Алюминий реферат по геохимии

Обновлено: 02.07.2024

Мейныпильгыно 2019 год
Содержание


  • Введение…………………………………………………………….3

  • Параграф 1. Физические свойства алюминия…………………3

  • Параграф 2. Химические свойства алюминия…………………4

  • Параграф 3. Основные соединения алюминия……. …………6

  • Вывод…………….………………………………………………..…9

Целью реферата является попытка указать на особенность этого металла и его соединений.

Алюминий (лат. Aluminium; от "alumen" — квасцы), Al, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 13, атомная масса 26,98154.

Природный алюминий состоит из одного нуклида 27Al. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s2p1. Практически во всех соединениях степень окисления алюминия +3 (валентность III). По распространенности в природе занимает 3-е место среди элементов и 1-е среди металлов (8,8% от массы земной коры). Алюминия вдвое больше, чем железа, и в 350 раз больше, чем меди, цинка, хрома, олова и свинца вместе взятых.

Параграф 1. Физические свойства алюминия как простого вещества

Простое вещество алюминий — мягкий легкий серебристо-белый металл, пластичный (может прокатываться в тонкий лист и даже фольгу), с высокой электропроводностью, tпл = 660 С, tкип = 2518,8 С. Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости. По электропроводности алюминий - на 4-м месте, уступая лишь серебру (оно на первом месте), меди и золоту, что при дешевизне алюминия имеет огромное практическое значение. Его плотность равна всего 2,7*10 3 кг/м 3 . Алюминий имеет решётку гранецентрированного куба, устойчив при температурах от - 269 С до точки плавления (660 С). Теплопроводность составляет при 24С 2,37 Втсм -1 К -1 . Электросопротивление алюминия высокой чистоты (99,99%) при 20С составляет 2,654810 -8 Омм, или 65% электросопротивления международного эталона из отожжённой меди. Отражательная способность полированной поверхности составляет более 90%.

Алюминий является слабым парамагнетиком, то есть слабо намагничивается во внешнем магнитном поле. Он образует сплавы почти со всеми металлами. Самыми распространёнными сплавами являются сплавы с медью, магнием, кремнием.

Параграф 2. Химические свойства алюминия

Стоек к процессу коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия, соответственно он не реагирует с окислителями: О2, концентрированной серной кислотой, азотной кислотой. С остальными кислотами он реагирует активно с образованием соответствующих солей:


  1. При комнатной температуре со всеми галогенами, кроме фтора, образуя хлориды, бромиды, иодиды:

  1. С другими неметаллами (кроме водорода), образуя сульфиды, нитриды, карбиды при высоких температурах с выделением большого количества тепла:

  1. С водой после удаления защитной оксидной плёнки:

  1. C щелочами сообразованием алюминатов:

  1. Лишённый оксидной плёнки алюминий легко растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода:

  1. Сильно разбавленная и концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий, поэтому для хранения и перевозки азотной кислоты используются алюминиевые ёмкости. Но при нагревании алюминий растворяется в азотной кислоте, с образованием нитрата:

  1. Может восстанавливать металлы из их оксидов, сам процесс называется алюминотермия:

Параграф 3. Основные соединения алюминия.

К основным соединениям алюминия относятся оксиды, гидроксиды, алюминаты и различные соли.

Оксиды алюминия

Оксид алюминия образует несколько полиморфных разновидностей, или форм, имеющих одинаковый химический состав, различное строение кристаллической решетки и, следовательно, различные свойства. Плохо проводит электрический ток. Составная часть глинозёма. При производстве глинозема наибольшее значение имеют две из этих разновидностей: α–Al2O3 (альфа-глинозем или корунд) и γ–Al2O3 (гамма-глинозём).

Корунд – наиболее устойчивая форма глинозёма; встречается в природе в виде бесцветных или окрашенных примесями кристаллов, а также получается искусственным путем: при кристаллизации расплавленного глинозема или нагревании гидроксидов алюминия до высокой температуры. Он очень химически стоек, медленно реагируя с растворами щелочей и кислот даже при высоких температурах. Обладает высокой твердостью (9 по шкале Мооса), практически не гигроскопичен, т.е. не поглощает влаги при хранении. tпл = 2050°С, tкип = 3500°С.

Гамма-глинозём γ–Al2O3 обладает амфотерными свойствами, то есть реагирует с растворами и кислот, и щелочей:

При сплавлении оксида алюминия с основаниями, основными оксидами и карбонатами образуются соответствующие соли метаалюминаты:

Существуют оксиды, где алюминий имеет валентность I и II: Al2O и AlO.
Гидроксиды алюминия

Существует несколько видов гидроксида алюминия по кристаллической модификации, различающиеся плотностью, устойчивостью и прочее: бемит, гиббсит, норстрандит, диаспор, байерит. Также он может быть в гелеобразном состоянии белого цвета. лохо растворим в воде, обладает амфотерными свойствами. В природе входит в состав бокситов – алюминиевых руд, являющихся сырьём для производства глинозёма. Гидроксид алюминия не горит, не взрывается, не ядовит.

При быстром осаждении гидроксида алюминия из солевых растворов образуется студенистый осадок – алюмогель, не имеющий кристаллического строения, содержащий большое количество воды и обладающий высокой химической активностью. Высушенный при 300–400 °С алюмогель обладает хорошими адсорбционными свойствами.

При нагревании гидроксид алюминия разлагается на оксид и воду:

Взаимодействует с кислотами:

C щелочами в растворах:

C щелочами в растворах при сплавлении:

Не вступает в реакцию с растворами аммиака.

Алюминаты. Алюминиевые соли.

При растворении гидроксида алюминия в кислотах образуются алюминиевые соли соответствующих кислот, например:

2Al(ОН)3+3Н2SО4 = Al2(SO4)3 + 6H2O.
При растворении гидроксида алюминия в щелочах образуются соли метаалюминиевой кислоты HAlO2, которые носят название алюминатов, например:

Алюминаты наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного избытка щелочи. Большинство из них в воде нерастворимо. В природе встречаются алюминаты магния, кальция, бериллия: MgAl2O4(шпинель), CaAl2O4, BeAl2O4 (минерал хризоберилл). Также существуют искусственные алюминаты, которые могут светиться при добавлении в них редкоземельных металлов.

Производные большинства сильных кислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованы растворимые соли алюминия и слабых кислот.

Галогениды алюминия в обычных условиях - бесцветные кристаллические вещества. Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, летучи, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты.

Хлоро-, бромо- и иодоалюминаты получаются при сплавлении тригалогенидов алюминия с галогенидами соответствующих металлов. Из фторалюминатов наибольшее применение (для получения Al, F2, эмалей, стекла и пр.) имеет криолит Na3[AlF6].

Нужно сказать, что алюминий содержится в природной воде. Попадает в неё естественным путем (растворение глины и алюмосиликатов) также из выбросов производств. Соединения алюминия используются при водоподготовке на водоканалах и крупных производствах. Алюминий попадет в организм человека с пищей. В чае его содержание в 200 раз больше, чем в воде в которой заварен этот чай. Есть и другие источники: вода, воздух, посуда, лекарства, дезодоранты. ВОЗ рекомендует величину переносимого суточного потребления алюминия на уровне 1мг/кг веса.

Метаболизм алюминия у человека изучен недостаточно, однако известно, что неорганический алюминий плохо всасывается и выводится с мочой. Он влияет на функцию нервной системы, действуя непосредственно на клетки - их размножение и рост. Избыток солей алюминия снижает задержку кальция в организме, уменьшает адсорбцию фосфора, одновременно в 10-20 раз увеличивается содержание алюминия в костях, печени, семенниках, мозге и в паращитовидной железе. К важнейшим клиническим проявлениям нейротоксического действия относят нарушение двигательной активности, судороги, снижение или потерю памяти, психопатические реакции.

Алюминий обязательно входит в состав клеток человека. Блоьше его в клетках легких, печени, костей, головного мозга. Выводится он через желудочно-кишечный тракт..


  1. Алюминий. Свойства и физическое металловедение. Справочник. Дж.Е. Хэтч. Москва, "Металлургия", 1989.

5. Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. – М.: Просвещение, 1986. – 273 с.

6. Протасов П.В. Элементы в клетках организма. – М.: Просвещение, 1999. – 687 с.

7. Тарасова Л.И., Нестеров В.А. Металлургия в жизни человека. – М.: Просвещение, 1990. – 465 с.

Вследствие своей высокой химической активности алюминий находится в природе только в связаном виде. По содержаеию в земной коре алюминий, в виде его соединений, занимает пер­вое место среди металлов (7,45%), а после кислорода и кремния является наиболее распространенным химическим элемен­том. Вместе же с кислородом и кремнием алюминий составляет 82,58 % массы земной коры, будучи сосредоточен преимущест­венно вблизи ее поверхности.

По данным акад. А. Е. Ферсмана насчитывается около 25С видов минералов, содержащих алюминий, причем свыше 40% из них относятся к алюмосиликатам (табл. 1).

Таблица 1

Распределение минералов алюминия по группам

Группа минералов Число %
Силикаты 100 40
Фосфаты 75 30
Сульфаты 35 14
Окислы 15 6
Галоиды 15 6
Карбонаты 5 2
Бораты 2 1
Органические соединения 1 0,4
Около 250 100

Среди алюмосиликатов наиболее распространены полевые шпаты (например ортоклаз К2О • АlОз • 6SiO2), являющиеся главнейшей составляющей вулканических пород. Из алюмоси­ликатов, имеющих промышленное значению, (необходимо отме­тить лейцит К2О • АlОз • 4SiO2, встречающийся в районе Везувия; близкий к нему минерал н е ф е л и н (Na,Cl)2O А12Оз 2SiO2 сопровождает апатиты, образующие огромные залежи в СССР на Колъском полуострове.

Наряду с алюмосиликатами, при высоких температурах вул­канических процессов имело место образование химических соединений глинозема с окислами других металлов — шпине­лей (MgO•А12Оз) также свободного окисла — корунда А1Оз. Окрашенные следами окислов других метал­лов, разновидности последнего являются драгоценными камня­ми и носят, например, название рубина (красный) или сапфира (синий). В результате разрушения (выветриваиия) алюмосили­катов (полевых шпатов) образовались многочисленные вторич­ные (метаморфические) породы, в состав которых алюминии входит как в форме гидр оалюмосиликатов (например, каолинита, А1з • 2 SiO 2 • 2Н20, различные слюды), так к в виде гидроокисей (диаспор, бемит АІООН или гидр аргил­лит А1(ОН)з). Минерал каолинит является основной составляю­щей таких горных пород, как маслины, глины, гдинистые слан­цы, широко распространенные в земной коре. Гидроокиси алюминия входят в состав одной из важнейших алюминиевых руд— боксита, а также вcтречаются хотя и редко, в свободном состоянии.

Под воздействием на алюмосиликаты кислых горячих вод, содержащих СО2 (и свободную серную кислоту, образовались сульфаты алюминий, в частности, минерал алунит К2SО4 •АІ2(SО4)з•2АІ2 (0Н)6 который входит в состав алунитовых пород, имеющих значительное распостранение на территории различных стран и в СНГ

Таблица 2

Некоторые минералы, содержащие алюминий

Название и химическая формула

Содержание алюминия в виде А12О3

Галоидные соединения алюминия в промышленных количест­вах обнаружены только в форме двойного фторида — минера­ла криолита Na3AlF6, образующего крупное месторождение в Гренландии. Из фосфорнокислых природных соединений алю­миния более часто встречается минерал Вавелит 4AlPO4 *2Al(OH)3*9H2O.

Алюминий, в виде его соединений, является таким образом одной из важнейших составляющих горных пород.

В таблице 2 приведены некоторые, наиболее часто встре­чающиеся в природа минералы, в состав которых входит алю­миний.

Кларк алюминия в земной коре в 8,05%. В эндогенных условиях этот металл концентрируется преимущественно в щелочных нефелин- и лейцитсодержащих породах, а также в некоторых разновидностях основных пород, например, в анортозитах. Значительные массы алюминия накапливаются в связи с процессами алунитизации, связанными с гидротермальной переработкой кислых вулканогенных образований, а также в экзогенных условиях.

Он концентрируется при латеритном выветривании кислых и щелочных пород, образуя остаточные месторождения, либо Al2O3 переносится в виде обломочных частиц и концентрируется в механических осадках озер или морских бассейнов, где они подвергаются диагенетическим процессам. Растворяться и переноситься Al2O3 может только в кислых (pH менее 4) и сильно щелочных (pH более 9,5) растворах. Речные воды содержат обычно 1—3 мг/л растворенного алюминия; в водах с повышенным содержанием гумусовых кислот количество алюминия повышается до 7 мг/л. Алюминий легко образует коллоидные системы, различные соли.

Осаждение гидроокисей алюминия начинается при pH = 4,1, в то время как Fe 3+ при pH =2, Fe 2+ при 5,1, а марганца при 8,5—8,8. Большое влияние на осаждение Al2O3 оказывает присутствие в растворах некоторых ионов. При наличии SiO2 осаждение гидроокиси алюминия происходит уже при pH = 5,7. В присутствии CO2 растворимость Al2O3 понижается, а SiO2 — возрастает. Коллоидный Al2O3 по сравнению с коллоидным SiO2 менее устойчив и быстрее коагулирует, поэтому в процессе их совместной миграции происходит разделение этих элементов.

Гидроокислы алюминия характеризуются значительной адсорбционной способностью. В минералах, слагающих бокситы, постоянно, но в переменных количествах содержатся Fe, V, Cr, Cu, Zn, Mn, Sn, Ti, B, Mg, P, Zr и др. Аморфный Al2O3, играющий важную роль в процессах минералообразования, с течением времени испытывает явления старения, в результате чего идет упорядочение структуры по схеме: аморфная гидроокись алюминия → бемит → байерит → гидраргиллит.

Важнейшими рудами алюминия являются бокситы. Это порода, состоящая из гидратов глинозема (диаспора и гидраргиллита) с примесью гидроокислов железа, титана, гётита, сидерита, опала, алюмосиликатов и других минералов. Иногда в бокситах устанавливается галлий.

По минеральному составу различаются бокситы гидраргиллитовые, диаспор-бемитовые и др. По текстуре они разделяются на каменистые и рыхлые, маркие (пачкающие пальцы) и немаркие, оолитовые, бобовые, яшмовидные, брекчиевидные и пр. Бокситы большей частью окрашены окислами железа в красные цвета разных оттенков; встречаются также белые, серые, зеленые, бокситы и др.

Все большее значение как руда на алюминий приобретают нефелиновые породы (уртиты, нефелиновые сиениты, миаскиты, мариуполиты и др.).

В будущем рудой на алюминий могут быть и высокоглиноземные породы — каолинитовые и андалузитовые вторичные кварциты и кристаллические сланцы.

В некоторых случаях в качестве алюминиевого сырья могут использоваться высокоглиноземные шлаки от металлургической переработки железных оолитовых руд, например кустанайских, приаральских и других месторождений, серицитовые хвосты обогатительных фабрик, золы углей.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

  • Для учеников 1-11 классов и дошкольников
  • Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №225 Адмиралтейского района Санкт-Петербурга

на тему: АЛЮМИНИЙ

Петров Семён Геннадьевич

Воронаев Иван Геннадьевич

Глава 1. Физические и химические свойства алюминия ………………………………….. 3

1.1. Физические свойства алюминия ……………………………………………………….. 3

1.2. Химические свойства алюминия ………………………………………………………. 3

Глава 2. Применение алюминия ..…………………………………………………………. 4

Список использованной литературы ………………………………………………………. 6

Алюминий – химический элемент 3 периода IIIA группы. Порядковый номер – 13. Металл. Символ – Al. По распространённости в земной коре занимает 1-е место среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Но в свободном виде алюминия в природе нет, в связи с высокой химической активностью он встречается почти исключительно в виде соединений. Важнейшие природные соединения алюминия: алюмосиликаты, бокситы, корунд и криолит. Алюмосиликаты составляют большую часть массы земной коры.

Рассмотрим физические и химические свойства алюминия, его соединения и области применения.

1. Физические и химические свойства алюминия
1.1 Физические свойства алюминия

Алюминий – лёгкий, серебристо-белый, пластичный металл. Основные физические свойства алюминия – легкость, высокая тепло- и электропроводность. Температура плавления равна 660 градусов по Цельсию, кипения – 2500 С. Хорошо поддается разнообразной механической обработке. Алюминий обладает высокой стойкостью к коррозии.

1.2 Химические свойства алюминия

На внешнем электронном слое у атома алюминия три электрона. В реакциях он отдаёт эти электроны и превращается в положительно заряженный ион. При комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, поскольку его поверхность покрыта тонкой и прочной оксидной плёнкой, которая защищает его от взаимодействия с компонентами воды и воздуха. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

Легко реагирует с простыми веществами:

– с кислородом, образуя оксид алюминия;

– с галогенами (кроме фтора), образуя хлорид, бромид или иодид алюминия.

С другими неметаллами реагирует при нагревании:

– со фтором, образуя фторид алюминия;

– с серой, образуя сульфид алюминия;

– с азотом, образуя нитрид алюминия:

– с углеродом, образуя карбид алюминия:

Со сложными веществами:

– восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия).


Алюминий играет важную роль во многих отраслях промышленности именно благодаря своим свойствам. Его низкая плотность позволяет значительно сократить вес оборудования для грузоперевозок, например, транспортных средств для наземных, морских и воздушных перевозок, контейнеров, которые постоянно используются для организации перевозок. В механическом машиностроении уменьшение веса приводит к значительному сокращению потребления энергии, а также затрат на организацию производства и технического обслуживания. Чистый алюминий практически не образует ядовитых соединений, поэтому активно используется в пищевой промышленности при производстве кухонной посуды, упаковки пищевых продуктов, тары для напитков. Высокая пластичность позволяет изготавливать тонкую фольгу, которая используется в различных производствах. Легкость алюминия и его сплавов стали основополагающими при использовании в авиакосмической отрасли при изготовлении большинства элементов конструкции летательных аппаратов: от несущих конструкций, до элементов обшивки, корпусов приборов и оборудования.


С самого момента открытия в середине XIX века алюминий считали одним из ценнейших благодаря удивительным качествам: белый как серебро, легкий по весу и не подверженный воздействию окружающей среды. В настоящее время алюминий является одним из самых популярных и нашедших широкое применение металлов. О значении его в мировой экономике говорит тот факт, что в металлургии он занимает второе место после железа, а по массе его производят больше, чем всех остальных цветных металлов, вместе взятых. Вот почему алюминиевая промышленность считается ведущей отраслью цветной металлургии. Россия по объёму производства алюминия занимает 2 место в мире.

Общая химия: Учебное пособие для вузов. - 22-е изд., исправленное/Под ред. Рабиновича В.А.- Л.:Химия, 1982. - 720 с., ил.

Г12 Химия, 9 класс: учебник/О.С.Габриелян. - 5-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2017. - 319, [1]с.: ил.

Р41 Репетитор по химии/под ред. А.С. Егорова. - Изд. 55-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2018. - 762, [1]с.: ил. - (Абитуриент).

Читайте также: