aluminiul este un metal ductil alb-argintiu, moale, nemagnetic, din grupa borului. În masă, aluminiul reprezintă aproximativ 8% din scoarța terestră; este al treilea element cel mai abundent după oxigen și siliciu și cel mai abundent metal din crustă, deși este mai puțin obișnuit în mantaua de dedesubt.
aproximativ 70% din aeronavele civile comerciale sunt fabricate din aliaje de aluminiu, iar fără aluminiu aviația civilă nu ar fi viabilă din punct de vedere economic. Aluminiul este extras din minereul principal, bauxita. Depozite semnificative de bauxită se găsesc în Australia, Caraibe, Africa, China și America de Sud.
protoni și neutroni din aluminiu
aluminiul este un element chimic cu numărul atomic 13, ceea ce înseamnă că există 13 protoni în nucleul său. Numărul total de protoni din nucleu se numește numărul atomic al atomului și i se dă simbolul Z. sarcina electrică totală a nucleului este, prin urmare, +Ze, unde e (sarcina elementară) este egală cu 1.602 x 10-19 coulombi.
numărul total de neutroni din nucleul unui atom se numește numărul de neutroni al atomului și i se dă simbolul N. Numărul de neutroni plus numărul atomic este egal cu numărul de masă atomică: N+Z=A. Diferența dintre numărul de neutroni și numărul atomic este cunoscută sub numele de excesul de neutroni: D = N – Z = A – 2z.
pentru elementele stabile, există de obicei o varietate de izotopi stabili. Izotopii sunt nuclizi care au același număr atomic și, prin urmare, sunt același element, dar diferă în ceea ce privește numărul de neutroni. Numerele de masă ale izotopilor tipici ai aluminiului sunt 27.
principalii izotopi ai aluminiului
ai izotopilor aluminiului, numai 27al este stabil. Acest lucru este în concordanță cu aluminiu având un număr atomic impar. Numai 27al (izotop stabil) și 26al (izotop radioactiv, t1/2 = 7.2 105 y) apar în mod natural, cu toate acestea 27Al cuprinde aproape tot aluminiul natural. În afară de 26Al, toți radioizotopii au timpi de înjumătățire sub 7 minute, majoritatea sub o secundă.
aluminiul-27 este compus din 13 protoni, 14 neutroni și 13 electroni. Este singurul izotop de aluminiu primordial, adică singurul care a existat pe Pământ în forma sa actuală de la formarea planetei. Aproape tot aluminiul de pe Pământ este prezent ca acest izotop, ceea ce îl face un element mononuclidic
aluminiul-26 este compus din 13 protoni, 13 neutroni și 13 electroni. Aluminiul Cosmogenic-26 a fost aplicat pentru prima dată în studiile Lunii și meteoriților. Fragmentele de meteorit, după plecarea din corpurile lor părinte, sunt expuse la bombardamente intense cu raze cosmice în timpul călătoriei lor prin spațiu, provocând o producție substanțială de 26al. După căderea pe Pământ, ecranarea atmosferică protejează fragmentele meteoritului de la o producție suplimentară de 26 de ani, iar degradarea acestuia poate fi apoi utilizată pentru a determina vârsta terestră a meteoritului.
izotopi stabili
| izotop | abundență | număr Neutron |
| 27Al | 100% | 14 |
izotopi tipici instabili
| izotop | timp de înjumătățire | descompunere Mod | produs |
| 26al | 7.17 105 și | pozitroni descompunere | 26 mg |
| 28Al | 2.245(5) min | dezintegrare beta | 28Si |
electroni și configurație electronică
numărul de electroni dintr-un atom neutru din punct de vedere electric este același cu numărul de protoni din nucleu. Prin urmare, numărul de electroni din atomul neutru de aluminiu este de 13. Fiecare electron este influențat de câmpurile electrice produse de sarcina nucleară pozitivă și de ceilalți electroni negativi (Z – 1) din atom.
deoarece numărul de electroni și dispunerea lor sunt responsabile pentru comportamentul chimic al atomilor, numărul atomic identifică diferitele elemente chimice. Configurația acestor electroni rezultă din principiile mecanicii cuantice. Numărul de electroni din învelișurile de electroni ale fiecărui element, în special învelișul de valență cel mai exterior, este factorul principal în determinarea comportamentului său de legătură chimică. În tabelul periodic, elementele sunt enumerate în ordinea creșterii numărului atomic Z.
configurația electronică a aluminiului este 3s2 3p1.
stările posibile de oxidare sunt -2; -1; +1; +2; +3.
un atom de aluminiu are 13 electroni, aranjați într-o configurație electronică de 3s2 3p1, cu trei electroni dincolo de o configurație stabilă de gaz nobil. Aluminiul își poate preda relativ ușor cei trei electroni exteriori în multe reacții chimice (vezi mai jos). Electronegativitatea aluminiului este de 1,61 (scara Pauling). Marea majoritate a compușilor, inclusiv toate mineralele care conțin aluminiu și toți compușii de aluminiu semnificativi din punct de vedere comercial, prezintă aluminiu în stare de oxidare 3+. Numărul de Coordonare al acestor compuși variază, dar în general Al3+ este fie cu șase, fie cu patru coordonate. Aproape toți compușii de aluminiu (III) sunt incolori.
cel mai comun aliaj de aluminiu
în general, aliajele de aluminiu din seria 6000 sunt aliate cu magneziu și siliciu. Aliajul 6061 este unul dintre cele mai utilizate aliaje din seria 6000. Are proprietăți mecanice bune, este ușor de prelucrat, este sudabil și poate fi întărit prin precipitații, dar nu la punctele forte ridicate pe care le pot atinge 2000 și 7000. Are o rezistență foarte bună la coroziune și o sudabilitate foarte bună, deși rezistență redusă în zona de sudură. Proprietățile mecanice ale 6061 depind în mare măsură de temperamentul sau tratamentul termic al materialului. În comparație cu aliajul din 2024, 6061 este mai ușor de lucrat și rămâne rezistent la coroziune chiar și atunci când suprafața este abrazată.
un proton este una dintre particulele subatomice care alcătuiesc materia. În univers, protonii sunt abundenți, reprezentând aproximativ jumătate din toată materia vizibilă. Are o sarcină electrică pozitivă (+1e) și o masă de repaus egală cu 1,67262 0-27 kg (938,272 MeV/c2)— marginal mai ușoară decât cea a neutronului, dar de aproape 1836 de ori mai mare decât cea a electronului. Protonul are o rază medie pătrată de aproximativ 0,87 XTX 10-15 m, sau 0,87 fm, și este un fermion spin-XTX.
protonii există în nucleele atomilor tipici, împreună cu omologii lor neutri, neutronii. Neutronii și protonii, numiți în mod obișnuit nucleoni, sunt legați împreună în nucleul atomic, unde reprezintă 99,9% din masa atomului. Cercetările în fizica particulelor de mare energie din secolul 20 au arătat că nici neutronul, nici protonul nu sunt cel mai mic bloc de materie.
un neutron este una dintre particulele subatomice care alcătuiesc materia. În univers, neutronii sunt abundenți, reprezentând mai mult de jumătate din toată materia vizibilă. Nu are sarcină electrică și o masă de repaus egală cu 1,67493 XTX 10-27 kg—marginal mai mare decât cea a protonului, dar de aproape 1839 de ori mai mare decât cea a electronului. Neutronul are o rază medie pătrată de aproximativ 0,8 XTX 10-15 m, sau 0,8 fm, și este un fermion spin-XTX.
nucleele atomice constau din protoni și neutroni, care se atrag reciproc prin forța nucleară, în timp ce protonii se resping reciproc prin forța electrică datorită sarcinii lor pozitive. Aceste două forțe concurează, ducând la o stabilitate diferită a nucleelor. Există doar anumite combinații de neutroni și protoni, care formează nuclee stabile.
neutronii stabilizează nucleul, deoarece se atrag reciproc și protonii , ceea ce ajută la compensarea repulsiei electrice dintre protoni. Ca urmare, pe măsură ce numărul de protoni crește, este necesar un raport tot mai mare de neutroni la protoni pentru a forma un nucleu stabil. Dacă există prea mulți sau prea puțini neutroni pentru un anumit număr de protoni, nucleul rezultat nu este stabil și suferă dezintegrare radioactivă. Izotopii instabili se descompun prin diferite căi de dezintegrare radioactivă, cel mai frecvent dezintegrarea alfa, dezintegrarea beta sau captarea electronilor. Sunt cunoscute multe alte tipuri rare de dezintegrare, cum ar fi fisiunea spontană sau emisia de neutroni. Trebuie remarcat faptul că toate aceste căi de dezintegrare pot fi însoțite de emisia ulterioară de radiații gamma. Dezintegrările alfa sau beta Pure sunt foarte rare.
tabelul periodic este o afișare tabelară a elementelor chimice organizate pe baza numerelor lor atomice, a configurațiilor electronice și a proprietăților chimice. Configurația electronică este distribuția electronilor unui atom sau moleculă (sau altă structură fizică) în orbitali atomici sau moleculari. Cunoașterea configurației electronice a diferiților atomi este utilă în înțelegerea structurii tabelului periodic al elementelor.
fiecare solid, lichid, gaz și plasmă este compus din atomi neutri sau ionizați. Proprietățile chimice ale atomului sunt determinate de numărul de protoni, de fapt, de numărul și dispunerea electronilor. Configurația acestor electroni rezultă din principiile mecanicii cuantice. Numărul de electroni din învelișurile de electroni ale fiecărui element, în special învelișul de valență cel mai exterior, este factorul principal în determinarea comportamentului său de legătură chimică. În tabelul periodic, elementele sunt enumerate în ordinea creșterii numărului atomic Z.
este principiul excluderii Pauli care cere electronilor dintr-un atom să ocupe diferite niveluri de energie în loc să se condenseze în starea de bază. Ordonarea electronilor în starea de bază a atomilor multielectroni începe cu cea mai mică stare de energie (starea de bază) și se deplasează progresiv de acolo în sus pe scara de energie până când fiecăruia dintre electronii atomului i s-a atribuit un set unic de numere cuantice. Acest fapt are implicații cheie pentru construirea tabelului periodic al elementelor.
primele două coloane din partea stângă a tabelului periodic sunt locul în care sunt ocupate sub-cochilii S. Din acest motiv, primele două rânduri ale tabelului periodic sunt etichetate blocul S. În mod similar, blocul p sunt cele șase coloane din dreapta ale tabelului periodic, blocul d este mijlocul celor 10 coloane ale tabelului periodic, în timp ce Blocul f este secțiunea cu 14 coloane care este în mod normal descrisă ca detașată de corpul principal al tabelului periodic. Ar putea face parte din corpul principal, dar atunci tabelul periodic ar fi destul de lung și greoi.
pentru atomii cu mulți electroni, această notație poate deveni lungă și astfel se folosește o notație prescurtată. Configurația electronică poate fi vizualizată ca electronii de bază, echivalenți cu gazul nobil din perioada precedentă și electronii de valență (de exemplu, 6S2 pentru bariu).
stările de oxidare
stările de oxidare sunt de obicei reprezentate de numere întregi care pot fi pozitive, zero sau negative. Majoritatea elementelor au mai multe stări de oxidare posibile. De exemplu, carbonul are nouă posibile stări de oxidare întregi de la -4 la +4.
definiția actuală a cărții de aur IUPAC a stării de oxidare este:
„starea de oxidare a unui atom este sarcina acestui atom după aproximarea ionică a legăturilor sale heteronucleare…”
și termenul număr de oxidare este aproape sinonim. Un element care nu este combinat cu alte elemente diferite are o stare de oxidare de 0. Starea de oxidare 0 apare pentru toate elementele – este pur și simplu elementul în forma sa elementară. Un atom al unui element dintr-un compus va avea o stare de oxidare pozitivă dacă a avut electroni îndepărtați. În mod similar, adăugarea de electroni are ca rezultat o stare de oxidare negativă. De asemenea, am făcut distincția între stările de oxidare posibile și cele comune ale fiecărui element. De exemplu, siliciul are nouă stări de oxidare întregi posibile de la -4 la +4, dar numai -4, 0 și +4 sunt stări de oxidare comune.
rezumat
| element | aluminiu |
| numărul de protoni | 13 |
| numărul de neutroni (izotopi tipici) | 27 |
| numărul de electroni | 13 |
| configurație electronică | 3s2 3p1 |
| stări de oxidare | -2; -1; +1; +2; +3 |
