Химический элемент мягкий серебристо-белый легкий металл

Алюминий

Алюми́ний — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 13. Обозначается символом Al ( Aluminium). Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости (после кислорода и кремния) химический элемент в земной коре.

Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

По некоторым биологическим исследованиям поступление алюминия в организм человека было сочтено фактором в развитии болезни Альцгеймера, но эти исследования были позже раскритикованы и вывод о связи одного с другим опровергался.

История

Схема атома алюминия

Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути.

Получение

Современный метод получения был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру. Он заключается в растворении оксида алюминия Al₂O₃ в расплаве криолита Na₃AlF₆ с последующим электролизом с использованием графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

Для производства 1 т алюминия чернового требуется 1,920 т глинозёма, 0,065 т криолита, 0,035 т фторида алюминия, 0,600 т анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоянного тока.

Физические свойства

Металл серебристо-белого цвета, лёгкий, плотность — 2,7 г/см³, температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C, удельная теплота плавления — 390 кДж/кг, температура кипения — 2500 °C, удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг, временное сопротивление литого алюминия — 10-12 кг/мм², деформируемого — 18-25 кг/мм², сплавов — 38-42 кг/мм².

Твёрдость по Бринеллю — 24-32 кгс/мм², высокая пластичность: у технического — 35 %, у чистого — 50 %, прокатывается в тонкий лист и даже фольгу.

Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражательной способностью.

Алюминий образует сплавы почти со всеми металлами.

Нахождение в природе

Природный алюминий состоит практически полностью из единственного стабильного изотопа 27 Al со следами 26 Al, радиоактивного изотопа с периодом полураспада 720 тыс. лет, образующегося в атмосфере при бомбардировке ядер аргона протонами космических лучей.

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:

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Вид катиона или аниона зависит, в первую очередь, от кислотности водной среды. Концентрации алюминия в поверхностных водных объектах России колеблются от 0,001 до 10 мг/л.

Химические свойства

Гидроксид алюминия

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H₂O (t°);O₂, HNO₃ (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной индустрией. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH₄ + , горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

Легко реагирует с простыми веществами:

• с кислородом: 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃
• с галогенами: 2Al + 3Br₂ = 2AlBr₃
• с другими неметаллами реагирует при нагревании:
  • с серой, образуя сульфид алюминия: 2Al + 3S = Al₂S₃
  • с азотом, образуя нитрид алюминия: 2Al + N₂ = 2AlN
  • с углеродом, образуя карбид алюминия: 4Al + 3С = Al₄С₃

  Сульфид и карбид алюминия полностью гидролизуются:

  Со сложными веществами:

  • с водой (после удаления защитной оксидной пленки, например, амальгамированием или растворами горячей щёлочи): 2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H_2­
  • со щелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов): 2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H_2­ 2(NaOH•H₂O) + 2Al = 2NaAlO₂ + 3H₂
  • Легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах: 2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H_2­ 2Al + 3H₂SO₄(разб) = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂
  • При нагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия: 2Al + 6H₂SO₄(конц) = Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O Al + 6HNO₃(конц) = Al(NO₃)₃ + 3NO_2­ + 3H₂O
  • восстанавливает металлы из их оксидов (алюминотермия): 8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe 2Al + Cr₂O₃ = Al₂O₃ + 2Cr

  Производство

  

  производство алюминия

  Одна красивая, но, вероятно, неправдоподобная легенда из «Historia naturalis« гласит, что однажды к римскому императору Тиберию (42 год до н. э. — 37 год н. э.) пришёл ювелир с металли­ческой, небьющейся обеденной тарелкой, изготовленной, якобы из глинозёма — Al₂O₃. Тарелка была очень светлой и блестела, как серебро. По всем признакам она должна быть алюминиевой. При этом ювелир утверждал, что только он и боги знают, как получить этот металл из глины. Тиберий, опа­саясь, что металл из легкодоступной глины может обесценить золото и серебро, приказал, на всякий случай, отрубить чело­веку голову. Очевидно, данная легенда весьма сомнительна, так как само­родный алюминий в природе не встречается в силу своей высокой активности и во времена Рим­ской империи не могло быть технических средств, которые позволили бы извлечь алюми­ний из глинозёма.

  Лишь почти через 2000 лет — в 1825 году, датский физик Ханс Христиан Эрстед получил несколько миллиграммов металлического алюминия, а в 1827 году Фридрих Вёлер смог выделить крупинки алюминия, которые, однако, на воздухе немедленно покрывались тончайшей пленкой оксида алюминия.

  До конца XIX века алюминий в промышленных масштабах не производился.

  Только в 1854 году Анри Сент-Клер Девиль изобрёл первый способ промышленного производства алюминия, основанный на вытеснении алюминия металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl·AlCl₃. В 1855 году был получен первый слиток металла массой 6—8 кг. За 36 лет применения, с 1855 по 1890 год, способом Сент-Клер Девиля было получено 200 тонн металлического алюминия. В 1856 году он же получил алюминий электролизом расплава хлорида натрия-алюминия.

  В 1885 году, основываясь на технологии, предложенной русским ученым Николаем Бекетовым, был построен завод по производству алюминия в немецком городе Гмелингеме. Технология Бекетова мало чем отличалась от способа Девиля, но была проще и заключалась во взаимодействии между криолитом (Na₃AlF₆) и магнием. За пять лет на этом заводе было получено около 58 т алюминия — более четверти всего мирового производства металла химическим путем в период с 1854 по 1890 год.

  Метод, изобретённый почти одновременно Чарльзом Холлом во Франции и Полем Эру в США в 1886 году и основанный на получении алюминия электролизом глинозема, растворённого в расплавленном криолите, положил начало современному способу производства алюминия. С тех пор, в связи с усовершенствованием электротехники, производство алюминия совершенствовалось. Заметный вклад в развитие производства глинозема внесли русские ученые К. И. Байер, Д. А. Пеняков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковский, А. А. Яковкин и др.

  Первый алюминиевый завод в России был построен в 1932 году в Волхове. Металлургическая промышленность СССР в 1939 году производила 47,7 тыс.тонн алюминия, ещё 2,2 тыс.тонн импортировалось.

  Вторая мировая война значительно стимулировала производство алюминия. Так, в 1939 году общемировое его производство, без учёта СССР, составляло 620 тыс. т, но уже к 1943 году выросло до 1,9 млн т.

  К 1956 году в мире производилось 3,4 млн т первичного алюминия, в 1965 году — 5,4 млн т, в 1980 году — 16,1 млн т, в 1990 году — 18 млн т.

  В 2007 году в мире было произведено 38 млн т первичного алюминимя, а в 2008 — 39,7 млн т. Лидерами производства являлись: Китай (в 2007 году произвёл 12,60 млн т, а в 2008 — 13,50 млн т), Россия (3,96/4,20), Канада (3,09/3,10), США (2,55/2,64), Австралия (1,96/1,96), Бразилия (1,66/1,66), Индия (1,22/1,30), Норвегия (1,30/1,10), ОАЭ (0,89/0,92), Бахрейн (0,87/0,87), ЮАР (0,90/0,85), Исландия (0,40/0,79), Германия (0,55/0,59), Венесуэла (0,61/0,55), Мозамбик (0,56/055), Таджикистан (0,42/0,42).

  В России фактическим монополистом по производству алюминия является ОАО «Русский алюминий», на который приходится около 13 % мирового рынка алюминия и 16 % глинозёма.

  Мировые запасы бокситов практически безграничны, то есть несоизмеримы с динамикой спроса. Существующие мощности могут производить до 44,3 млн т первичного алюминия в год. Следует также учитывать, что в будущем некоторые из применений алюминия могут быть переориентированы на использование, например, композитных материалов.

  Применение

  

  

  Кусок алюминия и американская монетка.

  Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al₂O₃, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

  Основной недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния — сплав дюралюминий.

  Электропроводность алюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительно в 2 раза дешевле. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов, их экранирования и даже в микроэлектронике при изготовлении проводников в чипах. Меньшую электропроводность алюминия (37 1/ом) по сравнению с медью (63 1/ом) компенсируют увеличением сечения алюминиевых проводников. Недостатком алюминия как электротехнического материала является прочная оксидная плёнка, затрудняющая спаивание.

  • Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.
  • Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.
  • Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминий идеальным материалом для изготовления зеркал.
  • В производстве строительных материалов как газообразующий агент.
  • Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.
  • Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.
  • Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.

  В качестве восстановителя

  • Как компонент термита, смесей для алюмотермии
  • Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов.

  Сплавы на основе алюминия

  В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.

  

  

  Алюминиевый прокат

  — Алюминиево-магниевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и хорошо свариваются; из них делают, например, корпуса быстроходных судов.

  — Алюминиево-марганцевые сплавы во многом аналогичны алюминиево-магниевым.

  — Алюминиево-медные сплавы (в частности, дюралюминий) можно подвергать термообработке, что намного повышает их прочность. К сожалению, термообработанные материалы нельзя сваривать, поэтому детали самолётов до сих пор соединяют заклёпками. Сплав с бо́льшим содержанием меди по цвету внешне очень похож на золото, и его иногда применяют для имитации последнего.

  — Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.

  — Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.

  — Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 Кельвина.

  Алюминий как добавка в другие сплавы

  Алюминий является важным компонентом многих сплавов. Например, в алюминиевых бронзах основные компоненты — медь и алюминий. В магниевых сплавах в качестве добавки чаще всего используется алюминий. Для изготовления спиралей в электронагревательных приборах используют (наряду с другими сплавами) фехраль (Fe, Cr, Al).

  Ювелирные изделия

  Когда алюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Мода на них сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во много раз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производстве бижутерии.

  Стекловарение

  В стекловарении используются фторид, фосфат и оксид алюминия.

  Пищевая промышленность

  Алюминий зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173.

  Алюминий и его соединения в ракетной технике

  Алюминий и его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твёрдых ракетных топливах. Следующие соединения алюминия представляют наибольший практический интерес как ракетное горючее:

  — Алюминий: горючее в ракетных топливах. Применяется в виде порошка и суспензий в углеводородах и др
  — Гидрид алюминия
  — Боранат алюминия
  — Триметилалюминий
  — Триэтилалюминий
  — Трипропилалюминий

  Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом алюминия с различными окислителями.

  Окислитель	Удельная тяга (Р1, сек)	Температура сгорания °С	Плотность топлива, г/см³	Прирост скорости, ΔVид, 25, м/с	Весовое содерж. горючего, %
  Фтор	348,4	5009	1,504	5328	25
  Тетрафторгидразин	327,4	4758	1,193	4434	19
  ClF3	287,7	4402	1,764	4762	20
  ClF5	303,7	4604	1,691	4922	20
  Перхлорилфторид	293,7	3788	1,589	4617	47
  Фторид кислорода	326,5	4067	1,511	5004	38,5
  Кислород	310,8	4028	1,312	4428	56
  Перекись водорода	318,4	3561	1,466	4806	52
  N2O4	300,5	3906	1,467	4537	47
  Азотная кислота	301,3	3720	1,496	4595	49

  Алюминий в мировой культуре

  Поэт Андрей Вознесенский написал в 1959 году стихотворение «Осень», в котором использовал алюминий в качестве художественного образа:
  …А за окошком в юном инее
  лежат поля из алюминия…

  Виктор Цой написал песню «Алюминиевые огурцы» с припевом:
  Сажаю алюминиевые огурцы
  На брезентовом поле
  Я сажаю алюминиевые огурцы
  На брезентовом поле

  Токсичность

  Отличается незначительным токсическим действием, но многие растворимые в воде неорганические соединения алюминия сохраняются в растворённом состоянии длительное время и могут оказывать вредное воздействие на человека и теплокровных животных через питьевую воду. Наиболее ядовиты хлориды, нитраты, ацетаты, сульфаты и др. Для человека токсическое действие при попадании внутрь оказывают следующие дозы соединений алюминия (мг/кг массы тела): ацетат алюминия — 0,2-0,4; гидроксид алюминия — 3,7-7,3; алюминиевые квасцы — 2,9. В первую очередь действует на нервную систему (накапливается в нервной ткани, приводя к тяжёлым расстройствам функции ЦНС). Однако свойство нейротоксичности алюминия стали изучать с середины 1960-х годов, так как накоплению металла в организме человека препятствует механизм его выведения. В обычных условиях с мочой может выделяться до 15 мг элемента в сутки. Соответственно, наибольший негативный эффект наблюдается у людей с нарушенной выделительной функцией почек.

  Норматив содержания алюминия в воде хозяйственно-питьевого использования сотавляет 0,2 мг/л. При этом данная ПДК может быть увеличена до 0,5 мг/л главным государственным санитарным врачом по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения.

  Дополнительная информация

  — Гидроксид алюминия
  — Энциклопедия об алюминии
  — Соединения алюминия
  — Международный институт алюминия

  Алюминий, Aluminium, Al (13)

  Вяжущие вещества, содержащие алюминий, известны с глубокой древности. Однако под квасцами (лат. Alumen или Alumin, нем. Alaun), о которых говорится, в частности, у Плиния, в древности и в средние века понимали различные вещества. В «Алхимическом словаре» Руланда слово Alumen с добавлением различных определений приводится в 34 значениях. В частности, оно означало антимоний, Alumen alafuri — алкалическую соль, Alumen Alcori — нитрум или алкалические квасцы, Alumen creptum — тартар (винный камень) хорошего вина, Alumen fascioli — щелочь, Alumen odig — нашатырь, Alumen scoriole — гипс и т. д. Лемери, автор известного «Словаря простых аптекарских товаров» (1716), также приводит большой перечень разновидностей квасцов.

  До XVIII в. соединения алюминия (квасцы и окись) не умели отличать от других, похожих по внешнему виду соединений. Лемери следующим образом описывает квасцы: «В 1754 r. Маргграф выделил из раствора квасцов (действием щелочи) осадок окиси алюминия, названной им »квасцовой землей» (Alaunerde), и установил ее отличие от других земель. Вскоре квасцовая земля получила название алюмина (Alumina или Alumine). В 1782 г. Лавуазье высказал мысль, что алюмина представляет собой окисел неизвестного элемента. В «Таблице простых тел» Лавуазье поместил алюмину (Alumine) среди «простых тел, солеобразующих, землистых«. Здесь же приведены синонимы названия алюмина: аргила (Argile), квасцовая. земля, основание квасцов. Слово аргила, или аргилла, как указывает Лемери в своем словаре, происходит от греч. горшечная глина. Дальтон в своей »Новой системе химической философии» приводит специальный знак для алюмины и дает сложную структурную (!) формулу квасцов.

  После открытия с помощью гальванического электричества щелочных металлов Дэви и Берцелиус безуспешно пытались выделить тем же путем металлический алюминий из глинозема. Лишь в 1825 г. задача была решена датским физиком Эрстедом химическим способом. Он пропускал хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, и полученный безводный хлористый алюминий нагревал с амальгамой калия. После испарения ртути, пишет Эрстед, получался металл, похожий по внешнему виду на олово. Наконец, в 1827 г. Велер выделил металлический алюминий более эффективным способом — нагреванием безводного хлористого алюминия с металлическим калием.

  Около 1807 г. Дэви, пытавшийся осуществить электролиз глинозема, дал название предполагаемому в нем металлу алюмиум (Alumium) или алюминум (Aluminum). Последнее название с тех пор ужилось в США, в то время как в Англии и других странах принято предложенное впоследствии тем же Дэви название алюминиум (Aluminium). Вполне ясно, что все эти названия произошли от латинского слова квасцы (Alumen), насчет происхождения которого существуют разные мнения, базирующиеся на свидетельствах различных авторов, начиная с древности.

  А. М. Васильев, отмечая неясное происхождение этого слова, приводит мнение некоего Исидора (очевидно Исидора Севильского, епископа, жившего в 560 — 636 гг.,- энциклопедиста, занимавшегося, в частности, этимологическими исследованиями): «Alumen называют a lumen, так как он придает краскам lumen (свет, яркость), будучи добавлен при крашении«. Однако это, хотя и очень давнее, объяснение не доказывает, что слово alumen имеет именно такие истоки. Здесь вполне вероятна лишь случайная тавтология. Лемери (1716) в свою очередь указывает, что слово alumen связано с греческим (халми), означающим соленость, соляной раствор, рассол и пр.

  Русские названия алюминия в первые десятилетия XIX в. довольно разнообразны. Каждый из авторов книг по химии этого периода, очевидно, стремился предложить свое название. Так, Захаров именует алюминий глиноземом (1810), Гизе — алумием (1813), Страхов — квасцом (1825), Иовский — глинистостью, Щеглов — глиноземием (1830). В »Магазине Двигубского» (1822 — 1830) глинозем называется алюмин, алюмина, алумин (например, фосфорно-кисловатая алюмина), а металл — алуминий и алюминий (1824). Гесс в первом издании «Оснований чистой химии» (1831) употребляет название глиноземий (Aluminium), а в пятом издании (1840) — глиний. Однако названия для солей он образует на основе термина глинозем, например сернокислый глинозем. Менделеев в первом издании »Основ химии» (1871) пользуется названиями алюминий и глиний. В дальнейших изданиях слово глиний уже не встречается.

  Периодическая система химических элементов Менделеева

  Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

  Периодическая система элементов

  IA

  IIA

  IIIB

  IVB

  VB

  VIB

  VIIB

  —-

  VIIIB

  —-

  IB

  IIB

  IIIA

  IVA

  VA

  VIA

  VIIA

  VIIIA

  Период

  1

  1 H Водород

  2 He Гелий

  2

  3 Li Литий

  4 Be Бериллий

  5 B Бор

  6 C Углерод

  7 N Азот

  8 O Кислород

  9 F Фтор

  10 Ne Неон

  3

  11 Na Натрий

  12 Mg Магний

  13 Al Алюминий

  14 Si Кремний

  15 P Фосфор

  16 S Сера

  17 Cl Хлор

  18 Ar Аргон

  4

  19 K Калий

  20 Ca Кальций

  21 Sc Скандий

  22 Ti Титан

  23 V Ванадий

  24 Cr Хром

  25 Mn Марганец

  26 Fe Железо

  27 Co Кобальт

  28 Ni Никель

  29 Cu Медь

  30 Zn Цинк

  31 Ga Галлий

  32 Ge Германий

  33 As Мышьяк

  34 Se Селен

  35 Br Бром

  36 Kr Криптон

  5

  37 Rb Рубидий

  38 Sr Стронций

  39 Y Иттрий

  40 Zr Цирконий

  41 Nb Ниобий

  42 Mo Молибден

  (43) Tc Технеций

  44 Ru Рутений

  45 Rh Родий

  46 Pd Палладий

  47 Ag Серебро

  48 Cd Кадмий

  49 In Индий

  50 Sn Олово

  51 Sb Сурьма

  52 Te Теллур

  53 I Иод

  54 Xe Ксенон

  6

  55 Cs Цезий

  56 Ba Барий

  *

  72 Hf Гафний

  73 Ta Тантал

  74 W Вольфрам

  75 Re Рений

  76 Os Осмий

  77 Ir Иридий

  78 Pt Платина

  79 Au Золото

  80 Hg Ртуть

  81 Tl Таллий

  82 Pb Свинец

  83 Bi Висмут

  (84) Po Полоний

  (85) At Астат

  86 Rn Радон

  7

  87 Fr Франций

  88 Ra Радий

  **

  (104) Rf Резерфордий

  (105) Db Дубний

  (106) Sg Сиборгий

  (107) Bh Борий

  (108) Hs Хассий

  (109) Mt Мейтнерий

  (110) Ds Дармштадтий

  (111) Rg Рентгений

  (112) Cp Коперниций

  (113) Uut Унунтрий

  (114) Uuq Унунквадий

  (115) Uup Унунпентий

  (116) Uuh Унунгексий

  (117) Uus Унунсептий

  (118) Uuo Унуноктий

  8

  (119) Uue Унуненний

  (120) Ubn Унбинилий

  Лантаноиды *

  57 La Лантан

  58 Ce Церий

  59 Pr Празеодим

  60 Nd Неодим

  (61) Pm Прометий

  62 Sm Самарий

  63 Eu Европий

  64 Gd Гадолиний

  65 Tb Тербий

  66 Dy Диспрозий

  67 Ho Гольмй

  68 Er Эрбий

  69 Tm Тулий

  70 Yb Иттербий

  71 Lu Лютеций

  Актиноиды **

  89 Ac Актиний

  90 Th Торий

  91 Pa Протактиний

  92 U Уран

  (93) Np Нептуний

  (94) Pu Плутоний

  (95) Am Америций

  (96) Cm Кюрий

  (97) Bk Берклий

  (98) Cf Калифорний

  (99) Es Эйнштейний

  (100) Fm Фермий

  (101) Md Менделевий

  (102) No Нобелей

  (103) Lr Лоуренсий

  Химические семейства элементов периодической таблицы

  Щелочные металлы	Щёлочноземельные металлы	Лантаноиды	Актиноиды	Переходные металлы
  Лёгкие металлы	Полуметаллы	Неметаллы	Галогены	Инертные газы

  198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

  Литий

  

  Литий — химический элемент, мягкий, легкий металл серебристо-белого цвета. Относится к щелочным металлам. Химически активный. Содержание в земной коре — 6,5·10 −3 мас.%. Известно около 30 природных литиевых минералов, в основном — это силикаты и фосфаты, но добывают литий преимущественно из сподумена, содержащего 6-7,5 % Li₂O. Основные промышленные запасы сосредоточены в рапе соляных озер. Литий применяют в термоядерных реакциях, в металлургии, электротехнической, керамической и химической промышленности. Входит в состав некоторых легких сплавов. Соединения лития применяют при изготовлении стекла, эмалей, а также в медицине.

  • 1 История
  • 2 Химические свойства
  • 3 Геохимия
  • 4 Изотопы
  • 5 Ресурсы лития
  • 6 Применение
  • 7 Источники
  • 8 Литература

  История [ править ]

  Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом И. Арфведсоном сначала в минерале петалит, а затем — в сподумена и в лепидолите Металлический литий впервые получил путем электролиза Хэмфри Дэви в 1818 году. [1]

  Свое название этот металл получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Современное название было предложено Берцелиусом.

  Химические свойства [ править ]

  

  Карминово-красное окрашивание пламени солями лития

  Литий — щелочной металл, неустойчивый на воздухе. Он является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует.

  Во влажном воздухе медленно окисляется, превращаясь в нитрид Li₃N, гидроксид LiOH и карбонат Li₂CO₃. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li₂O.

  Литий и его соли окрашивают пламя в карминово—красный цвет, что является качественным признаком для определения лития.

  Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и водород. Реагирует также с этиловым спиртом, с аммиаком и с галогенами (с йодом — только при нагревании).

  Литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза.

  Геохимия [ править ]

  По геохимическими свойствами литий относится к литофильным элементам, среди которых есть также калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г / т.

  Основные минералы лития — слюда лепидолит и пироксен сподумена. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в распространенных породообразующих минералах.

  Месторождения лития относятся к ридкометальних гранитных интрузий, в связи с которыми развиваются литиеносни пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в частности лития.

  Другой тип месторождений лития — рапа некоторых сильносоленых озер.

  Изотопы [ править ]

  Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: 6 Li (7,5 %) и 7 Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть значительно нарушено вследствие природного фракционирования изотопов. Известно 7 искусственных радиоактивных изотопов лития (от 4 Li до 12 Li). Самый стойкий из них, 8 Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп 3 Li (трипротон), видимо, не существует как связанная система.

  7 Li является одним из немногих изотопов, образовавшихся во время первичного нуклеосинтеза (то есть вскоре после Большого Взрыва), а не только в звездах.

  Ресурсы лития [ править ]

  Выявленные мировые ресурсы лития составляют около 13 млн т. Из них 760 тыс. т находится в США. На 2001 мировые запасы лития, по оценкам Геологического бюро США, составляли 400 тыс. Т, база запасов — 9400 тыс. т (без учета Аргентины, КНР, Португалии и стран СНГ). Наибольшие запасы имеет Чили — 3000 тыс. т, в Канаде и Австралии находится соответственно 180 и 150 тыс. т лития в гранитных пегматитах.

  Применение [ править ]

  

  Как это работает. Аккумуляторы, из чего именно их делают и как появился Литий [6:12]

  • Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов), работающих на основе твердых электролитов.
  • Благодаря очень высокой удельной теплоемкости, жидкий литий (часто в виде сплава с натрием или цезием-133) может служить эффективным теплоносителем. В ядерных реакторах с этой целью применяют изотоп 7 Li, который, в отличие от 6 Li, имеет низкий сечение захвата тепловых нейтронов.
  • Облучая нуклид 6 Li тепловыми нейтронами, получают радиоактивный тритий.
  • Дейтерид лития-6 применяется как термоядерное горючее в водородных бомбах.
  • Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфора, в черной и цветной металлургии (для раскисления, повышения пластичности и прочности сплавов), для получения пластичных смазок.
  • Соединения лития применяются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической промышленности (изготовление косметики).
  • Соли лития применяют в медицине как антидепрессанты.
  • Карбонат лития Li₂CO₃ применяется в производстве алюминия.
  • Високогигроскопичный бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяют для осушения воздуха и других газов.
  • Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов.
  • Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике. На основе алюмината и силиката лития создан керамику твердеет при комнатной температуре и применяется в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромную прочность имеет стекло на основе литий-алюминий-силиката, усиленное волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно укрепляет сплавы свинца и придает им пластичности и стойкости против коррозии.
  • Алюминат лития — эффективный твердый электролит (вместе с цезий-бета-глиноземом).
  • Стеарат лития («литиевое мыло») применяется как высокотемпературная смазка.
  • Кристаллические ниобат лития LiNbO₃ и танталат лития LiTaO₃ являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике и оптоэлектронике.
  • Гидроксид лития LIOH, пероксид Li₂O2 и супероксид LiO₂ применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последние два соединения реагируют с выделением кислорода (например, 4LiO₂ + 2CO₂ → 2Li₂CO₃ + 3O₂), благодаря чему они используются в противогазах, в патронах для очистки воздуха на подводных лодках т.д. Кроме того, добавление гидроксида лития в электролита тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в три раза и емкость на 21 % (за счет образования никелатив лития).
  • Литий и его соединения широко применяются в ракетной технике. Смесь паров лития с молекулярным водородом является эффективным рабочим телом для газофазных ядерных ракетных двигателей. Жидкий литий используется в качестве рабочего тела в электроракетных двигателях, в частности — в мощных ЭРД. Литий используется как собственно ракетное топливо или как добавка к нему. Перхлорат и нитрат лития применяются как окислители ракетного топлива.

  Источники [ править ]

  1. ↑ Кравчук П. А. Рекорды природы. — Любешов: Эрудит, 1993, 216 с.: ил. ISBN 5-7707-2044-1

  Литература [ править ]

  • Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3

  Натрий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета

  На́трий — элемент первой группы (по старой классификации — главной подгруппы первой группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium ). Простое вещество натрий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

  

  Натрий (а точнее, его соединения) известен и использовался с давних времён. В Библии, в книге пророка Иеремии, упоминается слово др.-греч. νίτρον — в Септуагинте , а слово лат. nitroet — в Вульгате (Иер. 2:22) как название вещества, это род соды или поташа, который в смеси с маслом, служил моющим средством . В Танахе слову др.-греч. νίτρον соответствуют др.-евр. ברית ‎ — «мыло» и др.-евр. נתר ‎ — «щёлок (мыльная жидкость)» . Сода (натрон), встречается в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет .

  Название «натрий» происходит от латинского слова natrium (ср. др.-греч. νίτρον ), которое было заимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где оно означало среди прочего: «сода», «едкий натр» .

  Аббревиатура «Na» и слово natrium были впервые использованы академиком, основателем шведского общества врачей Йенсом Якобсом Берцелиусом (Jöns Jakob Berzelius, 1779—1848) для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода . Ранее (а также до сих пор в английском, французском и ряде других языков) элемент именовался содий (лат. sodium ) — это название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, означающему «головная боль», так как сода применялась в то время в качестве лекарства от головной боли .

  Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви, который сообщил об этом 19 ноября 1807 годав Бейкеровской лекции (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий — через несколько дней после калия ), электролизом расплава гидроксида натрия.

  

  Физические свойства

  Металлический натрий, сохраняемый в минеральном масле

  Качественное определение натрия с помощью пламени — ярко-жёлтый цвет эмиссионного спектра «D-линии натрия», дублет 588,9950 и 589,5924 нм.
  Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.

  Под давлением становится прозрачным и красным, как рубин.

  При комнатной температуре натрий образует кристаллы в кубической сингонии, пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,42820 нм, Z = 2.

  При температуре −268 °С (5 К) натрий переходит в гексагональную фазу, пространственная группа P 63/mmc, параметры ячейки a = 0,3767 нм, c = 0,6154 нм, Z = 2.

  

  Химические свойства

  Щелочной металл на воздухе легко окисляется до оксида натрия. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина.
  При горении на воздухе или в кислороде образуется пероксид натрия. Кроме того, существует озонид натрия NaO3.С водой натрий реагирует очень бурно, помещённый в воду кусочек натрия всплывает, из-за выделяющегося тепла плавится, превращаясь в белый шарик, который быстро движется в разных направлениях по поверхности воды, реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться.
  Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, иода, углерода, благородных газов).
  Натрий более активен, чем литий. С азотом реагирует крайне плохо в тлеющем разряде, образуя очень неустойчивое вещество — нитрид натрия (в противоположность легко образующемуся нитриду лития):
  С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл.
  С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления.
  Растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор.
  С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании.
  С ртутью образует амальгаму натрия, которая используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла. При сплавлении с калием даёт жидкий сплав.
  Алкилгалогениды с избытком металла могут давать натрийорганические соединения — высокоактивные соединения, которые обычно самовоспламеняются на воздухе и взрываются с водой. При недостатке металла происходит реакция Вюрца.
  Растворяется в краун-эфирах в присутствии органических растворителей, давая электрид или алкалид (в последнем у натрия необычная степень окисления −1).

  

  Применение

  Металлический натрий широко используется как сильный восстановитель в препаративной химии и промышленности, в том числе в металлургии. Используется для осушения органических растворителей, например, эфира. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах двигателей грузовиков как жидкий теплоотвод. Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.
  В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.
  Жидкометаллический теплоноситель в ядерных реакторах на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800.
  Натрий также используется в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) очень широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12—24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения. Также существуют лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).
  Металлический натрий применяется в качественном анализе органического вещества. Сплав натрия и исследуемого вещества нейтрализуют этанолом, добавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и делят на 3 части, проба Ж. Лассеня (1843), направлена на определение азота, серы и галогенов (проба Бейльштейна).
  Хлорид натрия (поваренная соль) — древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.
  Азид натрия (NaN3) применяется в качестве азотирующего средства в металлургии и при получении азида свинца.
  Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и в гальванотехнике (серебрение, золочение).
  Хлорат натрия (NaClO3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.

  

  Стихи про натрий

  Натрий — это сила наша,
  Натрий образует соль.
  Натрий в теле, клетка наша
  В натрии нужда есть вновь.

  Щелочь образует сразу,
  Если только воду греть.
  Растворится натрий сразу,
  Ну, и щелочь будет здесь.

  Третий дорогой период
  Открывает натрий нам.
  Мы храним под керосином,
  Кислород он чтоб прогнал.

  Натрий — это вам не шутки,
  Не шути с ним, детвора.
  Коль возьмешь — береги руки.
  В щелочи будет вся рука.

  Он металл довольно мягкий.
  Серо-белый цвет его.
  Нож срезает слой до корки,
  Но не режьте вы его.

  Под давлением краснеет,
  Петушится, как рубин.
  Но прозрачность он имеет
  По давлением, ву-ху.

  Незримо бываю я в вашей тарелке,
  Я в соли и в соде, а сам я – металл.
  И жёлтым окрашу я пламя горелки,
  Когда попадёт туда соли кристалл.
  Я – Натрий, металл щелочной и активный,
  В воде я взорвусь, запылаю огнем!
  И хоть я опасный и нравом противный,
  Я мягок и режусь обычным ножом!

  Литий, калий или натрий
  Дома вы встречали вряд ли.
  Там, где нужен гвоздь железный,
  Эти — просто бесполезны!
  Все мягки они, как глина,
  Чуть потверже пластилина.
  Нож легко разрежет их
  (Литий — тверже остальных).

  Так активны, что — беда!
  Если встретится вода,
  Непременно — вот народ! —
  Вытесняют водород!

  Вам металлы калий, натрий
  Пригодятся в доме вряд ли.
  Ведь проблем немало с ними,
  А хранят их… в керосине!

  Керосина легче литий,
  Он всплывает в нем, учтите.
  Помнить вы должны отныне:
  Держат литий в вазелине.

  Первый слог – предлог известный,
  Слог второй трудней найти:
  Часть его составит цифра,
  К ней добавьте букву «Й».
  Чтобы целое узнать,
  Надо вам металл назвать.
  (Натрий)

  Брат один сердитый,
  Другой брат ядовитый.
  Первый брат в воде горел,
  Брат другой позеленел.
  Первый брат – металл у нас,
  Брат другой – конечно газ.
  Если их объединить,
  Можно чудо совершить.
  Попадутся братцы эти,
  Вам в супу или в котлете!
  (Натрий, Хлор)

  

  Источник http://himsnab-spb.ru/article/ps/al/

  Источник https://cyclowiki.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%B9

  Источник https://xn—-7sbbblh9b0av4l.xn--j1amh/blog/2017/11/19/%D0%BD%D0%B0%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B9-%D0%BC%D1%8F%D0%B3%D0%BA%D0%B8%D0%B9-%D1%89%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%B9-%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB-%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B1%D1%80/

  Похожие записи:

  1. Какие металлы проще подвергаются гибке
  2. Значение цветной металлургии в мировой промышленности
  3. Радио HEAVY METAL №1 слушать онлайн
  4. Что легче металл или сталь
  Читать статью  Металлы. Их разновидности и свойства