알루미늄 화학 원소

알루미늄 (Al), 철자, 알루미늄, 화학 원소, 주기율표의 주요 13 족 (IIIa 또는 붕소 그룹)의 가볍고 은백색의 금속. 알루미늄은 지각에서 가장 풍부한 금속 원소이며 가장 널리 사용되는 비철 금속입니다. 화학적 활성으로 인해 알루미늄은 사실상 금속성 형태로 결코 발생하지 않지만 그 화합물은 거의 모든 암석, 초목 및 동물에서 더 많거나 적습니다. 알루미늄은 지각의 바깥 쪽 16 킬로미터 (16 마일)에 집중되어 있으며, 그 지각은 약 8 중량 %입니다. 산소와 실리콘에 의해서만 양이 초과됩니다. 이름 알루미늄은 칼륨 명반 또는 황산 알루미늄 칼륨, KAl (SO ₄) ₂ 를 설명하는 데 사용되는 라틴어 alumen에서 파생됩니다.∙ 12H ₂ O.

붕소 그룹 원소

붕소 (B), 알루미늄 (Al), 갈륨 (Ga), 인듐 (In), 탈륨 (T1) 및 니 호늄 (Nh)이다. 그들은 3 개를 가짐으로써 그룹으로 특성화됩니다

요소 속성

원자 번호	13
원자량	26.9815
녹는 점	660 ° C (1,220 ° F)
비점	2,467 ° C (4,473 ° F)
비중	2.70 (20 ° C에서 [68 ° F])
원자가	삼
전자 구성	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

발생, 용도 및 속성

알루미늄은 주로 장석, 장석 및 운모의 알루미 노 실리케이트로 화성암에서 발생합니다. 흙에서 나온 흙에서 점토로; 보크 사이트와 철이 풍부한 라테라이트로 더 풍화 될 때. 수화 된 산화 알루미늄의 혼합물 인 보크 사이트가 주요 알루미늄 광석입니다. 몇 개의 화성암에서 발생하는 결정질 산화 알루미늄 (에머리, 커런덤)은 천연 연마제 또는 루비 및 사파이어와 같은 미세한 종류로 채굴됩니다. 알루미늄은 토파즈, 가넷 및 크리 소 베릴과 같은 다른 보석에 존재합니다. 다른 많은 알루미늄 광물 중에서, 알루 니트 및 빙정석은 상업적으로 중요하다.

조잡한 알루미늄은 덴마크 물리학 자 한스 크리스티안 (Hans Christian)에 의해 분리되었습니다 (1825). 염화칼륨을 아말감으로 염화 알루미늄을 환원 시켜서 처리했습니다. 영국의 화학자 인 Humphry Davy 경은 융합 알루미나 (알루미늄 산화물)를 전기 분해하여 철-알루미늄 합금을 제조하고 (1809), 이미 원소 알루미늄으로 명명했다; 나중에 영국과 다른 유럽 국가에서는이 단어가 알루미늄으로 수정되었습니다. 독일 화학자 프리드리히 볼러 (Friedrich Wöhler)는 칼륨 금속을 환원제로 사용하여 알루미늄 분말 (1827)과 금속의 작은 소구 (1845)를 생산했으며, 이로부터 일부 특성을 확인할 수있었습니다.

새로운 금속은 녹은 염화 알루미늄의 나트륨 환원에 의해 소량의 비용으로 이용할 수있게 될 때쯤 파리 박람회에서 대중에게 소개되었다 (1855). 전력이 상대적으로 풍부하고 저렴 해지자 거의 동시에 미국의 Charles Martin Hall과 프랑스의 Paul-Louis-Toussaint Héroult는 알루미늄을 상업적으로 생산하는 현대적인 방법을 발견했습니다 (1886): 정제 된 알루미나 (Al ₂ O ₃)의 전기 분해 용융 된 빙정석 (Na ₃ AlF ₆)에서. 1960 년대에 비철금속의 세계 생산에서 알루미늄은 구리보다 1 위를 차지했습니다. 알루미늄 채굴, 정제 및 생산에 대한 자세한 내용은 알루미늄 가공을 참조하십시오.

알루미늄은 알루미늄 청동 및 대부분의 마그네슘 계 합금에서와 같이 특정 용도에 대한 특성을 개선하기 위해 특정 금속에 소량 첨가됩니다. 또는 알루미늄 계 합금의 경우, 적당한 양의 다른 금속 및 실리콘이 알루미늄에 첨가된다. 금속 및 그 합금은 항공기 건설, 건축 자재, 소비자 내구재 (냉장고, 에어컨, 조리기구), 전기 전도체 및 화학 및 식품 가공 장비에 광범위하게 사용됩니다.

순수한 알루미늄 (99.996 %)은 매우 부드럽고 약합니다. 소량의 실리콘과 철을 함유 한 상업용 알루미늄 (99 ~ 99.6 % 순수)은 단단하고 강합니다. 연성이 높고 가단성이 높은 알루미늄은 와이어로 끌거나 얇은 호일로 감을 수 있습니다. 금속은 철이나 구리의 3 분의 1에 불과합니다. 그럼에도 불구하고, 알루미늄은 화학적으로 활성이기는하지만 공기 중에는 표면에 단단하고 거친 산화막이 형성되기 때문에 내식성이 뛰어납니다.

알루미늄은 열과 전기의 우수한 전도체입니다. 열전도율은 구리의 열전도의 약 절반입니다. 전기 전도도는 약 2/3입니다. 그것은 얼굴 중심 입방 구조로 결정화됩니다. 모든 천연 알루미늄은 안정적인 동위 원소 알루미늄 -27입니다. 금속 알루미늄과 그 산화물 및 수산화물은 무독성입니다.

알루미늄은 대부분의 묽은 산에 의해 서서히 공격을 받고 진한 염산에 빠르게 용해됩니다. 그러나 농축 질산은 금속을 수동적으로 만들 수 있기 때문에 알루미늄 탱크 차량으로 운송 할 수 있습니다. 매우 순수한 알루미늄조차도 나트륨 및 수산화 칼륨과 같은 알칼리에 의해 격렬하게 공격되어 수소 및 알루미 네이트 이온을 생성합니다. 산소에 대한 친화력이 높기 때문에 미분 된 알루미늄은 발화 될 경우 산화 알루미늄과 탄화물의 형성으로 일산화탄소 나 이산화탄소에서 연소 될 수 있지만, 적열까지의 온도에서는 알루미늄이 황에 불활성입니다.

알루미늄은 방출 분광법에 의해 백만 분의 1 정도로 낮은 농도로 검출 될 수 있습니다. 알루미늄은 산화물 (화학식 Al ₂ O ₃) 또는 유기 질소 화합물 8- 하이드 록시 퀴놀린의 유도체 로서 정량적으로 분석 될 수있다. 유도체는 분자식 Al (C ₉ H ₆ ON) _{3을 갖는다}.

화합물

일반적으로 알루미늄은 3 가입니다. 높은 온도에서, 그러나 약간의 기체 가의 가의 화합물 (의 AlCl 알 제조 된 ₂ O, ALO 참조). 알루미늄에서, 3 개의 외부 전자의 구성은 소수의 화합물 (예를 들어, 결정질 알루미늄 플루오 라이드 [AlF ₃] 및 염화 알루미늄 [AlCl ₃])에서 이들 전자의 손실에 의해 형성된 베어 이온, Al ^{3 +} 가 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나, Al ^{3 +} 이온 을 형성하는데 필요한 에너지 는 매우 높으며, 대부분의 경우, 붕소와 같이 알루미늄 원자가 sp ² 혼성화에 의해 공유 화합물을 형성하는 것이 에너지 적으로 유리하다. Al ³⁺ 이온은 수화에 의해 안정화 될 수 있고, 팔면체 이온 [Al (H ₂ O) ₆] ³⁺ 은 수용액 및 여러 염에서 모두 발생한다.

많은 알루미늄 화합물이 중요한 산업 응용 분야를 가지고 있습니다. 강옥으로서 자연적으로 발생하는 알루미나는 또한 알루미늄 금속의 제조 및 절연체, 점화 플러그 및 다양한 다른 제품의 제조에 사용하기 위해 대량으로 상업적으로 제조된다. 가열시 알루미나는 다공성 구조를 형성하여 수증기를 흡착시킬 수 있습니다. 상업적으로 활성 알루미나로 알려진 이러한 형태의 산화 알루미늄은 기체 및 특정 액체의 건조에 사용된다. 또한 다양한 화학 반응의 촉매제로 사용됩니다.

전형적으로 알루미늄의 전기 화학적 산화를 통해 생성되는 양극 산화 알루미늄 (AAO)은 매우 독특한 구조를 갖는 나노 구조화 된 알루미늄 계 물질이다. AAO는 다양한 용도를 제공하는 원통형 구멍을 포함합니다. 광학적으로 투명하고 전기 절연체 인 동시에 열적으로 그리고 기계적으로 안정적인 화합물입니다. AAO의 기공 크기 및 두께는 재료를 나노 튜브 및 나노로드로 합성하기위한 템플릿으로서 작용하는 것을 포함하여, 특정 용도에 맞게 쉽게 맞춤화 될 수있다.

다른 주요 화합물은 수화 된 산화 알루미늄에 대한 황산의 작용에 의해 수득되는 무색 염인 황산 알루미늄이다. 상업적 형태는 화학식 Al ₂ (SO ₄) _3을 갖는 수화 된 결정질 고체 이다. 제지 산업에서 염료 바인더 및 표면 필러로 광범위하게 사용됩니다. 알루미늄 설페이트는 일가 금속의 설페이트와 결합하여 명반이라고 불리는 수화 된 이중 설페이트를 형성한다. 화학식 MAl (SO ₄) ₂ · 12H ₂ O 의 명반, 이중 염 (여기서 M은 K ⁺ 와 같은 단일 하전 양이온 임)도 Al ³⁺ 이온을 함유하고; M은 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 암모늄 또는 탈륨의 양이온 일 수 있으며 알루미늄은 다양한 다른 M ³⁺ 이온 (예: 갈륨, 인듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철) 으로 대체 될 수 있습니다. 또는 코발트. 이러한 염의 가장 중요한 것은 황산 칼륨, 칼륨 명반 또는 칼륨 명반으로 알려져 있습니다. 이 명반에는 특히 의약품, 섬유 및 페인트 생산에 많은 응용 분야가 있습니다.

기체 염소와 용융 알루미늄 금속의 반응은 염화 알루미늄을 생성합니다. 후자는 Friedel-Crafts 반응에서 가장 일반적으로 사용되는 촉매, 즉 방향족 케톤 및 안 트로 퀴논 및 그 유도체를 포함한 다양한 화합물의 제조에 관여하는 합성 유기 반응입니다. 일반적으로 염화 알루미늄 수화물 (AlCl ₃ ∙ H ₂ O) 로 알려진 수화 된 염화 알루미늄 은 국소 발한 억제제 또는 신체 탈취제로 사용되며, 이는 모공을 수축시켜 작용합니다. 화장품 산업에서 사용되는 몇 가지 알루미늄 염 중 하나입니다.

수산화 알루미늄 (Al (OH) ₃)은 직물을 방수 처리하고, AlO ^- ₂ 기를 함유하는 알루미 네이트라고하는 염을 포함하여 다른 많은 알루미늄 화합물을 제조하는데 사용된다. 수소에 의해, 알루미늄은 수소화 알루미늄, AlH _3을 형성하고, 이로 부터 중합체 고체는 테트라 하이드로 알루미 네이트 (중요한 환원제)로부터 유도된다. 염화 알루미늄과 수소화 리튬의 반응에 의해 형성된 리튬 알루미늄 수 소화물 (LiAlH ₄)은 유기 화학에서 널리 사용되며, 예를 들어 알데히드 및 ​​케톤을 각각 1 차 및 2 차 알코올로 환원시킨다.