муниципальное бюджетноеобщеобразовательное учреждение
«Средняя школа № 18»
ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ
на тему
«Крылатый металл»
по дисциплине
«Химия»
Обучающийся: Филипчик АлинаВладимировна
Класс: 9А
Руководитель проекта: Сивочалова Елена Ивановна
«___»____________2022г.
(дата)
Смоленск — 2022
Содержание
ВВЕДЕНИЕ…………….……………………………………………………3
ГЛАВА I.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЮМИНИЯ ………….5
1.1Строениеатома алюминия………………………………………………5
1.2Химические свойства…………………………………………………….6
1.3Физические свойства алюминия……………………………………..…8
ГЛАВА II. Соединения AЛЮМИНИЯ И их применение
2.1Сплавы A
2.2 Aв жизни человека
Глава III. ИНТЕРЕСНЫЕ факты
Заключение
Списокинформации. Источники.
ВВЕДЕНИЕ
«Крылатыйметалл», «серебро из глины» — так образно называют алюминий. Список сфер егоприменения велик. Сегодня без этого металла немыслим наш быт. И в вашем домеесть изделия из алюминия.
Ссамых первых шагов авиастроения авиаконструкторы сделали свой выбор в пользудюралюминиевых сплавов, до сих пор, обеспечивающих минимальный вес иудивительную прочность корпуса и миниатюрного спортивного самолета и огромногопассажирского лайнера.
Что касается кораблестроения, то использование алюминия в качестве построечногоматериала при строительстве современных судов, объясняется не толькочрезвычайной легкостью этого удивительного металла, но и его непревзойденнойустойчивостью к коррозии.
Последнее качество когда-то сделало алюминиевый прокат одним из наиболеепопулярных материалов для изготовления кухонной посуды, которая до сих пор непотеряла своих позиций, благодаря дешевизне и потрясающему долголетию.Алюминиевые тарелки и кастрюли могут гнуться и деформироваться, но никогда незаржавеют и абсолютно нетоксичны, ни в начале своего использования, ни последолгого срока эксплуатации. Алюминиевые фляги, кружки и котелки – постоянныеспутники солдат и туристов.
Сегодня алюминиевые конструкции громко заявили о себе в строительстве зданий,мостов и тоннелей. Выбирая алюминиевый металлопрокат, следует изучитьособенности различных алюминиевых сплавов, которые обладают весьма разнымикачествами. Так, например, дюралюминий, о котором мы уже упоминали, прочен илегок, но его нельзя соединять посредством сварки. Поэтому корпуса современныхсамолетов до сих пор клепают. Исключительную прочность материала вдюралюминиевых сплавах обеспечивает медь. Сплавы алюминия с марганцемвысокопластичны, что позволяет придавать алюминиево-марганцевой лигатуре самыеразличные формы. Последующая обработка готовых алюминиевых листов добавляет имнедостающую прочность и делает эти изделия из этих материалов незаменимыми приконструировании современных каркасных сооружений.
Доразвития промышленного электролитического способа получения алюминия этотметалл был дороже золота. В 1889 году британцы, желая почтить богатым подаркомвеликого русского химика Д. И. Менделеева, подарили ему аналитические весы укоторых чашки были изготовлены из золота и алюминия.
Пораспространённости в земной коре занимает 1-е место среди металлов и 3-е местосреди элементов, уступая только кислороду и кремнию. Массовая концентрацияалюминия в земной коре, по данным различных исследователей, оценивается от 7,45до 8,14 %.
Цельпроекта: изучить свойства алюминия, исследовать области применения этогоэлемента и его соединений.
Задачи:
1)Изучить строение атома алюминия.
2)Исследовать нахождение алюминия в природе и его соединения.
3)Собрать информацию о его свойствах и значении.
4)Рассмотреть области применения алюминия.
5)Узнать интересные факты об алюминии.
Предмет:?????
Объект:????
ГЛАВА I.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЮМИНИЯ
1.1Строение атома алюминия
Электронноестроение атома элемента алюминия связано с его положением в периодическойтаблице Менделеева. Алюминий имеет 13 порядковый номер и находится в третьемпериоде, в IIIa группе. Относительная атомная масса алюминия – 27. Электроннаяконфигурация атома алюминия – 1s22s22p63s23p1, модель распределения электронов– +13Al)2)8)3.
Навнешнем энергетическом уровне алюминия находится три электрона, все электроны3-го подуровня.
Атомэлемента состоит из положительно заряженного ядра +13 (13 протонов и 14 нейронов)и трёх электронных оболочек с 13 электронами. На внешнем энергетическом уровненаходится всего три электрона. В возбуждённом состоянии атом способен отдаватьвсе три электрона, проявляя степень окисления +3, или образовывать триковалентные связи. Поэтому алюминий имеет третью валентность.
Теоретическивозможно возбужденное состояние для атома алюминия за счет наличия вакантной3d-орбитали. Однако распаривания электронов 3s-подуровня на деле не происходит.
1.2.Химические свойства
Принормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потомуне реагирует с классическими окислителями: с O2, HNO3 (без нагревания),H2SO4(конц), но легко реагирует с HCl и H2SO4(разб). Благодаря этому алюминийпрактически не подвержен коррозии и потому широко востребован современнойпромышленностью. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контактес растворами солей аммония NH4+, горячими щелочами или в результатеамальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель. Недопустить образования оксидной плёнки можно, добавляя к алюминию такие металлы,как галлий, индий или олово. При этом поверхность алюминия смачиваютлегкоплавкие эвтектики на основе этих металлов[12].
Легкореагирует с простыми веществами
• скислородом, образуя оксид алюминия
• сгалогенами при комнатной температуре (кроме фтора)[13], образуя хлорид, бромидили иодид алюминия
• сдругими неметаллами реагирует при нагревании
• софтором, образуя фторид алюминия
• ссерой, образуя сульфид алюминия
• сазотом, образуя нитрид алюминия
• суглеродом, образуя карбид алюминия
Сульфиди карбид алюминия полностью гидролизуются
Сосложными веществами:
• сводой (после удаления защитной оксидной плёнки, например, амальгамированием илирастворами горячей щёлочи):
• сощелочами (с образованием тетрагидроксоалюминатов и других алюминатов):
• Легкорастворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:
• Принагревании растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые солиалюминия:
• восстанавливаетметаллы из их оксидов (алюминотермия)
1.3.Физические свойства
• Металлсеребристо-белого цвета, лёгкий (плотность — 2712 кг/м³)
• температураплавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C
• удельнаятеплота плавления — 390 кДж/кг
• температуракипения — 2518,8 °C
• удельнаятеплота испарения — 10,53 МДж/кг
• удельнаятеплоёмкость — 897 Дж/кг•K[3]
• временноесопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², деформируемого — 18—25 кг/мм²,сплавов — 38—42 кг/мм²
• Твёрдостьпо Бринеллю — 24—32 кгс/мм²
• высокаяпластичность: прокатывается в тонкий лист и даже фольгу
• Алюминийобладает высокой электропроводностью (37•106 См/м — 65 % от электропроводностимеди) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м•К)), обладает высокой светоотражательнойспособностью.
• Слабыйпарамагнетик.
• Температурныйкоэффициент линейного расширения 24,58⋅10−6К−1 (20—200 °C).
• Удельноесопротивление 0,0262—0,0295 Ом•мм²/м
• Температурныйкоэффициент электрического сопротивления 4,3⋅10−3K−1. Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2кельвина.
• Алюминийобразует сплавы почти со всеми металлами. Наиболее известны сплавы с медью имагнием (дюралюминий) и кремнием (силумин).
ГЛАВАII. СОЕДИНЕНИЯ AЛЮМИНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
2.1.Сплавыалюминия
• Алюминиево-магниевыеAl-Mg. Сплавы системы Al-Mg характеризуются сочетанием удовлетворительнойпрочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионнойстойкости[24]. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью. Всплавах этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая системасоединения Al3Mg2 c твёрдым раствором на основе алюминия. Наиболее широкоераспространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5%. Рост содержания Mg в сплаве существенно увеличивает его прочность. Каждыйпроцент магния повышает предел прочности сплава на 30 МПа, а предел текучести —на 20 МПа. При этом относительное удлинение уменьшается незначительно инаходится в пределах 30—35 %. Сплавы с содержанием магния до 3 % (по массе)структурно стабильны при комнатной и повышенной температуре даже в значительнонагартованном состоянии. С ростом концентрации магния в нагартованном состоянииструктура сплава становится нестабильной. Кроме того, увеличение содержаниямагния свыше 6 % приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава. Дляулучшения прочностных характеристик сплавы системы Al-Mg легируют хромом,марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Попадания в сплавы этой системы медии железа стараются избегать, поскольку они снижают их коррозионную стойкость исвариваемость.
• Алюминиево-марганцевыеAl-Mn (ANSI: серия 3ххх; ГОСТ: АМц). Сплавы этой системы обладают хорошейпрочностью, пластичностью и технологичностью, высокой коррозионной стойкостью ихорошей свариваемостью.
• Основными примесями в сплавах системы Al-Mn являются железо и кремний.
• Обаэтих элемента уменьшают растворимость марганца в алюминии. Для получениямелкозернистой структуры сплавы этой системы легируют титаном. Присутствиедостаточного количества марганца обеспечивает стабильность структурынагартованного металла при комнатной и повышенной температурах.
• Алюминиево-медныеAl-Cu (Al-Cu-Mg) (ANSI: серия 2ххх, 2xx.x; ГОСТ: АМ). Механические свойствасплавов этой системы в термоупрочненном состоянии достигают, а иногда ипревышают, механические свойства низкоуглеродистых сталей. Эти сплавывысокотехнологичны. Однако у них есть и существенный недостаток — низкоесопротивление коррозии, что приводит к необходимости использовать защитныепокрытия. В качестве легирующих добавок могут применяться марганец, кремний,железо и магний. Причем наиболее сильное влияние на свойства сплава оказываетпоследний: легирование магнием заметно повышает пределы прочности и текучести.Добавка кремния в сплав повышает его способность к искусственному старению.Легирование железом и никелем повышает жаропрочность сплавов второй серии.Нагартовка этих сплавов после закалки ускоряет искусственное старение, а такжеповышает прочность и сопротивление коррозии под напряжением.
• Сплавысистемы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) (ANSI: серия 7ххх, 7xx.x). Сплавы этой системыценятся за очень высокую прочность и хорошую технологичность. Представительсистемы — сплав 7075 является самым прочным из всех алюминиевых сплавов. Эффектстоль высокого упрочнения достигается благодаря высокой растворимости цинка (70%) и магния (17,4 %) при повышенных температурах, резко уменьшающейся приохлаждении. Однако существенным недостатком этих сплавов является крайне низкаякоррозионная стойкость под напряжением. Повысить сопротивление коррозии сплавовпод напряжением можно легированием медью.
• Нельзяне отметить открытой в 1960-е годы закономерности: присутствие лития в сплавахзамедляет естественное и ускоряет искусственное старение. Помимо этого,присутствие лития уменьшает удельный вес сплава и существенно повышает егомодуль упругости. В результате этого открытия были разработаны новые системысплавов Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и Al-Mg-Cu-Li.
• Алюминиево-кремниевыесплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпусаразных механизмов.
2.2.Aлюминий в жизни человека
Широкоприменяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этомкачестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухеалюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует егодальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений.В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным припроизводстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и дляупаковки. Первые же три свойства сделали алюминий основным сырьём в авиационнойи авиакосмической промышленности (в последнее время медленно вытесняетсякомпозитными материалами, в первую очередь, углеволокном).
Основнойнедостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтомудля упрочнения его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния(сплав называется дюралюминий).
Электропроводностьалюминия всего в 1,7 раза меньше, чем у меди, при этом алюминий приблизительнов 4 раза дешевле[22] за килограмм, но, за счёт в 3,3 раза меньшей плотности,для получения равного сопротивления его нужно приблизительно в 2 раза меньше повесу. Поэтому он широко применяется в электротехнике для изготовления проводов,их экранирования и даже в микроэлектронике при напылении проводников наповерхности кристаллов микросхем. Меньшую электропроводность алюминия (3,7•107См/м) по сравнению с медью (5,84•107 См/м), для сохранения одинаковогоэлектрического
сопротивления,компенсируют увеличением площади сечения алюминиевых
проводников.Недостатком алюминия как электротехнического материала является образование наего поверхности прочной диэлектрической оксидной плёнки, затрудняющей пайку иза счёт ухудшения контактного сопротивления вызывающей повышенное нагревание вместах электрических соединений, что, в свою очередь, отрицательно сказываетсяна надёжности электрического контакта и состоянии изоляции. Поэтому, вчастности, 7-я редакция Правил устройства электроустановок, принятая в 2002году, запрещает использовать алюминиевые проводники сечением менее 16 мм².
• Алюминийи его сплавы не приобретают хрупкость при сверхнизких температурах. Благодаряэтому он широко используется в криогенной технике. Однако известен случайприобретения хрупкости криогенными трубами из алюминиевого сплава из-за ихгибки на медных кернах при разработке РН Энергия[источник не указан 426 дней].
• Высокийкоэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью вакуумного напыленияделает алюминий оптимальным материалом для изготовления зеркал.
• Впроизводстве строительных материалов как газообразующий агент.
• Алитированиемпридают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например,клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменнойаппаратуре, а также заменяют цинкование.
• Идутисследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкогоматериала.
Когдаалюминий был очень дорог, из него делали разнообразные ювелирные изделия. Так,Наполеон III заказал алюминиевые пуговицы, а Менделееву в 1889 году былиподарены весы с чашами из золота и алюминия. Мода на ювелирные изделия изалюминия сразу прошла, когда появились новые технологии его получения, во многораз снизившие себестоимость. Сейчас алюминий иногда используют в производствебижутерии.
ВЯпонии алюминий используется в производстве традиционных украшений, заменяясеребро.
Столовыеприборы
Поприказу Наполеона III были изготовлены алюминиевые столовые приборы, которыеподавались на торжественных обедах ему и самым почётным гостям. Другие гостипри этом пользовались приборами из золота и серебра.
Затемстоловые приборы из алюминия получили широкое распространение, со временемиспользование алюминиевой кухонной утвари существенно снизилось, но и внастоящее время их всё ещё можно увидеть лишь в некоторых заведенияхобщественного питания — несмотря на заявления некоторых специалистов овредности алюминия для здоровья человека[источник не указан 2035 дней]. Крометого, такие приборы со временем теряют привлекательный вид из-за царапин иформу из-за мягкости алюминия.
Изалюминия делают посуду для армии: ложки, котелки, фляжки.
Встекловарении используются фторид, фосфат и оксид алюминия.
Алюминийзарегистрирован в качестве пищевой добавки Е173.
Алюмогель— студенистый осадок, образующийся при быстром осаждении гидроксида алюминия изсолевых растворов, не имеющий кристаллического строения и содержащий большоеколичество воды используется в качестве основы для антацидных, обезболивающих иобволакивающих средств (алгелдрат; в смеси с гидроксидом магния — альмагель,маалокс, гастрацид и др.) при заболеваниях желудочно-кишечного тракта.
Дешевизнаи вес металла обусловили широкое применение в производстве ручного
стрелковогооружия, в частности автоматов и пистолетов.
Алюминийи его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючегов двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твёрдыхракетных топливах. Следующие соединения алюминия представляют наибольшийпрактический интерес как ракетное горючее:
• Порошковыйалюминий как горючее в твёрдых ракетных топливах. Применяется также в видепорошка и суспензий в углеводородах.
• Гидридалюминия.
• Боранаталюминия.
• Триметилалюминий.
• Триэтилалюминий.
• Трипропилалюминий.
Триэтилалюминий(обычно в смеси с триэтилбором) используется также для химического зажигания(как пусковое горючее) в ракетных двигателях, так как он самовоспламеняется вгазообразном кислороде. Ракетные топлива на основе гидрида алюминия, взависимости от окислителя, имеют следующие характеристики:
Алюмоэнергетикаиспользует алюминий как универсальный вторичный энергоноситель. Его примененияв этом качестве:
• Окислениеалюминия в воде для производства водорода и тепловой энергии.
• Окислениеалюминия кислородом воздуха для производства электроэнергии ввоздушно-алюминиевых электрохимических генераторах
ГЛАВАIII. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ
• Примернооколо ста лет назад, кусок алюминия весом в килограмм, стоил тысячу рублей посовременным меркам, в данный момент кусок алюминия обесценился.
• В1899 году, ученые из Англии в дар Д.И Менделееву изготовили весы, созданные изнебольших частиц золота и большого количества алюминия, по тем меркам это былценный подарок.
• Внастоящее время, производство данного металла стоит на втором месте послеизготовления железа.
• Алюминийвходит в состав организма каждого человека, превышая массу в 140 грамм.
• Химическиесоединения этого металла имеются не только в недрах нашей планеты, онивстречаются так же на Марсе и на Луне.
• Наполеономбыл создан приказ об изготовлении алюминиевых столовых приборов. Онипредоставлялись только на важных торжественных застольях, самому императору иего почетным гостям. Другие гости имели право пользоваться только приборами иззолота и серебра.
• В1860 году, алюминий пользовался спросом как модное ювелирное изделие. Каждаяважная особа должна была иметь при себе такое украшение.
• Хотьв нынешний век на смену алюминиевым изделиям приходится пластик и выявляютсявсе новые материалы для массового производства, алюминий никогда не потеряетсвоей ценности во всех сферах промышленности.
Заключение
Алюминийсчитается одним из самых известных металлов по всему миру. Как элемент, онзанимает третье место по распространенности в недрах земли, уступая кислороду иуглероду.
Вприроде его содержание составляет целых восемь процентов – это довольно много,так как золота в земле на данный момент содержится всего лишь один процент.Человечество долго не могло выявить для себя этот полезный элемент и первыйслиток алюминия был обнаружен лишь в 1985 году во Франции. С тех пор он обрелвсемирную известность и до полноценного открытия его изобилия в земной коре, онсчитался драгоценным материалом.
Изначальноалюминий добывался в малых количествах, люди не сразу смогли выявить точныеучастки земной коры, где находился это элемент. Из добытых слитков изначальносоздавались драгоценные украшения, которые мог себе позволить не каждый. Первымалюминиевым изделием принято считать медали с барельефами Наполеона. Помимоукрашений из него изготавливались так же предметы искусства.
Современем данный металл стал обнаруживаться чаще и его стали активно применять вмассовой промышленности. Этот материал был удобен в применении, но сталоотмечаться, что использовать его в натуральном, природном виде сложно. Онподходил не к каждой области изготовления, так как оказался не прочен. Этапроблема исчезла, когда знаменитый химик Альфред Вильм, попробовал сплавить егос некоторым добавлением других элементов – меди и магния.
Этопослужило успехом, сплав получился идеальным по прочности. Уже в 1911 годублагодаря этому была выпущена огромная часть усовершенствованного материала вгороде Дюрен. В честь чего ему дали название — дюралюминий. Спустя восемь лет,из города состоялась первая транспортировка дюралюминия. В итоге, он навсегдазавоевал весь мир.
Известно,что у р-элементов заполняется электронами р-подуровень внешнего электронногоуровня, на котором могут находиться от одного до шести электронов.
Впериодической системе 30 р-элементов. Эти p-элементы, или их p-электронныеаналоги, образуют подгруппы IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA и VI IIА. Строениевнешнего электронного уровня атомов эле¬ментов этих подгрупп развиваетсяследующим образом: ns2p1, ns2p2, ns2p3, ns2p4, ns2p5 иns2p6.
Вцелом у p-элементов, кроме алюминия, восстановительная актив¬ность выраженасравнительно слабо. Наоборот, при переходе от IIIA-к VIIA-подгруппе наблюдаетсяусиление окислительной активности нейтральных атомов, растут величины сродствак электрону и энер¬гии ионизации, увеличивается электроотрицательностьр-элементов.
Ватомах p-элементова валентны не только р-электроны, но и s-электроны внешнегоуровня. Высшая положительная степень окисле¬ния р-электронных аналогов равнаномеру группы, в которой они на¬ходятся.
