Строение атома алюминия кратко
Обновлено: 05.07.2024
Элементы главной подгруппы III группы периодической системы:
бор (В), алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).
Открытие металлов главной подгруппы III группы
Бор представляет собой неметалл. Алюминий — переходный металл, а галлий, индий и таллий — полноценные металлы. Таким образом, с ростом радиусов атомов элементов каждой группы периодической системы металлические свойства простых веществ усиливаются.
Рассмотрим подробнее свойства алюминия.
1. Положение алюминия в таблице Д. И. Менделеева. Строение атома, проявляемые степени окисления.
Al 0 – 3 e - → Al +3 Алюминий проявляет в соединениях степень окисления +3:
2. Физические свойства алюминия
Алюминий в свободном виде — серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления 650 о С. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см 3 ) — примерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл.
3. Нахождение в природе
По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Процент содержания алюминия в земной коре по данным различных исследователей составляет от 7,45 до 8,14 % от массы земной коры.
В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах).
Некоторые из них:
4. Химические свойства алюминия и его соединений
Алюминий легко взаимодействует с кислородом при обычных условиях и покрыт оксидной пленкой (она придает матовый вид).
Её толщина 0,00001 мм, но благодаря ней алюминий не коррозирует. Для изучения химических свойств алюминия оксидную пленку удаляют. (При помощи наждачной бумаги, или химически: сначала опуская в раствор щелочи для удаления оксидной пленки, а затем в раствор солей ртути для образования сплава алюминия со ртутью – амальгамы).
I. Взаимодействие с простыми веществами - неметаллами
Алюминий уже при комнатной температуре активно реагирует со всеми галогенами, образуя галогениды.
при нагревании он взаимодействует с серой (200 °С) 2Аl + 3S = Аl 2 S 3 (сульфид алюминия),
азотом (800 °С) 2Аl + N 2 = 2АlN (нитрид алюминия),
фосфором (500 °С) Аl + Р = АlР (фосфид алюминия)
углеродом (2000 °С) 4Аl + 3С = Аl 4 С 3 (карбид алюминия)
с йодом в присутствии катализатора - воды (видео) 2Аl + 3I 2 = 2 AlI 3 (йодид алюминия)
Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и, соответственно, сероводорода, аммиака, фосфина и метана:
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4
В виде стружек или порошка он ярко горит на воздухе, выделяя большое количество теплоты:
4Аl + 3O 2 = 2Аl 2 О 3 + 1676 кДж.
II. Взаимодействие алюминия со сложными веществами
Взаимодействие с водой:
2Al + 6H 2 O = 2 Al(OH) 3 + 3H 2 без оксидной пленки!!
Взаимодействие с оксидами металлов:
Алюминий – хороший восстановитель, так как является одним из активных металлов. Стоит в ряду активности сразу после щелочно-земельных металлов. Поэтому восстанавливает металлы из их оксидов . Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др.
3 Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe +Q
Термитная смесь Fe3O4 и Al (порошок) –используется ещё и в термитной сварке.
Сr 2 О 3 + 2Аl = 2Сr + Аl 2 О 3
Взаимодействие с кислотами, например с раствором серной кислоты с образованием соли и водорода:
2 Al + 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3 H 2
С холодными концентрированными серной и азотной не реагирует (пассивирует). Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании алюминий способен восстанавливать эти кислоты без выделения водорода:
Взаимодействие алюминия с щелочами (видео) .
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2 Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2
Na[Аl(ОН)4] – тетрагидроксоалюминат натрия
По предложению химика Горбова, в русско-японскую войну эту реакцию использовали для получения водорода для аэростатов.
Взаимодействие алюминия с растворами солей:
2Al + 3CuSO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Cu
Если поверхность алюминия потереть солью ртути, то происходит реакция:
2Al + 3HgCl 2 = 2AlCl 3 + 3Hg
Выделившаяся ртуть растворяет алюминий, образуя амальгаму.
5. Применение алюминия и его соединений: РИСУНОК 1 и РИСУНОК 2
Физические и химические свойства алюминия обусловили его широкое применение в технике. Крупным потребителем алюминия является авиационная промышленность: самолет на 2/3 состоит из алюминия и его сплавов. Самолет из стали оказался бы слишком тяжелым и смог бы нести гораздо меньше пассажиров. Поэтому алюминий называют крылатым металлом. Из алюминия изготовляют кабели и провода: при одинаковой электрической проводимости их масса в 2 раза меньше, чем соответствующих изделий из меди.
Учитывая коррозионную устойчивость алюминия, из него изготовляют детали аппаратов и тару для азотной кислоты. Порошок алюминия является основой при изготовлении серебристой краски для защиты железных изделий от коррозии, а также для отражения тепловых лучей такой краской покрывают нефтехранилища, костюмы пожарных.
Оксид алюминия используется для получения алюминия, а также как огнеупорный материал.
Гидроксид алюминия – основной компонент всем известных лекарств маалокса, альмагеля, которые понижают кислотность желудочного сока.
Соли алюминия сильно гидролизуются. Данное свойство применяют в процессе очистки воды. В очищаемую воду вводят сульфат алюминия и небольшое количество гашеной извести для нейтрализации образующейся кислоты. В результате выделяется объемный осадок гидроксида алюминия, который, оседая, уносит с собой взвешенные частицы мути и бактерии.
Таким образом, сульфат алюминия является коагулянтом.
6. Получение алюминия
1) Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит Na3AlF6 растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия - электролитом.
В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век - век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.
Металлический алюминий первым выделил в 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед. Пропустив газообразный хлор через слой раскаленного оксида алюминия, смешанного с углем, Эрстед выделил хлорид алюминия без малейших следов влаги. Чтобы восстановить металлический алюминий, Эрстеду понадобилось обработать хлорид алюминия амальгамой калия. Через 2 года немецкий химик Фридрих Вёллер. Усовершенствовал метод, заменив амальгаму калия чистым калием.
А знаете ли вы, что алюминий, поступая в организм человека, вызывает расстройство нервной системы. При его избытке нарушается обмен веществ. А защитными средствами является витамин С, соединения кальция, цинка.
При сгорании алюминия в кислороде и фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу. Ракета "Сатурн" сжигает за время полёта 36 тонн алюминиевого порошка. Идея использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф. А. Цандер.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Для получения алюминия из хлорида алюминия в качестве восстановителя можно использовать металлический кальций. Составьте уравнение данной химической реакции, охарактеризуйте этот процесс при помощи электронного баланса.
Алюминий расположен в третьем периоде, III группе главной (A) подгруппе Периодической таблицы. Это первый p-элемент 3-го периода.
Металл. Обозначение – Al. Порядковый номер – 13. Относительная атомная масса – 26,981 а.е.м.
Электронное строение атома алюминия
Атом алюминия состоит из положительно заряженного ядра (+13), внутри которого находится 13 протонов и 14 нейтронов. Ядро окружено тремя оболочками, по которым движутся 13 электронов.
Рис. 1. Схематическое изображение строения атома алюминия.
Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:
На внешнем энергетическом уровне алюминия находится три электрона, все электроны 3-го подуровня. Энергетическая диаграмма принимает следующий вид:
Теоретически возможно возбужденное состояние для атома алюминия за счет наличия вакантной 3d-орбитали. Однако распаривания электронов 3s-подуровня на деле не происходит.
Примеры решения задач
| Задание | Определите число элементарных частиц в атомах калия, магния, железа, цинка и аргона. |
| Ответ | Калий : Z=19, M=39. В атоме калия 19 протонов и 19 электронов. Количество нейтронов равно Z-M =39-19 = 10. |
Магний : Z=12, M=24. В атоме магния 12 протонов и 12 электронов. Количество нейтронов равно Z-M =24-12 = 12.
Железо : Z=26, M=56. В атоме железа 26 протонов и 26 электронов. Количество нейтронов равно Z-M =56-26 = 30.
Цинк : Z=30, M=65. В атоме цинка 30 протонов и 30 электронов. Количество нейтронов равно Z-M =65-30 = 25.
Аргон : Z=18, M=40. В атоме аргона 18 протонов и 18 электронов. Количество нейтронов равно Z-M =40-18 = 22.
Алюминий (Al) – лёгкий металл, занимающий третье место по распространённости в земной коре среди химических элементов. Строение атома алюминия позволяет легко обрабатывать металл: он поддаётся литью, формовке, механическому воздействию.
Строение
Электронное строение атома элемента алюминия связано с его положением в периодической таблице Менделеева. Алюминий имеет 13 порядковый номер и находится в третьем периоде, в IIIa группе. Относительная атомная масса алюминия – 27. Электронная конфигурация атома алюминия – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 , модель распределения электронов – +13Al)2)8)3.
Рис. 1. Алюминий в периодической таблице.
Атом элемента состоит из положительно заряженного ядра +13 (13 протонов и 14 нейронов) и трёх электронных оболочек с 13 электронами. На внешнем энергетическом уровне находится всего три электрона. В возбуждённом состоянии атом способен отдавать все три электрона, проявляя степень окисления +3, или образовывать три ковалентные связи. Поэтому алюминий имеет третью валентность.
Рис. 2. Строение атома алюминия.
В природе алюминий встречается только в составе соединений – глины, слюды, корунда. Металл ценился дороже золота до открытия промышленного способа его получения.
Свойства
Алюминий – серебристый металл, обладающий высокой электропроводностью и пластичностью. Элемент при комнатной температуре легко соединяется с кислородом, образуя на поверхности оксидную плёнку, защищающую металл от коррозии. Образование плёнки препятствует реакции с водой, концентрированными азотной и серной кислотами, поэтому алюминиевая тара подходит для перевозки этих кислот.
Рис. 3. Оксид алюминия.
Для снятия оксидной плёнки используют соли аммония, горячие щёлочи, сплавы ртути. После разрушения оксидной плёнки алюминий вступает в реакцию со многими неметаллами и соединениями. Основные химические свойства элемента описаны в таблице.
Взаимодействие
Ход реакции
Пример
Только в условиях отсутствия оксидной плёнки. Образуется гидроксид алюминия
Образуется оксид алюминия
При комнатной температуре. С йодом – в присутствии катализатора
При температуре выше 200°С, образуется сульфид алюминия
При температуре 500°С, образуется фосфид алюминия
При температуре 800°С, образуется нитрид алюминия
При температуре 2000°С, образуется карбид алюминия
При комнатной температуре реагирует с разбавленными кислотами, при нагревании – с концентрированными. Образуются соли
Реагируют растворы и сплавы
2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3
Алюминий не взаимодействует с водородом.
Что мы узнали?
Атом алюминия включает 13 электронов. Схема строения алюминия – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . На внешнем уровне находится три электрона, определяющие третью валентность элемента. Алюминий – лёгкий, плавкий металл, легко вступающий в реакцию с кислородом и образующий на поверхности оксидную плёнку. Благодаря плёнке металл не подвержен коррозии и не вступает в реакцию с концентрированными кислотами. При комнатной температуре алюминий реагирует с галогенами, при нагревании – с серой, фосфором, азотом, углеродом.
По распространённости в земной коре алюминий находится на третьем месте после кислорода и кремния, а среди металлов — на первом.
- боксит, состав которого можно примерно выразить формулой Al 2 O 3 \(•\) xH 2 O ,
- нефелин ( Na , K ) O 2 \(•\) Al 2 O 3 \(•\) 2 H 2 O ,
- каолинит Al 2 O 3 \(•\) SiO 2 \(•\) 2 H 2 O .
Каолинит — образец многочисленных алюмосиликатов , включающих преимущественно атомы кремния и кислорода, которые очень широко распространены в природе.
В свободном состоянии алюминий — светлый блестящий металл, лёгкий , относительно мягкий, легкоплавкий, имеет высокую тепло- и электропроводность.
Алюминий является химически активным металлом, однако при обычных условиях он устойчив на воздухе и сохраняет свой металлический блеск длительное время. Это объясняется тем, что поверхность алюминия покрыта тонкой, невидимой глазу, прозрачной, но плотной плёнкой оксида алюминия, которая препятствует взаимодействию алюминия с компонентами атмосферы (парами воды и кислородом).
Свойства алюминия обусловили его широкое применение и необходимость получения алюминия в свободном виде.
В лабораторных условиях небольшое количество алюминия можно получить путём восстановления хлорида алюминия калием при высокой температуре:
В промышленных условиях алюминий получают из бокситов. При нагревании бокситов образуется оксид алюминия. Восстановить алюминий из оксида с помощью традиционных восстановителей практически невозможно, поэтому его получают методом электролиза .
Алюминий (Al) – лёгкий металл, занимающий третье место по распространённости в земной коре среди химических элементов. Строение атома алюминия позволяет легко обрабатывать металл: он поддаётся литью, формовке, механическому воздействию.
Строение
Электронное строение атома элемента алюминия связано с его положением в периодической таблице Менделеева. Алюминий имеет 13 порядковый номер и находится в третьем периоде, в IIIa группе. Относительная атомная масса алюминия – 27. Электронная конфигурация атома алюминия – 1s22s22p63s23p1, модель распределения электронов – +13Al)2)8)3.
Рис. 1. Алюминий в периодической таблице.
Атом элемента состоит из положительно заряженного ядра +13 (13 протонов и 14 нейронов) и трёх электронных оболочек с 13 электронами. На внешнем энергетическом уровне находится всего три электрона. В возбуждённом состоянии атом способен отдавать все три электрона, проявляя степень окисления +3, или образовывать три ковалентные связи. Поэтому алюминий имеет третью валентность.
Рис. 2. Строение атома алюминия.
В природе алюминий встречается только в составе соединений – глины, слюды, корунда. Металл ценился дороже золота до открытия промышленного способа его получения.
Свойства
Алюминий – серебристый металл, обладающий высокой электропроводностью и пластичностью. Элемент при комнатной температуре легко соединяется с кислородом, образуя на поверхности оксидную плёнку, защищающую металл от коррозии. Образование плёнки препятствует реакции с водой, концентрированными азотной и серной кислотами, поэтому алюминиевая тара подходит для перевозки этих кислот.
Рис. 3. Оксид алюминия.
Для снятия оксидной плёнки используют соли аммония, горячие щёлочи, сплавы ртути. После разрушения оксидной плёнки алюминий вступает в реакцию со многими неметаллами и соединениями. Основные химические свойства элемента описаны в таблице.
Взаимодействие
Ход реакции
Пример
Только в условиях отсутствия оксидной плёнки. Образуется гидроксид алюминия
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
Образуется оксид алюминия
4Al + 3O2 → 2Al2O3 + Q
При комнатной температуре. С йодом – в присутствии катализатора
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
При температуре выше 200°С, образуется сульфид алюминия
При температуре 500°С, образуется фосфид алюминия
При температуре 800°С, образуется нитрид алюминия
При температуре 2000°С, образуется карбид алюминия
При комнатной температуре реагирует с разбавленными кислотами, при нагревании – с концентрированными. Образуются соли
– 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2;
– 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2;
– Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Реагируют растворы и сплавы
– 2Al + 2NaOH + 10H2O → 2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 3H2;
– 2Al + 6KOH → 2KAlO2 + 2K2O + 3H2
2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3
Алюминий не взаимодействует с водородом.
Что мы узнали?
Атом алюминия включает 13 электронов. Схема строения алюминия – 1s22s22p63s23p1. На внешнем уровне находится три электрона, определяющие третью валентность элемента. Алюминий – лёгкий, плавкий металл, легко вступающий в реакцию с кислородом и образующий на поверхности оксидную плёнку. Благодаря плёнке металл не подвержен коррозии и не вступает в реакцию с концентрированными кислотами. При комнатной температуре алюминий реагирует с галогенами, при нагревании – с серой, фосфором, азотом, углеродом.
Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".
Читайте также: