Номер 8, страница 171 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

8. Подготовьте сообщение об истории открытия алюминия, его свойствах и применении.

История открытия алюминия

Соединения алюминия, такие как квасцы, использовались с древних времен, однако выделить из них чистый металл долгое время не удавалось. В 1808 году английский химик Гемфри Дэви предположил существование металла в глиноземе и предложил для него название «алюмиум», а затем «алюминий», но его попытки получить металл электролизом не увенчались успехом.

Первым, кому удалось выделить алюминий, считается датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1825 году. Он получил несколько миллиграммов металла, похожего на олово, путем восстановления безводного хлорида алюминия ($AlCl_3$) амальгамой калия (сплавом калия и ртути).

В 1827 году немецкий химик Фридрих Вёлер усовершенствовал метод Эрстеда, использовав для восстановления чистый металлический калий. Его реакция выглядела так: $AlCl_3 + 3K \rightarrow Al + 3KCl$. Вёлеру удалось получить порошок алюминия, а в 1845 году — небольшие шарики (корольки) металла, что позволило определить его ключевые свойства: низкую плотность и высокую ковкость.

Первый промышленный способ производства был разработан французом Анри Сент-Клер Девилем в 1854 году. Он заменил дорогой калий на более дешевый натрий: $AlCl_3 + 3Na \rightarrow Al + 3NaCl$. Тем не менее, алюминий оставался чрезвычайно дорогим металлом, дороже золота. Из него изготавливали ювелирные украшения и предметы роскоши. Например, у императора Наполеона III был столовый сервиз из алюминия, который подавали самым почетным гостям.

Революцию в производстве алюминия совершил электролитический метод, разработанный независимо друг от друга в 1886 году американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру. Этот процесс (процесс Холла-Эру) заключается в электролизе оксида алюминия (глинозема, $Al_2O_3$), растворенного в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$). Этот способ позволил многократно снизить стоимость алюминия и положил начало его массовому производству и широкому применению.

Ответ: Алюминий был впервые получен Х.К. Эрстедом в 1825 году, однако из-за высокой стоимости он долгое время оставался драгоценным металлом. Промышленный и дешевый способ производства был открыт Ч. Холлом и П. Эру в 1886 году, что сделало алюминий одним из самых используемых металлов.

Свойства алюминия

Алюминий — химический элемент 13-й группы периодической таблицы с символом $Al$. Его свойства можно разделить на физические и химические.

Физические свойства: Алюминий — это лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета. Его плотность составляет всего $2,7 \text{ г/см}^3$, что примерно в три раза меньше плотности стали. Он обладает высокой пластичностью: легко поддается ковке, штамповке, прокатке в тонкие листы и вытягиванию в проволоку. Температура плавления — $660,3 \text{°C}$. Алюминий также характеризуется высокой тепло- и электропроводностью (уступает по электропроводности только золоту, серебру и меди), не обладает магнитными свойствами.

Химические свойства: Алюминий — химически активный металл. На воздухе он мгновенно покрывается тонкой, но очень прочной и химически стойкой оксидной пленкой ($Al_2O_3$), которая защищает его от дальнейшего окисления и коррозии. Реакция образования пленки: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$. Благодаря этой пленке алюминий не реагирует с холодной водой и концентрированной азотной кислотой. Алюминий проявляет амфотерные свойства, то есть реагирует как с кислотами, так и со щелочами.
• Реакция с соляной кислотой: $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$.
• Реакция с раствором щелочи: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$. При высоких температурах алюминий является сильным восстановителем, что используется в алюмотермии для получения других металлов из их оксидов. Например, реакция с оксидом железа (термитная смесь): $2Al + Fe_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$.

Ответ: Основные свойства алюминия — это низкая плотность (лёгкость), высокая электро- и теплопроводность, пластичность и коррозионная стойкость благодаря образованию защитной оксидной плёнки. Химически он является активным амфотерным металлом.

Применение алюминия

Благодаря уникальному сочетанию свойств алюминий и его сплавы нашли широчайшее применение в различных отраслях промышленности и в быту.

Транспорт: Лёгкость и прочность алюминиевых сплавов (например, дюралюминия) делают их незаменимыми в авиа- и ракетостроении. Из них изготавливают фюзеляжи, крылья и другие элементы конструкций самолетов. В автомобилестроении алюминий используется для производства блоков цилиндров, дисков колес, деталей кузова, что позволяет снизить массу автомобиля и расход топлива. Его также применяют в судостроении и для производства железнодорожных вагонов.

Строительство: Коррозионная стойкость и долговечность алюминия используются при изготовлении оконных рам, дверей, фасадных систем, подвесных потолков и кровельных материалов.

Упаковка: Алюминиевая фольга является неотъемлемой частью пищевой и фармацевтической промышленности. Из алюминия изготавливают банки для напитков, тюбики и аэрозольные баллоны. Такая упаковка лёгкая, прочная и эффективно защищает содержимое от света, влаги и кислорода.

Электротехника: Из-за хорошей электропроводности и малой массы алюминий широко используется для изготовления проводов и кабелей, особенно для линий электропередач высокого напряжения.

Товары народного потребления: Из алюминия делают посуду (кастрюли, сковороды), корпуса смартфонов и ноутбуков, спортивный инвентарь и мебель.

Химическая промышленность: Порошок алюминия используется как катализатор, а также в алюмотермии для сварки и получения тугоплавких металлов (хрома, марганца, ванадия).

Ответ: Алюминий применяется в авиации и автомобилестроении (из-за лёгкости и прочности), в строительстве (из-за коррозионной стойкости), в производстве упаковки (фольга, банки), в электротехнике (провода) и для изготовления потребительских товаров.