Propriétés physiques et chimiques de l'aluminium. Voyez ce qu'est « aluminium » dans d'autres dictionnaires. Aluminium et alcalis

Les propriétés chimiques de l'aluminium sont déterminées par sa position dans le tableau périodique des éléments chimiques.

Vous trouverez ci-dessous les principales réactions chimiques de l'aluminium avec d'autres éléments chimiques. Ces réactions déterminent les propriétés chimiques de base de l'aluminium.

Avec quoi réagit l’aluminium ?

Substances simples :

• halogènes (fluor, chlore, brome et iode)
• phosphore
• carbone
• oxygène (combustion)

Substances complexes :

• acides minéraux (chlorhydrique, phosphorique)
• acide sulfurique
• Acide nitrique
• alcalis
• agents oxydants
• oxydes de métaux moins actifs (aluminothermie)

Avec quoi l’aluminium ne réagit-il pas ?

L'aluminium ne réagit pas :

• avec de l'hydrogène
• dans des conditions normales - avec de l'acide sulfurique concentré (en raison de la passivation - formation d'un film d'oxyde dense)
• dans des conditions normales - avec de l'acide nitrique concentré (également dû à la passivation)

Aluminium et air

En règle générale, la surface de l'aluminium est toujours recouverte d'une fine couche d'oxyde d'aluminium, qui la protège de l'exposition à l'air, ou plus précisément à l'oxygène. On pense donc que l’aluminium ne réagit pas avec l’air. Si cette couche d'oxyde est endommagée ou enlevée, la surface fraîche de l'aluminium réagit avec l'oxygène de l'air. L'aluminium peut brûler dans l'oxygène avec une flamme blanche aveuglante pour former de l'oxyde d'aluminium Al2O3.

Réaction de l'aluminium avec l'oxygène :

• 4Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3

L'aluminium et l'eau

L'aluminium réagit avec l'eau dans les réactions suivantes :

• 2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 (1)
• 2Al + 4H 2 O = 2AlO(OH) + 3H 2 (2)
• 2Al + 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3H 2 (3)

À la suite de ces réactions, se forment respectivement les éléments suivants :

• modification de l'hydroxyde d'aluminium bayérite et de l'hydrogène (1)
• modification de l'hydroxyde d'aluminium bohémite et de l'hydrogène (2)
• oxyde d'aluminium et hydrogène (3)

Ces réactions sont d'ailleurs d'un grand intérêt pour le développement d'installations compactes de production d'hydrogène pour les véhicules fonctionnant à l'hydrogène.

Toutes ces réactions sont thermodynamiquement possibles à des températures allant de la température ambiante au point de fusion de l'aluminium 660 ºС. Tous sont également exothermiques, c'est-à-dire qu'ils se produisent avec dégagement de chaleur :

• À des températures allant de la température ambiante à 280 ºC, le produit de réaction le plus stable est Al(OH) 3.
• À des températures de 280 à 480 ºC, le produit de réaction le plus stable est AlO(OH).
• À des températures supérieures à 480 ºC, le produit de réaction le plus stable est Al 2 O 3.

Ainsi, l'oxyde d'aluminium Al 2 O 3 devient thermodynamiquement plus stable que Al(OH) 3 à des températures élevées. Le produit de la réaction de l’aluminium avec l’eau à température ambiante sera l’hydroxyde d’aluminium Al(OH) 3.

La réaction (1) montre que l'aluminium doit réagir spontanément avec l'eau à température ambiante. Or, en pratique, un morceau d’aluminium plongé dans l’eau ne réagit pas avec l’eau à température ambiante ni même dans l’eau bouillante. Le fait est que l'aluminium a une fine couche cohérente d'oxyde d'aluminium Al 2 O 3 à sa surface. Ce film d'oxyde adhère fermement à la surface de l'aluminium et l'empêche de réagir avec l'eau. Par conséquent, afin de démarrer et de maintenir la réaction de l'aluminium avec l'eau à température ambiante, il est nécessaire d'éliminer ou de détruire constamment cette couche d'oxyde.

Aluminium et halogènes

L'aluminium réagit violemment avec tous les halogènes - ce sont :

• fluor F
• chlore Cl
• brome Br et
• iode (iode) je,

avec éducation respectivement :

• fluorure AlF 3
• Chlorure d'AlCl 3
• bromure Al 2 Br 6 et
• Iodure Al 2 Br 6.

Réactions de l'hydrogène avec le fluor, le chlore, le brome et l'iode :

• 2Al + 3F2 → 2AlF3
• 2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3
• 2Al + 3Br2 → Al2Br6
• 2Al + 3l 2 → Al 2 Je 6

Aluminium et acides

L'aluminium réagit activement avec les acides dilués : sulfurique, chlorhydrique et nitrique, avec formation des sels correspondants : sulfate d'aluminium Al 2 SO 4, chlorure d'aluminium AlCl 3 et nitrate d'aluminium Al(NO 3) 3.

Réactions de l'aluminium avec les acides dilués :

• 2Al + 3H 2 SO 4 -> Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
• 2Al + 6HCl -> 2AlCl 3 + 3H 2
• 2Al + 6HNO 3 -> 2Al(NO 3) 3 + 3H 2

Il n'interagit pas avec les acides sulfurique et chlorhydrique concentrés à température ambiante ; lorsqu'il est chauffé, il réagit pour former des sels, des oxydes et de l'eau.

Aluminium et alcalis

L'aluminium dans une solution aqueuse d'alcali - hydroxyde de sodium - réagit pour former de l'aluminate de sodium.

La réaction de l'aluminium avec la soude a la forme :

• 2Al + 2NaOH + 10H 2 O -> 2Na + 3H 2

Sources:

1. Éléments chimiques. Les 118 premiers éléments, classés par ordre alphabétique / éd. Wikipédiens - 2018

2. Réaction de l'aluminium avec l'eau pour produire de l'hydrogène /John Petrovic et George Thomas, États-Unis Département de l'Énergie, 2008

DÉFINITION

Aluminium– élément chimique de la 3ème période du groupe IIIA. Numéro de série – 13. Métal. L'aluminium appartient aux éléments de la famille P. Symbole – Al.

Masse atomique – 27 uma. La configuration électronique du niveau d'énergie externe est 3s 2 3p 1. Dans ses composés, l'aluminium présente un état d'oxydation de « +3 ».

Propriétés chimiques de l'aluminium

L'aluminium présente des propriétés réductrices dans les réactions. Puisqu’un film d’oxyde se forme à sa surface lorsqu’il est exposé à l’air, il résiste à l’interaction avec d’autres substances. Par exemple, l'aluminium est passivé dans l'eau, l'acide nitrique concentré et une solution de bichromate de potassium. Cependant, après avoir retiré le film d’oxyde de sa surface, celui-ci est capable d’interagir avec des substances simples. La plupart des réactions se produisent lorsqu'elles sont chauffées :

Poudre 2Al +3/2O 2 = Al 2 O 3 ;

2Al + 3F 2 = 2AlF 3 (t);

Poudre 2Al + 3Hal 2 = 2AlHal 3 (t = 25C) ;

2Al + N2 = 2AlN (t);

2Al +3S = Al2S3 (t);

4Al + 3C graphite = Al4C3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, dans une atmosphère de H 2).

De plus, après avoir retiré le film d'oxyde de sa surface, l'aluminium est capable d'interagir avec l'eau pour former de l'hydroxyde :

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2.

L'aluminium présente des propriétés amphotères, il est donc capable de se dissoudre dans des solutions diluées d'acides et d'alcalis :

2Al + 3H 2 SO 4 (dilué) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 ;

2Al + 6HCl dilué = 2AlCl 3 + 3 H 2 ;

8Al + 30HNO 3 (dilué) = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O ;

2Al + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na + 3H 2;

2Al + 2(NaOH×H 2 O) = 2NaAlO 2 + 3 H 2.

L'aluminothermie est une méthode de production de métaux à partir de leurs oxydes, basée sur la réduction de ces métaux par l'aluminium :

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe;

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr.

Propriétés physiques de l'aluminium

L'aluminium est de couleur blanc argenté. Les principales propriétés physiques de l’aluminium sont la légèreté et une conductivité thermique et électrique élevée. À l'état libre, lorsqu'il est exposé à l'air, l'aluminium est recouvert d'un film durable d'oxyde d'Al 2 O 3, ce qui le rend résistant à l'action des acides concentrés. Point de fusion – 660,37C, point d'ébullition – 2500C.

Production et utilisation de l'aluminium

L'aluminium est produit par électrolyse de l'oxyde fondu de cet élément :

2Al2O3 = 4Al + 3O2

Cependant, en raison du faible rendement du produit, la méthode de production d'aluminium par électrolyse d'un mélange de Na 3 et d'Al 2 O 3 est plus souvent utilisée. La réaction se produit lorsqu'elle est chauffée à 960°C et en présence de catalyseurs - fluorures (AlF 3, CaF 2, etc.), tandis que la libération d'aluminium se produit à la cathode et que l'oxygène est libéré à l'anode.

L'aluminium a trouvé de nombreuses applications dans l'industrie ; les alliages à base d'aluminium sont les principaux matériaux de structure dans la construction aéronautique et navale.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

L'aluminium est un métal amphotère. La configuration électronique de l'atome d'aluminium est 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Ainsi, il possède trois électrons de valence sur sa couche électronique externe : 2 sur le sous-niveau 3s et 1 sur le sous-niveau 3p. En raison de cette structure, il se caractérise par des réactions à la suite desquelles l'atome d'aluminium perd trois électrons du niveau externe et acquiert un état d'oxydation de +3. L'aluminium est un métal très réactif et présente de très fortes propriétés réductrices.

Interaction de l'aluminium avec des substances simples

avec de l'oxygène

Lorsque l'aluminium absolument pur entre en contact avec l'air, les atomes d'aluminium situés dans la couche superficielle interagissent instantanément avec l'oxygène de l'air et forment un mince film d'oxyde épais et durable de dizaines de couches atomiques de la composition Al 2 O 3, qui protège l'aluminium de une oxydation plus poussée. Il est également impossible d’oxyder de grands échantillons d’aluminium, même à des températures très élevées. Cependant, la fine poudre d’aluminium brûle assez facilement dans la flamme d’un brûleur :

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

avec des halogènes

L'aluminium réagit très vigoureusement avec tous les halogènes. Ainsi, la réaction entre les poudres mixtes d'aluminium et d'iode se produit déjà à température ambiante après l'ajout d'une goutte d'eau comme catalyseur. Équation pour l'interaction de l'iode avec l'aluminium :

2Al + 3I 2 =2AlI 3

L'aluminium réagit également avec le brome, qui est un liquide brun foncé, sans chauffage. Il suffit d'ajouter un échantillon d'aluminium au brome liquide : une réaction violente se déclenche immédiatement, libérant une grande quantité de chaleur et de lumière :

2Al + 3Br2 = 2AlBr3

La réaction entre l'aluminium et le chlore se produit lorsqu'une feuille d'aluminium chauffée ou une fine poudre d'aluminium est ajoutée à un flacon rempli de chlore. L'aluminium brûle efficacement dans le chlore selon l'équation :

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

avec du soufre

Lorsqu'il est chauffé à 150-200 o C ou après avoir enflammé un mélange de poudre d'aluminium et de soufre, une réaction exothermique intense commence entre eux avec libération de lumière :

— sulfure aluminium

avec de l'azote

Lorsque l'aluminium réagit avec l'azote à une température d'environ 800 °C, du nitrure d'aluminium se forme :

avec du carbone

À une température d'environ 2 000 °C, l'aluminium réagit avec le carbone et forme du carbure d'aluminium (méthanure), contenant du carbone à l'état d'oxydation -4, comme dans le méthane.

Interaction de l'aluminium avec des substances complexes

avec de l'eau

Comme mentionné ci-dessus, un film d'oxyde stable et durable d'Al 2 O 3 empêche l'aluminium de s'oxyder dans l'air. Le même film d’oxyde protecteur rend l’aluminium inerte vis-à-vis de l’eau. Lors du retrait du film d'oxyde protecteur de la surface par des méthodes telles que le traitement avec des solutions aqueuses d'alcali, de chlorure d'ammonium ou de sels de mercure (amalgiation), l'aluminium commence à réagir vigoureusement avec l'eau pour former de l'hydroxyde d'aluminium et de l'hydrogène gazeux :

avec des oxydes métalliques

Après avoir enflammé un mélange d'aluminium avec des oxydes de métaux moins actifs (à droite de l'aluminium dans la série d'activités), une réaction extrêmement violente et très exothermique se déclenche. Ainsi, dans le cas de l'interaction de l'aluminium avec l'oxyde de fer (III), une température de 2 500 à 3 000 ° C se développe. À la suite de cette réaction, du fer fondu de haute pureté se forme :

2AI + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

Cette méthode d'obtention des métaux à partir de leurs oxydes par réduction avec l'aluminium est appelée aluminothermie ou aluminothermie.

avec des acides non oxydants

L'interaction de l'aluminium avec des acides non oxydants, c'est-à-dire avec presque tous les acides, à l'exception des acides sulfurique et nitrique concentrés, conduit à la formation d'un sel d'aluminium de l'acide correspondant et de l'hydrogène gazeux :

a) 2Al + 3H 2 SO 4 (dilué) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0 ;

b) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2

avec des acides oxydants

-acide sulfurique concentré

L'interaction de l'aluminium avec l'acide sulfurique concentré dans des conditions normales et à basse température ne se produit pas en raison d'un effet appelé passivation. Lorsqu'elle est chauffée, la réaction est possible et conduit à la formation de sulfate d'aluminium, d'eau et de sulfure d'hydrogène, qui se forme à la suite de la réduction du soufre, qui fait partie de l'acide sulfurique :

Une réduction aussi profonde du soufre de l'état d'oxydation +6 (dans H 2 SO 4) à l'état d'oxydation -2 (dans H 2 S) se produit en raison de la capacité réductrice très élevée de l'aluminium.

- acide nitrique concentré

Dans des conditions normales, l'acide nitrique concentré passive également l'aluminium, ce qui permet de le stocker dans des conteneurs en aluminium. Tout comme dans le cas de l'acide sulfurique concentré, l'interaction de l'aluminium avec l'acide nitrique concentré devient possible sous un fort chauffage, et la réaction se produit principalement :

- diluer l'acide nitrique

L'interaction de l'aluminium avec l'acide nitrique dilué par rapport à l'acide nitrique concentré conduit à des produits de réduction plus profonde de l'azote. A la place du NO, selon le degré de dilution, du N 2 O et du NH 4 NO 3 peuvent se former :

8Al + 30HNO 3(dil.) = 8Al(NO 3) 3 +3N 2 O + 15H 2 O

8Al + 30HNO 3(pur dilué) = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

avec des alcalis

L'aluminium réagit à la fois avec des solutions aqueuses d'alcalis :

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

et avec des alcalis purs lors de la fusion :

Dans les deux cas, la réaction débute par la dissolution du film protecteur d'oxyde d'aluminium :

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O = 2Na

Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

Dans le cas d'une solution aqueuse, l'aluminium, débarrassé du film protecteur d'oxyde, commence à réagir avec l'eau selon l'équation :

2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2

L'hydroxyde d'aluminium résultant, étant amphotère, réagit avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium pour former du tétrahydroxoaluminate de sodium soluble :

Al(OH) 3 + NaOH = Na

Ce métal léger à la teinte blanc argenté se retrouve presque partout dans la vie moderne. Les propriétés physiques et chimiques de l’aluminium lui permettent d’être largement utilisé dans l’industrie. Les gisements les plus connus se trouvent en Afrique, en Amérique du Sud et dans les Caraïbes. En Russie, les sites miniers de bauxite sont situés dans l'Oural. Les leaders mondiaux de la production d'aluminium sont la Chine, la Russie, le Canada et les États-Unis.

Al exploitation minière

Dans la nature, ce métal argenté, du fait de sa forte activité chimique, se retrouve uniquement sous forme de composés. Les roches géologiques contenant de l'aluminium les plus connues sont la bauxite, l'alumine, le corindon et le feldspath. La bauxite et l'alumine ont une importance industrielle, ce sont les gisements de ces minerais qui permettent d'extraire l'aluminium sous sa forme pure.

Propriétés

Les propriétés physiques de l’aluminium permettent de transformer facilement des flans de ce métal en fil et de les rouler en fines feuilles. Ce métal n'est pas durable, pour augmenter cet indicateur lors de la fusion, il est allié à divers additifs : cuivre, silicium, magnésium, manganèse, zinc. À des fins industrielles, une autre propriété physique de l'aluminium est importante : sa capacité à s'oxyder rapidement dans l'air. La surface d'un produit en aluminium dans des conditions naturelles est généralement recouverte d'un mince film d'oxyde, qui protège efficacement le métal et empêche sa corrosion. Lorsque ce film est détruit, le métal argenté s'oxyde rapidement et sa température augmente sensiblement.

Structure interne en aluminium

Les propriétés physiques et chimiques de l'aluminium dépendent en grande partie de sa structure interne. Le réseau cristallin de cet élément est une sorte de cube à faces centrées.

Ce type de réseau est inhérent à de nombreux métaux, tels que le cuivre, le brome, l'argent, l'or, le cobalt et autres. Une conductivité thermique élevée et la capacité de conduire l'électricité ont fait de ce métal l'un des plus populaires au monde. Les propriétés physiques restantes de l'aluminium, dont le tableau est présenté ci-dessous, révèlent pleinement ses propriétés et montrent la portée de leur application.

Alliage d'aluminium

Les propriétés physiques du cuivre et de l'aluminium sont telles que lorsqu'une certaine quantité de cuivre est ajoutée à un alliage d'aluminium, son réseau cristallin se déforme et la résistance de l'alliage lui-même augmente. L'alliage d'alliages légers repose sur cette propriété de l'Al d'augmenter leur solidité et leur résistance aux environnements agressifs.

L'explication du processus de durcissement réside dans le comportement des atomes de cuivre dans le réseau cristallin de l'aluminium. Les particules de Cu ont tendance à sortir du réseau cristallin d’Al et sont regroupées dans ses zones spéciales.

Là où les atomes de cuivre forment des amas, un réseau cristallin de type mixte CuAl 2 se forme, dans lequel des particules métalliques d'argent sont simultanément incluses à la fois dans le réseau cristallin général d'aluminium et dans le réseau de type mixte CuAl 2. Les forces des liaisons internes dans un réseau déformé sont beaucoup plus grands que dans l'habituel. Cela signifie que la résistance de la substance nouvellement formée est beaucoup plus élevée.

Propriétés chimiques

L'interaction de l'aluminium avec l'acide sulfurique et chlorhydrique dilué est connue. Lorsqu'il est chauffé, ce métal s'y dissout facilement. L'acide nitrique concentré à froid ou très dilué ne dissout pas cet élément. Les solutions aqueuses d'alcalis affectent activement la substance, au cours de la réaction, formant des aluminates - des sels contenant des ions aluminium. Par exemple:

Al 2 O 3 +3H2O+2NaOH=2Na

Le composé résultant est appelé tétrahydroxoaluminate de sodium.

Un mince film à la surface des produits en aluminium protège ce métal non seulement de l'air, mais aussi de l'eau. Si cette fine barrière est supprimée, l’élément interagira violemment avec l’eau, en libérant de l’hydrogène.

2AL+6H 2 O= 2 AL (OH) 3 +3H 2

La substance résultante est appelée hydroxyde d’aluminium.

AL (OH) 3 réagit avec les alcalis, formant des cristaux d'hydroxoaluminate :

Al(OH)2+NaOH=2Na

Si cette équation chimique s'ajoute à la précédente, on obtient la formule de dissolution d'un élément dans une solution alcaline.

Al(OH) 3 +2NaOH+6H 2 O=2Na +3H 2

Brûlure d'aluminium

Les propriétés physiques de l'aluminium lui permettent de réagir avec l'oxygène. Si la poudre de ce métal ou de cette feuille d'aluminium est chauffée, elle s'enflamme et brûle avec une flamme blanche et aveuglante. A la fin de la réaction, de l'oxyde d'aluminium Al 2 O 3 se forme.

Alumine

L’oxyde d’aluminium obtenu porte le nom géologique d’alumine. Dans des conditions naturelles, il se présente sous forme de corindon, des cristaux durs et transparents. Le corindon est très dur, avec un indice de dureté de 9. Le corindon lui-même est incolore, mais diverses impuretés peuvent le rendre rouge et bleu, ce qui donne naissance à des pierres précieuses connues dans les bijoux sous le nom de rubis et de saphirs.

Les propriétés physiques de l’oxyde d’aluminium permettent à ces pierres précieuses d’être cultivées dans des conditions artificielles. Les pierres précieuses industrielles ne sont pas seulement utilisées pour les bijoux, elles sont également utilisées dans la fabrication d'instruments de précision, l'horlogerie et d'autres choses. Les cristaux de rubis artificiels sont également largement utilisés dans les appareils laser.

Une variété de corindon à grains fins contenant un grand nombre d'impuretés, appliquée sur une surface spéciale, est connue de tous sous le nom d'émeri. Les propriétés physiques de l'oxyde d'aluminium expliquent les propriétés abrasives élevées du corindon, ainsi que sa dureté et sa résistance au frottement.

Hydroxyde d'aluminium

Al 2 (OH) 3 est un hydroxyde amphotère typique. En combinaison avec un acide, cette substance forme un sel contenant des ions aluminium chargés positivement ; dans les alcalis, elle forme des aluminates. La nature amphotère d'une substance se manifeste par le fait qu'elle peut se comporter à la fois comme un acide et comme un alcali. Ce composé peut exister sous forme gélatineuse ou solide.

Il est pratiquement insoluble dans l'eau, mais réagit avec la plupart des acides et alcalis actifs. Les propriétés physiques de l'hydroxyde d'aluminium sont utilisées en médecine ; c'est un moyen populaire et sûr de réduire l'acidité dans le corps ; il est utilisé pour la gastrite, la duodénite et les ulcères. Dans l'industrie, Al 2 (OH) 3 est utilisé comme adsorbant, il purifie parfaitement l'eau et précipite les éléments nocifs qui y sont dissous.

Usage industriel

L'aluminium a été découvert en 1825. Au début, ce métal était plus valorisé que l’or et l’argent. Cela s'expliquait par la difficulté de l'extraire du minerai. Les propriétés physiques de l’aluminium et sa capacité à former rapidement un film protecteur à sa surface ont rendu difficile l’étude de cet élément. Ce n'est qu'à la fin du XIXe siècle qu'on a découvert une méthode pratique pour faire fondre un élément pur pouvant être utilisé à l'échelle industrielle.

La légèreté et la capacité à résister à la corrosion sont les propriétés physiques uniques de l'aluminium. Les alliages de ce métal argenté sont utilisés dans la fabrication de fusées, d'automobiles, de navires, d'avions et d'instruments, ainsi que dans la production de couverts et de vaisselle.

En tant que métal pur, l’Al est utilisé dans la fabrication de pièces pour équipements chimiques, de fils électriques et de condensateurs. Les propriétés physiques de l'aluminium sont telles que sa conductivité électrique n'est pas aussi élevée que celle du cuivre, mais cet inconvénient est compensé par la légèreté du métal en question, qui permet de rendre les fils d'aluminium plus épais. Ainsi, à conductivité électrique égale, un fil d’aluminium pèse deux fois moins qu’un fil de cuivre.

L'utilisation d'Al dans le processus d'aluminisation n'est pas moins importante. C'est le nom donné à la réaction consistant à saturer la surface d'un produit en fonte ou en acier avec de l'aluminium afin de protéger le métal de base de la corrosion lorsqu'il est chauffé.

Actuellement, les réserves connues de minerais d'aluminium sont tout à fait comparables aux besoins des populations pour ce métal argenté. Les propriétés physiques de l’aluminium peuvent encore réserver bien des surprises à ses chercheurs, et le champ d’application de ce métal est bien plus large qu’on pourrait l’imaginer.

Aluminium- un élément du sous-groupe principal du troisième groupe de la troisième période du système périodique des éléments chimiques de D.I. Mendeleïev, numéro atomique 13. Désigné par le symbole Al (Aluminium). Appartient au groupe des métaux légers. Le métal le plus courant et le troisième élément chimique le plus abondant (après l’oxygène et le silicium) dans la croûte terrestre.

L'aluminium, une substance simple (numéro CAS : 7429-90-5), est un métal blanc argenté léger et paramagnétique qui peut être facilement formé, coulé et usiné. L'aluminium a une conductivité thermique et électrique élevée et une résistance à la corrosion en raison de la formation rapide de films d'oxyde résistants qui protègent la surface d'une interaction ultérieure.

Selon certaines études biologiques, l'apport d'aluminium dans le corps humain a été considéré comme un facteur dans le développement de la maladie d'Alzheimer, mais ces études ont ensuite été critiquées et la conclusion sur le lien entre l'un et l'autre a été réfutée.

Histoire

L'aluminium a été obtenu pour la première fois par Hans Oersted en 1825 par action d'un amalgame de potassium sur du chlorure d'aluminium suivie d'une distillation du mercure.

Reçu

La méthode de production moderne a été développée indépendamment par l'Américain Charles Hall et le Français Paul Héroult. Elle consiste à dissoudre l'oxyde d'aluminium Al 2 O 3 dans une masse fondue de cryolithe Na 3 AlF 6 suivie d'une électrolyse à l'aide d'électrodes en graphite. Cette méthode de production nécessite beaucoup d’électricité et n’est donc devenue populaire qu’au XXe siècle.

Pour produire 1 tonne d'aluminium brut, il faut 1,920 tonne d'alumine, 0,065 tonne de cryolite, 0,035 tonne de fluorure d'aluminium, 0,600 tonne de masse anodique et 17 000 kWh d'électricité CC.

Propriétés physiques

Le métal est de couleur blanc argenté, léger, densité - 2,7 g/cm³, point de fusion pour l'aluminium technique - 658 °C, pour l'aluminium de haute pureté - 660 °C, chaleur spécifique de fusion - 390 kJ/kg, point d'ébullition - 2500°C, chaleur spécifique d'évaporation - 10,53 MJ/kg, résistance temporaire de la fonte d'aluminium - 10-12 kg/mm², déformable - 18-25 kg/mm², alliages - 38-42 kg/mm².

La dureté Brinell est de 24 à 32 kgf/mm², haute ductilité : technique - 35 %, pure - 50 %, roulée en feuilles minces et même en feuille.

L'aluminium a une conductivité électrique et thermique élevée, 65 % de la conductivité électrique du cuivre, et une réflectivité lumineuse élevée.

L'aluminium forme des alliages avec presque tous les métaux.

Être dans la nature

L'aluminium naturel est presque entièrement constitué d'un seul isotope stable, le 27Al, avec des traces de 26Al, un isotope radioactif ayant une demi-vie de 720 000 ans produit dans l'atmosphère par le bombardement de noyaux. argon protons de rayons cosmiques.

En termes de prévalence dans la nature, il se classe au premier rang parmi les métaux et au troisième rang parmi les éléments, juste derrière l'oxygène et le silicium. Le pourcentage d'aluminium contenu dans la croûte terrestre, selon divers chercheurs, varie de 7,45 à 8,14 % de la masse de la croûte terrestre.

Dans la nature, l’aluminium ne se trouve que dans des composés (minéraux). Certains d'entre eux:

• Bauxite - Al 2 O 3. H 2 O (avec impuretés SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Néphélines - KNa 3 4
• Alunites - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH)3
• Alumine (mélanges de kaolins avec sable SiO 2, calcaire CaCO 3, magnésite MgCO 3)
• Corindon - Al 2 O 3
• Feldspath (orthose) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2
• Kaolinite - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Alunite - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3
• Béryl - 3BeO. Al2O3. 6SiO2

Les eaux naturelles contiennent de l'aluminium sous forme de composés chimiques peu toxiques, par exemple le fluorure d'aluminium. Le type de cation ou d'anion dépend tout d'abord de l'acidité du milieu aqueux. Les concentrations d'aluminium dans les eaux de surface en Russie varient de 0,001 à 10 mg/l.

Propriétés chimiques

Hydroxyde d'aluminium

Dans des conditions normales, l'aluminium est recouvert d'un film d'oxyde fin et durable et ne réagit donc pas avec les oxydants classiques : avec H 2 O (t°) ; O 2, HNO 3 (sans chauffage). Grâce à cela, l'aluminium n'est pratiquement pas sujet à la corrosion et est donc largement demandé dans l'industrie moderne. Cependant, lorsque le film d'oxyde est détruit (par exemple, au contact de solutions de sels d'ammonium NH 4 +, d'alcalis chauds ou à la suite d'un amalgame), l'aluminium agit comme un métal réducteur actif.

Réagit facilement avec des substances simples :

• avec de l'oxygène : 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• avec halogènes : 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• réagit avec d'autres non-métaux lorsqu'il est chauffé :
  • avec du soufre, formant du sulfure d'aluminium : 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • avec de l'azote, formant du nitrure d'aluminium : 2Al + N 2 = 2AlN
  • avec du carbone, formant du carbure d'aluminium : 4Al + 3C = Al 4 C 3

La méthode, inventée presque simultanément par Charles Hall en France et Paul Héroux aux États-Unis en 1886 et basée sur la production d'aluminium par électrolyse de l'alumine dissoute dans la cryolithe fondue, a jeté les bases de la méthode moderne de production d'aluminium. Depuis lors, grâce aux progrès de l’électrotechnique, la production d’aluminium s’est améliorée. Les scientifiques russes K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin et d'autres ont apporté une contribution notable au développement de la production d'alumine.

La première aluminerie de Russie a été construite en 1932 à Volkhov. L'industrie métallurgique de l'URSS en 1939 a produit 47,7 mille tonnes d'aluminium, et 2,2 mille tonnes supplémentaires ont été importées.

En Russie, le monopole de facto de la production d'aluminium est Russian Aluminium OJSC, qui représente environ 13 % du marché mondial de l'aluminium et 16 % de l'alumine.

Les réserves mondiales de bauxite sont pratiquement illimitées, c'est-à-dire qu'elles sont sans commune mesure avec la dynamique de la demande. Les installations existantes peuvent produire jusqu'à 44,3 millions de tonnes d'aluminium primaire par an. Il convient également de tenir compte du fait qu'à l'avenir, certaines applications de l'aluminium pourraient être réorientées vers l'utilisation, par exemple, de matériaux composites.

Application

Un morceau d'aluminium et une pièce de monnaie américaine.

Largement utilisé comme matériau de construction. Les principaux avantages de l'aluminium de cette qualité sont la légèreté, la malléabilité pour l'emboutissage, la résistance à la corrosion (dans l'air, l'aluminium est instantanément recouvert d'un film durable d'Al 2 O 3, qui empêche son oxydation ultérieure), une conductivité thermique élevée et une non-toxicité. de ses composés. Ces propriétés ont notamment rendu l’aluminium extrêmement populaire dans la production d’ustensiles de cuisine, de feuilles d’aluminium dans l’industrie alimentaire et pour l’emballage.

Le principal inconvénient de l'aluminium en tant que matériau structurel est sa faible résistance, il est donc généralement allié avec une petite quantité de cuivre et de magnésium - alliage de duralumin.

La conductivité électrique de l'aluminium n'est que 1,7 fois inférieure à celle du cuivre, tandis que l'aluminium est environ 2 fois moins cher. Il est donc largement utilisé en électrotechnique pour la fabrication de fils, leur blindage, et même en microélectronique pour la fabrication de conducteurs dans des puces. La conductivité électrique inférieure de l'aluminium (37 1/ohm) par rapport au cuivre (63 1/ohm) est compensée par l'augmentation de la section transversale des conducteurs en aluminium. L'inconvénient de l'aluminium en tant que matériau électrique est son film d'oxyde résistant, qui rend le soudage difficile.

• En raison de ses propriétés complexes, il est largement utilisé dans les équipements de chauffage.
• L'aluminium et ses alliages conservent leur résistance à des températures ultra-basses. Pour cette raison, il est largement utilisé dans la technologie cryogénique.
• Une réflectivité élevée, combinée à un faible coût et à une facilité de dépôt, fait de l'aluminium un matériau idéal pour la fabrication de miroirs.
• Dans la production de matériaux de construction en tant qu'agent générateur de gaz.
• L'aluminisation confère une résistance à la corrosion et au tartre à l'acier et à d'autres alliages, tels que les soupapes de moteurs à combustion interne à piston, les aubes de turbine, les plates-formes pétrolières, les équipements d'échange thermique, et remplace également la galvanisation.
• Le sulfure d'aluminium est utilisé pour produire du sulfure d'hydrogène.
• Des recherches sont en cours pour développer la mousse d'aluminium comme matériau particulièrement résistant et léger.

En tant qu'agent réducteur

• En tant que composant de la thermite, mélanges pour l'aluminothermie
• L'aluminium est utilisé pour récupérer les métaux rares de leurs oxydes ou halogénures.

Alliages d'aluminium

Le matériau de construction habituellement utilisé n'est pas de l'aluminium pur, mais divers alliages à base de celui-ci.

— Les alliages aluminium-magnésium ont une résistance élevée à la corrosion et sont bien soudés ; Ils servent par exemple à fabriquer les coques des navires à grande vitesse.

— Les alliages aluminium-manganèse sont similaires à bien des égards aux alliages aluminium-magnésium.

— Les alliages aluminium-cuivre (en particulier le duralumin) peuvent être soumis à un traitement thermique, ce qui augmente considérablement leur résistance. Malheureusement, les matériaux traités thermiquement ne peuvent pas être soudés, de sorte que les pièces d'avion sont toujours reliées par des rivets. Un alliage avec une teneur plus élevée en cuivre a une couleur très similaire à celle de l'or et est parfois utilisé pour imiter ce dernier.

— Les alliages aluminium-silicium (sillumines) conviennent le mieux à la coulée. Des cas de divers mécanismes en sont souvent issus.

— Alliages complexes à base d'aluminium : avial.

— L'aluminium passe à un état supraconducteur à une température de 1,2 Kelvin.

L'aluminium comme additif à d'autres alliages

L'aluminium est un composant important de nombreux alliages. Par exemple, dans les bronzes d’aluminium, les principaux composants sont le cuivre et l’aluminium. Dans les alliages de magnésium, l’aluminium est le plus souvent utilisé comme additif. Pour la fabrication de spirales dans les appareils de chauffage électrique, du féchral (Fe, Cr, Al) est utilisé (avec d'autres alliages).

Bijoux

Lorsque l’aluminium était très cher, on en fabriquait une variété de bijoux. La mode pour eux est immédiatement passée lorsque de nouvelles technologies pour sa production sont apparues, ce qui a réduit plusieurs fois le coût. De nos jours, l’aluminium est parfois utilisé dans la fabrication de bijoux fantaisie.

Fabrication du verre

Le fluorure, le phosphate et l'oxyde d'aluminium sont utilisés dans la fabrication du verre.

Industrie alimentaire

L'aluminium est enregistré comme additif alimentaire E173.

L'aluminium et ses composés dans la technologie des fusées

L'aluminium et ses composés sont utilisés comme propulseur très efficace dans les propulseurs de fusée à deux propulseurs et comme composant combustible dans les propulseurs de fusée à solide. Les composés d'aluminium suivants présentent le plus grand intérêt pratique en tant que carburant pour fusée :

— Aluminium : carburant dans les carburants pour fusées. Utilisé sous forme de poudre et de suspensions dans les hydrocarbures, etc.
— Hydrure d'aluminium
— Boranate d'aluminium
— Triméthylaluminium
— Triéthylaluminium
— Tripropylaluminium

Caractéristiques théoriques des carburants formés d'hydrure d'aluminium avec divers oxydants.

L'aluminium dans la culture mondiale

Le poète Andrei Voznesensky a écrit le poème « Automne » en 1959, dans lequel il utilise l'aluminium comme image artistique :
...Et derrière la fenêtre dans le jeune gel
il y a des champs d'aluminium...

Viktor Tsoi a écrit la chanson « Aluminum Cucumbers » avec le refrain :
Planter des concombres en aluminium
Sur un champ de bâche
Je plante des concombres en aluminium
Sur un champ de bâche

Toxicité

Il a un léger effet toxique, mais de nombreux composés inorganiques d'aluminium solubles dans l'eau restent longtemps dissous et peuvent avoir un effet nocif sur les humains et les animaux à sang chaud par l'eau potable. Les plus toxiques sont les chlorures, les nitrates, les acétates, les sulfates, etc. Pour l'homme, les doses suivantes de composés d'aluminium (mg/kg de poids corporel) ont un effet toxique lorsqu'elles sont ingérées : acétate d'aluminium - 0,2-0,4 ; hydroxyde d'aluminium - 3,7-7,3; alun d'aluminium - 2,9. Affecte principalement le système nerveux (s'accumule dans les tissus nerveux, entraînant de graves troubles du système nerveux central). Cependant, la neurotoxicité de l'aluminium est étudiée depuis le milieu des années 1960, puisque l'accumulation du métal dans le corps humain est empêchée par son mécanisme d'élimination. Dans des conditions normales, jusqu'à 15 mg de l'élément par jour peuvent être excrétés dans l'urine. En conséquence, l'effet négatif le plus important est observé chez les personnes présentant une insuffisance rénale excrétrice.

Informations Complémentaires

— Hydroxyde d'aluminium
— Encyclopédie sur l'aluminium
— Connexions en aluminium
— Institut international de l'aluminium

Aluminium, Aluminium, Al (13)

Les liants contenant de l'aluminium sont connus depuis l'Antiquité. Cependant, l'alun (du latin Alumen ou Alumin, allemand Alaun), mentionné notamment par Pline, était compris dans l'Antiquité et au Moyen Âge comme diverses substances. Dans le dictionnaire alchimique de Ruland, le mot Alumen, avec l'ajout de diverses définitions, est donné dans 34 significations. Il s'agissait notamment de l'antimoine, Alumen alafuri - sel alcalin, Alumen Alcori - nitrum ou alun alcalin, Alumen creptum - tartre (tartre) de bon vin, Alumen fascioli - alcali, Alumen odig - ammoniaque, Alumen scoriole - gypse, etc. Lemery , l'auteur du célèbre « Dictionnaire des produits pharmaceutiques simples » (1716), fournit également une longue liste de variétés d'alun.

Jusqu'au XVIIIe siècle les composés d'aluminium (alun et oxyde) n'ont pas pu être distingués des autres composés d'apparence similaire. Lemery décrit ainsi l'ancien : « En 1754. Marggraf isole d'une solution d'alun (par l'action d'un alcali) un précipité d'oxyde d'aluminium, qu'il appelle « terre d'alun » (Alaunerde), et établit sa différence avec les autres terres. Bientôt la terre d'alun reçut le nom d'alumine (Alumina ou Alumine). En 1782, Lavoisier exprime l'idée que l'aluminium est un oxyde d'un élément inconnu. Dans son Tableau des corps simples, Lavoisier place l'Alumine parmi les « corps simples, salifères, terreux ». Voici les synonymes du nom alumine : argile, alun. terre, fondation d'alun. Le mot argilla, ou argilla, comme le souligne Lemery dans son dictionnaire, vient du grec. argile de poterie. Dalton dans son « Nouveau système de philosophie chimique » donne un signe spécial pour l'aluminium et donne une formule structurelle (!) complexe pour l'alun.

Après la découverte de métaux alcalins grâce à l'électricité galvanique, Davy et Berzelius ont tenté en vain d'isoler de la même manière l'aluminium métallique de l'alumine. Ce n'est qu'en 1825 que le problème fut résolu par le physicien danois Oersted à l'aide d'une méthode chimique. Il a fait passer du chlore à travers un mélange chaud d'alumine et de charbon, et le chlorure d'aluminium anhydre résultant a été chauffé avec de l'amalgame de potassium. Après évaporation du mercure, écrit Oersted, un métal d'apparence similaire à l'étain a été obtenu. Enfin, en 1827, Wöhler a isolé l'aluminium métallique d'une manière plus efficace : en chauffant du chlorure d'aluminium anhydre avec du potassium métallique.

Vers 1807, Davy, qui tentait de réaliser l'électrolyse de l'alumine, donna le nom au métal censé la contenir aluminium (Alumium) ou aluminium (Aluminum). Ce dernier nom est depuis devenu courant aux États-Unis, tandis qu'en Angleterre et dans d'autres pays, le nom Aluminium, proposé plus tard par le même Davy, a été adopté. Il est clair que tous ces noms proviennent du mot latin alum (Alumen), sur l'origine duquel il existe différentes opinions, basées sur les témoignages de divers auteurs, remontant à l'Antiquité.

A. M. Vasiliev, notant l'origine peu claire de ce mot, cite l'opinion d'un certain Isidore (évidemment Isidore de Séville, évêque qui vécut en 560 - 636, encyclopédiste engagé notamment dans des recherches étymologiques) : « L'alumen est appelé lumière, donc comment il donne de la lumière (lumière, luminosité) aux peintures lorsqu'il est ajouté pendant la teinture. Cependant, cette explication, bien que très ancienne, ne prouve pas que le mot alumen ait précisément de telles origines. Ici, seule une tautologie accidentelle est très probable. Lemery (1716) souligne à son tour que le mot alumen est apparenté au grec (halmi), signifiant salinité, saumure, saumure, etc.

Noms russes de l'aluminium dans les premières décennies du XIXe siècle. assez varié. Chacun des auteurs d'ouvrages de chimie de cette période a évidemment cherché à proposer son propre titre. Ainsi, Zakharov appelle l'aluminium alumine (1810), Giese - aluminium (1813), Strakhov - alun (1825), Iovsky - argile, Shcheglov - alumine (1830). Dans le magasin de Dvigubsky (1822 - 1830), l'alumine est appelée alumine, alumine, alumine (par exemple, alumine acide phosphorique) et le métal est appelé aluminium et aluminium (1824). Hess dans la première édition de « Foundations of Pure Chemistry » (1831) utilise le nom d'alumine (Aluminium) et dans la cinquième édition (1840) - argile. Cependant, il forme des noms pour les sels basés sur le terme alumine, par exemple sulfate d'alumine. Mendeleïev, dans la première édition des « Fondements de la chimie » (1871), utilise les noms d'aluminium et d'argile. Dans les éditions suivantes, le mot argile n'apparaît plus.