Алуминиум (симб. Al) — хемиски елемент со атомски број 13. Тоj е сребренобел, мек, немагнетен и нодуларен метал во боровата група. По маса, алуминиумот сочинува околу 8% од Земјината кора; тоа е третиот најзастапен елемент по кислородот и силициумот и најзастапен метал во кората, иако е поретко во мантијата подолу. Главната руда од алуминиум е боксит. Алуминиумскиот метал е толку хемиски реактивен што природните примероци се ретки и се ограничени на екстремно редуцирачки средини. Наместо тоа, се наоѓа во комбинација во повеќе од 270 различни минерали.
Алуминиумот е извонреден поради неговата ниска густина и неговата способност да се спротивстави на корозијата преку феноменот на пасивација. Алуминиумот и неговите легури се од витално значење за воздушната индустрија и се важни за транспортните и градежните индустрии, за градење фасади и прозорски рамки. Оксидите и сулфатите се најкорисни соединенија од алуминиум.
И покрај неговата распространетост во животната средина, ниту еден познат облик на живот не користи алуминиумски соли метаболно, но алуминиумот добро е поднесен од страна на растенијата и животните. Поради изобилството на овие соли, потенцијалот за биолошка улога за нив е од постојан интерес, а студиите продолжуваат.
Физички карактеристики
Јадра и изотопи Од изотопите од алуминиум, само 27 Al е стабилен. Ова е во согласност со алуминиум кој има непарен атомски број. Тој е единствениот алуминиумски изотоп што постоел на Земјата во неговиот сегашен облик од создавањето на планетата. Скоро целиот елемент на Земјата е присутен како овој изотоп, што го прави алуминиумот мононуклиден елемент и значи дека неговата стандардна атомска тежина практично се изедначува со онаа на изотопот. Стандардната атомска тежина на алуминиумот е ниска во споредба со многу други метали, која има последици за својствата на елементот.
Сите други изотопи на алуминиумот се радиоактивни. Најстабилен од овие е 26 АЛ (полуживот 720.000 години) и затоа не можел да преживее од формирањето на планетата. Сепак, 26 Al е произведен од аргон во атмосферата со спалувањето предизвикано од протони на космички зраци. Односот од 26 Al до 10 Be се користи за радиодикација на геолошки процеси во текот на 10 5 до 10 6 годишни временски размери, особено транспорт, таложење, складирање на седименти, погребни времиња и ерозија. Повеќето научници за метеоритите веруваат дека енергијата ослободена од распаѓањето на 26 Al е одговорна за топење и диференцијација на некои астероиди по нивното формирање пред 4,55 милијарда години.
Останатите изотопи од алуминиум, со масени броеви кои се движат од 21 до 43, сите имаат полуживот под еден час. Три метастабилни состојби се познати, сите со полуживот под една минута.
Електронска обвивка Алуминиумскиот атом има 13 електрони, наредени во електронска конфигурација на [ Ne ] 3s 2 3p 1, со три електрони над стабилна конфигурација на благороден гас. Соодветно на тоа, првите три комбинирани енергии на јонизација на алуминиум се далеку пониски од четвртата енергија од јонизација. Алуминиумот релативно лесно може да ги предаде своите три најоддалечените електрони во многу хемиски реакции (види подолу ). Електронегативноста на алуминиумот е 1.61 (Паулинска скала).
Слободниот алуминиумски атом има полупречник од 143 пикометри. Со трите најдлабоки електрони отстранети, полупречникот се намалува на 39 пикометри за 4-координиран атом или 53,5 пикометри за 6-координиран атом. На стандардна температура и притисок, алуминиумските атоми (кога не се засегнати од атомите на други елементи) формираат површински центриран кубичен кристален систем, поврзан со метално сврзување обезбедено од најоддалечените електрони на атомите; оттаму алуминиумот (во овие услови) е метал. Овој кристален систем го делат некои други метали, како олово и бакар ; големината на единицата ќелија од алуминиум е споредлива со онаа на тие други метали.
Масовно лево|мини| Вратна површина од висока чистота (99,9998%) алуминиумска лента, големина 55 × 37 mm Алуминиумскиот метал, кога е во квантитет, е многу сјаен и наликува на сребро, бидејќи повластено апсорбира далеку ултравиолетово зрачење додека ја рефлектира цела видлива светлина, така што не дава никаква боја на рефлектирана светлина, за разлика од рефлектантни спектри на бакар и злато. Друга важна карактеристика на алуминиумот е неговата ниска густина, 2,70 g / cm 3. Алуминиумот е релативно мек, издржлив, лесен, пластичен и податлив со изглед кој се движи од сребрена до досадна сива, во зависност од грубоста на површината. Не магнетен е и не може лесно да се запали. Свеж филм од алуминиум служи како добар рефлектор (приближно 92%) од видливата светлина и одличен рефлектор (од прилика 98%) на средно и далеку инфрацрвено зрачење. Јачината на издржливоста на чистиот алуминиум е 7-11 MPa, додека алуминиумските легури имаат јачина на сила која се движи од 200 MPa до 600 MPa. Алуминиумот има околу една третина густина и цврстина на челик. Лесно е обработен, молдиран, извлечен и екструдиран.
Алуминиумските атоми се наредени во површински центриран кубичен кристален систем. Алуминиумот има енергетска-складирана грешка од околу 200 mJ / m 2.
Алуминиумот е добар топлински и електричен проводник, кој има 59% спроводливост на бакар, топлински и електрични, додека има само 30% од густината на бакар. Алуминиум е способен за суперспроводливост, со суперспроводлива критична температура од 1,2 Kelvin и критично магнетно поле од околу 100 Гаус (10 milliteslas ). Алуминиумот е најчест материјал за изработка на суперспроводливи кубити.
Хемија мини|Горење на алуминиум и други метали. Алуминиумската отпорност на корозија може да биде одлична поради тенок површински слој од алуминиум оксид кој се формира кога голиот метал е изложен на воздух, ефикасно спречувајќи понатамошна оксидација, во процес наречен пасивација. Најсилните алуминиумски легури се помалку отпорни на корозија поради галванични реакции со легиран бакар. Оваа отпорност на корозија е значително намалена со водени соли, особено во присуство на различни метали.
Во високо кисели раствори алуминиумот реагира со вода за да формира водород, а во многу алкални за да формираат алуминати - заштитен пасивација под овие услови е занемарлива. Првенствено поради тоа што е кородиран од страна на растворени хлориди, како што е обичниот натриум хлорид, апаратите за домаќинство никогаш не се направени од алуминиум.
Сепак, поради својата општа отпорност на корозија, алуминиумот е еден од ретките метали што ја задржува сребрената рефлексија во фино прашкаст облик, што го прави важна компонента на бои со сребрена боја. Алуминиумското огледало има најголема рефлексија на секој метал во 200-400 nm ( UV ) и 3.000-10.000 nm (далеку IR ) региони; во 400-700 nm видлив опсег, малку е надминат од калај и сребро и во 700-3000 nm (во близина на IR) од сребро, злато и бакар.
Алуминиумот се оксидира со вода на температура под 280°C за да се произведе водород, алуминиум хидроксид и топлина:
2 Al + 6 H 2 O → 2 Al (OH) 3 + 3 H 2
Оваа конверзија е од интерес за производство на водород. Сепак, комерцијалната примена на овој факт има предизвици во заобиколувањето на пасивирачкиот оксиден слој, кој ја инхибира реакцијата и во складирање на енергијата потребна за регенерација на алуминиумскиот метал.
Неоргански соединенија мини|Директна синтеза на алуминиум бромид. мини|Реакција на алуминиум трибромид со вода. мини|Директна синтеза на алуминиум јодид. Огромното мнозинство на соединенија, вклучувајќи ги сите минерали што содржат алуминиум и сите комерцијално значајни алуминиумски соединенија, имаат алуминиум во оксидационата состојба 3+. Бројот на координати на таквите соединенија варира, но генерално Al 3+ е шест-координата или тетракоординат. Речиси сите соединенија од алуминиум (III) се безбојни.
Сите четири трихалиди се добро познати. За разлика од структурите на трите потешки трихалиди, алуминиум флуорид (AlF 3 ) има шест-координатен Al. Октаедричната координативна средина за AlF 3 е поврзана со компактноста на флуоридниот јон, од кои шест можат да се вклопат околу малиот Al 3+ центар. AlF 3 сублима (со крек) на . Со потешки халиди, координативните броеви се пониски. Останатите трихалиди се димерични или полимерни со тетрахерални Ал центри. Овие материјали се подготвуваат со третирање на алуминиумски метал со халоген, иако постојат други методи. Ацидификацијата на оксидите или хидроксидите овозможува настанување на хидрати. Во воден раствор, халогените често формираат мешавини, кои обично содржат шест-координатни алуминиумски центри коишто ги прикажуваат и халидните и акви лиганди. Кога алуминиум и флуорид се заедно во воден раствор, тие лесно формираат комплексни јони како што е </br> </br> </br>, </br> </br> </br> , и </br> </br>. Во случај на хлорид, полиалуминиумските кластери се формираат како што е [Al 13 O 4 (OH) 24 (H 2 O) 12 ] 7+.
Алуминиумот формира еден стабилен оксид со хемиска формула Al2O3. Тој може да се најде во природата во минералниот корунд. Алуминиум оксид, исто така, честопати се нарекува Алумина. Сафир и рубин се нечисти корунди загадени со траги од други метали. Двата оксидни хидроксиди, AlO (OH), се [./https://en.wikipedia.org/wiki/Boehmite boehmite] и [./https://en.wikipedia.org/wiki/Diaspore diaspore]. Постојат три трихидроксиди: bayerite, gibbsite и nordstrandite, кои се разликуваат во нивната кристална структура (полиморфни ). Повеќето се произведуваат од руди со различни влажни процеси со користење на киселина и база. Греењето на хидроксидите доведува до формирање на корунди. Овие материјали се од централно значење за производство на алуминиум и се исклучително корисни.
Алуминиум карбид (Al4C3) се прави со загревање на мешавина од елементи над 1000°C (1,832 °F). Бледо жолтите кристали се состојат од тетрахерални алуминиумски центри.Тие реагираат со вода или разредена киселина за да се добие метан. Ацетилидот, Al2(C2)3, се прави со пренесување на ацетилен преку загреан алуминиум.
Алуминиум нитрид (AlN) е единствениот нитрид познат по алуминиум. За разлика од оксидите, тој содржи тетрахерални алуминиумски центри. Може да се направи од елементите на 800 °C (1,472 °F). Тој е материјал кој е стабилен на воздух со висока топлинска спроводливост. Алуминиум фосфид (AlP) е направен на сличен начин; се хидролизира за да се добие фосфин :
Alp + 3 H 2 O → Al (OH) 3 + pH 3
Иако големо мнозинство на алуминиумски соединенија имаат Al 3+ центри, соединенијата со пониски оксидациски состојби се познати и некогаш од значење како претходници на видот Al3+.
Алуминиум (I) AlF, AlCl и AlBr постојат во гасната фаза кога трихалидот се загрева со алуминиум. Составот е нестабилен на собна температура, конвертирајќи се во тријодид:
Стабилен дериват на алуминиум моноиодид е цикличниот адукт формиран со триетиламин, . Исто така, од теоретски интерес, но само на минливо постоење се Al2O и Al2S. Al2O е направен со загревање на нормалниот оксид, Al2O3, со силициум на во вакуум.
Алуминиум (II) Многу едноставни Al (II) соединенија се повикуваат или се забележуваат во реакциите на алуминиум метал со оксиданси. На пример, алуминиум моноксид, AlO, е откриен во гасна фаза по експлозија и во ѕвездени апсорпциони спектри. Потемелно се испитуваат соединенијата со формулата R4Al2 кои содржат Al-Al врска и каде што R е голем органски лиганд.
Органоалуминиеви соединенија и сродни хидриди лево|мини| Структура на триметилалуминиум, соединение кое содржи пет-координатен јаглерод.