АЛЮМІНІЙ

Алюміній - самий розповсюджений в земній корі метал. На його долю приходиться 5,5-6,6 мол. доли % або 8 мас. %. Головна маса його сконцентрована в алюмосилікатах. Надзвичайно розповсюдженим продуктом розкладу утворених ним сполук є  глина, основний склад якої відповідає  формулі Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O. Поміж інших форм знаходження алюмінія найбільше значення має боксит Al₂O₃*xH₂O і мінерали корунд Al₂O₃ і кріоліт AlF₃*3NaF.

Вперше алюміній був отриманий Велером в 1827 році дією металічного калія на хлорид алюмінія. Проте, незважаючи на  широку розповсюдженість в природі, алюміній до кінця XIX століття належав до  числа рідкісних  металів.

На даний час  в промисловості алюміній отримують електролізом розчину глинозема Al₂O₃ в ростопленому криоліті. Al₂O₃ повинен бути достатньо чистим, тому що із виплавленого алюмінія домішки видаляються дуже тяжко. Температура плавлення Al₂O₃ близько 2050оС, а криоліта - 1100оС. [1; с.305]

В періодичній системі алюміній знаходиться в третьому періоді, в  головній підгрупі третьої групи. Заряд ядра +13. Електронна будова атома 1s₂2s₂2p₆3s₂3p₁. Металічний атомний радіус 0,143 нм, ковалентний - 0,126 нм, умовний  радіус іона Al³⁺ - 0,057 нм. Енергія іонізації Al - Al⁺ 5,99 эВ. Найбільш характерна ступінь окислення атома алюмінія +3. Негативна ступінь окислення проявляється рідко. На зовнішньому електронному шарі атома інують вільні d-підрівні. Завдяки цьому його  координаційне число в сполуках може бути рівним не тільки  4 (AlCl⁴, AlH^4- , алюмосилікати),але й 6 (Al₂O₃,[Al(OH₂)₆]³⁺). [3; с.17]

Алюміній - типовий амфотерний елемент. Для ньго характерні не тільки аніонні, а й катіонні комплекси. Так, в кислому середовищі існує катіонний аквакомплекс [Al(OH₂)₆]³⁺, а в лужному - аніонний гідрокомплекс та [Al(OH)₆]^3-.У вигляді простої речовини алюміній - сріблясто-білий, досить твердий метал з густиною 2,7 г/см3 (т.пл. 660оС, т. кип. ~2500оС). Кристалізується в гранецентричній кубічній решітці. Характеризується високою в’язкістю, теплопровідністю та електропровідністю (що складає 0,6 електропровідності міді). З цим пов’язано його використання  при виробництві електричних проводів. При однаковій електричній провідноті алюміневий дрот важить вдвічі меньше мідного.

На повітрі алюміній покривається  надтонкою (0,00001 мм), але дуже щільною плівкою оксида, що запобігає подальшому окисленню метала та надає йому  матовий вигляд. При обробці поверхні алюмінія сильними окисниками (конц. HNO₃, K₂Cr₂O₇) чи навіть анодним окисленням товщина захисної плівки збільшується. Стійкість  алюмінія дозволяє виготовляти з нього  хімічну апаратуру та ємкості для зберігання і транспортування азотної кислоти. [2; с.513]

Алюміній легко витягується в дріт та прокатується в тонкі листи. Алюмінієва фольга (товщиною 0,005 мм) застосовується в харчовій та фармацептичній промисловості для упаковки продуктів та  препаратів.

Основну масу алюмінія використовують для отримання різноманітних сплавів, поряд з чудовими механічними якостями, що характеризуються  легкістью метала. Найважливіший з них - дуралюміній (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe та Si), силумін (85 - 90% Al, 10 - 14% Sk, 0,1% Na) та інші. Алюмінієві сплави застосовуються  в ракетній техніці, в авіа-, авто-, судо- та приладобудуванні, у виробництві посуду та багатьох інших галузях промисловості. По широті застосування  сплави алюмінія займають друге місце після сталі та чугуну.

Алюміній, крім того, застосовується як легіруюча добавка до багатьох сплавів для надання їм жаростійкості. [1; с. 308]

По відношенню до води  алюміній досить стійкий. Але якщо  механічним шляхом чи амальгамуванням зняти запобіжну дію  оксидної плівки, то проходить енергічна реакція: 2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂^

Сильно розбавлені, а також дуже концентровані HNO₃ та Н₂SO₄ на алюміній майже не діють (на холоді), тоді як при середніх концентраціях в цих кислотах він поступово розчиняється. Чистий алюміній досить стійкий по відношенню до соляної кислоти, але звичайний  технічний метал в ній  розчиняється.

Алюміній помітно розчинний в розчинах солей, що мають через їх  гідроліз кислу або лужну реакцію, наприклад в розчині Na₂CO₃. В ряді напруг він розташований між Mg та Zn. У всіх своїх сполуках алюміній трьохвалентний.

Сполучення алюмінія з киснем відбувається з великим  выділеням тепла (1676 кДж/моль Al₂O₃), значно більшим, ніж у багатьох інших металів. З огляду на це при рожарюванні суміші  оксида відповідного метала  з порошком алюмінія проходить бурхлива реакція, з виділенням метала із взятого оксида. Метод відновлення за допомогою Al (алюмотермія) часто використовується  для отримання ряду елементів (Cr, Mn, V, W та інших.) у вільному виглді. [4; с.135]

Алюмотермією інколи користуються для зварки окремих стальних частин, наприклад трамвайних рейок. Застосовувана суміш (“терміт”) складається з дрібних  порошків алюмінія та Fe₃O₄. [2; с.515]

З кислотами Al(OH)₃ утворює солі. Похідні більшості  сильних кислот добре розчинні у воді, але досить гідролізовані, і тому їх розчини мають кислу реакцію.

Алюмосилікати можна розглядати як силікати, в яких частина кремнієкисневих тетраєдрів SiO₄^4- замінена на алюмокисневі тетраєдри AlO₄^5-. З алюмосилікатів найбільш розповсюдженішими є польові шпати, на долю яких приходиться більш ніж половина маси земної кори. Головні їх представники – минерали    ортоклаз K₂Al₂Si₆O₁₆ або K₂O*Al₂O₃*6SiO₂

альбіт Na₂Al₂Si₆O₁₆ або Na₂O*Al₂O₃*6SiO₂

анортіт CaAl₂Si₂O₈ або CaO*Al₂O₃*2SiO₂

Деякі алюмосилікати володіють крихкою структурою та здатні до іонного обміну. Такі силікати - природні та особливо штучні - застосовуються для пом’ягчення води. [4; с.137]

Галогеніди алюмінія в звичайних умовах - безбарвні  кристалічні речовини. В ряді галогенідів алюмінія AlF₃ дуже відрізняється за властивостями від своїх аналогів. Він тугоплавкий, мало розчинний у воді, хімічно неактивний.

Сполуки алюмінія з хлором, бромом та йодом легкоплавкі, досить реакційноздатні та добре розчинні не лише у воді, а й в багабтьох  органічних розчинниках. Взаємодія галогенідів алюмінія з водою супровожджується значним виділенням теплоти. [5; с.57]

Література:

1. Рабинович В.А. Краткий химический справочник (енциклопедія) /  В.А. Рабинович  З.Я.Хавин – Київ: 2005. – 420 с.
2. Гузен Л С.  Лекции по общей химии ( підручник)  - К.: Либідь, 1998. – 552с.
3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия [ для студ. вищ. навч. закл.  ] -Львів: 2003. – 230с.
4. Некрасов Б.В. Учебник общей химии ( підручник)  К.: Фітосоціоцентр, 2001. 182с.
5. Глинка Н.Л. Общая химия ( підручник)   - К.: Либідь, 1995. – 340с.