Плотность алюминия
Плотность алюминия и другие его физические свойства
При комнатной температуре алюминий не изменяется на воздухе, но лишь потому, что его поверхность покрыта тонкой пленкой оксида, обладающего очень сильным защитным действием.
Рис. 1. Алюминий. Внешний вид.
Алюминий характеризуется большой тягучестью и высокой электропроводностью, составляющей приблизительно 0,6 электропроводности меди. С этим связано его использование в производстве электрических проводов (которые при сечении, обеспечивающем равную электропроводность, вдвое легче медных). Важнейшие константы алюминия представлены в таблице ниже:
Таблица 1. Физические свойства и плотность алюминия.
|
Плотность, кг/м3 |
2698,9 |
|
Температура плавления, oС |
660 |
|
Температура кипения, oС |
2518,82 |
|
Энергия ионизации атома, эВ |
5,99 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,61 |
|
Радиус атома, нм |
0,143 |
|
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25oС, кДж/моль |
329,1 |
Распространенность алюминия в природе
По содержанию в земной коре алюминий занимает третье место (8,3 мас. %), уступая только кислороду (45,5 мас. %) и кремнию (25,7 мас.%). Алюминий — наиболее распространенный металл, его важнейшими рудами и минералами являются бокситы (Al2O3×2Н2O), корунд (Al2O3) и нефелин (Na3K[AlSiO4]4), также он входит в состав полевых шпатов, слюд, глин и др.
Краткое описание химических свойств и плотность алюминия
При накаливании мелко раздробленного алюминия он энергично сгорает на воздухе. Аналогично протекает и взаимодействие его с серой. С хлором и бромом соединение происходит уже при обычной температуре, с иодом – при нагревании. При очень высоких температурах алюминий непосредственно соединяется также с азотом и углеродом. Напротив, с водородом он не взаимодействует.
4Al + 3O2 = 2Al2O3;
2Al + 3F2 = 2AlF3 (to = 600oC);
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3;
2Al + 2S = Al2S3 (to = 150 – 200oC);
2Al + N2 = 2AlN (to = 800 – 1200oC);
4Al + P4 = 4AlPto = 500 – 800oC, в атмосфере H2);
4Al + 3C = Al4C3 (to = 1500 – 1700oC).
По отношению к воде алюминий практически вполне устойчив. Сильно разбавленные, а также очень концентрированные растворы азотной и серной кислот на алюминий почти не действуют, тогда как при средних концентрациях этих кислот он постепенно растворяется.
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2;
8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O.
По отношению к уксусной и ортофосфорной кислотам алюминий устойчив. Чистый металл довольно устойчив также и по отношению к соляной кислоте, но обычный технический в ней растворяется. Алюминий легко растворим в сильных щелочах:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2Na[Al(OH)4].
Примеры решения задач
| Задание | Вычислите плотность по водороду смеси 25 л азота и 175 л кислорода. |
| Решение | Найдем объемные доли веществ в смеси:
j = Vgas / Vmixture_gas; j (N2) = V(N2) / Vmixture_gas; j (N2) = 25 / (25 + 175) = 25 / 200 = 0,125. j (O) = V(O2) / Vmixture_gas; j (O2) = 175 / (25 + 175) = 175 / 200 = 0,875. Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси: Mrconditional (mixture) = j (N2) ×Mr(N2) + j (O2) ×Mr(O2); Mrconditional (mixture) = 0,125 × 28 + 0,875 × 32 = 3,5 + 28 = 31,5. Найдем относительную плотность смеси по водороду: DH2(mixture) = Mrconditional (mixture) / Mr(H2); DH2(mixture) = 31,5 / 2 = 15,75. |
| Ответ | Плотность по водороду смеси, состоящей из азота и кислорода равна 15,75. |
| Задание | Рассчитайте плотности газов водорода H2 и метана CH4 по воздуху. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
D = M1 / M2. Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов. Dair(H2) = Mr(H2) / Mr(air); Dair(H2) = 2 / 29 = 0,0689. Mr(H2) = 2 ×Ar(H) = 2 × 1 = 2. Dair(CH4) = Mr(CH4) / Mr(air); Dair(CH4) = 16 / 29 = 0,5517. Mr(CH4) = Ar(С) + 4 ×Ar(H) = 12 + 4 × 1 = 12 + 4 = 16. |
| Ответ | Плотности газов водорода H2 и метана CH4 по воздуху равны 0,5517 и 16 соответственно. |
