработанные пищевые продукты, которые были упакованы и проданы в алюминиевых контейнерах, загрязнены алюминием, который был выпущен в пищу. Просто подумайте, сколько алюминия будет отложено в тех продуктах, которые упакованы в алюминиевую фольгу и ушли в нее часами, прежде чем они будут потребляться?!
2Al + 3S = Al2S3,
который легко разлагается водой:
Al2S3 + 6Н2О = 2Al(ОН)3 + 3Н2S.
С водородом алюминий непосредственно не взаимодействует, однако косвенными путями, например, с использованием алюминийорганических соединений (см. АЛЮМИНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ), можно синтезировать твердый полимерный гидрид алюминия (AlН3)х — сильнейший восстановитель.
Алюминий считается токсичным, а при более высоких концентрациях существует риск для здоровья потребителей. Проглатывание алюминия заставляет его накапливаться в различных тканях и органах, особенно в почках, головном мозге, белке, печени и щитовидной железе. Поскольку алюминий конкурирует с кальцием для абсорбции из организма, он может вызвать слабость костей и задержку роста у детей.
Алюминий снижает поглощение фосфора, цинка и селена. Некоторые из его токсических эффектов: Это создает проблемы с пищеварительной системой, как язвы, желудочная кислота, диспепсия, газ, запор и т.д. Это может помочь в развитии болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера и нервных расстройств. Может вызывать проблемы с кожей и заболевания почек.
В виде порошка алюминий можно сжечь на воздухе, причем образуется белый тугоплавкий порошок оксида алюминия Al2О3.
Высокая прочность связи в Al2О3 обусловливает большую теплоту его образования из простых веществ и способность алюминия восстанавливать многие металлы из их оксидов, например:
3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe и даже
3СаО + 2Al = Al2О3 + 3Са.
Такой способ получения металлов называют алюминотермией (см. АЛЮМИНОТЕРМИЯ).
Амфотерному оксиду Al2О3 соответствует амфотерный гидроксид — аморфное полимерное соединение, не имеющее постоянного состава. Состав гидроксида алюминия может быть передан формулой xAl2O3·yH2O, при изучении химии в школе формулу гидроксида алюминия чаще всего указывают как Аl(OH)3.
В лаборатории гидроксид алюминия можно получить в виде студенистого осадка обменными реакциями:
Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4,
или за счет добавления соды к раствору соли алюминия:
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3Ї + 6NaCl + 3CO2,
а также добавлением раствора аммиака к раствору соли алюминия:
AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3Ї + 3H2O + 3NH4Cl.
Применение
По масштабам применения алюминий и его сплавы занимают второе место после железа и его сплавов. Широкое применение алюминия в различных областях техники и быта связано с совокупностью его физических, механических и химических свойств: малой плотностью, коррозионной стойкостью в атмосферном воздухе, высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и сравнительно высокой прочностью. Алюминий легко обрабатывается различными способами — ковкой, штамповкой, прокаткой и др. Чистый алюминий применяют для изготовления проволоки (электропроводность алюминия составляет 65,5% от электропроводности меди, но алюминий более чем в три раза легче меди, поэтому алюминий часто заменяет медь в электротехнике) и фольги, используемой как упаковочный материал. Основная же часть выплавляемого алюминия расходуется на получение различных сплавов. Сплавы алюминия отличаются малой плотностью, повышенной (по сравнению с чистым алюминием) коррозионной стойкостью и высокими технологическими свойствами: высокой тепло- и электропроводностью, жаропрочностью, прочностью и пластичностью. На поверхности сплавов алюминия легко наносятся защитные и декоративные покрытия.
Разнообразие свойств алюминиевых сплавов обусловлено введением в алюминий различных добавок, образующих с ним твердые растворы или интерметаллические соединения. Основную массу алюминия используют для получения легких сплавов — дуралюмина (см. ДУРАЛЮМИН) (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумина (85—90% Al, 10—14% Si, 0,1% Na) и др. В металлургии алюминий используется не только как основа для сплавов, но и как одна из широко применяемых легирующих добавок в сплавах на основе меди, магния, железа, никеля и др.
Сплавы алюминия находят широкое применение в быту, в строительстве и архитектуре, в автомобилестроении, в судостроении, авиационной и космической технике. В частности, из алюминиевого сплава был изготовлен первый искусственный спутник Земли. Сплав алюминия и циркония — циркалой — широко применяют в ядерном реакторостроении. Алюминий применяют в производстве взрывчатых веществ.
Особо следует отметить окрашенные пленки из оксида алюминия на поверхности металлического алюминия, получаемые электрохимическим путем. Покрытый такими пленками металлический алюминий называют анодированным алюминием. Из анодированного алюминия, по внешнему виду напоминающему золото, изготовляют различную бижутерию.
При обращении с алюминием в быту нужно иметь в виду, что нагревать и хранить в алюминиевой посуде можно только нейтральные (по кислотности) жидкости (например, кипятить воду). Если, например, в алюминиевой посуде варить кислые щи, то алюминий переходит в пищу и она приобретает неприятный «металлический» привкус. Поскольку в быту оксидную пленку очень легко повредить, то использование алюминиевой посуды все-таки нежелательно.
Алюминий в организме
В организм человека алюминий ежедневно поступает с пищей (около 2—3 мг), но его биологическая роль не установлена. В среднем в организме человека (70 кг) в костях, мышцах содержится около 60 мг алюминия.
Cтраница 1
Окисление алюминия при атмосферных условиях происходит быстро, но не на большую глубину. Наличие окисной пленки на поверхности алюминия, как правило, тормозит дальнейшее протекание реакции окисления с кислородом воздуха.
Окисления алюминия на воздухе без предварительной обработки не происходит, так как на его поверхности имеется невидимый простым глазом слой защитной пленки окиси алюминия.
Окисление алюминия ускоряется выше температуры его плавления; мелко раздробленный алюминий при нагревании на воздухе сгорает. Присутствие примесей магния, натрия, меди, кремния усиливает окисление алюминия.
Окисление алюминия на воздухе, а) Алюминий энергично окисляется на воздухе, если удалить с его поверхности пленку окиси алюминия и создать условия, при которых она не будет возникать. Через 2 - 3 мин алюминий вынимают из раствора нитрата ртути, промывают водой и протирают досуха бумагой. Алюминий вытесняет ртуть из ее соли, на поверхности образуется амальгама алюминия, препятствующая образованию плотной окисной пленки алюминия. Поэтому алюминий окисляется на воздухе, постепенно разрушается.
Выразим окисление алюминия и восстановление кислорода электронными уравнениям.
Возможность окисления алюминия в насыпных ВВ до плоскости Ч - Ж подтверждается экспериментальными данными, приведенными в и других работах, для смесей А1 с аммиачной селитрой и перхлоратами.
Реакция окисления алюминия с помощью оксида железа (III) протекает так.
Процесс окисления алюминия или другого металла начинается уже непосредственно в прогретом слое конденсированной фазы. Основной же процесс окисления металла - процесс горения - идет в высокотемпературном пламени. Факел пламени пороха по существу состоит из газообразных продуктов горения, разлагающихся горючего и окислителя и горящих в этой среде частиц металла. Макрокинетика процесса горения такого факела должна учитывать закономерности горения и воспламенения индивидуальных частиц с определенным распределением их по размерам и изменение во времени концентрации активных реагептов в среде.
Скорость окисления алюминия в различных условиях изучена совершенно недостаточно. Известно, что при высоких температурах алюминий покрывается очень тонкой, обладающей хорошими защитными свойствами пленкой, устойчивой даже при температуре плавления алюминия.
Так, окисление алюминия во влажном кислороде при 25 С описывается во времени логарифмическим законом, переходящим по мере увеличения толщины окисной пленки в обратный логарифмический закон (рис. 32); переход от логарифмического закона к обратно логарифмическому закону окисления наблюдали у тантала в интервале от 100 до 300 С.
У реакции окисления алюминия имеется свой порог.
Анодный процесс окисления алюминия сопровождается побочным процессом выделения кислорода. В начале процесса (20 - 30 мин) на выделение кислорода расходуется незначительная часть тока. Но по мере протекания процесса доля тока, приводящаяся к выделению кислорода, все возрастает.
