Кожен хімічний елемент можна розглянути зточки зору трьох наук: фізики, хімії та біології. І в цій статті ми постараємося якомога точніше дати характеристику алюмінію. Це хімічний елемент, що знаходиться в третій групі і третьому періоді, згідно з таблицею Менделєєва. Алюміній - метал, який має середню хімічну активність. Також в його з'єднаннях можна спостерігати амфотерні властивості. Атомна маса алюмінію складає двадцять шість грам на моль.
При нормальних умовах він єтверда речовина. Формула алюмінію дуже проста. Він складається з атомів (не об'єднаються в молекули), які збудовані за допомогою кристалічної решітки в суцільне речовина. Колір алюмінію - сріблясто-білий. Крім того, він володіє металевим блиском, як і всі інші речовини цієї групи. Колір алюмінію, використовуваного в промисловості, може бути різним у зв'язку з присутністю в сплаві домішок. Це досить легкий метал.
Плавлення алюмінію відбувається при температурівсього в 660 градусів за шкалою Цельсія. А закипає він при нагріванні до температури дві тисячі чотири сотні п'ятдесят два градуси за Цельсієм. Це дуже пластичний і легкоплавкий метал. На цьому фізична характеристика алюмінію не закінчується. Ще хотілося б відзначити, що даний метал має найкращою після міді і срібла електропровідністю.
Алюміній, технічні характеристики якого митільки що розглянули, досить часто зустрічається в навколишньому середовищі. Його можна спостерігати в складі багатьох мінералів. Елемент алюміній - четвертий серед всіх по поширеності в природі. Його масова частка в земній корі становить майже дев'ять відсотків. Основні мінерали, в складі яких присутні його атоми, це боксит, корунд, кріоліт. Перший - це гірська порода, яка складається з оксидів заліза, кремнію та розглянутого металу, також в структурі присутні молекули води. Він має неоднорідну забарвлення: фрагменти сірого, червонувато-коричневого та інших квітів, які залежать від наявності різних домішок. Від тридцяти до шістдесяти відсотків цієї породи - алюміній, фото якого можна побачити вище. Крім того, дуже поширеним в природі мінералом є корунд.
Це оксид алюмінію. Його хімічна формула - Al2O3. Він може володіти червоним, жовтим, блакитним або коричневим кольором. Його твердість за шкалою Мооса становить дев'ять одиниць. До різновидів корунду ставляться всім відомі сапфіри і рубіни, лейкосапфір, а також падпараджа (жовтий сапфір).
Кріоліт - це мінерал, що має більш складнухімічну формулу. Він складається з фторидів алюмінію і натрію - AlF3 • 3NaF. Виглядає як безбарвний або сіруватий камінь, що володіє низькою твердістю - всього три за шкалою Мооса. У сучасному світі його синтезують штучно в лабораторних умовах. Він застосовується в металургії.
Також алюміній можна зустріти в природі вскладі глин, основним компонентів яких є оксиди кремнію і розглянутого металу, пов'язані з молекулами води. Крім того, даний хімічний елемент можна спостерігати в складі нефелинов, хімічна формула яких виглядає наступним чином: KNa3 [AlSiO4] 4.
Характеристика алюмінію передбачаєрозгляд способів його синтезу. Існує кілька методів. Виробництво алюмінію першим способом відбувається в три етапи. Останнім з них є процедура електролізу на катоді і вугільному аноді. Для проведення подібного процесу необхідний оксид алюмінію, а також такі допоміжні речовини, як кріоліт (формула - Na3AlF6) і фторид кальцію (CaF2). Для того щоб відбувся процес розкладання розчиненого у воді оксиду алюмінію, потрібно його разом з розплавленим кріоліту і кальцію фторидом нагріти до температури мінімум в дев'ятсот п'ятдесят градусів за шкалою Цельсія, а потім пропустити крізь ці речовини струм силою в вісімдесят тисяч ампер і напругою в п'ять- вісім вольт. Таким чином, внаслідок даного процесу на катоді осяде алюміній, а на аноді будуть збиратися молекули кисню, які, в свою чергу, окислюють анод і перетворюють його на вуглекислий газ. Перед проведенням даної процедури боксит, у вигляді якого видобувається алюмінію оксид, попередньо очищається від домішок, а також проходить процес його зневоднення.
Виробництво алюмінію способом, описаним вище,є дуже поширеним в металургії. Також існує метод, винайдений в 1827 році Ф. Велером. Він полягає в тому, що алюміній можна добути за допомогою хімічної реакції між його хлоридом і калієм. Здійснити подібний процес можна, тільки створивши спеціальні умови в вигляді дуже високої температури і вакууму. Так, з одного моль хлориду і такого ж обсягу калію можна отримати один моль алюмінію і три моль хлориду калію як побічний продукт. Дану реакцію можна записати у вигляді такого рівняння: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КСІ. Зазначений метод не набув великої популярності в металургії.
Як вже було сказано вище, це проста речовина,яке складається з атомів, не об'єднаних в молекули. Подібні структури формують майже всі метали. Алюміній має досить високу хімічну активність і сильними відновними властивостями. Хімічна характеристика алюмінію почнеться з опису його реакцій з іншими простими речовинами, а далі будуть описані взаємодії зі складними неорганічними сполуками.
До таких належить, в першу чергу, кисень -найпоширеніше з'єднання на планеті. З нього на двадцять один відсоток складається атмосфера Землі. Реакції даної речовини з будь-якими іншими називаються окисленням, або горінням. Воно зазвичай відбувається при високих температурах. Але у випадку з алюмінієм можливо окислення в нормальних умовах - так утворюється плівка оксиду. Якщо ж даний метал подрібнити, він буде горіти, виділяючи при цьому велику кількість енергії у вигляді тепла. Для проведення реакції між алюмінієм і киснем потрібні ці компоненти в молярному співвідношенні 4: 3, в результаті чого отримаємо дві частини оксиду.
Дане хімічну взаємодію виражається ввигляді наступного рівняння: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Також можливі реакції алюмінію з галогенами, до яких відносяться фтор, йод, бром і хлор. Назви цих процесів походять від назв відповідних галогенів: фторування, йодування, бромування і хлорування. Це типові реакції приєднання.
Для прикладу наведемо взаємодія алюмінію з хлором. Такого роду процес може відбутися тільки на холоді.
Так, взявши два моль алюмінію і три моль хлору,отримаємо в результаті два моль хлориду розглянутого металу. Рівняння цієї реакції виглядає наступним чином: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Таким же способом можна отримати фторид алюмінію, його бромід і йодид.
З сірої розглядається речовина реагує тількипри нагріванні. Для проведення взаємодії між цими двома з'єднаннями потрібно взяти їх в молярних пропорціях два до трьох, і утворюється одна частина сульфіду алюмінію. Рівняння реакції має такий вигляд: 2Al + 3S = Al2S3.
Крім того, при високих температурах алюмінійвзаємодіє і з карбоном, утворюючи карбід, і з азотом, утворюючи нітрид. Можна привести в приклад такі рівняння хімічних реакцій: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.
До них відносяться вода, солі, кислоти, підстави, оксиди. З усіма цими хімічними сполуками алюміній реагує по-різному. Давайте розберемо докладніше кожен випадок.
З найпоширенішим на Землі складнимречовиною алюміній взаємодіє при нагріванні. Відбувається це тільки в разі попереднього зняття плівки з оксиду. В результаті взаємодії утворюється амфотерний гідроксид, а також в повітря виділяється водень. Взявши дві частини алюмінію і шість частин води, отримаємо гідроксид і водень в молярних пропорціях два до трьох. Записується рівняння цієї реакції так: 2АІ + 6Н2О = 2АІ (ОН) 3 + 3Н2.
Як і інші активні метали, алюміній здатнийвступати в реакцію заміщення. При цьому він може витіснити водень з кислоти або катіон більш пасивного металу з його солі. В результаті таких взаємодій утворюється сіль алюмінію, а також виділяється водень (у випадку з кислотою) або випадає в осад чистий метал (той, який менш активний, ніж розглянутий). У другому випадку і проявляються відновні властивості, які згадувалися вище. У приклад можна привести взаємодія алюмінію з соляною кислотою, при якому утворюється хлорид алюмінію і виділяється в повітря водень. Подібного роду реакція виражається у вигляді наступного рівняння: 2АІ + 6НСІ = 2АІСІ3 + 3Н2.
Прикладом взаємодії алюмінію з сіллю можеслужити його реакція з сульфатом міді. Взявши ці два компоненти, в результаті ми отримаємо сульфат алюмінію і чисту мідь, яка випаде у вигляді осаду. З такими кислотами, як сірчана і азотна, алюміній реагує своєрідно. Наприклад, при додаванні алюмінію в розбавлений розчин нітратної кислоти в молярному співвідношенні вісім частин до тридцяти утворюється вісім частин нітрату розглянутого металу, три частини оксиду азоту і п'ятнадцять - води. Рівняння даної реакції записують таким чином: 8Al + 30HNO3 = 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O. Зазначений процес відбувається тільки при наявності високої температури.
Якщо ж змішати алюміній і слабкий розчинсульфатної кислоти в молярних пропорціях два до трьох, то отримаємо сульфат розглянутого металу і водень в співвідношенні один до трьох. Тобто відбудеться звичайна реакція заміщення, як і у випадку з іншими кислотами. Для наочності наведемо рівняння: 2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + 3H2. Однак з концентрованим розчином цієї ж кислоти все складніше. Тут так само, як і в випадку з нітратної, утворюється побічний продукт, але вже не у вигляді оксиду, а у вигляді сірки, і вода. Якщо ми візьмемо два необхідних нам компонента в молярному співвідношенні два до чотирьох, то в результаті отримаємо по одній частині солі розглянутого металу і сірки, а також чотири - води. Дане хімічну взаємодію можна виразити за допомогою наступного рівняння: 2Al + 4H2SO4 = Al2 (SO4) 3 + S + 4H2O.
І останнє, що потрібно розглянути, цезакономірності взаємодії алюмінію з деякими оксидами. Найпоширеніший і використовуваний випадок - реакція Бекетова. Вона, так само, як і багато інших з розглянутих вище, відбувається тільки при високих температурах. Отже, для її здійснення необхідно взяти два моль алюмінію і один моль оксиду феруму. В результаті взаємодії цих двох речовин отримаємо оксид алюмінію і вільне залізо в кількості один і два моль відповідно.
Відзначимо, що застосування алюмінію - дуже частеявище. Перш за все, в ньому має потребу авіаційна галузь. Поряд зі сплавами магнію, тут використовуються і сплави на основі розглянутого металу. Можна сказати, що середньостатистичний літак на 50% складається з сплавів алюмінію, а його двигун - на 25%. Також застосування алюмінію здійснюється в процесі виготовлення проводів і кабелів завдяки його відмінній електропровідності. Крім того, даний метал і його сплави широко застосовуються в автомобілебудуванні. З цих матеріалів складаються корпуси автомобілів, автобусів, тролейбусів, деяких трамваїв, а також вагонів звичайних і електропоїздів.
Як вже було написано вище, алюміній в великомукількості міститься в земній корі. Він особливо важливий для живих організмів. Алюміній бере участь в регуляції процесів росту, формує сполучні тканини, такі, як кісткова, зв'язкова і інші. Завдяки даному мікроелементу швидше здійснюються процеси регенерації тканин організму. Його нестача характеризується наступними симптомами: порушення розвитку і росту у дітей, у дорослих - хронічна втома, знижена працездатність, порушення координації рухів, зниження темпів регенерації тканин, слабшанню м'язів, особливо в кінцівках. Таке явище може виникнути, якщо ви вживаєте занадто мало продуктів з вмістом даного мікроелемента.
Однак більш частою проблемою є надлишокалюмінію в організмі. При цьому нерідко спостерігаються такі симптоми: нервозність, депресія, порушення сну, зниження пам'яті, стресостійкості, розм'якшення опорно-рухового апарату, що може привести до частих переломів і розтягувань. При тривалому надлишку алюмінію в організмі часто виникають проблеми в роботі практично кожної системи органів.
До такого явища може привести цілий ряд причин. В першу чергу це алюмінієвий посуд. Вченими вже давно доведено, що посуд, виготовлений з розглянутого металу, непридатна для приготування в ній їжі, так як при високій температурі частина алюмінію потрапляє в їжу, і внаслідок цього ви вживаєте набагато більше цього мікроелемента, ніж потрібно організму.
Друга причина - регулярне застосуваннякосметичних засобів з вмістом даного металу або його солей. Перед застосуванням будь-якого продукту потрібно уважно читати його складу. Не виключенням є і косметичні засоби.
Третя причина - прийом препаратів, в якихміститься багато алюмінію, протягом тривалого часу. А також неправильне вживання вітамінів і харчових добавок, до складу яких входить даний мікроелемент.
Тепер давайте розберемося, в яких продуктахміститься алюміній, щоб регулювати свій раціон і організовувати меню правильно. В першу чергу це морква, плавлені сири, пшениця, галун, картопля. З фруктів рекомендуються авокадо і персики. Крім того, багаті алюмінієм білокачанна капуста, рис, багато лікувальні трави. Також катіони розглянутого металу можуть міститися в питній воді. Щоб уникнути підвищеного або пониженого вмісту алюмінію в організмі (втім, так само, як і будь-якого іншого мікроелемента), потрібно ретельно стежити за своїм харчуванням і намагатися зробити його якомога більш збалансованим.
