Содержание

общая характеристика, строение; свойства и получение — урок. Химия, 8–9 класс.

Алюминий как атом и химический элемент

Алюминий находится в \(IIIA\) группе Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Строение электронной оболочки атома алюминия — 1s22s22p63s23p1.

 

На внешнем электронном уровне атом содержит \(3\) электрона.

 

Поэтому в своих соединениях алюминий всегда проявляет только одну степень окисления, равную \(+3\).

 

Обрати внимание!

По распространённости в земной коре алюминий находится на третьем месте после кислорода и кремния, а среди металлов — на первом.

В земной коре алюминий встречается только в составе соединений.

 

Основные природные минералы алюминия:

  • боксит, состав которого можно примерно выразить формулой Al2O3 \(•\) xh3O,
  • нефелин (Na,K)O2  \(•\) Al2O3 \(•\) 2h3O,
  • каолинит Al2O3 \(•\) SiO2 \(•\) 2h3O.

Каолинит — образец многочисленных алюмосиликатов, включающих преимущественно атомы кремния и кислорода, которые очень широко распространены в природе.

Физические свойства

В свободном состоянии алюминий — светлый блестящий металл,
лёгкий
, относительно мягкий, легкоплавкий, имеет высокую тепло- и электропроводность.

 

Алюминий является химически активным металлом, однако при обычных условиях он устойчив на воздухе и сохраняет свой металлический блеск длительное время. Это объясняется тем, что поверхность алюминия покрыта тонкой, невидимой глазу, прозрачной, но плотной плёнкой оксида алюминия, которая препятствует взаимодействию алюминия с компонентами атмосферы (парами воды и кислородом).

 

Свойства алюминия обусловили его широкое применение и необходимость получения алюминия в свободном виде.

В лабораторных условиях небольшое количество алюминия можно получить путём восстановления хлорида алюминия калием при высокой температуре:

 

AlCl3+3K=t3KCl+Al.

 

Так был впервые получен алюминий.

 

В промышленных условиях алюминий получают из бокситов. При нагревании бокситов образуется оксид алюминия. Восстановить алюминий из оксида с помощью традиционных восстановителей практически невозможно, поэтому его получают методом
электролиза
.

 

При этом на катоде восстанавливается алюминий, а на аноде — окисляется кислород.

 

Суммарная реакция электролиза выражается уравнением:


2Al2O3=4Al+3O2↑.

схема строения атома, электронная формула, физические и химические свойства элемента

Автор Маргарита Малиновская На чтение 7 мин. Опубликовано

Одним из самых распространённых химических элементов на планете Земля является алюминий (Al). Основные физические свойства этого лёгкого металла получили большой спрос в промышленности. Этот материал устойчив к негативному воздействию коррозии, обладает высокой электропроводностью, хорошо справляется с колебаниями температур. Базовые характеристики и схема строения атома алюминия влияют на способы обработки металла.

Принцип строения

Расположение алюминия в таблице Менделеева тесно связано с электронным строением атома этого металла. Химическое вещество находится в третьем периоде, III группе и имеет 13 порядковый номер. Лабораторные исследования показали, что 27 — это относительная атомная масса элемента. Электронная формула атома алюминия выглядит так: 1s22s22p63s23p1. Способ распределения электронов можно изобразить следующим образом: +13Al)2)8)3.

Молекула Al включает в свой состав положительно заряженное ядро +13. Дополнительно присутствуют 3 электронные оболочки с 13 электронами. Эти характеристики химический элемент имеет в любой ситуации. На внешнем энергетическом уровне расположено 3 электрона, которые атом может отдавать, находясь в возбуждённом состоянии. Показатель окисления будет в пределах +3. Алюминий обладает третьей валентностью. Это правило изучают на уроках химии в 8 классе.

В естественной среде Al можно встретить только в составе различных соединений. Например, слюда, глина, корунд. Этот лёгкий металл ценился гораздо дороже золота до тех пор, пока его не начали получать промышленным способом.

Физические характеристики

Aлюминий используется в различных отраслях современной промышленности, так как обладает высокой теплопроводностью, пластичностью, устойчивостью к коррозии и низким температурам. Обрабатывать материал можно благодаря ковке, прокатке, волочению и штамповке. Al можно подвергать сварке. В металле могут присутствовать примеси, концентрация которых варьируется. Это негативно влияет на технологические, механические и физико-механические свойства алюминия.

Чаще всего при его производстве дополнительно используются:

  • Медь.
  • Титан.
  • Цинк.
  • Железо.
  • Кремний.

В зависимости от степени обработки Al можно разделить на 2 категории: технический и максимально очищенный металл. Каждый материал обладает определённым показателем устойчивости к негативному воздействию коррозии. Стоимость алюминия зависит от его чистоты. Для серийного производства востребованного проката, кабельно-проводниковых изделий, различных сплавов используется технический металл. Чистый материал применяется только для специальных целей.

Показатель электропроводности Al уступает только серебру, золоту и меди. Но благодаря небольшой плотности алюминий используется для изготовления кабельно-проводниковых товаров наравне с медью. При условии длительного отжига показатель электропроводности металла может увеличиваться, что расширяет сферы его применения. Наивысшим показателем теплопроводности обладает чистый материал. Понизить значение помогают примеси марганца, меди, магния. Большая теплопроводность свойственна только Ag и Cu. Благодаря своим физическим характеристикам Al получил огромный спрос в сфере производства теплообменников и радиаторов охлаждения.

Среди основных свойств алюминия можно выделить:

  1. Плавиться материал начинает при температуре +660 °C.
  2. Алюминий обладает отличной пластичностью и ковкостью, за счёт чего его используют для производства тонкой фольги, проволоки.
  3. Плотность металла составляет 2.7 г/см3.
  4. Температура кипения находится в пределах +2450 °C.
  5. В составе металла присутствует объёмная гранецентрированная металлическая кристаллическая решётка.

Итоговые сферы применения Al зависят от его физических и химических свойств. Используется алюминий в авиа- и судостроении.

Химические свойства

Под воздействием кислорода Al быстро окисляется, из-за чего покрывается оксидной плёнкой, которая защищает его от негативного воздействия коррозии и снижает вероятность взаимодействия с концентрированными h3SO4 и HNO3. По этой причине все кислоты принято хранить и транспортировать в долговечной таре из алюминия. В стандартных условиях добиться химической реакции с Al можно только при условии удаления оксидной плёнки. В противном случае достичь желаемого результата не удастся. Практически все реакции происходят под воздействием высоких температур.

На уроках химии можно узнать число электронов, конфигурацию атома и положение Al в периодической таблице Менделеева. Многочисленные лабораторные эксперименты показали, что алюминий обладает следующими химическими свойствами:

  1. При взаимодействии с кислородом под воздействием высоких температур Al горит с последующим выделением тепла. Например, 4Al + 3O2 → 2Al2O3.
  2. Практически со всеми галогенами алюминий взаимодействует в обычных условиях, а вот с йодом только в результате нагревания и в присутствии воды, которая является катализатором. Наглядно это можно записать так: 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3; 2Al + 3Br2 → 2AlBr3; 2Al + 3I2 → 2AlI3.
  3. Алюминий может взаимодействовать с фосфором только при температуре +500 °C, с серой — при +200 °C, с углеродом — при +2000 °C, с азотом — при +800 °C. В конспекте все эти химические реакции можно указать следующим образом: 2Al + 3S → Al2S3; 2Al + N2 → 2AlN; Al + P → AlP; 4Al + 3C → Al4C3.
  4. В обычных условиях Al взаимодействует с разбавленными кислотами. Химические реакции с концентрированными растворами возможны только при условии нагревания. Наглядно изобразить это можно так: Al + 6HNO3 (концентрированная) → Al (NO3)3 + 3NO2 + 3h3O; 2Al + 3h3SO4 (разбавленная) → Al2 (SO4)3 + 3h3.
  5. При условии взаимодействия с оксидами алюминий вытесняет менее активные металлы: 2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3.
  6. Al реагирует со всеми водными растворами щелочей. Например, 2Al + 6KOH → 2KAlO2 + 2K2O + 3h3; 2Al + 2NaOH + 10h3O → 2Na[Al (h3O)2 (OH)4] + 3h3.

Специалистами было доказано, что алюминий не взаимодействует с водородом. Добиться какой-либо реакции с Н2О можно только после предварительного удаления оксидной плёнки. Валентность химического элемента — Al3+.

Сферы применения

Благодаря своим физическим и химическим характеристикам алюминий получил большой спрос в разных сферах современной промышленности. Этот материал активно используется в ракетостроении, авиастроении, пищевой отрасли. Алюминий применяется для изготовления качественной посуды. Характеристики Al позволяют существенно повысить манёвренность судов, так как при использовании этого материала специалистам удаётся существенно уменьшить вес всей конструкции.

В отдельных отраслях алюминий используется благодаря тому, что он отлично проводит ток. Al является главным конкурентом меди. Этот лёгкий аморфный металл используется для серийного производства микросхем. Но наибольший спрос алюминий получил в следующих отраслях:

  1. Производство лёгких, но долговечных лестниц, строительных инструментов.
  2. Изготовление кабелей, проводов, выпрямителей.
  3. Алюминий используется в сфере производства двигателей, насосов, корпусов и других элементов.
  4. Изготовление цистерн для транспортировки и хранения нефтепродуктов. Создание прочных рам для вагонов.
  5. В бытовой отрасли алюминий используется для производства фольги, мелких приборов, посуды, зеркал.
  6. Al получил большой спрос в сфере автомобилестроения.
  7. Алюминий используется как один из основных компонентов для производства ракетного топлива.

Широкое распространение Al объясняется его характеристиками и многочисленными преимуществами, но есть у этого материала главный недостаток — невысокие показатели прочности. Для повышения качества металла производители добавляют в его состав магний и медь.

Уровень токсичности

Несмотря на широкую распространённость алюминия в различных отраслях, ни один живой организм не использует этот элемент в процессах метаболизма. Этот металл отличается небольшим токсическим воздействием на человека. Практически все растворимые в воде неорганические соединения Al в жидком состоянии могут сохраняться в течение длительного промежутка времени. Алюминий способен негативно повлиять на работу организма человека, теплокровных животных.

Специалистами была выделена категория наиболее ядовитых соединений, которые представлены нитратами, хлоридами, ацетатами, сульфатами. Алюминий первым делом негативно влияет на работу центральной нервной системы. Металл накапливается в нервных тканях, из-за чего вызывает тяжёлые расстройства основных функций ЦНС. Наибольший токсичный эффект при попадании Al в организм фиксируется при нарушении выделительных функций почек. Периодически в больницу попадают пациенты с отравлением парами алюминия.

Существуют различные продукты питания, которые содержат в своём составе повышенную концентрацию Al:

  1. Товары, содержащие в своём составе красители и другие пищевые добавки. Например, Е523, Е520, Е521, Е522. Эти пищевые добавки чаще всего используются при серийном производстве колбасных и кондитерских изделий, а также при консервации.
  2. Водопроводная вода, забираемая с открытых природных водоёмов.
  3. Различные напитки, реализуемые в банках из алюминиевого сплава.
  4. Вода, которая была получена в результате технической неисправности фильтрующей системы.
  5. Блюда, приготовленные в фольге или алюминиевой посуде.

Только при использовании качественной продукции и соблюдении элементарных правил безопасности можно снизить вероятность токсичного воздействия металла на живые организмы.

▶▷▶▷ изобразите схемы электронного строения атомов алюминия

▶▷▶▷ изобразите схемы электронного строения атомов алюминия
ИнтерфейсРусский/Английский
Тип лицензияFree
Кол-во просмотров257
Кол-во загрузок132 раз
Обновление:02-04-2019

изобразите схемы электронного строения атомов алюминия - 1 Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов:а 5terkacomnode10124 Cached 1 Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов :а) алюминия ; б) фосфора; в) кислорода Источник: Решебник по химии за 8 класс (ОСГабриелян, 2011 год), Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов:а znanijacomtask764614 Cached Нажми, чтобы увидеть ответ на свой вопрос ️: изобразите схемы строения электронной оболочки атомов :а) алюминия ;б)фосфора;в)кислорода Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов: а vipgdzcom8-klasshimiyagabrielyanvopros-1 Cached Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов : а) алюминия ; б) фосфора; в) кислорода Решение 1 Другие задачи из этого учебника 1 Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов:а davay5comz10131php Cached 1 Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов :а) алюминия ; б) фосфора; в) кислорода Решение задачи: Задача из главы Атомы химических элементов по предмету Химия из задачника Химия 1 Изобразите схемы электронного строения атомов химических znanijacomtask688416 Cached 1 Изобразите схемы электронного строения атомов химических элементов серы и углерода Запишите формулы соединений, в которых эти атомы проявляют максимальную степень окисления 2 Ответы к упражнениям 8 Химия 8 класс reshebnikximnarodruatom08x8html Cached Упражнение: 1 Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов : а) алюминия ; б Изобразите схемы электронного строения атомов химических himianeznakaruanswer3321638_izobrazite-shemy Cached 2) Изобразите схемы электронного строения атомов : 1)магния 2)азота Составьте формулу соединения образованного этими элементами определите тип связи в этом соединении Строение атома алюминия (Al), схема и примеры rusolverbookcom Строение атома Схематическое изображение строения атома алюминия на рисунке 1 Онлайн калькуляторы На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике Изобразите электронные схемы атомов кремния и фосфора wwwv-gdzcomhimiya5-9izobrazite-elektronnie Cached Изобразите электронные схемы атомов кремния и фосфора, укажите, что общего в строении атомов данных химических элементов ОтветыMailRu: Как составить схему строения атома? otvetmailru Домашние задания изобразите схемы строения атомов следующих металлов натрия электронная схема Na 1S2S2p3S строение атома Na 11 ) ) ) 2 8 1 атома аллюминия ответ Al 13 ) ) ) 2е 8е 3е -----Натрия, 11 ) ) ) Promotional Results For You Free Download Mozilla Firefox Web Browser wwwmozillaorg Download Firefox - the faster, smarter, easier way to browse the web and all of 1 2 3 4 5 Next 17,400

  • Дайте характеристику химического элемента лития по следующему плану: -Положение в Периодической сист
  • еме химических элементов Д.И. Менделеева (порядковый номер, номер периода, номер группы, подгруппа) -Относительная атомная масса -Состав атома -Строение электронной оболочки атома (Задания аналогичные
  • -Относительная атомная масса -Состав атома -Строение электронной оболочки атома (Задания аналогичные 1-3 даются для ... 4. Современная квантовая модель строения атома : (слайд 5) 7. Число нейтронов в атоме алюминия 28 Al: Для химии большое значение имеет строение электронной оболочки атома. Иллюстрация. Строение атома алюминия. Коллекция образовательных ресурсов. Методические материалы, программные средства для учебной деятельности и организации учебного процесса. Электронные издания. Атом водорода физико-химическая система, состоящая из атомного ядра , несущего элементарный положительный электрический заряд , и электрона , несущего элементарный отрицательный электрический заряд. Для химических свойств характерно взаимодействие частиц между собой (в том числе с превращением в другие частицы) без изменения строения атомов, входящих в эти частицы. Схема электролитического получения алюминия. Изобразите схему строения атома, электронную и электронно-графическую формулу химического элемента 13. Строение атома, ПС, химическая связь. При бомбардировке алюминия нейтронами образовались ядра атомов гелия и изотоп некоторого элемента: Схема распределения электронов по энергетическим уровням у этого элемента: Атомы химических элементов бора и алюминия имеют одинаковое число. 1) уменьшается заряд ядер атомов 2) увеличивается число электронов во внешнем электронном слое 3) уменьшается электроотрицательность 4) уменьшается радиус атомов 5) усиливаются металлические свойства. Строение атома. В пособии Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева (длиннопериодная) для каждого элемента указаны: символ и название, порядковый номер, относительная атомная масса, конфигурация валентных электронов, температура плавления простого вещества, радиус атома. Часто связаны с известными именами или обстоятельствами, появи- лись задолго до того, как было установлено строение атома. Уравнение (4) следует осмыслить и запомнить, так как оно является одной из основ понимания электронного строения атома.

как было установлено строение атома. Уравнение (4) следует осмыслить и запомнить

несущего элементарный положительный электрический заряд

  • что общего в строении атомов данных химических элементов ОтветыMailRu: Как составить схему строения атома? otvetmailru Домашние задания изобразите схемы строения атомов следующих металлов натрия электронная схема Na 1S2S2p3S строение атома Na 11 ) ) ) 2 8 1 атома аллюминия ответ Al 13 ) ) ) 2е 8е 3е -----Натрия
  • в которых эти атомы проявляют максимальную степень окисления 2 Ответы к упражнениям 8 Химия 8 класс reshebnikximnarodruatom08x8html Cached Упражнение: 1 Изобразите схемы строения электронной оболочки атомов : а) алюминия ; б Изобразите схемы электронного строения атомов химических himianeznakaruanswer3321638_izobrazite-shemy Cached 2) Изобразите схемы электронного строения атомов : 1)магния 2)азота Составьте формулу соединения образованного этими элементами определите тип связи в этом соединении Строение атома алюминия (Al)
  • что общего в строении атомов данных химических элементов ОтветыMailRu: Как составить схему строения атома? otvetmailru Домашние задания изобразите схемы строения атомов следующих металлов натрия электронная схема Na 1S2S2p3S строение атома Na 11 ) ) ) 2 8 1 атома аллюминия ответ Al 13 ) ) ) 2е 8е 3е -----Натрия

Request limit reached by ad manXML

Дайте характеристику химического элемента лития по следующему плану: -Положение в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева (порядковый номер, номер периода, номер группы, подгруппа) -Относительная атомная масса -Состав атома -Строение электронной оболочки атома (Задания аналогичные 1-3 даются для ... 4. Современная квантовая модель строения атома : (слайд 5) 7. Число нейтронов в атоме алюминия 28 Al: Для химии большое значение имеет строение электронной оболочки атома. Иллюстрация. Строение атома алюминия. Коллекция образовательных ресурсов. Методические материалы, программные средства для учебной деятельности и организации учебного процесса. Электронные издания. Атом водорода физико-химическая система, состоящая из атомного ядра , несущего элементарный положительный электрический заряд , и электрона , несущего элементарный отрицательный электрический заряд. Для химических свойств характерно взаимодействие частиц между собой (в том числе с превращением в другие частицы) без изменения строения атомов, входящих в эти частицы. Схема электролитического получения алюминия. Изобразите схему строения атома, электронную и электронно-графическую формулу химического элемента 13. Строение атома, ПС, химическая связь. При бомбардировке алюминия нейтронами образовались ядра атомов гелия и изотоп некоторого элемента: Схема распределения электронов по энергетическим уровням у этого элемента: Атомы химических элементов бора и алюминия имеют одинаковое число. 1) уменьшается заряд ядер атомов 2) увеличивается число электронов во внешнем электронном слое 3) уменьшается электроотрицательность 4) уменьшается радиус атомов 5) усиливаются металлические свойства. Строение атома. В пособии Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева (длиннопериодная) для каждого элемента указаны: символ и название, порядковый номер, относительная атомная масса, конфигурация валентных электронов, температура плавления простого вещества, радиус атома. Часто связаны с известными именами или обстоятельствами, появи- лись задолго до того, как было установлено строение атома. Уравнение (4) следует осмыслить и запомнить, так как оно является одной из основ понимания электронного строения атома.

характеристики, электронная формула, составление графического изображения

Первое место среди известных металлов, находящихся в земной коре, занимает тринадцатый элемент в периодической таблице Менделеева — алюминий. Строение атома позволяет элементу обладать высокой электропроводностью и пластичностью. До момента открытия промышленного способа создания вещества оно стоило дороже золота. Из-за высокой сопротивляемости коррозии и низкого веса металл нашёл широкое применение в строительстве, быту, электрике и даже фармацевтике.

Физические и химические свойства

Процесс получения алюминия несложен. Современный способ разработал американский учёный Чарльз Холл. Что интересно, немного позже этот метод использовал французский химик Поль Эру, незнакомый с исследованиями американца. Суть создания алюминия заключается в растворении оксидированного алюминия в растворе криолита. Затем в жидкость погружают графические электроды. Недостаток метода заключается в больших затратах электроэнергии, поэтому активно он начал использоваться только в начале двадцатого века.

К полезным свойствам алюминия относят его небольшую плотность — она втрое меньше, чем у железа и меди. Материал характеризуется довольно хорошей прочностью, имеет коррозийную стойкость и неплохую теплопроводность. Из-за своих характеристик он нашёл широкое применение как технический материал.

Отсутствие вредных примесей для человеческого организма в веществе, податливость к штамповке и лёгкость позволили применять элемент при изготовлении промышленной и бытовой фольги, кухонной посуды.

В природе алюминий содержится только в минералах.

Его можно извлечь из следующих соединений:

  1. Гидроокисла — Al2O3 * h30. Бокситы представляют собой глиноподобную массу. Это одна из наиболее важных руд алюминия.
  2. Алюмосиликата калия и натрия — (Na, K) AlSiO4. Породообразующий материал (элеолит) с шестиугольной кристаллической системой.
  3. Квасцового камня — KAl3 (SO4)2 (OH)6. Алунит образовывается при воздействии сернокислых вод с силикатами, что создаёт окись алюминия.
  4. Корунда — Al2O3. Кристаллический глинозём с высокой твёрдостью.
  5. Силиката — Al2O3. Породообразующий материал, содержащий порядка 19% оксида алюминия в своём составе.

Кроме этого, элемент можно извлечь из каолина, известняка, магнезита. В химических реакция вещество проявляет себя как восстановитель. С галогенами при температуре 20−24 градуса по Цельсию он образовывает галогениды: 2Al + 3Cl2 = 2AlCl3. С другими веществами создаёт бинарные соединения. Например, Al + P = AlP, 4Al + 3C = Al4C3, 2Al+ 3F2 = 2AlF3. При взаимодействии этих соединений с водой образуются гидроксиды и летучие водородные соединения.

С металлами формирует сплавы с интерметаллическими соединениями.

При взаимодействии с кислотами результатом реакции становятся соли. Очищенный алюминий от оксида вступает в активную реакцию с водой: 2Al + 6 h3O = 2 Al (OH)3 + 3h3.

Характеристики элемента

Алюминий — элемент семейства лёгких металлов, уступающий в распространённости только кислороду и кремнию. В периодической таблице он располагается на тринадцатом месте, имеет серебристо-белый цвет. Общепринятое химическое обозначение — Al (от латинского слова aluminium).

Вещество имеет следующие характеристики:

  1. Относительная атомная масса — 26,981538. Показывает, во сколько раз атом алюминия превышает вес атомной единицы массы, принятой равной 1,67 * 10-27 килограммов.
  2. Атомный номер — 13. Обозначает число протонов в ядре вещества равное количеству электронов, вращающихся вокруг атома.
  3. Радиус атома — 143 пикнометра. Определяется расстоянием между ядром и самой удалённой орбитой элемента.
  4. Ковалентный радиус — 121 пикнометр. Расстояние между ядрами, формирующими ковалентную связь и делённое на 2.
  5. Электронная формула атома алюминия — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Число электронов в оболочках в соответствии с энергетическим состоянием.
  6. Фазовые температуры — при достижении 660 градусов по Цельсию происходит плавление, а при 2518 °C закипание.
  7. Способность атомов удерживать электроны (электроотрицательность) — 1,61 по Полингу.
  8. Степень окисления — 3,0. Находится по числу электронов, смещённых от или к атому.
  9. Плотность — 2,7 г/см3. Отношение массы алюминия к его объёму.
  10. Молярный объем = 10,0 см3/моль. Определяется отношением объёма вещества к количеству.

Впервые искусственно алюминий был создан в 1825 году. Получить его сумел датский учёный Эрстед. В ядре вещества содержится 13 протонов и больше на один нейтронов. Всего же массовое число равняется 27. Электроны располагаются на трех энергетических уровнях. На первом размещены 2 электрона, на втором 8 (три пары), а на третьем 3. Такое положение соответствует записи: +13Al)2)8)3.

При этом если атом возбудить, то в этом состоянии все три элемента могут быть отданы, тем самым достигая степени окисления +3 или вызывать образование ковалентных связей. Отсюда следует, что валентность алюминия равняется трём. В природе вещество встречается в глине, слюде, корунде. Взаимодействует со многими элементами, а вот с водородом нет.

При соприкосновении с кислородом образует оксидную плёнку, препятствующую реакциям с водой и азотной и серной кислотой.

Электронная конфигурация

Алюминий можно найти в таблице Менделеева в третьей группе главной подгруппы. Распределение зарядов по орбитали описывается как 1s22s22p63s23p1. Алюминий в периодической таблице имеет тринадцатый номер, так как атом элемента состоит из тринадцати электронов. В электронной конфигурации сумма верхних индексов как раз и составляет это число: 2+2+6+2+1 =13.

Другими словами, верхние индексы показывают количество заряда, распределённого по слоям и орбиталям. Если изобразить схему строения электронной оболочки атома алюминия, можно отметить, что последним заполняемым слоем будет р-орбиталь. А это значит, что вещество принадлежит семейству р-элементов.

Алюминий расположился в третьем периоде. Это значит, что у него 3 электронных слоя. На первом находится s-орбиталь, 3 орбитали расположились на p-слое, и 5 на d-орбитали. На 3d-орбитали пусто, на неё электронов не хватило. На каждом слое не может быть более двух электронов. Заполняются же орбиты, начиная со слоев с меньшей энергией. Теоретически существует возможность возбужденного состояния для атома элемента за счет существования свободной 3d-орбитали. Однако распаривания ионов 3s-подуровня на практике не происходит.

Сначала электроны размещаются в первом слое, потом во втором, а уже затем в третьем. Орбитали каждого слоя заполняются с использованием принципа меньшей энергии. Так, сначала закрывается s-орбиталь, затем каждой орбитали достаётся по одному электрону, а затем по второму. Если их хватает, заполняются оставшиеся внешние р-орбитали.

В атоме алюминия полностью заполняются орбитали первых двух электронных слоев. На первом размещается 2 электрона, а на втором 8 носителей заряда. Два размещаются на s-орбиталь и по 2 на 3 р-орбитали. На третий слой переместятся 3 электрона: 13 — 8 — 2 = 3.

В соответствии с законом сначала до предела зарядами заполняется s-орбиталь третьего слоя, а на три р-орбитали хватает только 4 электрона. Из них 3 элементарные частицы занимают свою орбиталь, а после одна из р-орбиталей приобретает парный электрон.

Составление строения

На уроках химии в седьмом классе ученикам показывают, как графически изображают электронные формулы различных элементов. При составлении конфигураций учитывают правила Паули и Клечковского (Хунда). Модель записывается для атомов, находящихся в возбуждённом состоянии. При составлении учитывают, что порядковый номер периода элемента определяет количество энергетических оболочек, а порядок — число носителей заряда.

Беря во внимание, что согласно правилу Клечковского, энергетические уровни заполняются в соответствии с порядком возрастания главного и орбитального квантового числа, используют формулу n + 1. Так, действует следующее правило: 1 s < 2 s < 2 p < 3 s < 3 p < 4 s ≈ 3 d < 4 p < 5 s ≈ 4 d < 5 p < 6 s ≈ 5 d ≈ 4 f < 6 p. Перемещение атомов происходит согласно запретному принципу. Сформулировал его Паули. Он утверждал, что на одной орбитали могут разместиться только 2 иона, отличные квантовым числом спина.

Из его утверждения следует, что количество электронов на энергетических уровнях соответствует квадрату главного квантового числа, умноженному на 2. Форма обозначения подразумевает, что главное квантовое число обозначают арабской цифрой. Затем записывают букву, определяющую энергетический подуровень, характеризующий орбитальное квантовое число. Верхний индекс указывает на число электронов, формирующих подуровень.

При заполнении энергетических подуровней следует придерживаться правила Хунда. В соответствии с ним, частицы стремятся достигнуть наибольшего суммарного спина. Для валентных ионов алюминия электронно-графическая формула изображается с использованием квадратов и стрелок. Ячейки обозначают орбитали, а стрелки — спины. В одном квадрате не может быть больше двух электронов.

На первом уровне (s) для алюминия рисуют один квадрат с двумя стрелками. На втором (p) нужно изобразить 4 квадрата с заполненными стрелками.

На заполнение третьего уровня остаётся только 3 электрона, поэтому на последнем уровне (d), будет нарисовано только 2 квадрата, при этом во второй помещена только одна стрелка.

ТЕСТ Строение электронных оболочек атомов

ТЕСТ

Строение электронных оболочек атомов.

Дополните.

1. Максимальное число электронов на третьем энергетическом уровне атома равно … .

2. Максимальное число электронов на s – орбитали равно … .

3. Название структурной части периодической системы, номер которой равен числу электронов на внешнем энергетическом уровне (для элементов главных подгрупп), - … .

Установите правильную последовательность.

4. Составьте схемы строения электронной оболочки атома алюминия:

А) подсчитать число электронов на первом энергетическом уровне;

Б) определить общее число электронов по порядковому номеру элемента;

В) определить число электронов на третьем энергетическом уровне по номеру группы;

Г) определить число энергетических уровней по номеру периода;

Д) подсчитать число электронов на втором энергетическом уровне по формуле.

Установите соответствие.

5. Электронная формула:

2 2 6 1 2 2 2

1) 1s 2s 2p 3s 2) 1s 2s 2p

Химический элемент:

А) фтор В) углерод

Б) натрий Г) фосфор

6. Химический элемент:

1) литий 2) фосфор 3) кальций

Число электронов на внешнем энергетическом уровне:

А) 6 В) 1 Д) 3

Б) 5 Г) 4 Е) 2

7. Общее число s- и p – электронов в атоме:

1) 1 и 0 2) 4 и 1

Химический элемент:

А) литий В) неон

Б) водород Г) бор

Выпишите номер правильного ответа.

8. Пара химических элементов с завершенным внешним энергетическим уровнем:

1) гелий и фосфор 3) алюминий и неон

2) фосфор и алюминий 4) неон и гелий

9. В атоме с увеличение порядкового номера элемента в периоде периодической системы:

1) возрастает число энергетических уровней и число электронов;

2) возрастает число электронов и не изменяется число энергетических уровней;

3) не изменяется число энергетических уровней и убывает число электронов;

Убывает число электронов и возрастает число энергетических уровней.

Химия 8 класс. Урок 9. Вариант 2.

ТЕСТ

Строение электронных оболочек атомов.

Дополните.

1. Максимальное число электронов на втором энергетическом уровне атома равно … .

2. Максимальное число электронов на p – орбитали равно … .

3. Название структурной части периодической системы, номер которой равен числу энергетических уровней атома, - … .

Установите правильную последовательность.

4. Составьте схемы строения электронной оболочки атома хлора:

А) подсчитать число электронов на первом энергетическом уровне;

Б) определить общее число электронов по порядковому номеру элемента;

В) определить число электронов на третьем энергетическом уровне по номеру группы;

Г) определить число энергетических уровней по номеру периода;

Д) подсчитать число электронов на втором энергетическом уровне по формуле.

Установите соответствие.

5. Электронная формула:

2 2 6 2 3 2 2 5

1) 1s 2s 2p 3s 3p 2) 1s 2s 2p

Химический элемент:

А) фтор В) углерод

Б) натрий Г) фосфор

6. Химический элемент:

1) алюминий 2) углерод 3) сера

Число электронов на внешнем энергетическом уровне:

А) 6 В) 1 Д) 3

Б) 5 Г) 4 Е) 2

7. Общее число s- и p – электронов в атоме:

1) 3 и 0 2) 4 и 6

Химический элемент:

А) литий В) неон

Б) водород Г) бор

Выпишите номер правильного ответа.

8. Пара химических элементов с незавершенным внешним энергетическим уровнем:

1) гелий и фосфор 3) алюминий и неон

2) фосфор и алюминий 4) неон и гелий

9. В атоме с увеличение порядкового номера элемента в пределах группы периодической системы:

1) возрастает число энергетических уровней и число электронов;

2) возрастает число электронов и не изменяется число энергетических уровней;

3) не изменяется число энергетических уровней и убывает число электронов;

Убывает число электронов и возрастает число энергетических уровней.

Алюминий строение электронных оболочек - Справочник химика 21

    Элементы бор, алюминий, галлий, индий и таллий. Строение их атомов и внешняя электронная оболочка. Отличие бора от других элементов группы. [c.219]

    Рассмотрим возможные причины сходства элементов. Сходство элемента с его соседями сверху и снизу есть внутригрупповое сходство элементов-аналогов оно обусловлено прежде всего близким строением самых внешних электронных оболочек. Наибольшее сходство и изоморфизм проявляют тяжелые аналоги с близким строением внешних электронных оболочек, например калий и рубидий, серебро и золото, кальций и стронций, цинк и кадмий, скандий и иттрий, иттрий и гадолиний-лютеций, цирконий и гафний, ниобий и тантал, железо и никель, кобальт и никель и т. д. Значительные же различия свойств элементов-аналогов в высших валентных состояниях, когда все электроны уходят с внешней оболочки, большей частью обусловлено несходством строения внешних оболочек ионов (литий и натрий, бериллий и магний, бор и алюминий, углерод и кремний и т. д.). [c.158]


    Согласно формальной классификации, с учетом строения электронной оболочки, алюминий относится к числу р-элементов, так как (см. выше) электронная оболочка его изолированного нейтрального атома имеет строение ls 2s 2p 3s 3p т. е. собственный электрон алюминия начинает Зр-электронный подуровень. Потеряв наружные Зх Зр -элект-роны, алюминий становится трехзарядным ионом с благородногазовой электронной подкладкой (2s 2p ), что и определяет валентные отношения алюминия. Ион А1 + изоэлектронен с ионами соседних по периоду элементов II и I группы Mg + и Na+. Однако благодаря большему за- [c.52]

    По строению электронной оболочки атомов к металлам относят все s-элементы, кроме водорода и гелия, все d- и f-элементы и ряд р-элементов — алюминий, олово, свинец и др. Металлы в конденсированном (жидком или твердом) состоянии обладают способностью к отражению света, высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и текучестью. Они имеют сравнительно высокие температуры плавления и кипения. Эти специфические свойства металлов объясняются наличием у них особого типа химической связи, получившей название металлической связи. Атомы металлов содержат на внешнем энергетическом уровне небольшое количество электронов, которые достаточно слабо связаны со своим ядром, В то же время атомы металлов имеют много свободных валентных орбиталей. Эти орбитали отдельных атомов перекрываются друг с другом, обеспечивая электронам способность свободно перемещаться между ядрами во всем объеме металла. Следовательно, в кристаллической решетке металлов электроны обобществлены. Они непрерывно перемещаются между положительно заряженными ионами, которые расположены в узлах кристаллической решетки. При этом сравнительно небольшое число обобществленных электронов ( электронного газа ) связывает большое число ионов, [c.116]

    Строение электронных оболочек атомов и ионов позволяет объяснить и предсказать действия многих реагентов. Если рассмотреть деление периодической системы на четыре блока (s-блок, р-блок, d-блок и f-блок), элементы -блока и /-блока образуют комплексные соединения. Для них также характерно взаимодействие с органическими реагентами и образование большого числа окрашенных соединений. Цирконий и торий (d- и /-блок) образуют с арсеназо 1П устойчивые комплексные соединения зеленого цвета. Магний и алюминий (s-и р-блок) не взаимодействуют с арсеназо П1. В s-блоке расположены элементы, в которых строится s-оболочка над электронной структурой инертного газа — это щелочные и щелочноземельные элементы. Элементы s-блока [c.283]


    К р-элементам 1ИА-подгруппы периодической системы относятся элементы бор (В), алюминий (А1), галлий (Оа), индий (1п), таллий (Т1). Строение внешних электронных оболочек их атомов (см. 4.4) ns p (в невозбужденном состоянии) и п р р (в возбужденном состоянии). Бор (первый р-элемент), галлий, индий, таллий объединяются в подгруппу галлня. [c.270]

    Свойства атомов. Энергии ионизации изменяются в 1ПА-подгруппе немонотонно (табл. 17.2). Это объясняется строением электронных оболочек атомов. Хотя электронные формулы валентных подуровней одинаковы для всех элементов подгруппы пв пр , строение электронных остовов их атомов сильно различается. В отличие от металлов 1А- и ПА-подгрупп, у которых атомные остовы описываются электронными формулами, характерными для атомов благородных газов, в ША-подгруппе такие остовы имеют только бор и алюминий. У галлия и индия атомные остовы завершаются заполненными ( -подуровнями, а у таллия — ( -и /-подуровнями. [c.310]

    Поведение элементов III группы хорошо объясняется строением электронной оболочки атомов. Эти атомы содержат в своей валентной оболочке три электрона два на s-орбитали и один на р-орбитали. Заполнение внешней оболочки пятью электронами с образованием отрицательного иона, имеющего электронную конфигурацию ближайшего в периодической таблице инертного газа, невозможно, поскольку заряд ядра недостаточен для связывания такого большого числа электронов. Наоборот, могут быть отданы три валентных электрона с образованием положительных ионов (которые у Ga, In и Т1 не имеют электронной конфигурации инертного газа). Поэтому алюминий и остальные элементы III группы образуют преимущественно положительные трехвалентные ионы и, следовательно, обладают металлическим характером. (Вследствие своего сравнительно малого объема и большого заряда ион алюминия сильно гидратирован.) [c.574]

    Свойства элементов и их соединений. Галлий, инднй, таллий, как и лантаниды, относятся к III группе Периодической системы Д. И. Менделеева. Они находятся в главной подгруппе и являются аналогами алюминия. В основном электронном состоянии атомы этих элементов имеют строение внешних электронных оболочек Три электро- [c.212]

    Ион алюминия в основном состоянии имеет электронное строение Ь 2х 2р , и орбитали его валентной оболочки при изображении по методу орбиталей-ячеек выглядят следующим образом  [c.414]

    Адсорбционные свойства окислов металлов в значительной степени определяются расположенными на их поверхности атомами металла. В случае окислов переходных металлов адсорбция молекул на этих центрах может сопровождаться образованием различных типов связей, зависящих прежде всего от строения -электронной оболочки атомов металла [73]. На окиси алюминия, алюмосиликагеле и декатионированных цеолитах поверхностные атомы алюминия вследствие их резко выраженного электроноакцепторного характера образуют с кислород- и азотсодержащими соединениями прочную донорно-акцепторную связь [3, 27, 68, 74—76]. Способность к образованию такой связи, как показано в проведенном [c.128]

    Ион А1 +, в отличие от ионов 8Ьз+ и В1з+, имеет 8-электронную оболочку, поэтому соли его гидролизуются несколько в меньшей степени, pH водных растворов солей алюминия около 4. Из двух ионов, имеющих одинаковые электронные оболочки, в большей степени отталкивать протоны гидратной оболочки будет тот, у которого больше заряд. Например, ионы 5п2+ и 5Ьз+ имеют одинаковое строение электронной оболочки (см. табл. 1), но склонность к гидролизу больше у солей 5Ьз+. [c.58]

    Исходя из положения алюминия в периодической системе элементов, нарисуйте схему строения электронных оболочек атома алюминия и его трехзарядного катиона. [c.59]

    Одинаковое строение внешней электронной оболочки атома бора и алюминия обусловливает сходство в свойствах этих элементов. Так, для алюминия, как и для бора, характерна только степень окисления +3. Однако при переходе от бора к алюминию сильно возрастает радиус атома (от 91 до 143 пм) и, кроме того, появляется еще один промежуточный восьмиэлектронный слой, экранирующий ядро. Все это приводит к ослаблению связи внешних электронов с ядром и к уменьшению энергии ионизации атома (см. табл. 15.2). Поэтому у алюминия металлические свойства выражены гораздо сильнее, чем у бора. Тем не менее химические связи, образуемые алюминием с другими элементами, имеют в основном ковалентный характер. [c.400]

    Особенности строения трех внешних электронных оболочек могут быть отражены путем сдвигов элементов в периодической системе Менделеева, которая в этом случае приобретает вид, представленный в табл. 11 (короткая форма) и табл. 10 (развернутая форма). В этих таблицах смещения элементов-аналогов из вертикальных столбцов характеризуют, с одной стороны, различия их строения и свойств (бор и алюминий, углерод и кремний и т. д.), а с другой, они символизируют сближение свойств элементов разных подгрупп одной и той же группы, например алюминия и скандия, кремния и титана и т. д. Эти же смещения указывают на сближение свойств элементов соседних групп в одном диагональном направлении (например, лития с магнием, бериллия с алюминием, бора с кремнием и т. д.) и на отдаление свойств элементов в другом диагональном направлении (например, магния с бором, алюминия с углеродом, кремния с азотом, ниобия с хромом, молибдена с марганцем и т. д.). [c.159]


    По химическому поведению галлий близок к алюминию с учетом особенностей строения внешней электронной оболочки. Подобно алюминию, галлий на воздухе покрывается плотной оксидной пленкой СагОз и поэтому практически не изменяется. С галогенами реагирует на холоду. Образуются белого цвета соединения, молекулы которых димеризованы, например  [c.319]

    Из сделанного обзора строения атомов первых 20 элементов периодической системы можно сделать чрезвычайно важные выводы. У атомов водорода и гелия, входящих в п е р в ы й период периодической системы Д. И. Менделеева, имеется одна электронная оболочка, причем образование этой оболочки начинается у водорода, первого элемента этого периода, и кончается у гелия, последнего элемента этого периода. У атомов лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода, фтора и неона, входящих во второй период периодической системы, имеются две электронные оболочки, причем образование второй оболочки начинается у лития, первого элемента этого периода, и кончается у неона, последнего элемента этого периода. У атомов натрия, магния, алюминия, кремния, фосфора, серы, хлора и аргона, входящих в третий период периодической системы, имеются три электронные оболочки, причем образование третьей электронной оболочки начинается у натрия, первого элемента этого периода, и кончается у аргона, последнего элемента этого периода. У атома калия, начинающего четвертый период периодической системы, начинается образование четвертой электрон- [c.212]

    Если следовзть формзльному принципу отнесения элементов больших периодов к главной или побочной подгруппе, основанному на строении электронной оболочки нейтрального (изолированного) атома элемента [2], то аналогами алюминия следует считать элементы под- [c.49]

    Третья группа. Для элементов подгруппы бора (за исключением таллия) характерна степень окисления +3. Последней соответствуют соединения Э(ОН)з. Происходит дальнейшее ослабление (от I группы к И, от И к П1) основных свойств. Если LiOH—основание, а Ве(0Н)2 — амфотерное соединение, то В(ОН)з —кислота. Таким.образом, при переходе к третьей группе мы впервые встречаемся с элементом, образуюш,им кислоту (этим бор отличается и от всех элементов И1 группы), и с иэополикислотами, которые также характерны для бора. В соответствии с увеличением радиусов ионов элементов ВН ряду А1(0Н)з —Т1(ОН)д происходит усиление основных свойств. Если 6а(ОН)з отличается практически одинаковой степенью диссоциации с отщеплением ионов 0Н и Н+, то у 1п(0Н)з несколько преобладают основные свойства, а у Т1(0Н)з амфотерные свойства выражены очень слабо. Обращает на себя внимание очень медленное усиление основных свойств в этом ряду соединений. Это объясняется тем, что если атомы элементов третьей главной подгруппы являются электронными аналогами (их внешний электронный слой имеет строение s p), то ионы В + и А1 + сильно отличаются от Ga +, и ТР+. Первые имеют наружные оболочки атомов благородных газов, а вторые — 18-электронные оболочки, содержащие 10 d-электронов. Вследствие этого увеличение радиусов ионов после алюминия становится менее значительным, что и приводит к медленному усилению основного характера соединений. Здесь, так же как и в предыдущей группе, наблюдается диагональное сходство амфотерные гидроксиды А и Ве близки по свойствам. [c.91]

    Конфигурация внешних электронных оболочек атома алюминия 3s 3p. Характерной степени окисления - -3 соответствует строение 2,зЗрхЗ[Уу  [c.338]

    Гал.лий, индий и таллий по своему атомному строению соответствуют бору и алюминию, поскольку у них у всех одинаковая конфигурация внешней электронной оболочки (два s-электрона и один р-электрон). От бора и алюминия они, однако, отличаются, поскольку у них вслед за уровнем s p следует не уровень (оболочка инертного газа), а уровень (см. табл. II в приложении). Эта особенность строения влияет на свойства и поведение как свободных элементов, так и их соединений. [c.363]

    Ионы с более высоким зарядом образуют менее растворимые соединения, чем ионы с меньшим зарядом. Например, растворимости Ре(ОН)з и Ре (ОН) 2 соответственно равны 5,8-10- и 6,3-10 моль/л. Ионы Mg2+ и АР+ имеют одинаковое строение электронных оболочек, но растворимость солей алюминия меньше, чем солей магния, например растворимость AIPO4 равна 7,5-10- ° моль/л, а растворимость Mgs(P04)2 составляет 3,1 10-3 моль/л. [c.17]

    АЛЮМИНИЙ (Aluminium) Al. — химич. элемент III гр. периодич. системы Менделеева п. н. 13, ат. в. 26,98. Состоит из одного стабильного изотопа А1> (100%). Известно неск. искусств, радиоактивных изотопов, из к-рых большинство короткоживущие. Единственно пригодным для индикаторных исследований является изомер А1 (T i =10 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов А. 0,215 барн. Внешняя электронная оболочка атома А. имеет строение 3 2 Зр. Потенциалы ионизации (в зв) А1 —. [c.74]

    Конфигурация внешней электронной оболочки агома алюминия зЛр. Характерной степени окисления +3 соответствует строение 3i3p,3/  [c.351]

    Используя представления о кайносимметрии, можно выделить более тонкий вид электронной аналогии, так называемую слоевую аналогию (в дополнение к групповой и типовой аналогии). Слоевыми аналогами называют элементы, которые являются типовыми аналогами, но не имеют внешних или предвнешних кайносимметричных электронов. К таким аналогам относятся, например, в IA-группе К, Rb, s и Fr, а Li и Na не являются слоевыми аналогами с остальными щелочными металлами, поскольку у Li присутствует внешняя кайносимметричная 2р-оболочка (вакантная), а у Na кайносимметрнчная заполненная 2р-оболочка является предвнеш-ней. В ПА-группе слоевыми аналогами являются щелочно-земельные металлы (подгруппа кальция), а в П1А-группе — элементы подгруппы галлия и т. д. С точки зрения электронного строения слоевые аналоги являются между собой полными электронными аналогами. Поэтому рассматривать химические свойства элементов группы мы будет в такой последовательности первый типический элемент, второй типический элемент, остальные элементы главной подгруппы, элементы побочной подгруппы. Например, в И1 группе отдельно рассматриваются бор, алюминий, подгруппа галлия, подгруппа скандия в V группе — азот, фосфор, подгруппа мышьяка, подгруппа ванадия п т. п. [c.15]

    Общий характер взаимодействия ионов металлов с различными органическими реагентами в большой степени зависит, как уже сказано, от природы и заряда ионов металлов, в первую очередь от строения их электронных оболочек. Ионы, распределение электронов в которых близко к распределению электронов в атомах ртнертных газов, легче взаимодействуют с реагентами, у которых активными, т. е. участвующими в комплексообразовании с метал-Jroм, являются атомы кислорода. Сюда относятся щелочные и щелочноземельные металлы, элементы подгруппы титана, алюминий, скандий. Склонность к взаимодействию с кислородом проявляют также лантапиды и актиниды., имеющие иную электронную структуру. Элементы этой группы дают комплексы и с азотом, но, как правило, для них нехарактерно взаимодействие с серой. [c.17]

    И еше вот на что хотелось бы обратить внимание. Мы уже не раз подчеркивали на примере фторидов глубокую органическую связь теории с практикой. Она прослеживается и здесь строение атома, электроны, электронные оболочки, энергетические уровни... субфторид... промышленное производство сверхчистого алюминия для нужд новой техники. [c.132]

    В ионных соединениях валентность элемента можно определить как число электронов, отдаваемых или захватываемых при образовании ионов с внешней электронной оболочкой инертного газа. Пусть, например, алюминий и кислород образуют ионное соединение — окись алюминия. Атомы алюминия (III группа Периодической системы элементов) в нейтральном состоянии содержат во внешней электронной оболочке три электрона. Следующая, нижележащая оболочка тождественна внешней восьмиэлектронной оболочке неона. Следовательно, потеря трех электронов атомом алюминия приведет к тому, что оставшаяся его часть приобретет электронное строение неона. У атома кислорода — элемента VI группы Периодической системы — во внешней оболочке находится шесть электронов, т. е. для полной застройки восьмиэлектронной оболочки неона не хватает двух элементов. Таким образом, возникают ионы А1 + и Окись алюминия, очевидно, электроней- [c.299]

    Можно совместить подгруппы металлов, обладающих одинаковым числом внешних, относительно слабо связанных электронов на заполняющихся 5-, й- и /-нодоболочках, т. е. й- и /-переходных металлов и элементов главных подгрупп с заполняющимися р -оболочками, в основном (за исключением алюминия, таллия и свинца) полупроводниковых и неметаллических элементов. Такая заключительная операция приводит к классической таблице Менделеева (табл. И), но уже не с двумя, а с тремя подгруппами, возникающими в результате размещения в 6-м и 7-м периодах элементов с заполняющимися /-подоболочками, которым, как и переходным металлам с заполняющимися -подоболочками в обычной таблице, необходимо дать определенные смещения для отражения специфических особенностей их электронного строения и свойств. Такое размещение лантаноидов и актиноидов без нарушения последовательности возрастания атомных номеров и с распределением их по группам в соответствии с периодичностью заполнения электронных оболочек точно отвечает периодическому закону Менделеева. [c.43]

    Чрезвычайно ярко проявляются отклонения, обусловленные различием строения внутренних электронных оболочек, в аналитическом поведении элементов подгруппы Illa. Бор, который обладает электронной конфигурацией ls 2s 2j3 имеет преобладаюш ие электроотрицательные свойства и образует кислоты (Н3ВО3 и др.), проявляя себя в качестве типичного аниона. Алюминий, ион которого АР+, имеет внешнюю конфигурацию 2s 2j9 , образует слабо основную и труднорастворимую гидроокись, выделяющуюся при действии сульфида аммония. На этом основании и по другим признакам алюминий относится к III аналитической группе, возглавляя первую ее подгруппу (см. табл. 19 и 20). Галлий и индий, ионы которых Ga + и 1п + имеют внешние конфигурации 3d и обычно [c.103]

    Распределение по фазам зависит от строения внешних электронных оболочек атома. Но распространенность химических элементов в данной системе в известной степени оказывает определенное влияние на распределение но фазам. Наиболее распространенными элементами, как мы видели, являются четно-четные О, 81, 8, Ее, Mg. В метеоритном веществе они об разуют три главных фазы, причем превалирует силикатная фаза, благодаря большому содержанию О и 81, затем железная фаза из-за значительного содержания Ее и, наконец, сульфидная фаза, в связи с заметным содержанием 8. Но представим на момент, что кислород в составе метеоритного вещества отсутствует, окисные соединения, силикаты и другие не образуются, все химические элементы встречаются лишь в виде сульфидов кремния, алюминия и т. п. Обратно — при отсутствии 8 все металлы, которые мы обычно видим в качестве сульфидов, превратились бы в окиси 8Ь, В1, РЬ, 8п и т. д. Таким образом, первичное распространение только двух элементов О и 8 и их соотношения задают характер распределения всех других элементов по этим превалирующим фазам или по главным руководящим элементам. Вот почему Гольдшмидт и предложил первую, по существу геохимическую классификацию химических элементов. До того геохимики пользовались только химической классификацией — редкие земли, нейтральные газы, благородные металлы и т. п. Он выделил группу сидерофиль-ных элементов, образующих с железом непрерывные твердые растворы, [c.209]


2.2. Строение атома и атомные спектры

Все современное учение о спектрах электромагнитного излучения базируется на квантовой теории, согласно которой атомная система является устойчивой лишь в определенных стационарных состояниях, соответствующих некоторой дискретной или непрерывной последовательности значений энергии (Е).

Устойчивость атома в каждом конкретном энергетическом состоянии обосновывается волновой механикой.

При рассмотрении с корпускулярной точки зрения движение электрона выглядит как движение "шарика" массой по круговой орбите радиусаr. Так как

Сложное движение электрона можно представить как сумму трех простых: вращение электрона вокруг ядра по орбите, вращение плоскости орбиты и вращение электрона вокруг своей оси. Каждое из этих трех вращательных движений характеризуется собственным квантовым числом. Внутренняя энергия атома зависит от всех трех движений, поэтому каждый уровень определяется тремя квантовыми числами.

Вращение электрона по орбите определяется главным квантовым числом n, который может принимать значения 1, 2, 3… При n=1 на орбите укладывается одна волна поэтому ее длина минимальна и, следовательно, минимально расстояние этой орбиты от ядра. С увеличением n расстояние до орбиты увеличивается. Однако разность энергии между соседними уровнями все время уменьшается , так как сила притяжения электрона к ядру с ростом расстояния между ними быстро ослабевает. Электроны с одним и тем же квантовым числом n находятся примерно на одинаковом расстоянии от ядра и образуют электронную оболочку. Оболочки обозначаются латинскими буквами.

1 оболочка (n=1) – К-оболочка;

2 оболочка (n=2) – L-оболочка;

3 оболочка (n=3) – M-оболочка;

4 оболочка (n=4) – N-оболочка;

5 оболочка (n=5) – O-оболочка;

6 оболочка (n=6) – P-оболочка.

Чем ближе оболочка, тем больше энергия связи электрона с ядром. Для n-й оболочки энергия

(3)

а ее радиус равен

(4)

Форма орбиты и характер ее движения определяется орбитальным квантовым числом l, которое может принимать значения от 0 до n-1прии т.д.

Энергии электронов с разными значениями l немного различаются. Следовательно, каждая оболочка разделяется на подуровни, каждый подуровень также обозначается латинскими буквами.

l=0 – s-подуровень;

l=1 –p-подуровень;

l=2 – d-подуровень;

l=3 – f-подуровень и т.д.

Так например уровень с n=3 и l=1 имеет обозначение 3р.

Система уровней атома имеет вид, представленный на рис. 2. Уровни с разными значениями орбитального квантового числа l для удобства несколько сдвигают на схеме.

Рис. 2. Система уровней атома

Более глубокими являются те линии, для которых сумма n+l имеет наименьшее значение. Если для двух уровней эти суммы равны, то более глубоким является уровень с меньшим значением главного квантового числа n.

Пример: 4s(n+l=4+0=4) – ниже, чем

3d(n+l=3+2=5) – ниже, чем

4р(n+l=4+1=5) – выше чем 3d, т.к. n=3.

Вращение электрона вокруг своей оси называется спином. Возможны всего два направления вращения: совпадающее с направлением вращения электрона по орбите и противоположное. Каждое из этих состояний описывается спиновым квантовым числом s, которое может принимать только два значения и. Разность энергий для этих состояний составляет один квант. Следовательно, каждый уровеньnl расщепляется на два мало отличающихся уровня с разными спинами.

Три квантовых числа n, l, s определяют энергию любого уровня. При движении электрона по орбите создается собственное магнитное поле электрона, которое зависит от формы и движения орбиты, т.е. от орбитального числа l. Следовательно, если атом поместить в сильное магнитное поле, то оно будет взаимодействовать с магнитным полем электрона и изменять его энергию.

Магнитное поле атома может иметь только определенные направления относительно внешнего поля. Каждому положению соответствует свое магнитное квантовое число m, которое может изменяться от +l до –l. Так при l=2, m=+2;+1;0;-1;-2. При отсутствии внешнего поля, расщепления l подуровней не происходит.

При заполнении электронных слоев выполняется принцип Паули, согласно которому в атоме не может быть 2-х электронов с одинаковым значением всех квантовых чисел. Из этого следует, что на каждой орбитали, характеризующейся определенными значениями главного (n), орбитального (l) и магнитного (m) квантовых чисел, может находиться не более 2-х электронов, спины которых имеют противоположные знаки.

Рассмотрим несколько примеров.

Атом водорода: z=1. Следовательно всего 1 электрон, n=1 – первая (К-оболочка). Для нее орбитальное квантовое число имеет только одно значение l=0, т.е. расщепления К-оболочки не происходит, m=0 – тоже расщепления нет. Спиновое квантовое число s всегда имеет два значения и. Следовательно, на К-оболочке могут находиться 2 электрона с разными спинами. Следовательно, единственный электрон будет находиться на К-оболочке.

Для всех других атомов на К-оболочке может находиться не более двух электронов. Распределение электронов в атоме алюминия показано на рис. 3.

Атом алюминия: z=13

  1. К-оболочка – 2 электрона

  2. L-оболочка – 8 электронов

n=2

  1. М-оболочка

n=3

- всего 18 электронов.

Рис. 3. Распределение электронов в атоме алюминия

Взаимодействие электронов сложных атомов между собой приводит к тому, что магнитные поля, образованные вращением отдельных электронов и их орбит, полностью компенсируют друг друга и общий магнитный момент атома (спин атома) равен нулю.

Энергия связи электрона с ядром максимальна для внутренних орбит и, следовательно, нужно затратить большую энергию для ионизации внутренних электронов. Так, например, энергия связи К-электронов в свинце равна 82кэВ. Энергии, выделяющейся в источниках света (несколько десятков кэВ) недостаточно для ионизации К-оболочки. Для этого необходимо использовать -излучение с энергией большей 82кэВ (или рентгеновское излучение от трубки с напряжением более 82кэВ).

Поэтому видимые спектры соответствуют ионизации верхних оболочек с малыми энергиями связи.

Например, при возбуждении Al можно не учитывать все электроны, кроме расположенного на уровне 3р. При возбуждении он может перейти на любой более высокий уровень. Такой электрон называют оптическим. В возбужденном состоянии атом находится в течение 10-8сек. Затем он отдает избыточную энергию и возвращается в исходное состояние, испуская квант света, энергия которого равна разности энергий уровня возбуждения и уровня 3р.

Полная энергия атома определяется количеством и расположением электронов в электронной оболочке. В исходном состоянии атом является устойчивым. Изменение энергии атомной системы связано со скачкообразным переходом системы из одного стационарного состояния в другое. В этом случае может происходить испускание либо поглощение кванта электромагнитной энергии. Наряду с этим существуют переходы без испускания или поглощения квантов электромагнитной энергии (безызлучательные переходы). Последние имеют место при соударениях рассматриваемой атомной системы с окружающими ее атомами, молекулами и т.п. Поскольку состояние системы обладает определенной энергией, то принято говорить об уровнях энергии и переходах между уровнями энергии (рис. 4).

Рис. 4. Графическое изображение уровней энергии и переходов между ними

Начало отсчета выбирается произвольно; за нуль, как правило, принимается состояние с наименьшей из всех известных состояний энергией, которое называют основным, или нормальным состоянием (уровнем), а все другие – возбужденными. Переходы между уровнями энергии показывают вертикальными линиями, а стрелками – их направления. Совокупность переходов из состояний с меньшими энергиями (нижние уровни) в состояния с большими энергиями относительно начальных (верхние уровни) дает спектр поглощения, с верхних на нижние – спектр испускания. В справочных изданиях часто приводятся диаграммы уровней энергии для атомных систем с указанием для наиболее используемых на практике переходов. Переходу между дискретными уровнями энергии соответствует определенная спектральная линия, характеризуемая в спектре значением длины волны. Каждый переход характеризуется вероятностью, которая может быть определена, если рассматривать элементарные процессы изменения энергии атомных систем как мгновенные и считать, что каждый переход может произойти в любой момент времени, независимо от остальных переходов.

При возбуждении атомов переход совершает обычно один из внешних электронов. Электроны, находящиеся на внутренних заполненных уровнях, можно не рассматривать. Наименьшую энергию атом имеет, когда он не возбужден. Для перевода электрона на более высокий уровень необходимо передать атому определенную энергию, которая измеряется в эВ и называется потенциалом возбуждения. В возбужденном состоянии атом находится недолго, около 10-8сек. Он стремится отдать избыточную энергию и возвратиться в невозбужденное состояние. Переход происходит или сразу на нулевой уровень, или постепенно с одного уровня на другой, более низкий. При переходе атом излучает фотон с определенной энергией, поэтому каждая спектральная линия имеет определенный потенциал возбуждения, равный энергии ее верхнего уровня.

Рассмотрим происхождение спектра алюминия, представленную на рис. 5. На данном рисунке не показаны внутренние заполненные уровни, которые не участвуют в образовании оптических спектров. Ближайшим возбужденным уровнем является 4s. Для того, чтобы перевести туда электрон, нужна энергия в 3,1эВ. С этого уровня электрон возвращается на нижний расщепленный уровень 3р. Это соответствует излучению линий с длиной волны 3944,1или линии 3961,5. Потенциал возбуждения этих линий один и тот же, 3,1эВ, так как они имеют общий верхний уровень. Если всем атомам сообщить такую энергию, то в спектре испускания появятся только эти две линии. Все другие линии в спектре алюминия имеют более высокие потенциалы возбуждения. Так, например, линии с=2652,5и 2660,4, которые образуются при переходе с уровня 5s на нулевой, имеют потенциал возбуждения 4,7эВ.

Наиболее легко возбуждаются линии с низким потенциалом возбуждения. Они обычно имеют наибольшую интенсивность, так как соответствующие им переходы электрона будут совершаться наиболее часто. Однако, несмотря на низкий потенциал возбуждения, некоторые линии в спектрах отсутствуют или имеют очень маленькую интенсивность. Такие линии являются запрещенными.

Рис. 5. Схема переходов в атоме алюминия

Установлены специальные правила отбора, которые позволяют найти запрещенные и разрешенные переходы электрона. Разрешенными оказываются те переходы, при которых квантовое число l меняется на единицу. Например переход с s–уровней на р, с р-уровней на s или в и т.д. Правила отбора объясняют отсутствие в спектре алюминия линии, соответствующей переходу с 4р на 3р и др.

Таким образом, наибольшую интенсивность имеют линии, имеющие низкий потенциал возбуждения и соответствующие разрешенным переходам. При уменьшении концентрации вещества в анализируемой пробе они исчезают из спектра после всех других линий данного элемента. Поэтому их называют последними. Для алюминия последними будут четыре линии: 3961,5, 3944,1(переход 4s3р), 3092,7и 3082,2(переход 3d3р).

Спектральные линии, которые соответствуют переходу на нулевой уровень, называют резонансными. Они появляются и в спектрах поглощения. Большинство последних линий являются резонансными.

При увеличении энергии возбужденного атома электрон переходит на более высокие уровни. Его связь с ядром ослабевает. Если сообщить атому достаточно большую энергию, то можно полностью удалить электрон. Наименьшая энергия, необходимая для ионизации невозбужденного атома, называется потенциалом ионизации и измеряется в эВ. Потенциал ионизации больше, чем потенциал возбуждения любой спектральной линии в нейтральном атоме. Величина потенциала ионизации зависит от силы притяжения электрона к ядру. В каждом периоде таблицы Д.И.Менделеева при переходе к более тяжелым элементам потенциал ионизации увеличивается, а в каждой группе уменьшается. Поэтому самый низкий потенциал ионизации – 3,9эВ у цезия, расположенного в левом нижнем углу периодической системы, а самый высокой – 24,6эВ у гелия, который находится в правом верхнем углу.

В настоящее время измерены длины волн многих спектральных линий всех доступных элементов. В таблицах обычно приводят только часть известных линий. Теоретически число линий в спектре любого элемента бесконечно велико. Однако практически возбуждается только ограниченное число линий. Число наблюдаемых линий в спектре зависит от расщепления сложных уровней на простые. При расщеплении одной линии появляется две (дуплет), три (триплет) или еще большее число линий. Чем сильнее расщепление, тем сложнее спектр.

Практически полностью отсутствует расщепление у водорода. Единственный электрон в его атоме вращается строго симметрично в электрическом поле ядра. Положение уровней зависит только от главного числа n. Даже уровни с разными значениями квантового числа l, например 3s, 3p и 3d, имеют одинаковую энергию и сливаются в один. Поэтому в спектре водорода наблюдается всего 21 линия.

В атомах других элементов электрическое поле ядра искажено движением внутренних электронов. Особенно сильно искажено поле ядра и сильно расщеплены уровни в атомах, где имеется недостроенный d- или f-уровень. Такие элементы имеют самые сложные спектры. К ним относятся металлы всех побочных подгрупп, кроме трех первых: атомы металлов первой и второй подгруппы имеют нижний s-уровень, а в атомах третьей подгруппы при возбуждении одного электрона также нет недостроенных d- и f-уровней. Все элементы главных групп периодической системы имеют достаточно простой спектр.

атомная структура алюминия

[141], Основные области применения металлического алюминия: [142], Подавляющее большинство (около 90%) оксида алюминия превращается в металлический алюминий. [107] Названия алюминий и алюминий происходят от слова alumine, устаревшего термина для глинозема, [i] встречающегося в природе оксида алюминия. Расположение электронов над последним (закрытой оболочкой) благородным газом. [112] Оказалось, что название произошло от английского слова alum и латинского суффикса -ium; однако в то время было принято, что элементы должны иметь имена, происходящие на латинском языке, и поэтому это имя не было принято повсеместно.Источники, факты, использование, дефицит (SRI), подкасты, алхимические символы, видео и изображения. [137], Мировое производство алюминия в 2016 году составило 58,8 миллиона метрических тонн. Это полимер с формулой (Alh4) n, в отличие от соответствующего гидрида бора, который представляет собой димер с формулой (Bh4) 2. Процентильный рейтинг политической стабильности страны-лидера-производителя, рассчитываемый на основе показателей управления Всемирного банка. Некоторые элементы существуют в нескольких различных структурных формах, называемых аллотропами. Плотность - это масса вещества, которое заполнит 1 см.Анализ любопытного металлического орнамента, найденного в гробнице Чжоу-Чу, военачальника в 3, вы слушаете химию в ее стихии, принесенной вам. Сумма степеней окисления в соединении или ионе должна равняться общему заряду. Они часто образуют димеры, в отличие от своих борных аналогов, но эта тенденция уменьшается для алкилов с разветвленной цепью (например, RSC не делает никаких заявлений о пригодности информации, содержащейся в документах и ​​связанных графических материалах, опубликованных на этом Сайте, для каких-либо целей.Это из-за его особых свойств. [83] Даже тогда алюминий все еще был невысокой чистоты, и производимый алюминий отличался по свойствам в зависимости от образца. Строение металлов. Основная проблема - выбросы парниковых газов. Если существует более одного изотопа, приведенное значение является средневзвешенным содержанием. [38] [132], электроэнергия составляет от 20 до 40% затрат на производство алюминия, в зависимости от местоположения плавильного завода. Глинозем, синтетически полученный оксид алюминия, Al2O3, белое или почти бесцветное кристаллическое вещество, которое используется в качестве исходного материала для плавки металлического алюминия.Они очень важны при строительстве самолетов и других видов транспорта. 5. Если вы хотите использовать Изображения способом, не разрешенным настоящими условиями, пожалуйста, свяжитесь с Отделом издательских услуг по электронной почте. Алюминий может накапливаться в организме, и связь с болезнью Альцгеймера (старческим слабоумием) предполагалась, но не доказана. [133] Переработка включает плавление лома, процесс, который требует только 5% энергии, используемой для производства алюминия из руды, хотя значительная часть (до 15% исходного материала) теряется в виде шлака (золоподобный оксид). .Например, обычная алюминиевая фольга и банки для напитков состоят из сплавов с содержанием алюминия от 92% до 99%. [167], Алюминий, хотя и редко, может вызывать резистентную к витамину D остеомаляцию, резистентную к эритропоэтину микроцитарную анемию и изменения центральной нервной системы. Чистый алюминий мягкий. Он определяется как равновесное давление газа, производимого над веществом в замкнутой системе. Температура, при которой происходит фазовый переход жидкость – газ. Атом состоит из небольшого, но массивного ядра, окруженного облаком быстро движущихся электронов.Однако следовые количества 26Al, которые действительно существуют, являются наиболее распространенным источником гамма-излучения в межзвездном газе; [55], если бы исходный 26Al все еще присутствовал, карты гамма-лучей Млечного Пути были бы ярче. Это серебристо-белый, мягкий, пластичный металл. Точка кипения Значения даны для типичной степени окисления и координации. [51]. Наиболее важным в промышленности гидридом алюминия является алюмогидрид лития (LiAlh5), который используется в качестве восстановителя в органической химии. Алюминий является хорошим проводником электричества и часто используется в линиях электропередачи.Алюминий - отличный проводник тепла и электричества. Политическая стабильность высшего держателя резерва. Металлический алюминий… [94]. Реальная цена на алюминий снизилась с 14 000 долларов за метрическую тонну в 1900 году до 2340 долларов в 1948 году (в долларах США 1998 года). [f] AlF3 плавится при 1290 ° C (2354 ° F) и образуется в результате реакции оксида алюминия с газообразным фтористым водородом при 700 ° C (1300 ° F). [81], поскольку метод Велера не мог дать большого количества алюминия, металл оставался редким; его стоимость превышала стоимость золота.Этот регулярный узор атомов представляет собой кристаллическую структуру металлов. Большая часть этого приходится на более развитые страны (350–500 кг (770–1100 фунтов) на душу населения), а не на менее развитые страны (35 кг (77 фунтов) на душу населения). В промышленности они в основном используются в реакциях внедрения алкенов, как обнаружил Карл Циглер, что наиболее важно в «реакциях роста», которые образуют неразветвленные первичные алкены и спирты с длинной цепью, а также в полимеризации этена и пропена при низком давлении. Несмотря на его изобилие в природе, известно, что алюминий не служит какой-либо полезной цели для живых клеток.Это третий по распространенности элемент в земной коре и самый распространенный металлический элемент. Производство алюминия требует больших затрат энергии, поэтому производители стремятся размещать плавильные заводы в местах, где электроэнергия в изобилии и недорога. В отличие от структур трех более тяжелых тригалогенидов, фторид алюминия (AlF3) содержит алюминий с шестью координатами, что объясняет его нелегкость и нерастворимость, а также высокую теплоту образования. Атомная структура. [62] Самородный алюминий был обнаружен в холодных выходах на северо-восточном континентальном склоне Южно-Китайского моря.Алюминий • «Алюминий (или алюминий; см. Различия в написании) является химическим элементом в группе бора с символом Al и атомным номером 13. [71] В 1722 году немецкий химик Фридрих Хоффманн объявил, что его основа - это отдельная земля. . [63]. Хотя алюминий является обычным и широко распространенным элементом, не все минералы алюминия являются экономически жизнеспособными источниками этого металла. Они самопроизвольно воспламеняются на воздухе и вступают в реакцию с водой, поэтому при обращении с ними необходимо соблюдать меры предосторожности. [55], В целом Земля около 1.59% алюминия по массе (седьмое место по массе). [70] В 1595 году немецкий врач и химик Андреас Либавиус экспериментально подтвердил это. Атомная структура алюминия включает атомный номер, атомный вес, конфигурацию электронов. Полученные сплавы, иногда более пластичные, чем сам алюминий, могут быть отформованы в различные формы, включая аэродинамическую дугу крыльев самолета или его трубчатый фюзеляж. [87]. Цены на алюминий упали, и в 1890-х и начале 20-го века алюминий стал широко использоваться в ювелирных изделиях, предметах повседневного обихода, оправе для очков, оптических инструментах, посуде и фольге.sur la Physique 19 378)

Формула сульфата цинка, Совет Моны Вейл, Проблемы John Deere 6110m, Вопросы к вступительным экзаменам Du Btech, Rdr2 испанские субтитры, Разноцветные тени для век, Резюме тестировщика Qa с опытом работы с Sql, Тай Ли Возраст 2020, Карта климатических зон Аризоны,

Алюминий - Информация об элементах, свойства и применение

Расшифровка:

Химия в ее элементе: алюминий

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

На этой неделе химическая причина трансатлантического языкового трения. Это ум или ум в конце? Оказывается, у нас, британцев, на лицах может быть яйцо, а также немного того, что мы называем алюминием.

Кира Дж. Вайсман

«Я чувствую себя запертым в жестяной коробке на высоте 39000 футов». Это распространенный рефрен у людей, страдающих фобией к полетам, но, возможно, им было бы комфортно знать, что коробка на самом деле сделана из алюминия - более 66000 кг, если они сидят в гигантском реактивном самолете.Хотя сетовать на присутствие в «алюминиевой коробке» - это не совсем то же самое кольцо, есть несколько веских причин оценить этот выбор материала. Чистый алюминий мягкий. Тем не менее, легирование его такими элементами, как медь, магний и цинк, значительно повышает его прочность, при этом делая его легким, что очевидно является преимуществом в борьбе с гравитацией. Полученные сплавы, иногда более пластичные, чем сам алюминий, можно формовать в различные формы, включая аэродинамическую дугу крыльев самолета или его трубчатый фюзеляж.И в то время как железо ржавеет под воздействием элементов, алюминий образует микроскопически тонкий оксидный слой, защищающий его поверхность от дальнейшей коррозии. С этим здоровенным резюме неудивительно, что алюминий можно найти во многих других транспортных средствах, включая корабли, автомобили, грузовики, поезда и велосипеды.

К счастью для транспортной отрасли, природа одарила нас огромным количеством алюминия. Самый распространенный металл в земной коре, он буквально повсюду. Тем не менее, алюминий оставался неоткрытым до 1808 года, так как он связан с кислородом и кремнием в сотни различных минералов, которые никогда не появляются в своей металлической форме.Сэр Хамфри Дэви, химик из Корнуолла, открывший этот металл, назвал его «алюминием» в честь одного из его исходных соединений - квасцов. Однако вскоре после этого вмешался Международный союз теоретической и прикладной химии (или ИЮПАК), стандартизовавший суффикс до более обычного «ium». Еще один поворот в номенклатурной истории: Американское химическое общество возродило первоначальное написание в 1925 году, и по иронии судьбы именно американцы, а не британцы произносят название элемента, как задумал Дэви.

В 1825 году честь впервые выделить алюминий выпала на долю датского ученого Ганса Христиана Эрстеда. Сообщается, что он сказал о своей награде: «Он образует кусок металла, напоминающий олово по цвету и блеску» - не слишком лестное описание, но, возможно, объяснение нынешнего замешательства пассажиров авиалиний. Трудность отделения алюминия от его оксидов - ибо все ранние процессы давали в лучшем случае только килограммы - обеспечили ему временный статус драгоценного металла, более ценного даже, чем золото.Фактически, алюминиевый бар занимал почетное место рядом с драгоценностями короны на Парижской выставке 1855 года, в то время как Наполеон, как говорят, зарезервировал алюминиевую посуду только для своих самых почетных гостей.

Только в 1886 году Чарльз Мартин Холл, необычайно упорный 22-летний ученый-любитель, разработал первые экономические средства для извлечения алюминия. Работая в сарае со своей старшей сестрой помощницей, он растворил оксид алюминия в ванне с расплавленным гексафторалюминатом натрия (более известный как «криолит»), а затем разделил алюминий и кислород с помощью сильного электрического тока.Примечательно, что другой 22-летний француз Поль Луи Туссен Эру открыл точно такую ​​же электролитическую технику почти в то же время, что спровоцировало трансатлантическую гонку патентов. Их наследие, закрепленное как процесс Холла-Эру, остается основным методом производства алюминия в промышленных масштабах - в настоящее время ежегодно производится миллион тонн алюминия из самой богатой алюминиевой руды, боксита.

Не только транспортная промышленность осознала преимущества алюминия.К началу 1900-х годов алюминий уже вытеснил медь в линиях электропередач, его гибкость, легкий вес и низкая стоимость с лихвой компенсировали его более низкую проводимость. Алюминиевые сплавы являются фаворитом конструкции, находя применение в облицовке, окнах, желобах, дверных рамах и кровле, но с такой же вероятностью они могут появиться и внутри дома: в бытовой технике, кастрюлях и сковородах, посуде, телевизионных антеннах и мебели. В качестве тонкой фольги алюминий представляет собой упаковочный материал par excellence , гибкий и прочный, непроницаемый для воды и стойкий к химическим воздействиям - короче говоря, он идеально подходит для защиты жизненно важных лекарств или ваших любимых шоколадных батончиков.Но, пожалуй, наиболее узнаваемым воплощением алюминия является алюминиевая банка для напитков, сотни миллиардов штук которых производятся ежегодно. Естественно глянцевая поверхность каждой банки служит привлекательным фоном для названия продукта, и хотя ее тонкие стенки могут выдерживать давление до 90 фунтов на квадратный дюйм (в три раза больше, чем в типичной автомобильной шине), к содержимому можно легко получить доступ с помощью просто потяните за язычок. И хотя рафинирование алюминия поглощает значительную часть мирового электричества, алюминиевые банки можно перерабатывать экономично и многократно, каждый раз экономя почти 95% энергии, необходимой для плавки металла.

Однако у этого блестящего металла есть и более темная сторона. Несмотря на его изобилие в природе, известно, что алюминий не служит какой-либо полезной цели для живых клеток. Однако в своей растворимой форме +3 алюминий токсичен для растений. Высвобождение Al 3+ из его минералов ускоряется в кислых почвах, которые составляют почти половину пахотных земель на планете, что делает алюминий основным виновником снижения урожайности сельскохозяйственных культур. Людям не нужен алюминий, но он попадает в наш организм каждый день - он содержится в воздухе, которым мы дышим, в воде, которую мы пьем, и в еде, которую мы едим.Хотя в пищевых продуктах обычно присутствует небольшое количество алюминия, мы отвечаем за основные источники пищевого алюминия: пищевые добавки, такие как разрыхлители, эмульгаторы и красители. Проглатывание антацидов, отпускаемых без рецепта, может повысить уровень их потребления в несколько тысяч раз. И многие из нас ежедневно наносят дезодоранты, содержащие алюминий, непосредственно на кожу. Что беспокоит, так это то, что несколько исследований показали, что алюминий является фактором риска как рака груди, так и болезни Альцгеймера.Хотя большинство экспертов по-прежнему не убеждены в доказательствах, алюминий в высоких концентрациях является доказанным нейротоксином, в первую очередь влияющим на кости и мозг. Итак, пока не будут проведены дополнительные исследования, жюри останется открытым. Теперь, возможно, это то, что вас беспокоит во время вашего следующего дальнемагистрального полета.

Крис Смит

Исследователь Кира Вайсман из Саарландского университета в Саарбрукене, Германия, рассказала историю алюминия и почему я не говорю это так, как задумал Хамфри Дэвид.На следующей неделе, поговорим о том, как звучат элементы, а как насчет этого?

Брайан Клегг

Не так много элементов со звукоподражательными названиями. Скажите кислород или йод, и в звучании слова нет ключа к природе элемента, но цинк - это другое дело - цинк, цинк, цинк, вы почти можете услышать, как набор монет падает в старомодную ванну. Это просто должен быть твердый металл. При использовании цинк часто скрыт, почти скрыт. Он предотвращает ржавление железа, успокаивает солнечные ожоги, защищает от перхоти, соединяется с медью, образуя очень знакомый сплав золотого цвета и сохраняет нам жизнь, но мы почти не замечаем этого.

Крис Смит

И вы можете догнать звон цинка с Брайаном Клеггом в программе Chemistry in its element на следующей неделе. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

(Промо)

(Окончание промо)

2.4: Электронные устройства - Химия LibreTexts

Структура атома обсуждалась в предыдущем разделе, а теперь мы сосредоточимся на роли, которую электроны играют в образовании соединений.Независимо от типа соединения или количества задействованных атомов или электронов, именно электроны этих атомов взаимодействуют с образованием соединения.

Электронное устройство

Электроны не расположены в атоме случайным образом, и их положение в атоме можно описать с помощью электронных устройств , которые являются упрощенной версией электронных конфигураций. Для каждого интересующего элемента мы смотрим на количество электронов в отдельном атоме, а затем определяем, как эти электроны расположены на основе атомной модели.Основная идея расположения электронов заключается в том, что электроны могут существовать только на определенных уровнях энергии. Понимая энергетические уровни электронов в атоме, мы можем предсказать свойства и понять поведение атома.

Как показано на рисунке ниже, существует несколько уровней энергии, на которых могут находиться электроны. По мере увеличения уровня энергии разница в энергии между ними уменьшается. На уровне \ (n = 1 \) можно найти максимум два электрона; восемь электронов могут находиться на уровне \ (n = 2 \).Хотя уровни \ (n = 3 \) и \ (n = 4 \) показывают только восемь электронов на этой диаграмме, эти энергетические уровни могут удерживать больше, но не раньше, чем мы начнем рассматривать переходные металлы. Нас будет интересовать только электронное расположение элементов через кальций \ (\ left (Z = 20 \ right) \), поэтому мы поместим максимум восемь электронов на уровень \ (n = 3 \) и два на уровень \ (n = 4 \) уровень.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Уровни энергии электронов.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Каково электронное расположение кислорода?

Решение

У кислорода восемь электронов.Первые два электрона перейдут на уровень \ (n = 1 \). Два - это максимальное количество электронов для уровня, поэтому другим электронам придется перейти на более высокий энергетический уровень. Уровень \ (n = 2 \) может содержать до восьми электронов, поэтому оставшиеся шесть электронов перейдут на уровень \ (n = 2 \). Электронное расположение кислорода (2, 6).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Каково электронное расположение хлора?

Решение

Хлор имеет 17 электронов.Первые два электрона перейдут на уровень \ (n = 1 \). Два - это максимальное количество электронов для уровня, поэтому другим электронам придется перейти на более высокие энергетические уровни. Уровень \ (n = 2 \) может содержать до восьми электронов, поэтому следующие 8 электронов перейдут на уровень \ (n = 2 \). Остальные 7 электронов могут перейти на уровень \ (n = 3 \), поскольку он содержит максимум 8 электронов. Электронное расположение хлора (2, 8, 7).

Расположение электронов также предоставляет информацию о количестве валентных электронов .Валентные электроны - это электроны на самом высоком энергетическом уровне, участвующие в образовании ионов и связей. Знание количества валентных электронов позволит нам предсказать, как конкретный элемент будет взаимодействовать с другими элементами. Электроны на более низких уровнях энергии называются остовными электронами .

Давайте посмотрим на рисунок ниже, на котором показана электронная диаграмма магния и его 12 электронов. Первые два электрона находятся на уровне энергии \ (n = 1 \), следующие восемь электронов находятся на уровне \ (n = 2 \), а оставшиеся два электрона находятся на уровне \ (n = 3 \). ) уровень.Электроны всегда заполняют самые низкие доступные энергетические уровни, пока этот уровень не будет заполнен, затем электроны заполняют следующий энергетический уровень, пока он не заполнится. Это продолжается для всех электронов в атоме. Мы можем показать расположение электронов как (2, 8, 2), представляя электроны на уровнях \ (n = 1 \), \ (n = 2 \) и \ (n = 3 \) соответственно.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Электронная диаграмма магния.

Расположение электронов также показывает количество валентных электронов, равное двум для магния, потому что два электрона находятся на уровне энергии \ (n = 3 \), который является самым высоким занятым уровнем энергии для магния.Это соответствует заряду \ (2+ \), который образуется, когда магний образует ион. Он готов потерять 2 электрона, чтобы иметь такое же расположение электронов, что и ближайший благородный газ, которым является неон (2, 8). Атомы будут приобретать или терять электроны, чтобы выглядеть как ближайший благородный газ, потому что благородные газы не реагируют из-за стабильности наличия восьми электронов на самом высоком энергетическом уровне. Это желание атомов иметь восемь электронов на своей внешней оболочке известно как правило октетов .

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Каково электронное устройство алюминия? Сколько в нем валентных электронов?

Решение

Алюминий имеет 13 электронов, поэтому он будет иметь расположение электронов (2, 8, 3), которое представляет два электрона на уровне энергии \ (n = 1 \), восемь электронов на уровне \ (n = 2 \) и три электроны на уровне \ (n = 3 \).Алюминий имеет три валентных электрона (обозначенных тремя электронами на уровне \ (n = 3 \)).

Пример \ (\ PageIndex {4} \)

Сколько валентных электронов у хлора? Сколько электронов получит или потеряет хлор, чтобы образовать ион?

Решение

В валентной оболочке хлора 7 электронов. Чтобы соответствовать правилу октетов, он должен либо получить один электрон, либо потерять семь электронов. Получить один легче, чем потерять семь, поэтому он получит один электрон, чтобы иметь в общей сложности восемь электронов, когда он образует ион (т.е. заряженная частица).

Атом алюминия - обзор

6.1.8 Номенклатура

Как и другие металлоорганические соединения, соединения алюминия могут быть названы системами, полученными из органической химии (A) или координационной химии (B). В общем, первая система проще и больше подходит для обычных производных, не требующих особой структурной спецификации. Последняя система позволяет специфицировать молекулярную ассоциацию, сольватацию и связывание лигандов. В следующих параграфах будут сформулированы и проиллюстрированы правила номенклатуры, применимые к различным типам соединений алюминия для систем (A) и (B).

Соединения, состоящие из отдельных атомов алюминия, связанных с атомами углерода одной или нескольких органических групп и / или с одним или несколькими атомами водорода, упоминаются в системе (A) путем цитирования таких групп или атомов водорода в алфавитном порядке с последующим указанием слово «алюминий». Между названиями групп и словом «алюминий» пробелы не ставятся. Водород, присоединенный к алюминию, должен обозначаться префиксом «гидридо». Количество идентичных групп указывается префиксами ди, три, тетра или пента или префиксами бис, трис, тетракис или пентакис для сложных групп.Таким образом:

триметилалюминий [Me 3 Al] 2
гидридо (диизобутил) алюминий [Bu 2 i AlH] 6 метил) фенилалюминий [EtMePhAl] 2
трис (триметилсилил) алюминий (Me 3 Si) 3 Al

В системе (B) все группы алюминия присоединены к центральному алюминию атомы, будь то органические, водородные, анионные или нейтральные группы, перечислены в виде префиксов в алфавитном порядке, при этом вышеуказанные числовые префиксы используются для обозначения количества идентичных групп.Структура может быть дополнительно обозначена следующим образом: (1) когда непрерывный массив атомов в органической группе связан с алюминием, используется префикс η (читаемый как «эта» или «хапто»), которому может предшествовать арабские числа, обозначающие первый и последний такие связанные атомы; и (2) группы, соединяющие два атома алюминия, имеют префикс μ. Таким образом:

ди-μ-метил (тетраметил) диалюминий ( 3 )

бутил (дифенил) пиридиналюминий BuPh 2 Al · NC 5 H 5

1

1

1

-η-циклопентадиенил (диметил) алюминий ( 91a )

Чередующиеся скобки полезны для разделения ряда различных заместителей в обеих системах.

Анионные замещенные соединения обозначаются в системе (A) путем указания названий и номеров органических групп в качестве префиксов ( см. Выше ), затем слова «алюминий» и, наконец, анионов с окончанием «ид». В этом соглашении группы AlH рассматриваются как анионы. Приведены названия радикалов и анионов в алфавитном порядке. Таким образом:

хлорид бромида фенилалюминия PhAl (Br) Cl
ди- s -бутилалюминийгидрид {CH 3 CH 2 C (Me) H167 2 2 Al
этил (фенилэтинил) этоксид алюминия Et (PhCC) AlOEt

Альтернативно вышеуказанные соединения могут быть названы координационными соединениями, i.е. бром- (хлор) фенилалюминий, ди- s -бутил (гидридо) алюминий и этокси (этил) фенилэтинилалюминий.

Алюминийорганические анионы названы так, что все заместители на алюминии указаны в качестве префиксов (система B) и помещены перед корнем «алюминат». Степень окисления может быть помещена в конце в виде римской цифры (Stock), или вместо нее может быть указан заряд аниона (Ewens – Bassett). Таким образом:

гидридотрифенилалюминат (III) [Ph 3 AlH] -
триизобутил (метил) алюминат (1-) [Bu 3 i

В качестве альтернативы первый ион может быть назван в системе (A) как анион гидрида трифенилалюминия.

Гетероциклы, несущие алюминий в кольце, могут быть названы заменяющей номенклатурой (система C) или расширенной номенклатурой Hantzsch – Widman (система D). В первом методе название соответствующего карбоцикла является корневым названием, и один или несколько атомов углерода изображаются как замещенные алюминием или другими гетероатомами. Такие замещающие атомы даются как префиксы, оканчивающиеся на -a, и указываются в заданном порядке «старшинства». 131 Таким образом:

1-этил-1-алюмациклопентан ( 91b )

1-фенил-1-алюминаинден ( 92 )

В системе Гантча – Видмана alumin- 'имеет суффикс с окончаниями -irene, -etc, -ole, -in, -epin, и т. д., чтобы обозначить трех-, четырех-, пяти-, шести- и семичленные кольца, соответственно, которые имеют максимальную ненасыщенность. Полностью насыщенные кольца этих соответствующих размеров могут быть названы алюминораном, -этаном, -оланом, -аном и -епаном. Таким образом, соединения ( 91b ) и ( 92 ) будут называться 1-этилалюминоланом и 1-фенилбензалюминолом.

Алюминиевоорганические соединения субвалентной природы могут быть названы в соответствии со степенью окисления, определенной в соответствии со стандартом Stock (дифенилалюминий (II) представляет собой Ph 2 Al ·).Если кто-то желает рассматривать группу с алюминиевым центром в качестве заместителя, он указывает группы, присоединенные к алюминию, как префиксы к слову «aluminio». Таким образом, группы Et 2 Al и ClPhAl представляют собой группы диэтилалюминия и хлор (фенил) алюминия; и соединение ( 93 ) будет ( E ) -1,2-бис (диэтилалюмино) -1,2-дифенилэтеном.

Приведите орбитальную диаграмму алюминия.

Определенные интегралы: определение

Определенный интеграл - это предел между графиком функции и осью x: интегралы над осью x положительны, а интегралы под ними отрицательны.Изучите определение определенных интегралов на практических примерах, приведенных в этом уроке.

Как перевести граммы в Аму

Этот урок объясняет концепцию единицы атомной массы (AMU).Объясняется определение и значение единицы. В уроке также используются примеры для описания того, как переводить граммы в AMU.

Квантовое число спина

: определение и пример

Есть четыре квантовых числа, которые описывают конфигурацию электрона.В этом уроке мы обсудим четвертое квантовое число, которое называется спиновым квантовым числом. Это описывает ориентацию электрона в атоме.

Квантовое число углового момента

: определение и пример

Электроны в атоме занимают области, известные как орбитали, и эти орбитали имеют форму.В этом уроке мы обсудим вторичное квантовое число: квантовое число углового момента, которое определяет форму орбитали.

Энтропия: уравнения и расчеты

Посмотрев этот урок, вы сможете применить концепцию энтропии к реальным жизненным ситуациям и выполнить вычисления энтропии для замкнутой системы.После этого будет проведена короткая викторина.

Магнитное квантовое число

: определение и пример

Электроны в атоме находятся внутри оболочек.Эти оболочки далее делятся на подоболочки, которые далее делятся на орбитали. В этом уроке мы обсудим магнитное квантовое число, которое говорит нам об орбиталях, которые занимает электрон.

Запись сбалансированных химических реакций

Вокруг нас постоянно происходят химические реакции.Мы выражаем эти реакции в химических уравнениях, которые должны быть сбалансированы, что означает, что, хотя обе стороны могут иметь разное расположение атомов, они будут иметь одинаковое количество и тип.

Химические связи I: ковалентные

Узнайте, как атом разделяет электроны и образует ковалентные связи.Изучите такие темы, как образование валентных электронов, образование молекул, образование ковалентной связи, образование двойных и тройных связей и структура молекулы.

Диагональная взаимосвязь, металлический характер и точка кипения

118 известных элементов в настоящее время в периодической таблице организованы по возрастанию атомного веса, но есть также несколько тенденций или взаимосвязей между элементами и между ними.Узнайте о трех тенденциях в периодической таблице (диагональное соотношение, металлический характер и температура кипения) и узнайте, почему металлы являются отличными проводниками электричества.

Использование теории орбитальной гибридизации и валентной связи для предсказания формы молекулы

Гибридизация - это процесс смешения двух или более атомных орбиталей для создания новых ковалентно связанных орбиталей в молекулах.Однако гибридные орбитали и чистые атомные орбитали имеют разные молекулярные формы. Узнайте о теории орбитальной гибридизации, теории валентных связей, разнице между сигма- и пи-связями и о том, как предсказать молекулярную форму атомных орбиталей.

Использование атомов и ионов для определения молекулярных формул

Молекулярные формулы определяются с использованием атомов и ионов.Узнайте о различных молекулярных формулах и поймите, что ионы также могут определять формулы. Поймите коэффициенты и ионные соединения и используйте ионные соединения для объяснения молекулярных формул.

Точечные структуры Льюиса: резонанс

В этом уроке мы рассмотрим точечные структуры Льюиса и способы их рисования.Затем узнайте о резонансных и резонансных структурах молекул и многоатомных ионов. После этого оцените свои новые знания с помощью викторины.

Механика слуха и обработка звука в мозге

Мозг обрабатывает звук за счет вибрации звуковых волн, воздействующих на компоненты внутреннего уха.Изучите механику и компоненты уха и узнайте, как они позволяют мозгу интерпретировать колебания в воздухе как разные звуки.

Сродство к электрону: определение, тенденции и уравнения

Когда к атому присоединяется электрон, происходит изменение энергии.Это изменение энергии и есть то, что мы называем сродством к электрону. В этом уроке мы обсудим сродство к электрону и его общую тенденцию в периодической таблице.

Тарифная константа и тарифные законы

Закон скорости определяется как соотношение между скоростью реакции и концентрацией реагентов.Узнайте о законе скорости, константе скорости и о том, как использовать уравнения закона скорости для определения порядка реакции для одного или двух реагентов.

Структура атома: электронная конфигурация алюминий



Электронная конфигурация


От алюминия до кальция

Электронная конфигурация алюминия

Атомный номер алюминия = 13.

Следовательно, количество электронов = 13.

Таким образом, электронная конфигурация алюминия равна

.

Число витков алюминия = 3


Электронная конфигурация кремния

Атомный номер кремния = 14

Следовательно, количество электронов = 14

Таким образом, электронная конфигурация кремния

Число орбит в кремнии = 3


Электронная конфигурация фосфора (P)

Атомный номер фосфора = 15

Следовательно, количество электронов = 15

Таким образом, электронная конфигурация фосфора равна

.

Число орбит по фосфору = 3

Электронная конфигурация Sulphur (S)

Атомный номер серы = 16

Следовательно, количество электронов = 15

Таким образом, электронная конфигурация серы равна

.

Число орбит в сере = 3


Электронная конфигурация хлора (Cl)

Атомный номер хлора = 17

Следовательно, количество электронов = 17

Таким образом, электронная конфигурация хлора

.

Число орбит по хлору = 3

Электронная конфигурация аргона (Ar)

Атомный номер аргона = 18

Следовательно, количество электронов = 18

Таким образом, электронная конфигурация аргона

Число орбит в аргоне = 3

Электронная конфигурация Калия (К)

Атомный номер калия = 19

Следовательно, количество электронов = 19

Поскольку максимальное количество электронов на внешней орбите не будет больше 8, то 19 электрон атома калия будет находиться на 4 орбите.

Таким образом, электронная конфигурация калия равна

.

Число орбит в калии = 4

Электронная конфигурация кальция (Ca)

Атомный номер кальция = 20

Следовательно, количество электронов = 20

Таким образом, электронная конфигурация кальция равна

.

Число орбит в кальции = 4


Структура металлов

Для этой страницы требуется плагин MDL Chime. Загрузите его здесь.

Объемно-центрированная кубическая упаковка - более эффективный способ использования пространства, чем Простая кубическая упаковка заполнено 68% пространства в этой конструкции.Все металлы в группе IA (Li, Na, K и т. Д.), Более тяжелые металлы в группе IIA (Ca, Sr и Ba) и ряд ранних переходных металлов (таких как Ti, V, Cr, Mo, W и Fe) упаковываются в объемноцентрированную кубическую структуру.


Плотноупакованные конструкции

Две структуры упаковывают сферы настолько эффективно, что их называют структурами с плотной упаковкой .

Оба начинают с упаковки сфер в плоскости, в которых каждая сфера соприкасается. шесть других ориентированы по углам шестиугольника, как показано на рисунке. рисунок ниже.

Затем образуется вторая плоскость из сфер упаковки над треугольными отверстиями. в первой плоскости, как показано на рисунке ниже.

Сферы в третьей плоскости могут упаковать непосредственно над сферами в первой плоскости, чтобы сформировать ABABABAB . . . повторяющаяся структура. Поскольку эта структура состоит из чередующихся плоскости гексагональных сфер с плотнейшей упаковкой, она называется гексагональной плотноупакованной структурой .Каждая сфера касается трех сфер на плоскости выше, трех сфер в плоскости. плоскость ниже, и шесть сфер в той же плоскости, как показано на рисунке ниже. Таким образом, координационное число в гексагональной плотноупакованной структуре это 12.

В гексагональной плотноупакованной структуре заполнено 74% пространства. Больше не надо известен эффективный способ упаковки сфер, а гексагональная плотнейшая упаковка структура важна для металлов, таких как Be, Co, Mg и Zn, а также инертный газ He при низких температурах.

Есть еще один способ укладки гексагональных плотноупакованных плоскостей сфер. Атомы в третьей плоскости могут быть упакованы над отверстиями в первой плоскости, которые не использовались для образования второй плоскости. Четвертый гексагональная плотноупакованная плоскость атомов затем упаковывается непосредственно над первой. Конечный результат - ABCABCABC . . . структура, которая называется куб. плотнейшей упаковки . Каждая сфера в этой структуре касается шести других в той же плоскости, три в плоскости вверху и три в плоскости внизу, как показано на рисунке ниже.Таким образом, координационный номер по-прежнему 12.

Разница между гексагональной и кубической плотноупакованными структурами может можно понять, отметив, что атомы в первой и третьей плоскостях лежат непосредственно друг над другом в гексагональной плотноупакованной структуре. в кубической плотноупакованной структуры атомы в этих плоскостях ориентированы в разные направления.

Кубическая структура с плотнейшей упаковкой так же эффективна, как и гексагональная. плотнейшая упакованная структура.(Оба используют 74% доступного пространства.) Многие металлы, включая Ag, Al, Au, Ca, Co, Cu, Ni, Pb и Pt, кристаллизуются в кубической форме. плотноупакованная структура. Так поступают все инертные газы, кроме гелия, когда они газы охлаждаются до достаточно низких температур, чтобы они затвердевали.

Обучающая деятельность FCC

Учебная деятельность BCC


Координационные числа и структура металлов

Обобщены координационные числа четырех структур металлов. в таблице ниже.Легко понять, почему металлы упаковываются в гексагональную или кубические структуры с плотнейшей упаковкой. Мало того, что эти конструкции используют пространство максимально эффективно, они также имеют максимально возможную координацию числа, что позволяет каждому атому металла образовывать связи с наибольшим числом соседних атомов металла.

Координационные числа для общих кристаллических структур

9058A AA. .
Структура Координация
Номер
Стекинг
Структура
простой кубический AA A 21
объемно-центрированная кубическая 8 ABABABAB . . .
Гексагональный плотноупакованный 12 ABABABAB . . .
куб. Плотнейшей упаковки 12 ABCABCABC . . .

Менее очевидно, почему треть металлов упаковывается в объемно-центрированный куб. структура, в которой координационное число всего 8.Популярность эту структуру можно понять, обратившись к рисунку ниже.

Координационное число для объемно-центрированных кубических структур приведено в в таблице выше учитываются только атомы, которые действительно касаются данного атома в этом состав. На рисунке выше показано, что каждый атом также почти касается четырех соседей в той же плоскости, пятого соседа двумя плоскостями выше и шестой двумя самолетами ниже. Расстояние от каждого атома до ядер этих соседние атомы всего на 15% больше, чем расстояние до ядер атомов что это действительно касается.Таким образом, каждый атом в объемно-центрированной кубической структуре может образовывать в общей сложности 14 связей, восемь сильных связей с атомами, которых он касается, и шесть более слабых связей с атомы, которых он почти касается.

Это помогает понять, почему металл может предпочитать кубическая структура к гексагональной или кубической плотноупакованной структуре. Каждый атом металла в структурах с плотнейшей упаковкой может образовывать прочные связи до 12 соседние атомы. В объемно-центрированной кубической структуре каждый атом образует всего 14 связей с соседними атомами, хотя шесть из этих связей являются несколько слабее остальных восьми.


Физические свойства, обусловленные структурой металлов

Структуры металлов можно использовать для объяснения многих характерных физические свойства металлов.

На просьбу объяснить, почему металлы имеют характерный металлический блеск, или блеск, многие люди скажут, что металлы отражают (буквально отбрасывают) свет, который светит на их поверхность. По сути, они могут утверждать, что свет отражается от металлической поверхности так же, как ракетка отскакивает от стены площадки для ракетбола.Что-то не так с этой аналогией, тем не мение. Металлы фактически поглощают значительную часть света, который попадает в их поверхность.

Часть энергии, захваченной, когда металл поглощает свет, превращается в тепловую энергию. (Вы можете легко продемонстрировать это, положив руку на поверхности автомобиля, который провел несколько часов на солнце.) Остальное энергии переизлучается металлом в виде «отраженного» света. Серебро лучше любого другого металла по отражению света, и все же только 88% свет, попадающий на поверхность серебряного зеркала, переизлучается.Это вызывает важный вопрос: почему металлы поглощают свет, когда другие вещества, например стекла в окнах машины, не так ли? Свет поглощается, когда энергия этого излучения равна энергии, необходимой для возбуждения электрона. в возбужденное состояние с более высокой энергией или когда энергия может быть использована для перемещения электрон через твердое тело. Поскольку электроны в металлах делокализованы и поэтому могут свободно перемещаться через твердые тела, металлы легко поглощают свет. Другие твердые тела, например стекло, не имеют электронов. которые могут двигаться через твердое тело, поэтому они не могут поглощать свет, как металлы. делать.Эти твердые вещества бесцветны и могут быть окрашены только путем добавления примеси. в котором энергия, связанная с возбуждением электрона с одной орбитальной другой попадает в видимую часть спектра. Стекло обычно окрашивается добавлением небольшого количества одного из переходных металлов. Кобальт дает синий цвет, хром делает стекло зеленым, и следы золота дают темно-красный цвет.

Почему металлы твердые? Неметаллы, такие как водород и кислород, являются газами при комнатная температура, потому что эти элементы могут достичь заполненной валентной оболочки электроны, разделяя пары электронов с образованием относительно небольших молекул, такие как H 2 и O 2 , которые движутся достаточно быстро при комнатной температуре, чтобы выйти из жидкости в газовую фазу.Металлы этого не могут. Не хватает электронов на атоме металла, чтобы позволить ему заполнить свою валентную оболочку, разделяя пары электроны с одним или двумя ближайшими соседями. Единственный способ получить металл эквивалент заполненной оболочки валентных электронов, если позволить этим электроны должны быть разделены рядом соседних атомов металла. Это возможно только если большое количество атомов металлов находится близко друг к другу, а металлы поэтому являются твердыми веществами при комнатной температуре.

Почему металлы податливы и пластичны? Большинство металлов упаковываются либо в корпус по центру тела. кубические, гексагональные структуры с плотнейшей упаковкой или кубические структуры с максимальной плотностью упаковки.В теории, изменение формы металла - это просто вопрос применения сила, которая заставляет атомы в одной из плоскостей скользить мимо атомов в смежная плоскость, как показано на рисунке ниже. На практике проще делать это, когда металл горячий.

Почему металлы являются хорошими проводниками тепла и электричества? Как мы уже Как видно, делокализация валентных электронов в металле позволяет твердому телу проводить электрический ток. Чтобы понять, почему металлы проводят тепло, вспомните эта температура является макроскопическим свойством, которое отражает кинетическую энергию отдельных атомов или молекул.Плотная упаковка атомов в металле означает, что кинетическая энергия может передаваться от одного атома к другому как быстро и качественно.


Твердые растворы и интерметаллические соединения

Большинство растворов, с которыми работают химики, содержат газ (например, HCl) или твердое вещество (например, NaCl), растворенное в жидкости (например, воде). Это также можно приготовить растворы, в которых растворяется газ, жидкость или твердое вещество в твердом состоянии.Важнейшим классом твердых растворов являются те, в которых одно твердое вещество растворяется в другом. Два примера твердых растворов - медь. растворяется в алюминии, а углерод растворяется в железе.

Растворимость одного твердого вещества в другом обычно зависит от температуры. В при комнатной температуре, например, медь не растворяется в алюминии. Однако при 550 ° C алюминий может образовывать растворы, содержащие до 5,6% меди. масса. Металлический алюминий, пропитанный медью при 550 ° C, будет пытаться отторгнуть атомы меди при охлаждении до комнатной температуры.В теории, раствор может отклонять атомы меди, образуя поликристаллический структура, состоящая из мелких кристаллов более или менее чистого алюминия с вкраплениями с мелкими кристаллами металлической меди. Вместо этого атомы меди соединяются с атомами алюминия по мере охлаждения раствора с образованием интерметаллического соединения с формулой CuAl 2 .

CuAl 2 - прекрасный пример различия между смесью (например, раствор меди, растворенной в алюминии) и соединение.Решение может содержать различное количество меди и алюминия. Например, при 550 ° C раствор может содержать от 0 до 5,6% металлической меди. по весу. Интерметаллическое соединение имеет фиксированный состав. CuAl 2 всегда содержит 49,5% алюминия по массе.

Интерметаллические соединения, такие как CuAl 2 , являются ключом к процессу, известному как дисперсионное твердение . Алюминиевые металлические упаковки в кубической плотноупакованной структуре, в которой один плоскость атомов может проскользнуть мимо другой.В результате чистый металлический алюминий слишком слаб для использования в качестве конструкционного металла в автомобилях или самолетах. Осадки при закалке получаются сплавы, которые в пять-шесть раз прочнее алюминия, и сделать отличный конструкционный металл.

Первый этап дисперсионного твердения алюминия включает нагрев металл до 550 ° С. Затем добавляется медь для образования раствора, который охлаждается холодной водой. воды. Раствор остывает так быстро, что атомы меди не могут собраться вместе. для образования микрокристаллов металлической меди.

Сравнение монолитной стены с кирпичной имеет один существенный недостаток. Это приводит один верить, что атомы не могут двигаться сквозь металл. Это не совсем правда. Распространение через металл может происходить, хотя и происходит медленно. С течением времени атомы меди могут перемещаться через закаленный раствор. для образования микрокристаллов интерметаллического соединения CuAl 2 , которые настолько малы, что их трудно увидеть в микроскоп.

Эти частицы CuAl 2 одновременно твердые и прочные.Так сильно они препятствуют потоку алюминиевый металл, который их окружает. Эти микрокристаллы CuAl 2 упрочняют металлический алюминий, препятствуя скольжению плоскостей атомов. мимо друг друга. В результате получается металл, который становится тверже и прочнее. чем чистый алюминий.

Медь, растворенная в алюминии при высокой температуре, является примером раствора замещения , в котором атомы меди упаковываются в позиции, обычно занимаемые алюминием. атомы. Есть еще один способ приготовления твердого раствора.Атомы одного элемента может упаковываться в отверстия или промежутки между атомами основного элемента, потому что даже самый эффективный кристалл структуры используют только 74% доступного пространства в кристалле. Результат представляет собой межстраничное решение .

Сталь при высоких температурах - хороший пример раствора внедрения. Сталь образуется путем растворения углерода в железе. При очень высоких температурах, железо упаковано в кубическую структуру с плотной упаковкой, что оставляет достаточно места чтобы атомы углерода могли попасть в отверстия между атомами железа.Ниже 910 ° C, металлическое железо упаковано в объемно-центрированную кубическую структуру, в которой отверстия слишком малы, чтобы удерживать атомы углерода.

Это имеет важные последствия для свойств стали. При температурах выше 910 ° C углерод легко растворяется в железе с образованием твердого раствора, содержащего до 1% углерода по весу. Этот материал одновременно податлив и пластичен, и его можно свернуть в тонкие листы или забить молотком различной формы. Когда этот раствор охлаждается ниже 910 ° C, железо превращается в объемно-центрированную кубическую структуру, а атомы углерода отбраковываются из металла.Если раствору дать остыть постепенно, атомы углерода мигрируют через металл с образованием соединения формулы Fe 3 C, который выпадает в осадок из раствора. Эти кристаллы Fe 3 C в стали играют ту же роль, что и кристаллы CuAl 2 в алюминии, они препятствуют потоку плоскостей атомов металла и тем самым заставляют металл прочнее.


Отверстия в плотноупакованных и простых кубических конструкциях

Металлы - не единственные твердые тела, которые упаковываются в простые кубические, объемно-центрированные кубические, гексагональные структуры с плотнейшей упаковкой и кубические с плотнейшей упаковкой.Большое количество ионных твердых тел также используют эти структуры.

Хлорид натрия (NaCl) и сульфид цинка (ZnS), например, образуют кристаллы. которые можно представить как кубические массивы наиболее плотно упакованных отрицательных ионов (Cl - или S 2 - ) с положительными ионами (Na + или Zn 2+ ), упакованными в отверстия между наиболее плотно упакованными плоскости отрицательных ионов. Там Однако есть небольшое различие между этими структурами, потому что ионы Na + в NaCl упаковываются в дырки, которые отличаются от тех, которые используются ионами Zn 2+ в ZnS.

В структуре с наиболее плотной упаковкой есть два типа отверстий. Так называемые четырехгранные отверстия показаны на рисунке ниже. Сплошные линии на этом рисунке представляют одна плоскость наиболее плотно упакованных атомов. Пунктирные линии представляют вторую плоскость. атомов, которые упаковываются над дырками в первой плоскости. Каждая дырка Маркировка t касается трех атомов в первой плоскости и одного атома во второй плоскости. Их называют тетраэдрическими дырками, потому что в них упаковываются положительные ионы. дырки окружены четырьмя отрицательными ионами, расположенными по углам тетраэдр.

Октаэдрические отверстия в структуре плотнейшей упаковки показаны на рисунке ниже. Снова, сплошные линии представляют одну плоскость наиболее плотно упакованных атомов, а штриховые линии соответствуют второй плоскости, которая располагается над отверстиями в первой самолет. Каждое из отверстий, отмеченных цифрой o , касается трех атомов в первой плоскости и трех атомов во второй плоскости. Их называют октаэдрическими дырками, потому что положительные ионы, которые занимают эти дырки. дырки окружены шестью отрицательными ионами, расположенными по углам октаэдр.

Тетраэдрические отверстия очень маленькие. Самый большой атом, который может поместиться в тетраэдр отверстие без искажения тетраэдра имеет радиус всего 0,225 раза больше радиус атомов, образующих отверстие. Октаэдрические отверстия почти в два раза размером с четырехгранные отверстия. Самый большой атом, который может поместиться в октаэдр Отверстие имеет радиус 0,414 радиуса атомов, образующих отверстие. Таким образом, относительный размер атомов или ионов, образующих кристалл, диктует используются ли четырехгранные или октаэдрические отверстия.

Иногда положительные ионы слишком велики, чтобы их можно было упаковать в тетраэдрические или октаэдрические формы. дырки в плотноупакованной структуре отрицательных ионов. Когда это произойдет, отрицательные ионы упаковываются в простую кубическую структуру, а положительные ионы упаковать в кубических отверстий между плоскостями отрицательных ионов.


Правила соотношения радиусов

Обсуждение тетраэдрических, октаэдрических и кубических дырок в предыдущем раздела предполагает, что структура ионного твердого тела зависит от относительной размер ионов, образующих твердое тело.Относительный размер этих ионов дается соотношением радиусов , которое представляет собой радиус положительного иона, деленный на радиус отрицательного ион.

Связь между координационным числом положительных ионов в ионные твердые частицы и соотношение радиусов ионов приведены в таблице ниже. По мере увеличения отношения радиусов количество отрицательных ионов, которые могут упаковать вокруг каждого положительного иона увеличивается. Когда коэффициент радиуса составляет 0,225 и 0,414 положительные ионы имеют тенденцию упаковываться в тетраэдрические отверстия между плоскостями отрицательных ионов в кубической или гексагональной плотноупакованной структуре.Когда отношение радиусов составляет от 0,414 до 0,732, положительные ионы имеют тенденцию к упаковке в октаэдрических дырках между плоскостями отрицательных ионов в плотноупакованном состав.

Правила соотношения радиусов

Радиус
Соотношение
Координация
Номер
Отверстия, в которых
Пакет положительных ионов
0.225 - 0,414 4 четырехгранные отверстия
0,414 - 0,732 6 октаэдрические отверстия
0,732 - 1 кубических отверстий
1 12 плотноупакованная структура

Из приведенной выше таблицы следует, что тетраэдрические отверстия не используются до положительного ион достаточно велик, чтобы коснуться всех четырех отрицательных ионов, образующих этот отверстие.При увеличении отношения радиусов от 0,225 до 0,414 положительный ион искажает структуру отрицательных ионов в сторону пуристической можно описать как плотно упакованный .

Как только положительный ион станет достаточно большим, чтобы коснуться всех шести отрицательных ионов в октаэдрической дыре положительные ионы начинают упаковываться в октаэдрические дырки. Эти отверстия используются до тех пор, пока положительный ион не станет настолько большим, что он не сможет поместиться. даже в искаженное восьмигранное отверстие.

В конце концов достигается точка, в которой положительный ион больше не может соответствовать в тетраэдрические или октаэдрические дырки в кристалле с наиболее плотной упаковкой.Когда отношение радиусов составляет от 0,732 до 1, ионные твердые частицы имеют тенденцию к кристаллизоваться в простой кубический массив отрицательных ионов с положительными ионами занимая некоторые или все кубические отверстия между этими плоскостями. Когда отношение радиусов составляет около 1, положительные ионы могут быть включены напрямую в позиции наиболее плотноупакованной структуры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *