อลูมิเนียม: คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ

2025 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 12:35

โลหะเป็นหนึ่งในวัสดุที่สะดวกที่สุดในการประมวลผล พวกเขายังมีผู้นำของตัวเอง ตัวอย่างเช่น ผู้คนรู้จักคุณสมบัติพื้นฐานของอลูมิเนียมมาช้านาน เหมาะสำหรับใช้ในชีวิตประจำวันที่โลหะนี้ได้รับความนิยมอย่างมาก อะไรคือคุณสมบัติของอลูมิเนียมในฐานะสารธรรมดาและเป็นอะตอมที่เราจะพิจารณาในบทความนี้

ประวัติศาสตร์การค้นพบอะลูมิเนียม

เป็นเวลานานแล้วที่มนุษย์รู้จักสารประกอบของโลหะที่เป็นปัญหา - สารส้มโพแทสเซียม ใช้เป็นสารที่สามารถบวมและผูกส่วนประกอบของส่วนผสมเข้าด้วยกันซึ่งจำเป็นสำหรับการตกแต่งผลิตภัณฑ์เครื่องหนัง การมีอยู่ของอะลูมิเนียมออกไซด์บริสุทธิ์กลายเป็นที่รู้จักในศตวรรษที่ 18 ในช่วงครึ่งหลัง อย่างไรก็ตามไม่ได้รับสารบริสุทธิ์

นักวิทยาศาสตร์ H. K. Oersted จัดการแยกโลหะออกจากคลอไรด์เป็นครั้งแรก เขาเป็นคนที่ทำเกลือด้วยโพแทสเซียมอมัลกัมและแยกผงสีเทาออกจากส่วนผสมซึ่งเป็นอลูมิเนียมในรูปแบบบริสุทธิ์

จากนั้นก็เห็นได้ชัดเจนว่าคุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียมนั้นแสดงออกมาในระดับสูง ความสามารถในการรีดิวซ์ที่แข็งแกร่ง ดังนั้นจึงไม่มีใครร่วมงานกับเขามาเป็นเวลานาน

อย่างไรก็ตาม ในปี ค.ศ. 1854 Deville ชาวฝรั่งเศสสามารถหาแท่งโลหะโดยการหลอมด้วยไฟฟ้า วิธีนี้ยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผลิตจำนวนมากของวัสดุที่มีค่าเริ่มขึ้นในศตวรรษที่ 20 เมื่อปัญหาในการได้รับไฟฟ้าจำนวนมากในสถานประกอบการได้รับการแก้ไข

วันนี้ โลหะชนิดนี้เป็นหนึ่งในโลหะที่ได้รับความนิยมและใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรมการก่อสร้างและในครัวเรือน

ลักษณะทั่วไปของอะตอมอะลูมิเนียม

หากเรากำหนดลักษณะองค์ประกอบที่กำลังพิจารณาตามตำแหน่งในระบบธาตุ เราสามารถแยกประเด็นออกมาได้หลายจุด

1. เลขลำดับ - 13.
2. อยู่ในช่วงเวลารองที่สาม กลุ่มที่สาม กลุ่มย่อยหลัก
3. มวลอะตอม - 26, 98.
4. จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอน - 3.
5. การกำหนดค่าชั้นนอกแสดงเป็น 3s²3p^1.
6. ชื่อองค์ประกอบเป็นอลูมิเนียม
7. คุณสมบัติของโลหะนั้นแข็งแกร่ง
8. ไม่มีไอโซโทปในธรรมชาติ มีอยู่ในรูปแบบเดียวเท่านั้น โดยมีมวล 27
9. สัญลักษณ์ทางเคมีคือ AL อ่านว่า "อลูมิเนียม" ในสูตร
10. สถานะออกซิเดชันเป็นหนึ่ง เท่ากับ +3.

คุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียมได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์โดยโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม เนื่องจากมีรัศมีอะตอมขนาดใหญ่และค่าความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนต่ำ จึงสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงได้เช่นเดียวกับโลหะออกฤทธิ์ทั้งหมด

อะลูมิเนียมเป็นสารธรรมดา: คุณสมบัติทางกายภาพ

ถ้าพูดถึงอะลูมิเนียมแล้วละสารง่าย ๆ มันคือโลหะมันเงาสีเงินขาว ในอากาศจะเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วและปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาแน่นสูง สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับการกระทำของกรดเข้มข้น

การมีอยู่ของคุณสมบัติดังกล่าวทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะนี้ทนทานต่อการกัดกร่อน ซึ่งแน่นอนว่าสะดวกมากสำหรับผู้คน ดังนั้นจึงเป็นอลูมิเนียมที่พบการใช้งานที่กว้างขวางในการก่อสร้าง คุณสมบัติของสารก็น่าสนใจเช่นกันว่าโลหะชนิดนี้มีน้ำหนักเบามาก แข็งแรง และอ่อนนุ่ม การรวมกันของคุณสมบัติดังกล่าวไม่สามารถใช้ได้กับทุกสาร

มีคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานหลายประการที่เป็นลักษณะของอลูมิเนียม

1. มีความเหนียวและความเหนียวสูง ฟอยล์ที่เบา แข็งแรง และบางมากทำจากโลหะนี้ และรีดเป็นลวดด้วย
2. จุดหลอมเหลว - 660 0C.
3. จุดเดือด - 2450 0C.
4. ความหนาแน่น - 2.7 g/cm3.
5. คริสตัล lattice ปริมาณ face-centered, เมทัลลิก
6. ประเภทการเชื่อมต่อ - โลหะ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของอะลูมิเนียมเป็นตัวกำหนดขอบเขตการใช้งานและการใช้งาน หากเราพูดถึงแง่มุมต่างๆ ในชีวิตประจำวัน ลักษณะเด่นที่เราพิจารณาข้างต้นก็มีบทบาทสำคัญ เนื่องจากเป็นโลหะที่เบา ทนทาน และป้องกันการกัดกร่อน อะลูมิเนียมจึงถูกนำมาใช้ในเครื่องบินและการต่อเรือ ดังนั้นคุณสมบัติเหล่านี้จึงสำคัญมากที่ต้องรู้

คุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียม

จากมุมมองเคมี โลหะที่เป็นปัญหาคือตัวรีดิวซ์อย่างแรงที่สามารถแสดงกิจกรรมทางเคมีสูง เป็นสารบริสุทธิ์ สิ่งสำคัญคือการกำจัดฟิล์มออกไซด์ ในกรณีนี้กิจกรรมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

คุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียมที่เป็นสารธรรมดาถูกกำหนดโดยความสามารถในการทำปฏิกิริยากับ:

• กรด;
• อัลคาไล;
• ฮาโลเจน;
• สีเทา

มันไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำภายใต้สภาวะปกติ ในเวลาเดียวกันจากฮาโลเจนโดยไม่ให้ความร้อนจะทำปฏิกิริยากับไอโอดีนเท่านั้น ปฏิกิริยาอื่นๆ ต้องใช้อุณหภูมิ

สามารถยกตัวอย่างที่แสดงคุณสมบัติทางเคมีของอะลูมิเนียมได้ สมการปฏิกิริยาโต้ตอบกับ:

• กรด - AL + HCL=AlCL₃ + H_2;

• alkalis - 2Al + 6H₂O + 2NaOH=Na[Al(OH)₄] + 3H ₂;

• ฮาโลเจน - AL + Hal=ALHal_3;
• grey - 2AL + 3S=AL₂S_3.

โดยทั่วไป คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของสารที่เป็นปัญหาคือความสามารถในการฟื้นฟูองค์ประกอบอื่นๆ จากสารประกอบของพวกมันได้สูง

กำลังฟื้นฟู

คุณสมบัติการรีดิวซ์ของอะลูมิเนียมนั้นได้รับการตรวจสอบอย่างดีในปฏิกิริยาของปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะอื่นๆ มันแยกพวกมันออกจากองค์ประกอบของสารได้อย่างง่ายดายและช่วยให้พวกมันมีอยู่ในรูปแบบที่เรียบง่าย ตัวอย่างเช่น: Cr₂O₃ + AL=AL₂O_{3 + Cr.}

โลหะวิทยา มีเทคนิคในการรับสารทั้งหมดขึ้นอยู่กับการตอบสนองดังกล่าว เรียกว่า อะลูมิโนเทอร์มี ดังนั้นในอุตสาหกรรมเคมี องค์ประกอบนี้จึงถูกนำมาใช้อย่างแม่นยำเพื่อให้ได้โลหะอื่นๆ

กระจายในธรรมชาติ

ในแง่ของความแพร่หลายของธาตุโลหะอื่นๆ อะลูมิเนียมเป็นอันดับแรก ปริมาณของมันในเปลือกโลกคือ 8.8% ถ้าเทียบกับอโลหะ จะอยู่อันดับ 3 รองจากอ็อกซิเจนและซิลิกอน

เนื่องจากมีฤทธิ์ทางเคมีสูง จึงไม่พบในรูปที่บริสุทธิ์ แต่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสารประกอบต่างๆ ตัวอย่างเช่น มีแร่ แร่ธาตุ หิน ซึ่งรวมถึงอลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม มันถูกขุดจากแร่บอกไซต์เท่านั้น ซึ่งมีเนื้อหาไม่สูงเกินไปในธรรมชาติ

สารที่พบบ่อยที่สุดที่มีโลหะดังกล่าว:

• เฟลด์สปาร์;
• บอกไซต์;
• หินแกรนิต;
• ซิลิกา;
• อะลูมิโนซิลิเกต;
• หินบะซอลต์และอื่นๆ

ในปริมาณเล็กน้อย อลูมิเนียมจำเป็นต้องเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ของสิ่งมีชีวิต คลับมอสและสัตว์ทะเลบางชนิดสามารถสะสมองค์ประกอบนี้ภายในร่างกายได้ตลอดชีวิต

รับ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของอะลูมิเนียมทำให้ได้มาด้วยวิธีเดียวเท่านั้น: โดยอิเล็กโทรไลซิสของการหลอมของออกไซด์ที่สอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มีความซับซ้อนทางเทคโนโลยี จุดหลอมเหลวของ AL₂O₃ มากกว่า 2000 ^{0C. ด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถอิเล็กโทรไลต์ได้โดยตรง ดังนั้นดำเนินการดังนี้}

1. แร่อะลูมิเนียมถูกขุด
2. ทำความสะอาดสิ่งสกปรก เหลือแต่อะลูมิเนียมออกไซด์
3. จากนั้นไครโอไลต์ก็ละลาย
4. เติมออกไซด์ที่นั่น
5. ส่วนผสมนี้เป็นอิเล็กโทรไลต์และได้อะลูมิเนียมบริสุทธิ์และคาร์บอนไดออกไซด์

ผลผลิต 99.7%. อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ที่จะได้โลหะที่บริสุทธิ์กว่า ซึ่งใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิค

แอปพลิเคชัน

คุณสมบัติทางกลของอะลูมิเนียมไม่ดีพอที่จะนำไปใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ได้ ดังนั้นจึงมักใช้โลหะผสมที่ยึดตามสารนี้ มีมากมายเราสามารถตั้งชื่อสิ่งพื้นฐานที่สุดได้

1. ดูราลูมิน
2. อะลูมิเนียม-แมงกานีส
3. อลูมิเนียม-แมกนีเซียม
4. อลูมิเนียม-ทองแดง
5. Silumins.
6. กรงนก

แน่นอนว่าความแตกต่างที่สำคัญคือสารเติมแต่งของบุคคลที่สาม ทั้งหมดขึ้นอยู่กับอลูมิเนียม โลหะอื่นๆ ทำให้วัสดุมีความทนทาน ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการสึกหรอ และยืดหยุ่นได้ดี

อะลูมิเนียมมีหลายส่วน ทั้งในรูปแบบบริสุทธิ์และในรูปของสารประกอบ (โลหะผสม)

1. สำหรับทำลวดและฟอยล์ใช้ในบ้าน
2. ทำเครื่องครัว
3. อุตสาหกรรมเครื่องบิน
4. ต่อเรือ
5. การก่อสร้างและสถาปัตยกรรม
6. อุตสาหกรรมอวกาศ
7. สร้างเครื่องปฏิกรณ์

รวมเหล็กและของมันโลหะผสมอลูมิเนียม - โลหะที่สำคัญที่สุด เป็นตัวแทนของระบบธาตุทั้งสองนี้ที่พบการใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวางที่สุดในมือมนุษย์

คุณสมบัติของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์

ไฮดรอกไซด์เป็นสารประกอบทั่วไปที่สร้างอะลูมิเนียม คุณสมบัติทางเคมีของมันเหมือนกับคุณสมบัติของโลหะ - มันเป็นแอมโฟเทอริก ซึ่งหมายความว่ามันสามารถแสดงลักษณะคู่ ทำปฏิกิริยากับทั้งกรดและด่าง

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เองเป็นตะกอนเจลาตินสีขาว ได้มาโดยง่ายโดยทำปฏิกิริยากับเกลืออะลูมิเนียมกับอัลคาไลหรือแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ เมื่อทำปฏิกิริยากับกรด ไฮดรอกไซด์นี้จะให้เกลือและน้ำตามปกติ ถ้าปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับอัลคาไล อะลูมิเนียมไฮดรอกโซคอมเพล็กซ์จะก่อตัวขึ้น ซึ่งมีหมายเลขประสานงานคือ 4 ตัวอย่าง: Na[Al(OH)_{4] - โซเดียม เตตระไฮดรอกโซอะลูมิเนต}