УРОК № 62

 АЛЮМІНІЙ

 

Алюміній – метал, який небезпідставно називають “крилатим”, – використовують значно ширше порівняно з натрієм, калієм і кальцієм.

Застосуймо знання про зв'язок будови атомів хімічних елементів з їхнім положенням у періодичній системі для характеристики відповідного хімічного елемента та цієї простої речовини.

З’ясуймо, як пов’язане застосування алюмінію з його фізичними та хімічними властивостями.

Відомо приблизно 250 мінералів Алюмінію. Цей хімічний елемент входить до складу алюмосилікатів. До них належать: слюди, польові шпати, глини, зокрема каолін. Багаті на алюміній також алуніт (галуновий камінь) К₂SО₄ · А1₂(SО₄)₃ · 4А1(ОН)₃, нефелін, альбіт Na₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂, кріоліт Na₃[AlF₆], боксит.

Мінерал корунд – це кристалічний алюміній оксид Al₂O₃. Його синій різновид, який містить домішки Титану й Феруму, називають сапфіром. Червоний колір іншого різновиду – рубіну – зумовлений домішками Хрому.

Різні домішки здатні надавати так званому шляхетному корундові зеленого, жовтого, жовтогарячого, фіолетового та інших кольорів й відтінків.

Шпінель Al₂O₃ · MgO також містить Алюміній і не поступається красою рубінам. З ними часто плутали шляхетну рубінову шпінель. Два знаменитих історичних камені зі скарбів британської корони (“Рубін Чорного Принца” і “Рубін Тимура”) виявилися червоною шпінеллю. Подібна рубінова шпінель масою 398,72 карата вінчає корону Російської імперії.

Атомна частка Алюмінію в земній корі становить 6,4%.

Ознайомтеся за таблицею з масовими частками Алюмінію в різних природних об’єктах:

 

Масова частка Алюмінію, %
Земна кора	Морська вода	Рослини	Тварини
8,5	1·10 -6	0,02	1·10 -5

 

Порівняйте вміст Алюмінію в земній корі та морській воді, в рослинних і тваринних організмах.

У живих організмах Алюміній не виконує жодної фізіологічної функції, однак через його поширеність входить до складу живої речовини. Перші відомості про токсичність сполук Алюмінію були отримані лише в 70-х роках минулого століття. Накопичення Алюмінію в організмі супроводжується збільшенням крихкості кісток, розвитком різних форм анемії, порушенням мови, провалами пам’яті, помутнінням розуму, конвульсіями. Підвищення вмісту катіонів Алюмінію призводить до загибелі риб, земноводних і молюсків у водоймах.

Алюміній – блискучий сріблясто-білий метал. На повітрі він швидко окиснюється і вкривається тонкою білою матовою плівкою алюміній оксиду.

Температура плавлення алюмінію технічної чистоти з масовою часткою алюмінію 99,5% становить 658°С. З підвищенням ступеня чистоти температура плавлення алюмінію зростає. Метал високої чистоти плавиться при 660,24°С.

Розплавлений алюміній покривається оксидною плівкою. Вона має температуру плавлення 2044°С, достатню механічну міцність й утримує розплав у своєрідному чохлі.

Алюміній, подібно до срібла, має високу здатність відбивати світлові та теплові промені. Вона збільшується зі зростанням чистоти металу.

Найхарактернішими фізичними властивостями алюмінію є його мала густина (2,7 кг/м³), а також порівняно високі тепло- і електропровідність.

У твердому стані алюміній легко піддається куванню, прокатці, волочінню, різанню. З нього можна витягати найтонший дріт і катати фольгу. Пластичність алюмінію зростає з підвищенням ступеня чистоти цього металу.

Хімічно алюміній дуже активний, однак досить тонка й міцна оксидна плівка зумовлює корозійну стійкість алюмінію. За нагрівання на повітрі чи в кисні алюміній згоряє:

 

Al + O₂ → Al₂O₃

 

Перетворіть схему реакції горіння алюмінію на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.

Продуктом реакції алюмінію з хлором є алюміній хлорид:

 

Al + Сl₂ → AlСl₃

 

Перетворіть схему реакції алюмінію з хлором на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.

У результаті взаємодії алюмінію з бромом утворюється алюміній бромід:

 

Al + Br₂ → AlBr₃

 

 Перетворіть схему реакції алюмінію з бромом на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.

Реакція алюмінію з йодом є каталітичною. Щоб вона почалася, достатньо додати кілька крапель води до суміші алюмінієвого порошку з йодом:

 

Al + I₂ → AlІ₃

 

Перетворіть схему реакції алюмінію з йодом на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.

За нагрівання алюміній реагує з сіркою, азотом, вуглецем:

 

Al + N₂ → AlN

Al + S → Al₂S₃

Al + C → Al₄C₃

 

Перетворіть схеми реакцій алюмінію з цими неметалами на хімічні рівняння. Визначте, окисником чи відновником є алюміній у цих реакціях.

Завдяки захисній оксидній плівці алюміній є стійким до дії води навіть за нагрівання. Під дією лугів плівка алюміній оксиду руйнується, і алюміній активно витискає водень із води:

 

Al + Н₂О→ Al(ОН)₃↓ + Н₂↑

 

Перетворіть схему реакції алюмінію з водою на хімічне рівняння. Визначте окисник і відновник.

Концентровані сульфатна і нітратна кислоти пасивують алюміній. Натомість із розбавленими хлоридною та сульфатною кислотами алюміній реагує досить активно:

 

Al + НСl→ AlCl₃ + Н₂↑

 

Al + Н₂SО₄ → Al₂(SO₄)₃+ Н₂↑

 

Перетворіть схеми реакцій алюмінію з цими неметалами на хімічні рівняння. Визначте, окисником чи відновником є алюміній у цих реакціях.

Алюміній відновлює метали з їхніх оксидів.

Пригадайте, як називають цей спосіб добування металів.

Застосування алюмінію зумовлене його властивостями. Ним відновлюють метали з їхніх оксидів.

Поєднання легкості з достатньо високою електропровідністю дозволяє застосовувати алюміній як провідник електричного струму, замінюючи ним дорожчу мідь. Алюміній використовують як розкисник сталей, бронз та інших сплавів. Алюміній і його сплави (дюралюміній і силумін) використовують практично у всіх галузях сучасної техніки. Основними споживачами алюмінію та його сплавів є: авіаційна й автомобільна промисловості, залізничний і водний транспорт, машинобудування тощо.

Завдяки високій корозійній стійкості алюміній широко застосовують при виготовленні апаратури для виробництва та зберігання концентрованої нітратної кислоти, гідроген пероксиду, органічних речовин і харчових продуктів.

Високу відбивну здатність полірованого алюмінію використовують для виготовлення поверхонь нагрівальних і освітлювальних рефлекторів і дзеркал.

Основоположниками електролітичного способу виробництва алюмінію є Поль Еру (Франція) і Чарльз Хол (США). У 1866 р. незалежно один від одного вони заявили аналогічні патенти на спосіб одержання алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті. З відкриттям електролітичного способу почався швидкий розвиток алюмінієвої промисловості.

 

Висновки

 

Алюміній – металічний елемент. Утворена ним проста речовина хімічно дуже активна, однак тонка міцна оксидна плівка на поверхні алюмінію захищає його від корозії.

Комплекс фізичних властивостей алюмінію та його відновні властивості зумовлюють широке застосування цього металу та його сплавів.

 

 

МЕТА УРОКУ

 

Актуалізувати знання учнів про металічні елементи, будову їхніх атомів. Схарактеризувати поширення Алюмінію в природі, фізичні й хімічні властивості його простої речовини. Обґрунтувати спосіб добування і застосування алюмінію його властивостями.

 

 

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ПРОВЕДЕННЯ УРОКУ

 

Матеріал уроку може бути вивчений учнями самостійно, що не виключає спільного обговорення досягнутих результатів. Слід привернути увагу учнів до впливу катіонів Алюмінію на живі організми, обговорити способи запобігання потраплянню йонів Алюмінію до організму людини в побуті. Важливо не просто назвати ці заходи, а обґрунтувати їх хімічними властивостями алюмінію.