Svaki hemijski element se može posmatrati sa stanovišta tri nauke: fizike, hemije i biologije. I u ovom članku pokušat ćemo što preciznije okarakterizirati aluminij. Ovo je hemijski element koji je u trećoj grupi i trećem periodu, prema periodnom sistemu. Aluminijum je metal srednjeg hemijskog delovanja. Takođe u njegovim jedinjenjima mogu se uočiti amfoterna svojstva. Atomska masa aluminijuma je dvadeset i šest grama po molu.
Fizičke karakteristike aluminijuma
U normalnim uslovima, čvrst je. Formula za aluminijum je vrlo jednostavna. Sastoji se od atoma (ne ujedinjuju se u molekule), koji se uz pomoć kristalne rešetke grade u neprekidnu tvar. Boja aluminijuma - srebrno bijela. Osim toga, ima metalni sjaj, kao i sve druge tvari ove grupe. Boja aluminijuma koji se koristi u industriji može varirati zbog prisustva nečistoća u leguri. To je prilično lagan metal.
Njegova gustina je 2,7 g/cm3, što znači da je oko tri puta lakša od gvožđa. U tome može ustupiti samo magnezijumu, koji je još uvijeklakši od dotičnog metala. Tvrdoća aluminijuma je prilično niska. U njemu je inferioran u odnosu na većinu metala. Tvrdoća aluminijuma je samo dva po Mohsovoj skali. Zbog toga se radi ojačanja legurama na bazi ovog metala dodaju tvrđe.
Aluminijum se topi na samo 660 stepeni Celzijusa. I ključa kada se zagrije na temperaturu od dvije hiljade četiri stotine pedeset i dva stepena Celzijusa. To je vrlo duktilan i topljiv metal. Fizičke karakteristike aluminijuma se tu ne završavaju. Također želim napomenuti da ovaj metal ima najbolju električnu provodljivost nakon bakra i srebra.
Prevalencija u prirodi
Aluminijum, čije smo specifikacije upravo pregledali, prilično je uobičajen u okruženju. Može se uočiti u sastavu mnogih minerala. Element aluminijum je četvrti najčešći element u prirodi. Njegov maseni udio u zemljinoj kori iznosi skoro devet posto. Glavni minerali u kojima su prisutni njegovi atomi su boksit, korund, kriolit. Prvi je stijena, koja se sastoji od oksida željeza, silicija i dotičnog metala, a u strukturi su prisutni i molekuli vode. Ima heterogenu boju: fragmenti sive, crvenkasto-smeđe i druge boje, koje zavise od prisustva raznih nečistoća. Od trideset do šezdeset posto ove pasmine čini aluminij, čija se fotografija može vidjeti iznad. Osim toga, korund je vrlo čest mineral u prirodi.
Ovo je aluminijum oksid. Njegova hemijska formula je Al2O3. Može biti crvena, žuta, plava ili smeđa. Njegova tvrdoća po Mohsovoj skali je devet jedinica. Sorte korunda uključuju dobro poznate safire i rubine, leukozafire, kao i padparadscha (žuti safir).
Kriolit je mineral sa složenijom hemijskom formulom. Sastoji se od aluminijuma i natrijum fluorida - AlF3•3NaF. Izgleda kao bezbojni ili sivkasti kamen niske tvrdoće - samo tri na Mohsovoj skali. U modernom svijetu sintetizira se umjetno u laboratoriji. Primenjuje se u metalurgiji.
Također, aluminijum se u prirodi može naći u sastavu gline, čije su glavne komponente oksidi silicijuma i dotični metal, povezan sa molekulima vode. Osim toga, ovaj hemijski element se može uočiti u sastavu nefelina, čija je hemijska formula sljedeća: KNa3[AlSiO4]4.
Primi
Karakterizacija aluminijuma predviđa razmatranje metoda za njegovu sintezu. Postoji nekoliko metoda. Proizvodnja aluminijuma po prvoj metodi odvija se u tri faze. Posljednji od njih je postupak elektrolize na katodi i ugljičnoj anodi. Za izvođenje takvog procesa potreban je aluminijum oksid, kao i pomoćne supstance kao što su kriolit (formula - Na3AlF6) i kalcijum fluorid (CaF2). Da bi došlo do procesa razgradnje u vodi rastvorenog aluminijum-oksida, on se mora zagrejati zajedno sa rastopljenim kriolitom i kalcijum fluoridom na temperaturu od najmanje devetsto pedeset stepeni Celzijusa. Celzijusovu skalu, a zatim kroz ove tvari propuštaju struju od osamdeset hiljada ampera i napon od pet do osam volti. Tako će se kao rezultat ovog procesa aluminij taložiti na katodi, a na anodi će se skupljati molekule kisika, koje zauzvrat oksidiraju anodu i pretvaraju je u ugljični dioksid. Prije izvođenja ovog postupka, boksit, u obliku kojeg se vadi aluminijum oksid, prethodno se očisti od nečistoća, a također se podvrgava procesu dehidracije.
Proizvodnja aluminijuma na gore opisani način vrlo je česta u metalurgiji. Postoji i metoda koju je 1827. izumio F. Wehler. Leži u činjenici da se aluminij može dobiti kemijskom reakcijom između njegovog klorida i kalija. Takav proces moguće je izvesti samo stvaranjem posebnih uslova u vidu veoma visoke temperature i vakuuma. Dakle, iz jednog mola hlorida i iste zapremine kalijuma, jedan mol aluminijuma i tri mola kalijum hlorida mogu se dobiti kao nusproizvod. Ova reakcija se može napisati kao sljedeća jednačina: AÍSÍ3 + 3K=AÍ + 3KÍ. Ova metoda nije stekla veliku popularnost u metalurgiji.
Karakterizacija aluminijuma u smislu hemije
Kao što je gore pomenuto, ovo je jednostavna supstanca koja se sastoji od atoma koji nisu kombinovani u molekule. Slične strukture formiraju gotovo sve metale. Aluminij ima prilično visoku kemijsku aktivnost i jaka redukcijska svojstva. Hemijska karakterizacija aluminija počet će opisom njegovih reakcija s drugimjednostavne supstance i dalje interakcije sa složenim neorganskim jedinjenjima će biti opisane.
Aluminijum i jednostavni materijali
Ovo uključuje, prije svega, kisik - najčešće jedinjenje na planeti. Od njega se sastoji 21 posto Zemljine atmosfere. Reakcije određene tvari s bilo kojom drugom nazivaju se oksidacija ili sagorijevanje. Obično se javlja na visokim temperaturama. Ali u slučaju aluminija, oksidacija je moguća u normalnim uvjetima - tako se formira oksidni film. Ako se ovaj metal drobi, on će izgorjeti, a pritom će se osloboditi velika količina energije u obliku topline. Za izvođenje reakcije između aluminija i kisika, ove komponente su potrebne u molarnom omjeru od 4:3, što rezultira dva dijela oksida.
Ova hemijska interakcija je izražena kao sledeća jednačina: 4AÍ + 3O2=2AÍO3. Moguće su i reakcije aluminijuma sa halogenima, koji uključuju fluor, jod, brom i hlor. Nazivi ovih procesa potiču od naziva odgovarajućih halogena: fluoriranje, jodiranje, bromiranje i hloriranje. Ovo su tipične reakcije sabiranja.
Na primjer, uzmimo interakciju aluminijuma sa hlorom. Ovakav proces se može dogoditi samo na hladnoći.
Tako, uzimajući dva mola aluminijuma i tri mola hlora, dobijamo kao rezultat dva mola hlorida dotičnog metala. Jednačina za ovu reakciju je sljedeća: 2AÍ + 3SÍ=2AÍSÍ3. Na isti način se može dobiti aluminijum fluorid, njegov bromid i jodid.
Sa sumporompredmetna supstanca reaguje samo kada se zagreje. Da biste izvršili interakciju između ova dva spoja, potrebno ih je uzeti u molarnim omjerima dva do tri, a formira se jedan dio aluminij sulfida. Jednačina reakcije izgleda ovako: 2Al + 3S=Al2S3.
Pored toga, na visokim temperaturama, aluminijum stupa u interakciju sa ugljenikom, formirajući karbid, i sa azotom, formirajući nitrid. Kao primjer se mogu navesti sljedeće jednačine hemijskih reakcija: 4AI + 3C=AI4C3; 2Al + N2=2AlN.
Interakcija sa složenim supstancama
Ovo uključuje vodu, soli, kiseline, baze, okside. Sa svim ovim hemijskim jedinjenjima, aluminijum reaguje na različite načine. Pogledajmo pobliže svaki slučaj.
Reakcija s vodom
Sa najobičnijom složenom supstancom na Zemlji, aluminijum stupa u interakciju kada se zagreje. To se događa samo u slučaju prethodnog uklanjanja oksidnog filma. Kao rezultat interakcije nastaje amfoterni hidroksid, a vodik se također oslobađa u zrak. Uzimajući dva dijela aluminijuma i šest dijelova vode, dobijamo hidroksid i vodonik u molarnim omjerima dva do tri. Jednačina za ovu reakciju je napisana na sljedeći način: 2AÍ + 6N2O=2AÍ(ON)3 + 3N2.
Reakcija sa kiselinama, bazama i oksidima
Kao i drugi aktivni metali, aluminijum može ući u reakciju supstitucije. Čineći to, može istisnuti vodik iz kiseline ili katjon pasivnijeg metala iz njegove soli. Kao rezultat takvih interakcija nastaje sol aluminija, a oslobađa se i vodik (u slučaju kiseline) ili se taloži čisti metal (onajkoji je manje aktivan od razmatranog). U drugom slučaju se manifestiraju restorativne osobine koje su gore navedene. Primjer je interakcija aluminija sa hlorovodoničnom kiselinom, u kojoj nastaje aluminij hlorid i vodik se oslobađa u zrak. Ova vrsta reakcije se izražava sljedećom jednačinom: 2AI + 6HCI=2AICI3 + 3H2.
Primer interakcije aluminijuma sa solju je njegova reakcija sa bakar sulfatom. Uzimajući ove dvije komponente, završavamo sa aluminijum sulfatom i čistim bakrom, koji će se istaložiti. Sa kiselinama kao što su sumporna i azotna, aluminijum reaguje na neobičan način. Na primjer, kada se aluminij doda razrijeđenoj otopini nitratne kiseline u molarnom omjeru od osam dijelova prema trideset, osam dijelova nitrata dotičnog metala, formiraju se tri dijela dušikovog oksida i petnaest dijelova vode. Jednačina za ovu reakciju je napisana na sljedeći način: 8Al + 30HNO3=8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Ovaj proces se dešava samo kada postoji visoka temperatura.
Ako pomiješate aluminijum i slabu otopinu sulfatne kiseline u molarnim omjerima dva prema tri, dobijamo sulfat dotičnog metala i vodonik u omjeru jedan prema tri. Odnosno, dogodit će se obična reakcija supstitucije, kao što je slučaj s drugim kiselinama. Radi jasnoće, predstavljamo jednačinu: 2Al + 3H2SO4=Al2(SO4)3 + 3H2. Međutim, s koncentriranom otopinom iste kiseline, sve je složenije. Ovdje, kao iu slučaju nitrata, nastaje nusproizvod, ali ne u obliku oksida, već u obliku sumpora i vode. Ako uzmemo dvije komponente koje su nam potrebnemolarni omjer dva prema četiri, tada kao rezultat dobijemo jedan dio soli dotičnog metala i sumpora, kao i četiri vode. Ova hemijska interakcija se može izraziti pomoću sledeće jednačine: 2Al + 4H2SO4=Al2(SO4)3 + S + 4H2O.
Osim toga, aluminijum je u stanju da reaguje sa alkalnim rastvorima. Da biste izvršili takvu hemijsku interakciju, potrebno je uzeti dva mola dotičnog metala, istu količinu natrijum ili kalijum hidroksida, kao i šest mola vode. Kao rezultat, nastaju tvari kao što su natrij ili kalij tetrahidroksoaluminat, kao i vodik, koji se oslobađa kao plin oštrog mirisa u molarnim omjerima od dva do tri. Ova hemijska reakcija se može predstaviti kao sljedeća jednačina: 2AI + 2KOH + 6H2O=2K[AI(OH)4] + 3H2.
I poslednja stvar koju treba uzeti u obzir su obrasci interakcije aluminijuma sa nekim oksidima. Najčešći i korišćeni slučaj je Beketova reakcija. Ona se, kao i mnogi drugi o kojima je gore raspravljano, javlja samo na visokim temperaturama. Dakle, za njegovu implementaciju potrebno je uzeti dva mola aluminija i jedan mol željeznog oksida. Kao rezultat interakcije ove dvije supstance dobijamo aluminijum oksid i slobodno gvožđe u količini od jedan i dva mola, respektivno.
Upotreba dotičnog metala u industriji
Imajte na umu da je upotreba aluminijuma vrlo česta pojava. Prije svega, to je potrebno zrakoplovnoj industriji. Uz legure magnezija, legure na bazi razmatranihmetal. Možemo reći da je prosječan avion 50% aluminijumskih legura, a njegov motor 25%. Aluminij se također koristi u procesu proizvodnje žica i kablova zbog svoje odlične električne provodljivosti. Osim toga, ovaj metal i njegove legure se široko koriste u automobilskoj industriji. Od ovih materijala izrađuju se karoserije automobila, autobusa, trolejbusa, nekih tramvaja, kao i vagona konvencionalnih i električnih vozova.
Koristi se i za manje svrhe, na primjer, za proizvodnju ambalaže za hranu i druge proizvode, posuđe. Za izradu srebrne boje potreban je prah dotičnog metala. Takva boja je potrebna kako bi se željezo zaštitilo od korozije. Možemo reći da je aluminij drugi najčešće korišteni metal u industriji nakon željeza. Njegovi spojevi i sama se često koriste u hemijskoj industriji. To je zbog posebnih kemijskih svojstava aluminija, uključujući njegova redukcijska svojstva i amfoternu prirodu njegovih spojeva. Hidroksid razmatranog hemijskog elementa je neophodan za prečišćavanje vode. Osim toga, koristi se u medicini prilikom proizvodnje vakcina. Također se može naći u nekim plastičnim i drugim materijalima.
Uloga u prirodi
Kao što je gore pomenuto, aluminijum se nalazi u velikim količinama u zemljinoj kori. Posebno je važan za žive organizme. Aluminijum učestvuje u regulaciji procesa rasta, formira vezivna tkiva, kao nprkosti, ligamenti i drugo. Zahvaljujući ovom mikroelementu, procesi regeneracije tjelesnih tkiva se odvijaju brže. Njegov nedostatak karakteriziraju sljedeći simptomi: poremećaji u razvoju i rastu kod djece, kod odraslih - kronični umor, smanjene performanse, poremećena koordinacija pokreta, usporavanje regeneracije tkiva, slabost mišića, posebno u udovima. Ovaj fenomen se može dogoditi ako jedete premalo hrane koja sadrži ovaj element u tragovima.
Međutim, češći problem je višak aluminijuma u telu. U tom slučaju se često primjećuju sljedeći simptomi: nervoza, depresija, poremećaji spavanja, gubitak pamćenja, otpornost na stres, omekšavanje mišićno-koštanog sistema, što može dovesti do čestih prijeloma i uganuća. Uz produženi višak aluminijuma u organizmu, često nastaju problemi u funkcionisanju gotovo svakog sistema organa.
Postoji više razloga za ovaj fenomen. Prije svega, to je aluminijsko posuđe. Naučnici su odavno dokazali da posuđe napravljeno od dotičnog metala nije pogodno za kuhanje hrane u njemu, jer na visokim temperaturama dio aluminijuma ulazi u hranu, a kao rezultat toga, unosite mnogo više ovog mikroelementa nego što je tijelu potrebno.
Drugi razlog je redovna upotreba kozmetike koja sadrži dotični metal ili njegove soli. Prije upotrebe bilo kojeg proizvoda potrebno je pažljivo pročitati njegov sastav. Kozmetika nije izuzetak.
Treći razlog je uzimanje droga kojesadrži dosta aluminijuma, dugo vremena. Kao i nepravilna upotreba vitamina i dodataka ishrani, koji uključuju ovaj mikroelement.
Sada da shvatimo koje namirnice sadrže aluminijum kako bismo regulisali svoju ishranu i pravilno organizovali jelovnik. Prije svega, to su šargarepa, topljeni sirevi, pšenica, stipsa, krompir. Od voća se preporučuju avokado i breskve. Osim toga, bijeli kupus, pirinač i mnoge ljekovite biljke bogati su aluminijumom. Također, katjoni dotičnog metala mogu biti sadržani u vodi za piće. Da biste izbjegli visok ili nizak nivo aluminijuma u tijelu (kao i bilo kojeg drugog elementa u tragovima), morate pažljivo pratiti svoju ishranu i pokušati je učiniti što je moguće uravnoteženijom.
