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
Когда атом получает электрон, чтобы стать отрицательно заряженным ионом, это обозначается знаком минус после символа элемента; например, \\. Таким образом, столбцы периодической таблицы представляют собой потенциальное совместное состояние этих элементов внешних электронных оболочек, которые отвечают за их сходные химические характеристики. Алюминий является наиболее распространенным металлом, находящимся в земной коре, но не является металлом в его естественном состоянии. Алюминиевую руду сначала нужно добывать, а затем химически очищать с помощью процесса Байера для получения промежуточного продукта, оксида алюминия.
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)
Затем глинозем очищается через процесс Холла-Эру в чистый металл электролитическим способом. Алюминий на 100% перерабатывается без потери его свойств. Физические свойства алюминия делают металл легким в весе, сильным, некоррозионным, непаркирующим, немагнитным, нетоксичным и негорючим.
Неоткрытые алюминиевые банки очень крепкие, несмотря на то, что они очень тонкие. Переработка этого металла позволит сэкономить эквивалент энергии в 16 миллионов баррелей нефти.
- Однажды драгоценнее золота и серебра.
- Четыре шестипалубные банки могут поддерживать вес 2-тонного автомобиля!
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.
Алюминиевый порошок использовался в качестве основного топлива для твердых ракетных ускорителей космических челноков. Поскольку он является высокопроводящим, но легким, алюминий используется для производства большинства проводов для электрических сетей передачи электроэнергии в стране.
Алюминий как теплоизолятор
Сравните, как долго алюминий держит объект холодным по сравнению с другими материалами. Алюминиевые банки против стальных банок - это хорошее место для начала.
