Кто открыл алюминий как химический элемент

Соединения алюминия были известны человеку с древних времён. Одними из них являлись вяжущие вещества, к которым относятся алюмо-калиевые квасцы КAl(SO4)2. Они находили широкое применение. Они использовались в качестве протравы и как средство, останавливающее кровь. Пропитка древесины раствором алюмокалиевых квасцов делало её негорючей.

Известен интересный исторический факт, как Архелай- полководец из Рима во время войны с персами приказал намазать башни, которые служили в качестве оборонительных сооружений, квасцами. Персам так и не удалось сжечь их.

Еще одним из соединений алюминия были природные глины, в состав которых входит оксид алюминия Al2O3.

Первые попытки получить алюминий только в середине XIX века. Попытка предпринятая датским учёным Х.К.Эрстедом увенчалась успехом. Для получения он использовал амальгированный калий в качестве восстановителя алюминия из оксида. Но что за металл был получен тогда выяснить так и не удалось. Через некоторое время, через два года, алюминий был получен немецким ученым-химиком Велером, который получил алюминий, используя нагревание безводного хлорида алюминия с металлическим калием.

Химические элементы: алюминий

Многие годы труда немецкого ученого не прошли даром. За 20 лет он сумел приготовить гранулированный металл. Он оказался похожим на серебро, но был значительно легче его. Алюминий был очень дорогим металлом, и вплоть до начала XX века, его стоимость была выше стоимости золота. Поэтому многие-многие годы алюминий использовался как музейный экспонат.

Около 1807 г. Дэви попытался провести электролиз глинозема, получил металл, который был назван алюмиумом (Alumium) или алюминумом (Aluminum), что в переводе с латинского — квасцы.

Получение алюминия из глин интересовало не только ученых-химиков, но и промышленников. Алюминий очень тяжело было отделить от других веществ, это способствовало тому, что он был дороже золота. В 1886 году химиком Ч.М. Холлом был предложен способ, который позволил получать металл в больших количествах. Проводя исследования, он в расплаве криолита AlF3•nNaF растворил оксид алюминия.

Полученную смесь поместил в гранитный сосуд и пропустил через расплав постоянный электрический ток. Он был очень удивлен, когда через некоторое время на дне сосуда он обнаружил бляшки чистого алюминия. Этот способ и в настоящее время является основным для производства алюминия в промышленных масштабах.

Полученный металл всем был хорош, кроме прочности, которая была необходима для промышленности. И эта проблема была решена. Немецкий химик Альфред Вильм сплавил алюминий с другими металлами: медью, марганцем и магнием. Получился сплав, который был значительно прочнее алюминия.

Способы получения

В промышленности алюминий получают электролизом Al2O3 в расплаве криолита Na3[AlF6] при температуре 950

2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2

Основные реакции процессов:

CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15.з)

SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2

HF и H2SiF6 — газообразные продукты, улавливаемые водой. Для обескремнивания полученного раствора в него вначале вводят расчетное количество соды:

Алюминий — Самый РАСПРОСТРАНЕННЫЙ Металл на ЗЕМЛЕ!

H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.и)

Трудно растворимый Na2SiF6 отделяют, а оставшийся раствор плавиковой кислоты нейтрализуют избытком соды и гидроксидом алюминия с получением криолита:

12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF·AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15.к)

Таким же путем могут быть раздельно получены NaF и AlF3, если обескремненный раствор плавиковой кислоты нейтрализовать рассчитанным количеством Na2CO3 или Al(OH)3.

Физические свойства

Алюминий – серебристо – белый металл, легкий, прочный. Плотность его 2,7 г/см3, почти в три раза легче железа. Хорошо подвергается обработке: прокатывается, куется, штампуется, вытягивается в проволоку, обладает хорошей электрической проводимостью (после серебра и меди-лучший проводник теплоты и электричества)

Химические свойства

1)Металлический алюминий образует сплавы со многими металлами: Cu, In, Mg,Mn,Ni,Cr и тд.

2)Алюминий взаимодействует со многими неметаллами: в виде пыли и стружки горит в кислороде с выделением большого количества теплоты, образуя оксид алюминия:

4 Al + 3O2 → Al2O3

3)Алюминий взаимодействует со многими сложными веществами. По отношению к воде алюминий практически устойчив, так как он покрыт тонким оксидным слоем. При высокой температуре, лишенный защитной пленки, он взаимодействует с водой по уравнению

2Al + 6 H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

Применение

Широко используется сплавы на основе алюминия, так как они легки, прочны, устойчивы на воздухе, в воде и кислотах. В электротехнике алюминий используется для производства массивных проводов в воздушных линиях, высоковольтных кабелях; в производстве электрических конденсаторов, выпрямителей, полупроводниковых приборов; как конструкционный материал в ядерных реакторах; в оборудовании и аппаратах пищевой промышленности. Ножи поставляют упакованными в коробку по 10 штук (кроме ампутационного), смазанными консервационной смазкой или герметизированными в полиэтиленовом пакете с ингибиторами коррозии.

Скальпели смазывают перед упаковкой тонким слоем натурального жира и укладывают по 10 шт. в картонные коробки с гнёздами, предохраняющими режущие кромки от затупления.

Медицинские кусачки: перед упаковкой каждый инструмент в отдельности, предварительно покрытый нейтральной смазкой, завёртывают в пергаментную или парафинированную бумагу и укладывают по 5—10 штук в картонные коробки. При длительном хранении инструмента пружина должна быть разгружена, для чего верхний её конец (направленный к губкам) следует вывести из плоскости инструмента, т. е. сместить с ветви в стороны и таким образом предупредить утомление пружины.

Допускается однотипные инструменты упаковывать в групповую тару без потребительской или скин-упаковку. Потребительская тара с инструментами должна быть упакована в групповую тару — коробки, пачки, пакеты, пробирки и другие прогрессивные виды тары.

Материалы, применяемые для изготовления тары, и конструкция тары должны обеспечивать сохранность инструментов при транспортировании и хранении. Потребительская и групповая тара должны исключать возможность их вскрытия без нарушения целостности упаковки при транспортировании и хранении. При вскрытии упаковки с использованием тары многократного применения целостность тары не должна нарушаться. Поверхности потребительской и групповой тары не должны иметь перекосов, трещин, надрывов, короблений, отверстий, складок. На поверхности коробок из полимерных материалов допускаются следы от разъёма пресс-формы, литников и выталкивателей.

Заключение

Известно, что у р-элементов заполняется электронами р-подуровень внешнего электронного уровня, на котором могут находиться от одного до шести электронов.

В периодической системе 30 р-элементов. Эти p-элементы, или их p-электронные аналоги, образуют подгруппы IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA и VI IIА. Строение внешнего электронного уровня атомов эле­ментов этих подгрупп развивается следующим образом: ns2 p1, ns2 p2, ns2 p3, ns2 p4, ns2 p5 и ns2 p6.

В целом у p-элементов, кроме алюминия, восстановительная актив­ность выражена сравнительно слабо. Наоборот, при переходе от IIIA-к VIIA-подгруппе наблюдается усиление окислительной активности нейтральных атомов, растут величины сродства к электрону и энер­гии ионизации, увеличивается электроотрицательность р-элементов.

В атомах p-элементова валентны не только р-электроны, но и s-электроны внешнего уровня. Высшая положительная степень окисле­ния р-электронных аналогов равна номеру группы, в которой они на­ходятся.

Список литературы

1. Дроздов А.А., Органическая химия 2012 год

2. Комиссаров Л.Н., Неорганическая химия 2011 год

3. Несвежиский С.Н., формулы по химии 2012

4. Третьякова Ю.Д., Неорганическая химия 2011-2012 год

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru

118 элементов. Глава 13: от глиния до алюминия

Соединения алюминия известны человечеству еще с древности. Латинское слово alumen – «горькая соль» – означало квасцы. Двойной сульфат одно- и трёхвалентного металла в кристаллогидратной форме. Причем в роли трёхвалентного металла чаще всего выступал алюминий. Собственно говоря, на английском квасцы до сих пор называются alum.

Так что с этимологией нашего элемента все достаточно просто.

Соответственно, и использует соединения алюминия человечество даже еще раньше, чем познакомилось с квасцами. Главный признак материальной культуры, который позволяет отличать людей древности – это керамика. Которая делается из глины. А что такое глина? Оксид кремния, оксид алюминия и вода.

Другое дело, что все не очень просто с открытием, и еще сложнее – с использованием алюминия как металла. Дело в том, что далеко не сразу стало понятно, что в квасцах и в глине есть новый элемент, еще позже его сумели выделить, а уж получать в промышленных масштабах так, чтобы это было выгодно, смогли и вовсе относительно недавно. Но обо всем по порядку.

Если говорить о металлическом алюминии, то, как это водится, история начинается с легенды. В 80-е-90-е годы особенно ходила легенда о том, что императору Тиберию поднесли то ли корону, то ли чашу, изготовленную из ранее неизвестного металла, который удалось добыть из глины. Чаша блестела подобно серебру, но при этом была лёгкой.

Император был впечатлён открытием, но при этом испугался, что новый металл может привести к обесцениванию серебра и золота. Дальше следовал распространенный в «историях» сюжет: император выяснил, что секрет нового металла известен только мастеру – и приказал отрубить ему голову (хотя в стиле Тиберия было бы затравить львами или распять). Для достоверности ссылались на римские источники, конкретно – Плиния Старшего.

Но если заглянуть в первоисточник, мы увидим, что, во-первых, Плиний пересказывает слухи, а во-вторых, речь вообще не о металле («не выиграл, а проиграл, и не в лотерею, а в карты»):

«Рассказывают, что при принцепсе Тиберии был придуман такой состав стекла, что оно было гибким, и тогда мастерская этого мастера полностью была уничтожена, чтобы не понизились цены на металлы, медь, серебро, золото, однако слух этот был скорее упорным, чем верным».

Так что даже если и было что, то гибкое стекло, полученное неким добавлением глинозема в шихту, а не алюминий. А человечеству по-прежнему оставался алюм – то бишь, квасцы, которые в эпоху крестовых походов стали объектом торговли.

В 1530 году Парацельс отделил квасцы от «простых» сульфатов («витриолей» в алхимии), назвав их «солью земли». В 1595 году немецкий врач и химик Андреас Либавий показал, что синий и зеленый «витриоли» и квасцы образованы одной и той же кислотой (серной), но разными землями. Напомним, что «земли» –это не планеты у других звезд (сейчас в ходу термин «суперземли»), а оксиды металлов. Нетрудно догадаться, что синий витриоль – это медный купорос, а зеленый – железный. Для неоткрытой «земли», которая образует «алюм», Либавий придумал термин «алюмина».

И только в конце XVIII века Лавуазье показал, что «алюмина» представляет собой оксид неизвестного металла. Но его еще предстояло открыть. Попытки выделить алюминий из алюмины продолжались 40 лет. Только в 1824 году датский физик и химик Ганс Христиан, но не Андерсен, а Эрстед сумел получить чистый (сравнительно) алюминий реакцией безводного хлорида алюминия с амальгамой калия.

Ганс Христиан Эрстед

Дальше эстафету подхватил Фридрих Вёлер, который всесторонне исследовал новый металл.

Однако казалось бы – человечество получило прекрасный легкий металл, который мог бы быть отличной заменой железу. Сырья для металла – огромное количество, глина есть почти везде. И при этом он оставался безумно дорогим металлом: уж очень затратным оказалось его получение.

Ходит легенда о том, что император Наполеон на свои пиры делал ложки из алюминия. К сожалению, Бонапарт не мог этого делать, поскольку скончался на Острове святой Елены за три года до экспериментов Эрстеда. Тем не менее, на обедах у Наполеона III действительно была посуда из алюминия, который был тогда дороже золота.

Кстати, именно Наполеон III и спонсировал исследования Анри Сент-Клер Девиля, которые позволили бы дешево получать алюминий в промышленных масштабах. Император планировал применять алюминий в армии.

С дороговизной алюминия связана и легенда про Дмитрия Ивановича Менделеева, которая гласит,: что англичане, решив почтить его заслуги в химии, подарили ему аналитические весы с чашами из чистого алюминия, которые были гораздо дороже золота. Но вот незадача – известность Менделеев получил уже в 1870-х (мы же все помним, когда юбилей таблицы Менделеева?), а с 1855 до 1859 год стоимость алюминия упала с $500 до $40 за фунт. Конечно, еще дорого, но уже не дороже золота (которое почти весь XIX век стоило чуть дороже 20 долларов за тройскую унцию – то есть под 300 долларов за фунт). Впрочем, кто знает, может быть, весы действительно дарили.

Любопытный факт: в знаменитом энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона было ДВЕ статьи об алюминии. На совершенно разные буквы. И на букву «Г» статья была даже чуть побольше. Дело в том, что на рубеже XIX-XX веков для названия «металла, не найденного до сих пор в природе в свободном состоянии» в русском языке было целых два слова: собственно «алюминий» и «глиний».

Динамо-машина Грамма позволила получать алюминий дешево и массово

Тем не менее, к массовому использованию алюминий был еще непригоден. Конечно, еще в 1854 году создатель знаменитой горелки Роберт Бунзен получил его электрохимически. Но до изобретения динамоэлектрической машины французом Зенобом Теофилом Граммом и трехфазного тока нашим соотечественником Михаилом Доливо-Добровольским алюминиевой промышленности «ловить» было нечего. Так что в 1890-х годах процесс пошел.

Процитируем справочник: «Главное применение алюминия – конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений».

Впрочем, до 1940-х годов, когда массово начали строить цельнометаллические самолеты из дюралюминия (для упрочнения алюминий стали сплавлять с медью и магнием), настолько массовым производство еще не было, а с 1940 годов оно растет в геометрической прогрессии – при этом сырья хватает. На первом месте по производству находится Китай, на втором – Россия.

Мировое производство алюминия

Если же говорить о химии алюминия, то она тоже богата. Химики умудряются наблюдать экзотические соединения алюминия со степенью окисления (I)и (II). Галогениды алюминия типа AlIпрекрасно существуют в газовой фазе, а оксиды AlOфиксируют при взрывах.

Кстати, о взрывах – порошок алюминия с оксидами металлов (чаще всего – железа) интенсивно горит, выдавая температуру за две тысячи градусов. Зажигательные снаряды – дело страшное. Они горят без кислорода, их не потушить водой, а максимальная температура – 3500 градусов. Впрочем, термитная сварка – дело вполне себе мирное.

Горение термитной смеси

Ну и напоследок расскажем об очень необычном повороте судьбы. Помните, некогда алюминий стоил дороже золота? Так вот, сейчас ученые научились делать буквально – золотой алюминий. Причем для этого не нужен философский камень или краска. Достаточно направить на поверхность алюминия в жидкости мощный лазер на парах меди.

Тогда происходит процесс абляции – частички металла уносятся с поверхности, образуя на ней наногрибочки. Поскольку такие образования имеют размер, сопоставимый с длиной волны – цвет металла меняется на золотистый. Но дело не только в краске.

Как показали эксперименты изобретателя «золотого алюминия» Георгия Шафеева в Институте общей физики РАН, такой металл еще и меняет коэффициент смачивания, становится гидрофобным. Какой от этого толк? Если обработать таким образом корпус самолета, то он никогда не будет обледеневать.

1.Plinius. Hist. Nat. XXXVI. 66, 195; Плиний Старший.

Естествознание. Об искусстве / пер. с лат. Г.А. Тароняна. М., 1994. С. 146

Источник: mendeleev.info

Место алюминия в таблице Менделеева и его роль в природе

Алюминий – металл с уникальными свойствами, которые применяются повсеместно. Он легкий, прочный, пластичный. Устойчив к разрушениям от воды, ветра, времени. Не магнитится, хорошо проводит ток. Его можно переплавлять бесконечное количество раз, изготавливая новые материалы.

История открытия

В 1808 году английский ученый-химик выдвинул теорию, что для получения алюминия (от латинского alumen –«квасцы») необходимо применить метод электролиза глинозема. Но сделать это удалось только спустя 17 лет.

Датский химик с помощью хлора, угля, глинозема создал нечистый металл, но он прекратил эксперименты. Их решил продолжить немецкий ученый, который спустя 2 года обнаружил алюминий в виде порошка. А после 18 лет изучений получил шарики из этого металла.

В 1856 году метод усовершенствовали, открыли первый алюминиевый завод. За 35 лет работы химическим способом изготовили около 200 тонн металла. Он был похож на серебро, но легкий по весу. Из-за трудностей добычи алюминий стал дорогим, элитным. Из него делали:

• ювелирные украшения;
• медали;
• статуэтки;
• другие предметы декора.

В 1886 году французский инженер с помощью постоянного электрического тока получил чистый алюминий. Это был простой, дешевый способ, требующий только электричества. Заводы, где применяли этот метод, строили вблизи воды и ГЭС. Благодаря этому материал получил широкое применение в промышленности.

Алюминий в таблице Менделеева

Элемент находится в III группе, главной подгруппе А третьего периода таблицы Д. И. Менделеева. Обозначается латинскими буквами Al. Порядковый номер 13, атомная масса алюминия равна 26,98. Степень окисления +3.

Рядом с ним располагаются:

• металл магний;
• неметалл кремний.

В природе нет изотопов алюминия.

Строение атома алюминия

Электронная формула алюминия представлена на рисунке ниже.

Атом состоит из заряженного ядра, в котором 13 протонов и 14 нейтронов. Ядро окружают 3 оболочки, по которым распространяются 13 электронов. Валентных электронов – 3.

Физические свойства

Представляет собой серебристо-белый металл. Температура плавления алюминия 660°С.

Элемент имеет следующие основные физические свойства:

• высокую пластичность;
• малую прочность;
• низкое сопротивление электричеству;
• хорошую теплопроводность;
• низкую плотность;
• хорошую способность отражать свет;
• устойчивость к низким температурам.

Именно благодаря этим свойствам он применяется как в чистом виде, так и в составе разных сплавов. На воздухе быстро окисляется, покрывается оксидной пленкой, поэтому устойчив к коррозии.

Химические свойства

Они определяются способностью вещества вступать в реакции, образовывать соединения алюминия:

• при нагревании активно взаимодействует с серой, образует сульфид алюминия;
• при высоких температурах с азотом – нитрид алюминия;
• с фосфором – фосфид алюминия;
• с углеродом – карбид алюминия;
• с кислотами – образуются соли;
• при взаимодействии с солью ртути образуется амальгама;
• при комнатной температуре взаимодействует с галогенами, получаются галогениды.

Если смешать порошок алюминия с пероксидом натрия, добавить воды, смесь будет гореть белым пламенем. Он является хорошим восстановителем, при помощи реакции алюмотермии получают некоторые другие металлы, например ванадий и вольфрам.

Сплавы обладают уникальными свойствами:

• с марганцем – прочный, пластичный, не поддающийся негативным воздействиям природы материал;
• с магнием – гибкий, необычайно прочный, устойчивый к коррозии, вибрациям;
• с медью – высокотехнологичный материал, легкий, гибкий, но поддающийся разрушениям от воды.

Алюминий в природе

Есть в некоторых горных породах, рудах, минералах, но добыть его именно в природе можно только из бокситов. Их месторождения находятся в:

• Бразилии;
• Гвинее;
• Ямайке;
• Австралии.

Всего насчитывается около 300 минералов, в состав которых входит этот металл.

Морские обитатели способны накапливать его внутри себя в небольших количествах. Он достаточно токсичен, негативно влияет на нервную систему живых организмов.

Соединения алюминия были также найдены на Луне, Марсе.

[advice]Где и какими полезными ископаемыми богата Россия? Ответ в нашей статье по ссылке.[/advice]

Применение

Благодаря химическим, физическим свойствам этот элемент широко применяется в различных областях. Хорошо обрабатывается, поддается литью, ковке, можно спрессовать, штамповать.

1. В электрической промышленности – для изготовления проводов.
2. В авиации, машиностроении используют сплавы с медью, магнием, железом, кремнием и т. д. Такие соединения имеют высокую прочность и легкость одновременно. Они устойчивы к морозам, повышенным температурам. Из них делают винты для самолетов, запчасти для машин, вертолетов. Благодаря высокой стойкости к коррозии применяют при кораблестроении.
3. В ракетостроении сам металл и его соединения применяют при строительстве шаттлов, реакторов. Используют для горения ракетного топлива.
4. В железнодорожной сфере – при строительстве рельс, их сварке.
5. При производстве военной техники (танков, самолетов артиллерийских установок и других) применяют сплавы. В ядерной энергетике, радиолокации их используют при конструировании деталей.
6. В металлургической сфере из него получают хром, марганец, кальций. Применяют для сварки деталей, раскисания сталей.
7. В пищевой промышленности используют для хранения продуктов (кухонные принадлежности, фольга и другие варианты). При контакте еда не теряет витаминов, других полезных свойств.
8. В текстильном деле сульфат алюминия нужен для окрашивания тканей, различные его соединения применяют для получения синтетического каучука.
9. В строительной промышленности востребован при изготовлении оконных рам, дверей, различных запчастей конструкций, каркасов.
10. При добыче, переработке нефти сплавы используют при конструировании бурильных установок, нефтепроводных труб, для изготовления контейнеров, в которых хранится, перевозится нефть.
11. Из соединений делают ювелирные изделия (в том числе искусственные камни) и бижутерию, лазерные, абразивные материалы, запчасти для часов, адсорбенты, применяемые при очищении жидкостей и газов.
12. В туристической и армейской сферах производят столовые приборы, походную утварь (ложки, вилки, кружки, котелки и другие).
13. Напыления применяют для повышения прочности поверхностей, устойчивости к коррозии, защиты от воздействия различных химических веществ.

Он активно применяется при приборостроении для конструирования:

• фото-, киноаппаратуры;
• радио;
• телефонов.

Чистый материал содержится в зеркалах, светоотражательных, осветительных приборах. При производстве стекла применяются алюминиевые соли.

В фармацевтике используют при лечении:

• язв;
• раздражения желудка;
• диспепсии.

Гидроксид алюминия – основной компонент медицинских препаратов, которые снижают кислотность желудка. Сульфат алюминия является хорошим коагулянтом, это химическое свойство применяется при очищении воды от бактерий.

В косметологии – дезодоранты и антиперспиранты содержат в себе соединения этого продукта. В емкостях, сделанных из него, транспортируют жидкие газы, кислоты (азотную и уксусную), перекись водорода и другие вещества. В сельском хозяйстве делают ангары для хранения зерна и других продуктов.

Горючие и взрывчатые средства содержат в составе алюмотол – смесь с алюминиевым порошком.

Алюминий легко поддается переработке. Собранный из него лом сортируется, прессуется, сушится, переплавляется.

Необычный и легкий материал широко используется во всех сферах деятельности человека. Он удобный и обладает уникальными свойствами, благодаря которым его применяют в быту и промышленности.

А что вы знаете об этом химическом элементе? Сохраните страницу в закладки, поделитесь статьей с друзьями в социальных сетях.

Предлагаем ознакомиться с несколькими

Источник: uchim.guru