Aluminium: struktura atomowa, dystrybucja w przyrodzie. Właściwości fizyczne i chemiczne aluminium. Zastosowanie aluminium
Aluminium jest metalowym pierwiastkiem głównej podgrupy III grupy 3 okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych. Elektroniczna konfiguracja zewnętrznego poziomu energii jego atomu 3 s 2 3p jeden . Podczas oddziaływań chemicznych w stanie wzbudzonym jest w stanie utworzyć trzy wiązania kowalencyjne lub całkowicie oddać swoje trzy elektrony, wykazując w swoich związkach stopień utlenienia +3. Dlatego glin jest aktywnym środkiem redukującym.
To pole po lewej stronie zawiera wszystkie informacje, które musisz wiedzieć o pojedynczym przedmiocie. Informuje o masie jednego atomu, ile jest w nim kawałków i gdzie należy go umieścić w układzie okresowym. W następnej sekcji zajmiemy się orbitalami elektronowymi lub powłokami elektronowymi. To może stać się nowy temat dla niektórych z was.
Oznacza to, że w atomie aluminium znajduje się 13 elektronów. Patrząc na obrazek, widać, że w powłoce jest jeden, w powłoce osiem, dwa elektrony i trzy w trzeciej. Reguła oktetu: Reguła mówiąca, że atomy tracą, zyskują lub wymieniają elektrony w celu uzyskania pełnej powłoki walencyjnej 8 elektronów. Powłoka elektronowa: zbiorowe stany wszystkich elektronów w atomie o tej samej głównej liczbie kwantowej. Niels Bohr zaproponował wczesny model atomu jako centralnego jądra zawierającego protony i neutrony krążące jako elektrony w powłokach.
Aluminium jest trzecim najliczniej występującym pierwiastkiem wśród innych pierwiastków. Udział masowy glinu w skorupa Ziemska wynosi 8,5%. W naturze występuje tylko w postaci związków. Wchodzi w skład glinokrzemianów, do których należą: glinki, miki, skalenie, w szczególności kaolin. Boksyt Al 2 O 3 to ruda aluminium o znaczeniu przemysłowym. n H 2 O. Aluminium jest częścią mineralnego korundu, który jest krystalicznym tlenkiem glinu Al 2 O 3. Różne zanieczyszczenia mogą wytwarzać korund różne kolory. zielony, żółty, pomarańczowy, fioletowy i inne kolory i odcienie. Jego niebieska odmiana nazywana jest szafirem, a jej czerwona odmiana to rubin. Zarówno rubiny, jak i szafiry są kamieniami szlachetnymi.
Jak omówiono wcześniej, istnieje związek między liczbą protonów w elemencie, liczbą atomową, która odróżnia jeden pierwiastek od drugiego, a liczbą posiadanych elektronów. We wszystkich elektrycznie obojętnych atomach liczba elektronów jest taka sama jak liczba protonów. Każdy pierwiastek, gdy jest elektrycznie obojętny, ma liczbę elektronów równą jego liczbie atomowej.
Model Bohra przedstawia atom jako centralne jądro zawierające protony i neutrony z elektronami na orbitalach kołowych w pewnych odległościach od jądra. Te orbity tworzą powłoki elektronowe lub poziomy energetyczne, które są sposobem wizualizacji liczby elektronów w różnych powłokach.
Prosta substancja aluminium to lśniący srebrno-biały metal. Posiada wysoką zdolność odbijania promieni świetlnych i cieplnych, a także wysoką przewodność cieplną i elektryczną. Temperatura topnienia aluminium wynosi 660 °C. Jest to dość lekki i plastyczny metal. Może być używany do produkcji cienkiego drutu i folii.
Aluminium jest chemicznie bardzo aktywne. W powietrzu szybko się utlenia i pokrywa się cienką warstwą tlenku glinu. Powłoka tlenkowa jest wystarczająco mocna i determinuje odporność na korozję aluminium. Po podgrzaniu w powietrzu lub w tlenie aluminium wypala się, tworząc również tlenek glinu:
Rysunek 1: Model Bohra zakładał, że elektron krąży wokół jądra w stałych odległościach. Zwykle elektron znajduje się w powłoce o najniższej energii, która jest najbliżej jądra. Energia fotonu światła może go podnieść do wyższej powłoka energetyczna, ale ta sytuacja jest niestabilna, a elektron szybko przechodzi do stanu podstawowego.
Diagramy Bohra pokazują elektrony krążące wokół jądra atomu, jak orbity wokół Słońca. W modelu Bohra elektrony są przedstawione jako poruszające się po okręgu w różnych powłokach, w zależności od posiadanego pierwiastka. Na ryc. 2 przedstawia diagramy Bohra dla atomów litu, fluoru i glinu.
4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3.
Aluminium aktywnie reaguje z innymi niemetalami. W normalnych warunkach oddziałuje z chlorem i bromem, tworząc sole, na przykład chlorek glinu:
2Al + 3Cl2 \u003d 2AlCl3.
Reakcja glinu z jodem zachodzi, gdy do mieszaniny proszku aluminiowego z jodem, który działa jak katalizator, dodamy kilka kropli wody:
Rysunek 2: Diagramy Bohra dla obojętnych atomów litu, fluoru i glinu. Każda powłoka może zawierać tylko określoną liczbę elektronów. Elektrony wypełniają powłoki orbitalne w kolejności sekwencyjnej. W standardowych warunkach atomy najpierw wypełniają wewnętrzne powłoki, co często skutkuje zmienną liczbą elektronów w zewnętrznej powłoce. Najbardziej wewnętrzna powłoka ma maksymalnie dwa elektrony, ale każda z dwóch powłok elektronowych może mieć maksymalnie osiem elektronów. Jest to znane jako reguła oktetu, która mówi, że z wyjątkiem najbardziej wewnętrznej powłoki, atomy są bardziej stabilne energetycznie, gdy mają osiem elektronów w swojej powłoce walencyjnej – najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej.
2Al + 3I 2 = 2AlІ 3.
Po podgrzaniu aluminium reaguje z siarką, azotem, węglem, na przykład:
2Al + 3S \u003d Al 2 S 3.
W stanie normalnym aluminium pokryte jest ochronną warstwą tlenku i jest odporne na wodę nawet po podgrzaniu. Jeśli warstwa tlenku glinu zostanie zniszczona, aluminium będzie aktywnie reagować z wodą z uwolnieniem gazowego wodoru:
Konsolidacja zdobytej wiedzy
Przykładowe atomy obojętne i ich konfiguracje elektronowe pokazano na rysunku. Jak pokazano, hel ma pełną zewnętrzną powłokę elektronową z dwoma elektronami wypełniającymi pierwszą i jedyną powłokę. Natomiast chlor i sód mają odpowiednio siedem i jeden elektron w swoich zewnętrznych powłokach.
Teoretycznie byłyby bardziej stabilne energetycznie, gdyby przestrzegały zasady oktetu i miały osiem. Diagramy Bohra pokazują, ile elektronów wypełnia każdą główną powłokę. Elementy grupy 18 mają pełną powłokę zewnętrzną lub powłokę walencyjną. Pełna powłoka walencyjna jest najbardziej stabilną konfiguracją elektroniczną. Pierwiastki z innych grup mają częściowo wypełnione powłoki walencyjne i zyskują lub tracą elektrony, aby osiągnąć stabilną konfigurację elektronową.
2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2.
Glin reaguje z roztworami kwasów tworząc sole i wodór, na przykład:
2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2.
Stężony siarczan i kwas azotowy pasywują aluminium, czyli zwiększają wytrzymałość powłoki tlenkowej. W ten sposób aluminium nie reaguje z nimi.
Powłoka tlenkowa jest łatwo rozpuszczalna w alkaliach, a aluminium reaguje z roztworami alkalicznymi, uwalniając wodór:
Atom może zyskać lub stracić elektrony, aby uzyskać pełną powłokę walencyjną, najbardziej stabilną elektroniczna Konfiguracja. Układ okresowy pierwiastków jest ułożony w kolumny i rzędy w oparciu o liczbę elektronów i ich lokalizację, zapewniając narzędzie do zrozumienia, jak elektrony są rozmieszczone w zewnętrznej powłoce atomu. Jak pokazano na rysunku, grupa 18 atomów helu, neonu i argonu wypełnia zewnętrzne powłoki elektronowe, co czyni je niepotrzebnymi, aby uzyskać lub stracić elektrony w celu osiągnięcia stabilności; są bardzo stabilne jako pojedyncze atomy.
2Al + 2NaOH + 6H2O \u003d 2Na + 3H2.
Aluminium przywraca metalom ich tlenki po podgrzaniu (aluminotermia), na przykład:
Fe 2 O 3 + 2Al \u003d 2Fe + Al 2 O 3.
Aluminium jest wydobywane przez elektrolizę tlenku glinu rozpuszczonego w stopionym kriolicie Na 3 .
Powszechne stosowanie aluminium wynika z jego właściwości. Połączenie lekkości z odpowiednio wysoką przewodnością elektryczną pozwala na zastosowanie aluminium jako przewodnika. prąd elektryczny. Aluminium i jego stopy są używane w prawie wszystkich obszarach nowoczesna technologia: w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, kolejowym i wodnym, inżynierii mechanicznej itp. Ze względu na wysoką odporność na korozję aluminium jest szeroko stosowane w produkcji urządzeń do produkcji produkty żywieniowe i niektóre chemikalia. Lustra i powierzchnie odbłyśników ogrzewania i oświetlenia wykonane są z polerowanego aluminium. Aluminium stosuje się jako środek odtleniający do stali i innych stopów. Odzyskują metale ze swoich tlenków.
Ich brak reaktywności sprawił, że nazwano je gazami obojętnymi. Dla porównania pierwiastki z grupy 1, w tym wodór, lit i sód, mają jeden elektron w swoich najbardziej zewnętrznych powłokach. Oznacza to, że mogą osiągnąć stabilną konfigurację i wypełnioną powłokę zewnętrzną poprzez oddanie lub utratę elektronu. W wyniku utraty elektronu naładowanego ujemnie stają się jonami naładowanymi dodatnio. Pierwiastki grupy 17, w tym fluor i chlor, mają siedem elektronów w swoich zewnętrznych powłokach; mają tendencję do wypełniania tej powłoki poprzez pobieranie elektronów z innych atomów, co czyni je ujemnie naładowanymi jonami.
I. Pozycja elementu w układ okresowy a) numer seryjny b) numer okresu (mały lub duży) c) numer grupy (główny lub wtórny) II masa atomowa III budowa atomu a) ładunek jądrowy b) liczba protonów c) liczba neutronów , d) liczba elektronów IV Właściwości atomu (utleniające lub redukujące) V Stopień utlenienia VI Charakter tlenków i wodorotlenków
Kiedy atom zyskuje elektron, aby stać się jonem naładowanym ujemnie, jest to oznaczone znakiem minus po symbolu pierwiastka; na przykład, \\. Więc kolumny układ okresowy pierwiastków reprezentują potencjalny stan łączny tych elementów zewnętrznych powłok elektronowych, które odpowiadają za ich podobieństwo charakterystyka chemiczna. Aluminium jest najczęściej spotykanym metalem w skorupie ziemskiej, ale nie jest metalem w stanie naturalnym. Rudę aluminium należy najpierw wydobyć, a następnie poddać rafinacji chemicznej w procesie Bayera w celu wytworzenia produktu pośredniego, tlenku glinu.
Al - aluminium N porządkowy - okres N - grupa N (mała) III grupa główna p/grupa Skład atomu Al (13 p n1 14) 13 e - Struktura powłoki elektronowej Al +13))) 28 3 e - Właściwości atomu Al 0 - 3 e - Al 3+ (reduktor, proces utleniania)
Tlenek glinu jest następnie rafinowany w procesie Halla-Héroult w czysty metal. elektrolitycznie. Aluminium w 100% podlega recyklingowi bez utraty swoich właściwości. Właściwości fizyczne Aluminium sprawia, że metal jest lekki, mocny, niekorozyjny, nieparkujący, niemagnetyczny, nietoksyczny i niepalny.
Nieotwarte puszki aluminiowe są bardzo mocne, mimo że są bardzo cienkie. Rafinacja tego metalu pozwoliłaby zaoszczędzić energię równoważną 16 milionom baryłek ropy.
- Kiedyś cenniejszy niż złoto i srebro.
- Cztery sześciopokładowe puszki utrzymają ciężar 2-tonowego samochodu!
3. Oddziałuje z substancjami złożonymi (woda, kwasy, zasady, tlenki metali) 1. Aluminium jest metalem aktywnym 2. Oddziałuje z substancjami prostymi (tlen, halogeny, siarka) 4. Aluminium wykazuje właściwości amfoteryczne, tj. . może wchodzić w interakcje zarówno z kwasami, jak i zasadami.
Proszek aluminiowy był używany jako główne paliwo do rakiet na paliwo stałe promu kosmicznego. Ponieważ jest wysoce przewodzący, a jednocześnie lekki, aluminium jest używane do produkcji większości przewodów do krajowych sieci przesyłowych.
Aluminium jako izolator ciepła
Porównaj, jak długo aluminium utrzymuje przedmiot w niskiej temperaturze w porównaniu z innymi materiałami. Puszki aluminiowe a puszki stalowe dobre miejsce zacząć.
