Роль алюминия в нашей жизни

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Вавожская средняя общеобразовательная школа

Реферат

по химии на тему:

«Роль алюминия в нашей жизни»

Автор реферата

Овчинникова Альбина,

ученица 9 класса

Руководитель

Черных Н.В.,

учитель химии

Вавож, 2011

Содержание

     Стр.

1.       Введение…………………………………………………………………..............................3

2.       Глава 1. История открытия алюминия….………………………………............................4

3.       Глава 2. Нахождение алюминия в природе.……………………………............................6

4.       Глава 3. Химические свойства алюминия, его оксида и гидроксида……………………7

5.       Глава 4. Влияние алюминия и его соединений на человека и окружающую среду…...9

     4.1. Алюминий и здоровье человека………………………………………………………..9

     4.2. Алюминий и кислотные дожди…………………………………………………….....10

6.       Глава 5. Области применения алюминия и его соединений………...…..……………...12

7.       Заключение…………………………………………………………………………………15

8.       Литература…………………………………………………………………………………16

9.       Приложение………………………………………………………………………………...17

Введение

Алюминий – элемент главной подгруппы III группы Периодической системы Д. И. Менделеева, с 13 порядковым номером. Обозначается элемент алюминий символом Al (от лат. Aluminium, так в древности назывались квасцы, которые использовали для крашения тканей).

Содержание алюминия в земной коре 8,8% по массе. Это третий по распространенности на Земле элемент (после кислорода и кремния) и первый – по распространенности среди металлов.

Мы ежедневно встречаемся с изделиями, содержащими соединения алюминия. В алюминиевой фольге продается различный шоколад и шоколадные конфеты, многие крема и зубные пасты. Из алюминия выполнены банки для рыбных консервов и пива, обертки для сыров. В алюминиевой фольге выпекаем различные рулеты, запеканки и т.д. В алюминиевой посуде  иногда  готовятся  горячие блюда, например, в школьной столовой кастрюли в основном из соединений алюминия. С детства нам знакомы алюминиевые провода, алюминиевые вилки и ложки, алюминиевые ведра. Нам известно, что самолеты и ракеты выполнены на основе сплавов из алюминия.

Глина и кирпич – это не что иное, как обычные алюмосиликаты. В таких драгоценных камнях, известных с незапамятных времён, как рубин и гранат, сапфир и бирюза, алюминий содержится в качестве одной из главных составных частей.  

На основе алюминия получают сплавы, используемые в авто-, судо-, и авиастроении, при строительстве  промышленных и жилых зданий. Соединения алюминия используются человеком и в медицине.

Но все ли нам известно об алюминии и его соединениях? В последние годы появились новые исследования, позволяющие делать выводы не только о пользе алюминия и его соединений, но и  о  вреде алюминия и его соединений на организм человека.

  Цель исследования: определить значимость алюминия в жизни человека.

      Задачи   исследования:                           

1.Познакомиться с историей открытия алюминия и нахождением его в природе.

2. Выявить химические свойства алюминия и его важнейших соединений – оксида, гидроксида.

3.Рассмотреть применение алюминия и его соединений.

4.Определить влияние  алюминия и его соединений на здоровье человека.

Глава 1.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ АЛЮМИНИЯ

   Одна красивая, но, вероятно, неправдоподобная легенда 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. В то же время есть свидетельства, что гробница китайского полководца Чжоу Чжу, построенная в начале 3 в. н. э., украшена орнаментом из алюминия.

Алюминий – это пример химического элемента, по отношению к которому история поступила несправедливо. Наиболее распространённый на Земле металл, занимающий третье место после кислорода и кремния, содержащийся практически повсюду в земной коре, алюминий как самостоятельный химический элемент был открыт только в 1825г. Но всё-таки в столь позднем открытии алюминия повинна скорее закономерность, нежели случайность. Эта закономерность связана со специфическими свойствами оксида алюминия, который представляет собой чрезвычайно прочное соединение. Выделить из оксида металлический алюминий не такое уж простое дело даже в наше время. В прошлом веке это была очень сложная задача. Такие восстановители, как уголь и водород, оказывались не в состоянии выделить металл из оксида. Только щелочные металлы, и, прежде всего калий, позволили сокрушить неприступную крепость.

    Получить алюминий в металлическом состоянии впервые удалось в 1825г. датскому учёному Г. Эрстеду, который вошёл в историю скорее как физик, нежели химик. Именно он открыл возникновение магнитного поля при прохождении электрического тока, но и в деле приготовления алюминия он зарекомендовал себя искусным химиком. Раскалив докрасна смесь глинозёма с углём, Г. Эрстед пропустил через неё струю хлора; результатом было получение безводного хлорида алюминия. Это новое вещество учёный нагревал затем с амальгамой калия. Так впервые была приготовлена амальгама алюминия. Стоило Г. Эрстеду отогнать ртуть, как он обнаружил металлические комочки, внешне похожие на олово. Конечно, в полученном образце содержались примеси, но это уже было рождение металлического алюминия. Соответствующая публикация об открытии была напечатана в малоизвестном датском журнале и не могла произвести должного впечатления на учёный мир. Многие химики так и не получили своевременной информации о достижении Г. Эрстеда. Как следствие, некоторые историки науки не считают его первооткрывателем алюминия, отдавая эту честь Ф. Вёлеру.

    Второе открытие алюминия произошло двумя годами позже, в 1827г. Несомненно, что как химик – экспериментатор Ф. Вёлер превосходил Г. Эрстеда, и потому осуществлённый им процесс выделения металлического алюминия отличается большой продуманностью. Сначала Ф. Вёлер не сумел получить металл согласно рецепту датского коллеги. В конце концов, пользуясь советами Г. Эрстеда, немецкий учёный приготовил немного безводного хлорида алюминия, но решил для этого процесса разработать собственную методику: 1) получить гидроксид алюминия; 2) приготовить густую пасту из гидроксида, угля и растительного масла; 3) прокалить пасту и получить смесь алюминия с угольным порошком; 4) пропуская через смесь сухой хлор, получить чистый безводный AlCl3 . Сложность это способа искупалась чистотой полученного продукта. Разлагая его калием, учёный подобрал такие условия, чтобы получавшийся металл был  более чистым. Ф. Вёлер оказался первым химиком, описавшим важнейшие свойства металлического алюминия, а в 1845г.он получил металл в слитке.

    Но Ф. Вёлер так же, как и его предшественник, не сумел получить чистый алюминий. Решающее слово сказал французский химик А. Сент – Клер Девилль. Он в 1854г приготовил образцы чистого металла, используя для восстановления хлорида не калий, а натрий. И одновременно с Р. Бунзеном осуществил процесс электролиза расплавленного двойного хлорида алюминия и натрия. Так алюминий был впервые приготовлен электрохимическим путём. А. Сент – Клер Девилль был также пионером промышленного получения алюминия.

    Не так легко поверить, что этот серебристый металл всего сто лет назад был чрезвычайно дорог и его называли даже серебром из глины. Изделия из алюминия ценились отнюдь не дешевле золотых и демонстрировались на выставках. Так, в 1855 году на Всемирной выставке в Париже демонстрировались маленькие слитки алюминия.

Только разработка способа получения дешевой электроэнергии и нахождение богатых запасов алюминиевых руд сделали алюминий металлом повседневности.

В России промышленное производство алюминия  началось лишь в 1932году с вводом в строй  Волховского алюминиевого комбината.

Глава 2.

НАХОЖДЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ПРИРОДЕ

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

    По распространённости в природе алюминий 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 8,8 % от массы земной коры.

Соединения алюминия были известны с древнейших времен. Уже в 1 в. до н. э. в Египте квасцы KAl(SO4)2·12H2O использовались как вяжущее и дубящее средство. В природе алюминий в связи с высокой химической активностью встречается почти исключительно в виде соединений. Некоторые из них:

                    Бокситы — Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3);

                    Нефелины — KNa3[AlSiO4]4;

                    Алуниты — (Na, K)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3;

                    Глинозёмы (смеси каолинов с песком SiO2, известняком CaCO3, магнезитом MgCO3) ;

                    Корунд (сапфир, рубин, наждак) — Al2O3;

                    Полевые шпаты — (K, Na)2O·Al2O3·6SiO2, Ca[Al2Si2O8] ;

                    Каолинит — Al2O3·2SiO2 · 2H2O;

                    Берилл (изумруд, аквамарин) — 3ВеО · Al2О3 · 6SiO2;

                    Хризоберилл (александрит) — BeAl2O4.

            Как видим, наиболее часто алюминий в связанном виде встречается обычно в форме кислородных соединений. К важнейшим минералам алюминия, в составе которых алюминий содержится в оксидной форме,  относятся: корунд, боксит, каолинит, полевой шпат, нефелин.

Тем не менее, в некоторых специфических восстановительных условиях возможно образование самородного алюминия.

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, в морской воде 0,01 мг/л.

Глава 3.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ И ЕГО ОКСИДА И ГИДРОКСИДА

    Алюминий обладает очень большой электрической проводимостью и теплопроводностью. Он образует с другими металлами лёгкие и прочные сплавы.

    Алюминий – очень активный металл. В ряду напряжений он находится сразу же после щелочных и щелочноземельных металлов. Однако при комнатной температуре на воздухе алюминий не изменяется, поскольку его поверхность покрыта очень прочной тонкой плёнкой оксида, которая защищает металл от воздействия компонентов воздуха и воды.

    Если порошок алюминия или тонкую алюминиевую фольгу сильно нагреть, то они воспламеняются и сгорают ослепительным пламенем: 4Al + 3O2 = 2Al2O3. Эта реакция наблюдается при горении бенгальских огней и фейверков.

    Благодаря тому, что алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой, он 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.

    Необходимо первоначальное нагревание для реакции алюминия с неметаллами, за исключением галогенов – хлора и брома:

2Al + 3Br2 = 2AlBr3;

2Al + 3S = Al2S3;

4Al + 3С = Al4С3.

Реакция алюминия со втором протекает при 600 °C:   2Al + 3F2 = 2AlF3.

Соли алюминия в водных растворах обычно гидролизуются до гидроксида Al(OH)3, например:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S­;

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3+ 3CH4­;

AlCl3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3HCl.

Алюминий хорошо растворяется в разбавленной серной и соляной кислотах:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2­;

2Al + 3H2SO4(разб) = Al2(SO4)3 + 3H2.

    Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют алюминий, образуя на поверхности металла плотную, прочную оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему протеканию реакции:

2Al + 6H2SO4(конц) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O;

Al + 6HNO3(конц) = Al(NO3)3 + 3NO2­ + 3H2O.

Поэтому эти кислоты на холоду перевозят в алюминиевых цистернах.

    Алюминий широко используется в металлургии для получения металлов – хрома, марганца, ванадия, титана, циркония из их оксидов. Этот способ носит название алюминотермии. На практике часто применяется термит – смесь Fe3O4 с порошком алюминия.

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr.

    Оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, поэтому алюминий растворяется не только в кислотах, но и в водных растворах щелочей, образуя соли – алюминаты: