Будова атома Алюмінію
Алюміній (Al) — найпоширеніший метал у земній корі. Атом Алюмінію має ядро з 13 протонів і 14 нейтронів, навколо якого обертаються 13 електронів, розподілених по трьох оболонках: 2, 8 і 3 електрони на зовнішній оболонці.
Основні характеристики
| Символ | Al |
|---|---|
| Атомний номер (кількість протонів) | 13 |
| Кількість нейтронів (основний ізотоп Al-27) | 14 |
| Кількість електронів | 13 |
| Електронна конфігурація | 3 оболонки: 2, 8, 3 електрони (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹) |
| Атомна маса | 26,982 а.о.м. |
| Категорія | постперехідний метал |
| Відкриття | Ганс Крістіан Ерстед, 1825 рік |
Властивості
Алюміній — легкий, м'який, сріблясто-білий метал, стійкий до корозії завдяки тонкій оксидній плівці, що утворюється на поверхні. Незважаючи на високу хімічну активність, ця плівка захищає метал від подальшого окиснення. Алюміній має лише один стабільний ізотоп (Al-27), тому перемикач ізотопів для нього недоступний — натомість можна підсвітити валентні електрони та змінити швидкість обертання й обертання електронів.
Застосування та цікаві факти
- Найпоширеніший метал у земній корі та третій за поширеністю елемент після Оксигену і Силіцію.
- Широко застосовується в авіабудуванні, автомобілебудуванні та будівництві завдяки легкості та міцності.
- Використовується для виробництва пакування (фольга, банки), проводів, посуду.
- Добре піддається переробці — рециклінг алюмінію потребує лише ~5% енергії від виробництва первинного металу.
Місце в періодичній системі
Алюміній розташований у Періоді 3, Групі 13. Це перший метал у своїй групі (вище над ним у таблиці стоїть неметалічний Бор), і хоча формально в нього 3 валентні електрони, як і в Бору, металеві властивості проявляються вже повністю — гарна електропровідність, пластичність і характерний металевий блиск.
Як читати цю 3D-модель
Модель вище — це спрощена модель Бора: електрони показані кульками, що рухаються по чітких колових оболонках навколо ядра. У реальності електрон не має траєкторії в класичному розумінні — квантова механіка описує його "хмарою ймовірності" (орбіталлю) певної форми, а не точкою на орбіті. Модель Бора зручна для навчання й правильно передає кількість електронів на кожному рівні енергії, але не показує форму орбіталей. Також масштаб умовний: реальне ядро атома в десятки тисяч разів менше за розмір електронної оболонки, ніж це показано на екрані — інакше воно було б непомітною точкою.
Промислове видобування та історична цінність
Сучасний Алюміній добувають електролізом глинозему (оксиду алюмінію), розчиненого в розплавленому кріоліті, — цей процес Холла-Еру, винайдений незалежно у 1886 році, зробив метал дешевим і масовим. До цього відкриття Алюміній коштував дорожче за золото: наприкінці 1850-х років з нього навіть виготовляли ювелірні вироби для знаті. Сьогодні ж, навпаки, Алюміній — один з найпростіших металів для повторної переробки, і більшість алюмінієвих банок у світі містять значну частку вторинної сировини.
Дані у графіках
Заповненість електронних оболонок
3 валентні електрони на оболонці M визначають типову для Алюмінію ступінь окиснення +3 у сполуках.
Поширеність ізотопів у природі
Алюміній-27 — єдиний стабільний ізотоп у природі; це один з небагатьох елементів, що є повністю мононуклідними.
Часті запитання
Скільки протонів, нейтронів і електронів в атомі Алюмінію?
Атом Алюмінію має 13 протонів, 14 нейтронів (у ізотопу Алюміній-27) та 13 електронів на трьох оболонках: 2, 8 і 3 електрони на зовнішній оболонці.
Алюміній — метал чи неметал?
Постперехідний метал — легкий, м'який, сріблясто-білий, зі значно вираженими металевими властивостями попри лише 3 валентні електрони.
Чому Алюміній не іржавіє?
На поверхні миттєво утворюється тонка й дуже міцна оксидна плівка (оксид алюмінію), яка щільно прилягає до металу і захищає його від подальшого контакту з киснем і вологою.
Чи правда, що Алюміній колись коштував дорожче за золото?
Так — до винаходу процесу Холла-Еру в 1886 році видобування Алюмінію було надзвичайно дорогим і трудомістким, тож наприкінці 1850-х років з нього виготовляли ювелірні вироби для знаті, а не побутові предмети.
Скільки ізотопів має Алюміній?
Лише один стабільний ізотоп — Алюміній-27; усі інші ізотопи радіоактивні, короткоживучі й у природних умовах не трапляються.
Чому Алюміній легко переробляти?
Рециклінг алюмінію потребує лише близько 5% енергії, необхідної для виробництва первинного металу з руди, тому переплавка металобрухту економічно набагато вигідніша, ніж видобування нового.
Скільки енергії потрібно для виробництва Алюмінію?
Виробництво первинного алюмінію процесом Холла-Еру надзвичайно енергоємне — електроліз глинозему вимагає величезної кількості електроенергії, тому алюмінієві заводи традиційно будують поблизу дешевих джерел енергії, зокрема гідроелектростанцій.
Чому Алюміній використовують в авіації?
Головна перевага Алюмінію — виняткове співвідношення міцності до ваги: він утричі легший за сталь при цілком достатній для авіаконструкцій міцності (особливо в сплавах з міддю, магнієм чи цинком, наприклад дюралюмінії), що дозволяє суттєво знижувати вагу літаків і економити паливо.
Чи токсичний Алюміній для людини?
У металевій формі та у складі більшості сполук Алюміній вважається малотоксичним і широко використовується в харчовій упаковці; надмірне надходження розчинних сполук досліджують щодо можливого зв'язку з деякими неврологічними станами, хоча наукового консенсусу щодо серйозної небезпеки для здорових людей немає.
Де в природі трапляється Алюміній?
У вільному металевому вигляді Алюміній у природі майже не зустрічається через високу хімічну активність; основне промислове джерело — боксит, осадова гірська порода, що містить гідроксиди алюмінію і є вихідною сировиною для отримання глинозему.