Высший оксид и его характер калия


Характеристика калия

Характеристика калия

Калий (K) располагается в 4 периоде, в I группе, главной подгруппе, имеет порядковый номер 19.

Массовое число: A = 39
Число протонов: P = 19
Число электронов: ē = 19
Число нейтронов: N = A - Z = 39 - 19 = 20

19K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

Валентные электроны

Калий – s-элемент, металл.

Степени окисления
минимальная: 0
максимальная: +1

Высший оксид: K2O – оксид калия.
Проявляет основные свойства:
K2O + 2HCl ⟶ 2KCl + H2O

Высший гидроксид: KOH – гидроксид калия.
Проявляет основные свойства:
2KOH + 2HCl ⟶ 2KCl + 2H2O

Общая характеристика соединений щелочных металлов - Учебный материал для IIT JEE

 


Оксиды и гидроксиды

Все щелочные металлы, их оксиды, пероксиды и супероксиды легко растворяются в воде с образованием соответствующих гидроксидов, которые являются сильными щелочами, например

  • 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

  • Na 2 O + 2H 2 O → 2NaOH

  • Na 2 O 2 + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 O 2

  • 2KO 2 + 2H 2 O → 2KOH + H 2 O 2 + O 2

Таким образом, пероксиды и супероксиды также действуют как окислители, поскольку они реагируют с H 2 O с образованием H 2 O 2 и O 2 соответственно.

Гидроксиды всех щелочных металлов представляют собой белые кристаллические вещества. Они являются сильнейшими из всех оснований и легко растворяются в воде с выделением большого количества тепла.

Посмотрите это видео, чтобы получить дополнительную информацию

Основная прочность

  • Основная сила этих гидроксидов возрастает по мере продвижения вниз от группы Li к Cs.

  • Гидроксиды щелочных металлов ведут себя как сильные основания из-за их низкой энергии ионизации, которая уменьшается по группе.

  • Уменьшение энергии ионизации приводит к ослаблению связи между металлом и гидроксид-ионом, а связь M - O в M - O - H может легко разорваться, давая M + и OH -.

  • Это приводит к увеличению концентрации гидроксильных ионов в растворе, т.е. к увеличению основных характеристик.


Растворимость и стабильность

Все эти гидроксиды хорошо растворимы в воде и термически стабильны, за исключением гидроксида лития.

2LiOH + Δ → Li 2 O + h3O


Образование солей с кислотами

Гидроксиды щелочных металлов, будучи сильнощелочными, реагируют со всеми кислотами с образованием солей.

Решенные примеры

Вопросы:

Назовите щелочной металл, который образует супероксиды при нагревании в избытке воздуха и почему?

Решение:

Калий образует супероксиды при нагревании в избытке воздуха.Это связано со стабилизацией катиона большого размера анионом большого размера.

K + O 2 → KO 2 (супероксид калия)

___________________________________________________

Вопросы:

Почему литий образует только оксид лития, а не пероксид или супероксиды?

Решение:

Из-за небольшого размера лития он имеет сильное положительное поле вокруг себя.В сочетании с оксидным анионом (O 2– ) положительное поле иона лития ограничивает распространение отрицательного заряда по направлению к другому атому кислорода и, таким образом, предотвращает образование высших оксидов.


Галогениды щелочных металлов

Щелочные металлы соединяются непосредственно с галогенами в соответствующих условиях с образованием галогенидов общей формулы MX. Эти галогениды также могут быть получены действием водных галогенов кислот (HX) на оксиды, гидроксиды или карбонаты металлов.

  • M 2 O + 2HX → 2MX + H 2 O

  • MOH + HX → MX + H 2 O

  • M 2 CO 3 + 2HX → 2MX + CO 2 + H 2 O (M = Li, Na, K, Rb или Cs)

  • (X = F, Cl, Br или I)

Все эти галогениды представляют собой бесцветные, высокоплавкие кристаллические вещества с высокими отрицательными энтальпиями образования.

Стандартные энтальпии образования в (кДж / моль-1)

Элемент

МФ

MCl

МБр

MI

Ли

-612

-398

-350

-271

Na

-569

-400

-360

-288

К

-563

-428

-392

-328

руб.

-549

-423

-389

-329

CS

-531

-424

-395

-337

Значение уменьшается в порядке:

Фторид> Хлорид> бромиды> Йодид

Таким образом, фториды являются наиболее стабильными, а йодиды - наименее стабильными.

Тенденции изменения точек плавления, кипения и растворимости галогенидов щелочных металлов можно понять с точки зрения эффектов поляризации, энергии решетки и гидратации ионов.


Эффекты поляризации

Сравнение ионного и ковалентного характера галогенидов щелочных металлов. Когда катион приближается к аниону, электронное облако аниона притягивается к катиону и, следовательно, искажается. Этот эффект называется поляризацией. Способность катиона поляризовать анион называется его поляризационной способностью, а склонность аниона к поляризации называется его поляризуемостью.Чем больше поляризация, тем больше концентрация электронов между двумя атомами, тем самым уменьшая ионный характер или увеличивая ковалентный характер. Ковалентный характер любого соединения в целом зависит от следующих факторов.

Чем меньше катион, тем выше его поляризационная способность и, следовательно, больше ковалентный характер. Ковалентный характер уменьшается с увеличением размера катиона.

LiCl> NaCl> KCl> RbCl> CsCl

Таким образом, LiCl более ковалентен, чем KCl.

Чем крупнее анион, тем больше его поляризуемость. Это объясняет ковалентный характер галогенидов лития порядка

LiI> LiBr> LiCl> LiF

Чем больше заряд на катионе, тем выше его поляризационная способность и, следовательно, больше ковалентный характер. Ковалентность некоторых галогенидов возрастает на

Na + Cl - +2 Cl 2 +3 Cl 3

Чем выше заряд аниона, тем легче он поляризуется, тем самым придавая более ковалентный характер образованному соединению, например, ковалентный характер увеличивается на порядок

NaCI 2 SO 4 3 PO 4

Таким образом, ковалентный характер уменьшается по мере уменьшения заряда аниона.

Если два катиона имеют одинаковый заряд и размер, то катион с конфигурацией псевдоблагородного газа, т.е. имеющий 18 электронов во внешней оболочке, имеет большую поляризационную способность, чем катион с конфигурацией благородного газа, т.е. имеющий 8 электронов. Например, CuCl более ковалентен, чем NaCl.


Энергия решетки

Энергия решетки определяется как количество энергии, необходимое для разделения одного моля твердого ионного соединения на его газообразные ионы. Очевидно, что больше энергия решетки, выше температура плавления галогенида щелочного металла и ниже его растворимость в воде

Соединение

Энергия решетки

Гидратация * энергия

Растворимость

Температура плавления

LiCl

-845

-876

63.7

887

NaCl

-770

-776

35,7

1084

KCl

-703

-700

34.7

1039

RbCl

–674

-680

77,0

988

CsCl

-644

-646

162

925

NaF

-893

-919

4.22

1261

NaCl

-770

-776

35,7

1028

NaBr

-730

-745

116

1084

NaI

-685

-685

184

944

LiF

-1005

-1019

0.27

1115

CsI

-582

-670

44,0

1115

Hydration Energy

Это количество энергии, выделяющейся, когда один моль газообразных ионов соединяется с водой с образованием гидратированных ионов.

  • M + (г) + водный раствор → M + (водный раствор) + энергия гидратации

  • X - (г) + водный раствор → X - (водный раствор) + энергия гидратации

  • Чем выше энергия гидратации ионов, тем выше растворимость соединения в воде.

  • Кроме того, степень гидратации зависит от размера ионов.Чем меньше размер иона, тем больше он гидратирован и, следовательно, больше его гидратированный ионный радиус и меньше его ионная подвижность (проводимость).

  • Из приведенных выше аргументов можно объяснить температуру плавления и растворимость в воде или органическом растворителе галогенидов щелочных металлов.

  • Тонкий баланс между энтальпией решетки и энтальпией гидратации определяет предельную растворимость соединения в воде. Например,Низкая растворимость LiF (0,27 г / 100 г h3O) обусловлена ​​его высокой энергией решетки (- 1005 кДжмоль -1 ), тогда как низкая растворимость CsI (44 г / 100 г h3O) обусловлена ​​меньшей энергией гидратации двух ионов. (-670 кДж / моль). Растворимость большинства галогенидов щелочных металлов, за исключением галогенидов фторидов, снижается при нисхождении по группе, поскольку уменьшение энергии гидратации больше, чем соответствующее уменьшение энергии решетки.

  • Из-за небольшого размера и высокой электроотрицательности галогениды лития, за исключением LiF, являются преимущественно ковалентными и, следовательно, растворимы в ковалентных растворителях, таких как спирт, ацетон, этилацетат, LiCl также растворим в пиридине.Напротив, NaCl, будучи ионным, не растворяется в органических растворителях.

  • Из-за высокой энергии гидратации иона Li + галогениды лития растворимы в воде, за исключением LiF, который плохо растворяется из-за высокой энергии решетки.

  • Для того же щелочного металла температура плавления уменьшается в порядке фторид> хлорид> бромид> иодид, поскольку для того же иона щелочного металла энергия решетки уменьшается с увеличением размера иона галогенида.

  • Для одного и того же галогенид-иона температура плавления галогенидов лития ниже, чем у соответствующих галогенидов натрия, и после этого они уменьшаются по мере продвижения вниз по группе от Na к Cs.

  • Низкая температура плавления LiCl (887 K) по сравнению с NaCl, вероятно, связана с тем, что LiCl является ковалентным по своей природе, а NaCl - ионным.

Решенный пример

Вопрос:

Почему галогениды щелочных металлов растворимы в воде?

Решение:

Галогениды щелочных металлов растворимы в воде из-за их высокой ионной природы и низкой энергии решетки.


Соли оксокислот

Поскольку щелочные металлы обладают высокой электроположительностью, их гидроксиды являются очень сильными основаниями и, следовательно, образуют соли со всеми оксокислотами (H 2 CO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , HNO 3 , HNO 2 и т. Д.). Обычно они растворимы в воде и устойчивы к нагреванию. Карбонаты (M 2 CO 3 ) щелочных металлов чрезвычайно стабильны до 1273 К, выше которых они сначала плавятся, а затем в конечном итоге разлагаются с образованием оксидов.Li 2 CO 3 , однако значительно менее стабилен и легко разлагается.

Li 2 CO 3 + Δ → Li 2 O + CO 2

Предположительно, это связано с большой разницей в размерах между Li + и CO 2 -3 , что делает кристаллическую решетку нестабильной.

Щелочные металлы, будучи сильноосновными, также образуют твердые бикарбонаты. Никакие другие металлы не образуют твердые бикарбонаты, хотя бикарбонат NH 4 HCO 3 существует, хотя он существует в растворе.Все это тоже существует в твердом виде. Литий, однако, не образует твердого вещества

2MHCO 3 → M 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Все карбонаты и бикарбонаты растворимы в воде, и их растворимость быстро увеличивается при спуске по группе. Это связано с тем, что при движении вниз по группе энергии решетки уменьшаются быстрее, чем их энергия гидратации.

Решенный пример

Вопрос:

Завершите и сбалансируйте следующее:

LiNO 3 + тепло →

NaNO 3 + тепло →

Решение:

4LiNO 3 → 2Li 2 O + 4NO 2 + O 2

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2


Некоторые другие соединения щелочных металлов


Бикарбонат натрия

Концентрированный раствор карбоната натрия абсорбирует CO 2 с образованием труднорастворимого бикарбоната натрия.

Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O → 2NaHCO 3

Свойства бикарбонатов натрия


Бикарбонат калия

Его получают путем абсорбции CO 2 во влажном карбонате калия с последующей сушкой продукта в пористой пластине.

К 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 → 2KHCO 3

Свойства бикарбонатов калия

KHCO3 напоминает NaHCO 3 , но гораздо лучше растворяется в воде.Раствор сильно щелочной из-за гидролиза.

KHCO 3 + H 2 O → KOH + H 2 CO 3


Хлорид натрия (NaCl)

Его также называют поваренной солью, которая широко встречается в природе в виде каменной соли или галита. Самый распространенный источник - морская вода, где хлорид натрия присутствует в количестве 2,6 - 2,9 процента. Морская вода подвергается воздействию солнца и воздуха в больших неглубоких ямах. Постепенное испарение воды, приводящее к кристаллизации соли.Очистка осуществляется путем растворения соли в минимальном объеме воды и фильтрации, если необходимо, для удаления нерастворимых примесей. Затем раствор насыщают потоком сухого хлористого водорода, в результате чего отделяются кристаллы чистого хлорида натрия.

Свойства хлорида натрия
  • NaCl - бесцветная кристаллическая соль, практически не растворимая в спирте и хорошо растворимая в воде.

  • Образует HCl при нагревании с конц.H 2 SO 4 и Cl 2 , с MnO 2 плюс H 2 SO 4 .

NaCl + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + HCl ↑

NaHSO 4 + NaCl → Na 2 SO 4 + HCl ↑

2NaCl + MnO 2 + 2H 2 SO 4 → MnSO 4 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O + Cl 2


Хлорид калия

KCl получают из плавленого карналлита - почти чистый KCl отделяется от расплава, оставляя плавленый MgCl 2 .

KCl, MgCl 2 × 6H 2 O → KCl + MgCl 2 × 6H 2 O

Свойства хлорида калия

Бесцветный кристалл кубической формы, растворимый в воде. Его растворимость увеличивается почти линейно с температурой.


Сульфат натрия, Na 2 SO 4

Безводную соль, известную как соляной кек, получают в промышленных масштабах путем сильного нагревания хлорида натрия с конц.серная кислота.

NaCl + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + HCl ↑

NaCl + NaHSO 4 → Na 2 SO 4 + HCl ↑

Глауберова соль или гидратированный сульфат натрия, Na 2 SO 4 × 10H 2 O получают из соленой лепешки путем кристаллизации из воды при температуре ниже 32 ° C. Эта температура представляет собой температуру перехода для Na 2 SO 4 и Na 2 SO 4 .10Н 2 О.

Бесцветная соль, кристаллизующаяся в больших моноклинных призмах. Он очень хорошо растворяется в воде.


Сульфат калия, K 2 SO 4

Получается при сильном нагревании хлорида калия с конц. H 2 SO 4

KCl + H 2 SO 4 → KHSO 4 + HCl

KCl + KHSO 4 → K 2 SO 4 + HCl

Бесцветная кристаллическая соль, т. Пл.п. 1070 ° С. Он менее растворим в воде, чем сульфат натрия, и не имеет гидрата, как более поздний.

Вопрос 1: Na 2 O + H 2 O →

а. NaOH

г. Na 2 O 2

г. NaO

г. Na 2 O

Вопрос 2: Какие из следующих щелочных металлов не образуют стабильный оксид?

а. Ли

г. Na

г. K

г.

руб.

Вопрос 3: Какой из следующих галогенидов имеет самую высокую энтальпию решетки?

а. NaCl

г. LiCl

г. KCl

г. RbCl

Вопрос 4: Для того же щелочного металла температура плавления галогенидов уменьшается на порядок

.

а. хлорид> бромид> йодид> фторид

г. хлорид> фторид> бромид> йодид

г. фторид> хлорид> бромид> йодид

г.бромид> фторид> хлорид> йодид


Связанные ресурсы

Чтобы узнать больше, купите учебные материалы по элементам S-блока, включая учебные заметки, заметки о пересмотрах, видеолекции, решенные вопросы за предыдущий год и т. Д. Также просмотрите дополнительные учебные материалы по химии здесь.


Особенности курса

  • 731 Видео-лекции
  • Примечания к редакции
  • Документы за предыдущий год
  • Интеллектуальная карта
  • Учебный план
  • Решения NCERT
  • Обсуждение Форум
  • Тестовая бумага с видео-решением

.

6 Доказательная польза семян конопли для здоровья

Семена конопли - это семена конопли Cannabis sativa .

Они принадлежат к тому же виду, что и каннабис (марихуана), но другого сорта.

Однако они содержат лишь следовые количества ТГК, психоактивного соединения марихуаны.

Семена конопли исключительно питательны и богаты полезными жирами, белками и различными минералами.

Вот 6 полезных свойств семян конопли, подтвержденных наукой.

Технически орех, семена конопли очень питательны. У них мягкий ореховый вкус, и их часто называют конопляными сердцами.

Семена конопли содержат более 30% жира. Они исключительно богаты двумя незаменимыми жирными кислотами, линолевой кислотой (омега-6) и альфа-линоленовой кислотой (омега-3).

Они также содержат гамма-линоленовую кислоту, которая имеет ряд преимуществ для здоровья (1).

Семена конопли являются отличным источником белка, так как более 25% их калорий приходится на высококачественный белок.

Это значительно больше, чем у аналогичных продуктов, таких как семена чиа и льняное семя, калорийность которых составляет 16–18% белка.

Семена конопли также являются отличным источником витамина Е и минералов, таких как фосфор, калий, натрий, магний, сера, кальций, железо и цинк (1, 2).

Семена конопли можно употреблять в сыром, вареном или жареном виде. Масло семян конопли также очень полезно для здоровья и использовалось в Китае как пища и лекарство уже не менее 3000 лет (1).

Резюме Семена конопли богаты полезными жирами и незаменимыми жирными кислотами.Они также являются отличным источником белка и содержат большое количество витамина Е, фосфора, калия, натрия, магния, серы, кальция, железа и цинка.

Болезни сердца - причина смерти номер один во всем мире (3).

Интересно, что употребление семян конопли может снизить риск сердечных заболеваний.

Семена содержат большое количество аминокислоты аргинина, которая производит оксид азота в вашем организме (4).

Оксид азота - это молекула газа, которая заставляет ваши кровеносные сосуды расширяться и расслабляться, что приводит к снижению артериального давления и снижению риска сердечных заболеваний (5).

В большом исследовании с участием более 13 000 человек увеличение потребления аргинина соответствовало снижению уровня С-реактивного белка (СРБ), маркера воспаления. Высокий уровень CRP связан с сердечными заболеваниями (6, 7).

Гамма-линоленовая кислота, содержащаяся в семенах конопли, также связана с уменьшением воспаления, что может снизить риск таких заболеваний, как сердечные заболевания (8, 9).

Кроме того, исследования на животных показали, что семена конопли или масло семян конопли могут снизить кровяное давление, снизить риск образования тромбов и помочь сердцу восстановиться после сердечного приступа (10, 11, 12).

Резюме Семена конопли являются отличным источником аргинина и гамма-линоленовой кислоты, которые снижают риск сердечных заболеваний.

Жирные кислоты могут влиять на иммунные реакции в организме (13, 14, 15).

Исследования показывают, что ваша иммунная система зависит от баланса жирных кислот омега-6 и омега-3.

Семена конопли являются хорошим источником полиненасыщенных и незаменимых жирных кислот. Соотношение омега-6 и омега-3 в них составляет примерно 3: 1, что считается оптимальным.

Исследования показали, что назначение масла семян конопли людям с экземой может повысить уровень незаменимых жирных кислот в крови.

Масло может также уменьшить сухость кожи, уменьшить зуд и уменьшить потребность в кожных лекарствах (16, 17).

Резюме Семена конопли богаты полезными жирами. В них соотношение омега-6 и омега-3 составляет 3: 1, что может принести пользу при кожных заболеваниях и облегчить течение экземы и ее неприятных симптомов.

Около 25% калорий в семенах конопли поступает из белка, что относительно много.

Фактически, по весу семена конопли содержат такое же количество белка, как говядина и баранина - 30 граммов семян конопли или 2–3 столовых ложки содержат около 11 граммов белка (1).

Они считаются полноценным источником белка, а это означает, что они обеспечивают все незаменимые аминокислоты. Ваше тело не может производить незаменимые аминокислоты и должно получать их из своего рациона.

Полноценные источники белка очень редки в царстве растений, поскольку растениям часто не хватает аминокислоты лизина.Киноа - еще один пример полноценного источника белка растительного происхождения.

Семена конопли содержат значительное количество аминокислот метионина и цистеина, а также очень высокие уровни аргинина и глутаминовой кислоты (18).

Усвояемость протеина конопли также очень хорошая - лучше, чем у протеина многих злаков, орехов и бобовых (19).

Резюме Около 25% калорий в семенах конопли поступает из белка. Более того, они содержат все незаменимые аминокислоты, что делает их полноценным источником белка.

До 80% женщин репродуктивного возраста могут страдать от физических или эмоциональных симптомов, вызванных предменструальным синдромом (ПМС) (20).

Эти симптомы, скорее всего, вызваны чувствительностью к гормону пролактину (21).

Гамма-линоленовая кислота (GLA), содержащаяся в семенах конопли, вырабатывает простагландин E1, который снижает эффекты пролактина (22, 23, 24).

В исследовании с участием женщин с ПМС прием 1 грамма незаменимых жирных кислот, включая 210 мг GLA, в день привел к значительному уменьшению симптомов (22).

Другие исследования показали, что масло примулы, которое также богато ГЛК, может быть очень эффективным для уменьшения симптомов у женщин, которые не прошли другие методы лечения ПМС.

Он уменьшил боль и болезненность груди, депрессию, раздражительность и задержку жидкости в груди, связанные с ПМС (25).

Поскольку семена конопли содержат большое количество ГЛК, несколько исследований показали, что они также могут помочь уменьшить симптомы менопаузы.

Точный процесс неизвестен, но GLA в семенах конопли может регулировать гормональный дисбаланс и воспаление, связанные с менопаузой (26, 27, 28).

Резюме Семена конопли могут уменьшить симптомы, связанные с ПМС и менопаузой, благодаря высокому уровню гамма-линоленовой кислоты (GLA).

Клетчатка является неотъемлемой частью вашего рациона и способствует улучшению здоровья пищеварительной системы (29).

Целые семена конопли являются хорошим источником как растворимой, так и нерастворимой клетчатки, содержащей 20% и 80% соответственно (1).

Растворимая клетчатка образует в кишечнике гелеобразное вещество. Это ценный источник питательных веществ для полезных пищеварительных бактерий, а также может снизить всплески сахара в крови и регулировать уровень холестерина (29, 30).

Нерастворимая клетчатка увеличивает объем стула и может способствовать прохождению пищи и отходов через кишечник. Это также было связано со снижением риска диабета (31, 32).

Однако очищенные от шелухи или очищенные от шелухи семена конопли - также известные как конопляные сердца - содержат очень мало клетчатки, поскольку богатая клетчаткой оболочка удалена.

Резюме Целые семена конопли содержат большое количество клетчатки - как растворимой, так и нерастворимой, - которая приносит пользу здоровью пищеварительной системы. Однако очищенные от шелухи семена конопли содержат очень мало клетчатки.

Хотя семена конопли только недавно стали популярными на Западе, они являются основным продуктом питания во многих обществах и обладают отличной питательной ценностью.

Они очень богаты полезными жирами, высококачественным белком и несколькими минералами.

Однако скорлупа семян конопли может содержать следовые количества ТГК (<0,3%), активного соединения марихуаны. Люди, которые были зависимы от каннабиса, могут захотеть избегать семян конопли в любой форме.

В целом семена конопли невероятно полезны.Возможно, они являются одними из немногих суперпродуктов, достойных своей репутации.

Интернет-магазин семян конопли.

.

Карточки «Химия элементов» Искьи Миддлтон

1. Железо реагирует с кислородом воздуха с образованием ржавчины, поэтому железо удаляет кислород из воздуха

2. Чтобы провести этот эксперимент, сначала смочите немного железной ваты в уксусной кислоте (кислота будет катализировать реакцию). Затем поместите шерсть в пробирку, положите большой палец на конец и опустите пробирку в стакан с водой

.

3. Со временем уровень воды в пробирке повысится - это связано с тем, что железо реагирует с кислородом воздуха, образуя оксид железа.Вода поднимается, заполняя пространство, которое занимал кислород

4. Чтобы определить процентное содержание кислорода в воздухе, необходимо отметить начальное и конечное положение воды.

5. Затем наполните трубку водой до каждой отметки и слейте содержимое в мерный цилиндр, чтобы определить объем воздуха в начале и в конце.

6. Используя разницу между начальным и конечным объемами, чтобы определить процент начального объема, который был израсходован - он должен составлять около 20%

7.Вы можете провести аналогичный эксперимент с белым фосфором. Белый фосфор тлеет в воздухе с образованием оксида фосфора. Расчет количества кислорода в воздухе такой же, как для железа

. .

Алюминий | химический элемент | Британника

Алюминий (Al) , также пишется алюминий , химический элемент, легкий серебристо-белый металл основной группы 13 (IIIa, или группа бора) периодической таблицы. Алюминий - самый распространенный металлический элемент в земной коре и наиболее широко используемый цветной металл. Из-за своей химической активности алюминий никогда не встречается в природе в металлической форме, но его соединения в большей или меньшей степени присутствуют почти во всех породах, растительности и животных.Алюминий сосредоточен во внешних 10 милях (16 км) земной коры, из которых он составляет около 8 процентов по весу; по количеству его превосходят только кислород и кремний. Название «алюминий» происходит от латинского слова alumen , которое используется для описания калийных квасцов или сульфата алюминия-калия, KAl (SO 4 ) 2 ∙ 12H 2 O.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы Периодической таблицы Quiz

N

Свойства элемента
атомный номер 13
атомный вес 26.9815
точка плавления 660 ° C (1220 ° F)
точка кипения 2467 ° C (4473 ° F)
удельный вес 2,70 (при 20 ° C [68 ° F])
валентность 3
электронная конфигурация 1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 1

Возникновение, использование и свойства

Алюминий встречается в магматических породах главным образом в виде алюмосиликатов в полевых шпатах, полевых шпатах и ​​слюдах; в почве, полученной из них в виде глины; и при дальнейшем выветривании - боксит и богатый железом латерит.Боксит, смесь гидратированных оксидов алюминия, является основной алюминиевой рудой. Кристаллический оксид алюминия (наждак, корунд), который встречается в некоторых магматических породах, добывается как природный абразив или в его более мелких разновидностях, таких как рубины и сапфиры. Алюминий присутствует в других драгоценных камнях, таких как топаз, гранат и хризоберилл. Из многих других минералов алюминия алунит и криолит имеют некоторое коммерческое значение.

Сырой алюминий был выделен (1825 г.) датским физиком Гансом Кристианом Эрстедом путем восстановления хлорида алюминия амальгамой калия.Британский химик сэр Хамфри Дэви (1809 г.) приготовил железо-алюминиевый сплав путем электролиза плавленого оксида алюминия (оксида алюминия) и уже назвал этот элемент алюминием; позже слово было изменено на алюминий в Англии и некоторых других европейских странах. Немецкий химик Фридрих Велер, используя металлический калий в качестве восстановителя, произвел алюминиевый порошок (1827 г.) и небольшие шарики металла (1845 г.), по которым он смог определить некоторые его свойства.

Новый металл был представлен публике (1855 г.) на Парижской выставке примерно в то время, когда он стал доступен (в небольших количествах за большие деньги) за счет восстановления расплавленного хлорида алюминия натрием.Когда электроэнергия стала относительно обильной и дешевой, почти одновременно Чарльз Мартин Холл в США и Поль-Луи-Туссен Эру во Франции открыли (1886 г.) современный метод промышленного производства алюминия: электролиз очищенного глинозема (Al 2 O ). 3 ), растворенный в расплавленном криолите (Na 3 AlF 6 ). В 60-е годы в мировом производстве цветных металлов алюминий вышел на первое место, опередив медь. Для получения более подробной информации о добыче, рафинировании и производстве алюминия, см. обработка алюминия.

Britannica Premium: удовлетворение растущих потребностей искателей знаний. Получите 30% подписки сегодня. Подпишись сейчас

Алюминий добавляется в небольших количествах к некоторым металлам для улучшения их свойств для конкретных целей, например, в алюминиевых бронзах и большинстве сплавов на основе магния; или, для сплавов на основе алюминия, к алюминию добавляются умеренные количества других металлов и кремния. Металл и его сплавы широко используются в авиастроении, строительных материалах, товарах длительного пользования (холодильники, кондиционеры, кухонная утварь), электрических проводниках, химическом и пищевом оборудовании.

Чистый алюминий (99,996%) довольно мягкий и непрочный; технический алюминий (чистота от 99 до 99,6%) с небольшим содержанием кремния и железа тверд и прочен. Пластичный и очень ковкий алюминий можно растянуть в проволоку или свернуть в тонкую фольгу. Металл примерно на треть меньше плотности железа или меди. Хотя алюминий химически активен, он, тем не менее, очень устойчив к коррозии, потому что на воздухе на его поверхности образуется твердая, прочная оксидная пленка.

Алюминий - отличный проводник тепла и электричества.Его теплопроводность примерно вдвое меньше, чем у меди; его электропроводность - около двух третей. Он кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Весь природный алюминий представляет собой стабильный изотоп алюминия-27. Металлический алюминий, его оксид и гидроксид нетоксичны.

Алюминий медленно разрушается большинством разбавленных кислот и быстро растворяется в концентрированной соляной кислоте. Однако концентрированную азотную кислоту можно перевозить в алюминиевых цистернах, поскольку она делает металл пассивным.Даже очень чистый алюминий активно разрушается щелочами, такими как гидроксид натрия и калия, с образованием водорода и алюминат-иона. Из-за большого сродства к кислороду тонкодисперсный алюминий при воспламенении будет гореть в оксиде углерода или диоксиде углерода с образованием оксида и карбида алюминия, но при температурах до красного каления алюминий инертен по отношению к сере.

Алюминий может быть обнаружен в концентрациях до одной части на миллион с помощью эмиссионной спектроскопии.Алюминий может быть количественно проанализирован как оксид (формула Al 2 O 3 ) или как производное органического соединения азота 8-гидроксихинолина. Производное имеет молекулярную формулу Al (C 9 H 6 ON) 3 .

Соединения

Обычно алюминий трехвалентный. Однако при повышенных температурах было получено несколько газообразных одновалентных и двухвалентных соединений (AlCl, Al 2 O, AlO). В алюминии конфигурация трех внешних электронов такова, что в некоторых соединениях (например.например, кристаллический фторид алюминия [AlF 3 ] и хлорид алюминия [AlCl 3 ]), как известно, возникает чистый ион, Al 3+ , образованный в результате потери этих электронов. Однако энергия, необходимая для образования иона Al 3+ , очень высока, и в большинстве случаев для атома алюминия энергетически более выгодно образовывать ковалентные соединения посредством гибридизации sp 2 , как бор. Ион Al 3+ может быть стабилизирован путем гидратации, а октаэдрический ион [Al (H 2 O) 6 ] 3+ находится как в водном растворе, так и в нескольких солях.

Ряд соединений алюминия имеет важное промышленное применение. Глинозем, который встречается в природе в виде корунда, также готовится в больших количествах в промышленных масштабах для использования в производстве металлического алюминия и изготовления изоляторов, свечей зажигания и различных других продуктов. При нагревании оксид алюминия приобретает пористую структуру, которая позволяет ему адсорбировать водяной пар. Эта форма оксида алюминия, известная как активированный оксид алюминия, используется для сушки газов и некоторых жидкостей.Он также служит носителем для катализаторов различных химических реакций.

Анодный оксид алюминия (AAO), обычно получаемый путем электрохимического окисления алюминия, представляет собой наноструктурированный материал на основе алюминия с очень уникальной структурой. AAO содержит цилиндрические поры, которые могут использоваться в различных целях. Это термически и механически стабильный состав, при этом он оптически прозрачен и является электрическим изолятором. Размер пор и толщину AAO можно легко адаптировать к определенным приложениям, включая использование в качестве шаблона для синтеза материалов в нанотрубки и наностержни.

Другим важным соединением является сульфат алюминия, бесцветная соль, получаемая при действии серной кислоты на гидратированный оксид алюминия. Коммерческая форма представляет собой гидратированное кристаллическое твердое вещество с химической формулой Al 2 (SO 4 ) 3 . Он широко используется в производстве бумаги как связующее для красителей и как поверхностный наполнитель. Сульфат алюминия соединяется с сульфатами одновалентных металлов с образованием гидратированных двойных сульфатов, называемых квасцами. Квасцы, двойные соли формулы MAl (SO 4 ) 2 · 12H 2 O (где M - однозарядный катион, такой как K + ), также содержат ион Al 3+ ; M может быть катионом натрия, калия, рубидия, цезия, аммония или таллия, а алюминий может быть заменен множеством других ионов M 3+ - e.например, галлий, индий, титан, ванадий, хром, марганец, железо или кобальт. Наиболее важной из таких солей является сульфат алюминия-калия, также известный как квасцы калия или квасцы поташа. Эти квасцы находят множество применений, особенно в производстве лекарств, текстиля и красок.

При реакции газообразного хлора с расплавленным металлическим алюминием образуется хлорид алюминия; последний является наиболее часто используемым катализатором в реакциях Фриделя-Крафтса, т. е. синтетических органических реакциях, участвующих в получении широкого спектра соединений, включая ароматические кетоны и антрохинон и его производные.Гидратированный хлорид алюминия, широко известный как хлоргидрат алюминия, AlCl 3 ∙ H 2 O, используется в качестве местного антиперспиранта или дезодоранта для тела, который сужает поры. Это одна из нескольких солей алюминия, используемых в косметической промышленности.

Гидроксид алюминия, Al (OH) 3 , используется для водонепроницаемости тканей и для производства ряда других соединений алюминия, включая соли, называемые алюминатами, которые содержат группу AlO - 2 .С водородом алюминий образует гидрид алюминия, AlH 3 , твердое полимерное вещество, из которого получают тетрогидроалюминаты (важные восстановители). Литийалюминийгидрид (LiAlH 4 ), образуемый реакцией хлорида алюминия с гидридом лития, широко используется в органической химии, например, для восстановления альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов соответственно.

Эта статья была последней отредактирована и обновлена ​​Эриком Грегерсеном, старшим редактором.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • элемент группы бора

    - это бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl) и нихоний (Nh).Они характеризуются как группа наличием трех электронов во внешних частях их атомной структуры. Бор самый легкий…

  • материаловедение: алюминий

    Поскольку плотность алюминия составляет примерно одну треть от плотности стали, его замена стали в автомобилях может показаться разумным подходом к снижению веса и, таким образом, к увеличению экономии топлива и сокращению вредных выбросов.Однако такие замены не могут быть произведены без учета…

  • химическая промышленность: рафинирование алюминия

    Фтористая промышленность тесно связана с производством алюминия. Глинозем (оксид алюминия, Al 2 O 3 ) может быть восстановлен до металлического алюминия путем электролиза при сплавлении с флюсом, состоящим из фторалюмината натрия (Na 3 AlF 6 ), обычно называемого криолитом.После запуска процесса криолит составляет…

.

Смотрите также