Химийн элемент бүрийг физик, хими, биологи гэсэн гурван шинжлэх ухааны үүднээс авч үзэж болно. Мөн энэ нийтлэлд бид хөнгөн цагааныг аль болох нарийвчлалтай тодорхойлохыг хичээх болно. Энэ нь үечилсэн хүснэгтийн дагуу гуравдугаар бүлэг ба гуравдугаар үе шатанд багтдаг химийн элемент юм. Хөнгөн цагаан бол дунд зэргийн химийн идэвхжилтэй металл юм. Мөн түүний нэгдлүүдэд амфотер шинж чанарыг ажиглаж болно. Хөнгөн цагааны атомын масс нь нэг моль тутамд хорин зургаан грамм байна.
Хөнгөн цагааны физик шинж чанар
Хэвийн нөхцөлд энэ нь хатуу юм. Хөнгөн цагааны томъёо нь маш энгийн. Энэ нь атомуудаас бүрддэг (молекулуудад нэгддэггүй) бөгөөд тэдгээр нь болор торны тусламжтайгаар тасралтгүй бодис болгон бүтээгдсэн байдаг. Хөнгөн цагаан өнгө - мөнгөлөг цагаан. Нэмж дурдахад энэ бүлгийн бусад бодисуудын нэгэн адил металл гялбаатай байдаг. Аж үйлдвэрт ашигладаг хөнгөн цагааны өнгө нь хайлш дахь хольц агуулагдах тул янз бүр байж болно. Энэ нь нэлээд хөнгөн металл юм.
Түүний нягт нь 2.7 г/см3 буюу төмрөөс гурав дахин хөнгөн гэсэн үг. Үүн дээр тэрээр зөвхөн магни л авч чаддаг бөгөөд энэ нь хэвээр байнатухайн металлаас хөнгөн. Хөнгөн цагааны хатуулаг нь нэлээд бага байдаг. Энэ нь ихэнх металлаас доогуур байдаг. Хөнгөн цагааны хатуулаг нь Mohs масштабаар зөвхөн хоёр байна. Тиймээс үүнийг бэхжүүлэхийн тулд энэ металл дээр суурилсан хайлш дээр илүү хатууг нэмдэг.
Хөнгөн цагаан нь ердөө 660 хэмд хайлдаг. Мөн хоёр мянга дөрвөн зуун тавин хоёр градусын температурт халаахад буцалгана. Энэ нь маш уян хатан, хайлдаг металл юм. Хөнгөн цагааны физик шинж чанар үүгээр дуусдаггүй. Мөн энэ металл нь зэс, мөнгөний дараа хамгийн сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай гэдгийг тэмдэглэхийг хүсч байна.
Байгаль дахь тархалт
Хөнгөн цагаан, техникийн үзүүлэлтүүдийг нь саяхан хянаж үзсэн нь байгаль орчинд нэлээд түгээмэл байдаг. Үүнийг олон эрдсийн найрлагаас ажиглаж болно. Хөнгөн цагааны элемент нь байгальд хамгийн түгээмэл дөрөв дэх элемент юм. Түүний дэлхийн царцдас дахь массын эзлэх хувь бараг есөн хувьтай байдаг. Түүний атомууд байдаг гол эрдэс нь боксит, корунд, криолит юм. Эхнийх нь төмөр, цахиур, металлын исэлээс бүрдэх чулуулаг бөгөөд бүтэц нь усны молекулууд байдаг. Энэ нь янз бүрийн хольцтой байдаг: саарал, улаан хүрэн болон бусад өнгөт хэсгүүд нь янз бүрийн хольцоос хамаардаг. Энэ үүлдрийн гучаас жаран хувь нь хөнгөн цагаан бөгөөд түүний зургийг дээрээс харж болно. Үүнээс гадна корунд нь байгальд маш түгээмэл ашигт малтмал юм.
Энэ бол хөнгөн цагааны исэл. Түүний химийн томъёо нь Al2O3 юм. Энэ нь улаан, шар, хөх, хүрэн өнгөтэй байж болно. Мохсын хэмжүүрээр хатуулаг нь есөн нэгж юм. Корундын сортуудад алдартай индранил ба бадмаараг, лейкосапфир, түүнчлэн падпарадша (шар индранил) орно.
Криолит нь илүү нарийн төвөгтэй химийн томъёотой эрдэс юм. Энэ нь хөнгөн цагаан ба натрийн фторидуудаас бүрддэг - AlF3•3NaF. Энэ нь бага хатуулагтай өнгөгүй эсвэл саарал өнгөтэй чулуу шиг харагддаг - Mohs масштабаар ердөө гурав. Орчин үеийн ертөнцөд үүнийг лабораторид зохиомлоор нийлэгжүүлдэг. Үүнийг металлургийн салбарт ашигладаг.
Мөн байгальд хөнгөн цагааныг шаврын найрлагаас олж болно, гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь цахиурын исэл ба тухайн металлын усны молекулуудтай холбоотой байдаг. Нэмж дурдахад энэхүү химийн элементийг нефелинүүдийн найрлагаас ажиглаж болох бөгөөд химийн томъёо нь дараах байдалтай байна: KNa3[AlSiO4]4.
Хүлээн авах
Хөнгөн цагааны шинж чанар нь түүнийг нийлэгжүүлэх аргуудыг авч үзэх боломжийг олгодог. Хэд хэдэн арга байдаг. Эхний аргаар хөнгөн цагааны үйлдвэрлэл гурван үе шаттайгаар явагддаг. Эдгээрийн сүүлчийнх нь катод ба нүүрстөрөгчийн анод дээрх электролизийн процедур юм. Ийм процессыг явуулахын тулд хөнгөн цагаан исэл, түүнчлэн криолит (томъёо - Na3AlF6), кальцийн фтор (CaF2) зэрэг туслах бодисууд шаардлагатай. Усанд ууссан хөнгөн цагааны исэл задрах процесс явагдахын тулд түүнийг хайлсан криолит, кальцийн фторидтой хамт дор хаяж есөн зуун тавин градусын температурт халаах шаардлагатай. Цельсийн хэмжүүр, дараа нь эдгээр бодисоор дамжин наян мянган ампер гүйдэл, таваас найман вольтын хүчдэлээр дамждаг. Ийнхүү энэ процессын үр дүнд хөнгөн цагаан нь катод дээр тогтож, хүчилтөрөгчийн молекулууд анод дээр хуримтлагдаж, улмаар анодыг исэлдүүлж, нүүрстөрөгчийн давхар исэл болгон хувиргадаг. Уг процедурыг хийхээс өмнө хөнгөн цагааны исэл олборлож буй бокситыг хольцоос урьдчилан цэвэрлэж, мөн усгүйжүүлэх процесст ордог.
Дээр дурдсан аргаар хөнгөн цагаан үйлдвэрлэх нь металлургийн салбарт маш түгээмэл байдаг. Мөн 1827 онд Ф. Велерийн зохион бүтээсэн арга бий. Энэ нь хлорид ба калийн хоорондох химийн урвалын тусламжтайгаар хөнгөн цагааныг олборлож болно гэсэн үг юм. Зөвхөн маш өндөр температур, вакуум хэлбэрээр тусгай нөхцлийг бүрдүүлэх замаар ийм процессыг хийх боломжтой. Тиймээс нэг моль хлорид, ижил эзэлхүүнтэй калиас нэг моль хөнгөн цагаан, гурван моль калийн хлоридыг дайвар бүтээгдэхүүн болгон авч болно. Энэ урвалыг дараах тэгшитгэлээр бичиж болно: АІСІ3 + 3К=АІ + 3КІ. Энэ арга нь металлургийн салбарт төдийлөн алдаршаагүй байна.
Хөнгөн цагааны химийн шинж чанар
Дээр дурдсанчлан энэ нь молекул болон нийлдэггүй атомуудаас тогтсон энгийн бодис юм. Үүнтэй төстэй бүтэц нь бараг бүх металлыг бүрдүүлдэг. Хөнгөн цагаан нь нэлээд өндөр химийн идэвхжилтэй, хүчтэй бууруулагч шинж чанартай байдаг. Хөнгөн цагааны химийн шинж чанар нь түүний бусадтай үзүүлэх урвалын тодорхойлолтоос эхэлнээнгийн бодисууд болон нийлмэл органик бус нэгдлүүдтэй цаашдын харилцан үйлчлэлийг тайлбарлах болно.
Хөнгөн цагаан ба энгийн материал
Эдгээрт юуны түрүүнд манай гараг дээрх хамгийн түгээмэл нэгдэл болох хүчилтөрөгч орно. Дэлхийн агаар мандлын 21 хувь нь үүнээс бүрддэг. Өгөгдсөн бодисын бусад бодисуудтай үзүүлэх урвалыг исэлдэлт буюу шаталт гэж нэрлэдэг. Энэ нь ихэвчлэн өндөр температурт тохиолддог. Гэхдээ хөнгөн цагааны хувьд исэлдэлт хэвийн нөхцөлд боломжтой байдаг - энэ нь ислийн хальс үүсдэг. Хэрэв энэ металлыг буталсан бол шатаж, дулаан хэлбэрээр их хэмжээний энерги ялгаруулна. Хөнгөн цагаан ба хүчилтөрөгчийн хоорондох урвалыг явуулахын тулд эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь 4: 3-ийн молийн харьцаатай байх шаардлагатай бөгөөд үүний үр дүнд ислийн хоёр хэсэг үүсдэг.
Энэ химийн харилцан үйлчлэлийг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлнэ: 4АІ + 3О2=2АІО3. Хөнгөн цагааны галогентэй урвалд орох боломжтой бөгөөд үүнд фтор, иод, бром, хлор орно. Эдгээр процессын нэрс нь харгалзах галогенуудын нэрсээс гаралтай: фторжуулах, иоджуулах, бромжуулах, хлоржуулах. Эдгээр нь ердийн нэмэлт урвал юм.
Жишээ нь хөнгөн цагаан хлорын харилцан үйлчлэлийг авч үзье. Ийм үйл явц зөвхөн хүйтэнд л тохиолдож болно.
Тиймээс хоёр моль хөнгөн цагаан, гурван моль хлорыг аваад үр дүнд нь тухайн металлын хоёр моль хлорид гарч ирнэ. Энэ урвалын тэгшитгэл нь дараах байдалтай байна: 2АІ + 3СІ=2АІСІ3. Үүнтэй адилаар хөнгөн цагаан фтор, түүний бромид, иодидыг авч болно.
ХүхэртэйТухайн бодис зөвхөн халах үед л урвалд ордог. Эдгээр хоёр нэгдлүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийг хийхийн тулд тэдгээрийг хоёроос гурав хүртэлх молийн харьцаагаар авах шаардлагатай бөгөөд хөнгөн цагаан сульфидын нэг хэсэг үүсдэг. Урвалын тэгшитгэл дараах байдалтай байна: 2Al + 3S=Al2S3.
Үүнээс гадна өндөр температурт хөнгөн цагаан нь нүүрстөрөгчтэй харилцан үйлчилж карбид, азоттой нитрид үүсгэдэг. Химийн урвалын дараах тэгшитгэлийг жишээ болгон дурдаж болно: 4AI + 3C=AI4C3; 2Al + N2=2AlN.
Нийлмэл бодисуудтай харилцан үйлчлэл
Энд ус, давс, хүчил, суурь, исэл орно. Эдгээр бүх химийн нэгдлүүдтэй хөнгөн цагаан нь янз бүрийн аргаар урвалд ордог. Тохиолдол бүрийг нарийвчлан авч үзье.
Устай харьцах урвал
Дэлхий дээрх хамгийн түгээмэл нийлмэл бодистой хөнгөн цагаан нь халах үед харилцан үйлчилдэг. Энэ нь оксидын хальсыг урьдчилан зайлуулах тохиолдолд л тохиолддог. Харилцан үйлчлэлийн үр дүнд амфотерийн гидроксид үүсч, устөрөгчийг агаарт гаргадаг. Хөнгөн цагааны хоёр хэсэг, усны зургаан хэсгийг аваад бид хоёроос гурав хүртэлх молийн харьцаагаар гидроксид ба устөрөгчийг авдаг. Энэ урвалын тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ: 2АІ + 6Н2О=2АІ(ОН)3 + 3Н2.
Хүчил, суурь, исэлд орох урвал
Бусад идэвхтэй металлын нэгэн адил хөнгөн цагаан нь орлуулах урвалд орох чадвартай. Ингэхдээ хүчилээс устөрөгчийг, эсвэл илүү идэвхгүй металлын катионыг давснаасаа зайлуулж чаддаг. Ийм харилцан үйлчлэлийн үр дүнд хөнгөн цагааны давс үүсч, устөрөгч (хүчиллэгийн хувьд) эсвэл цэвэр металл тунадас үүсдэг (нэгЭнэ нь авч үзэж буйгаас бага идэвхтэй байна). Хоёр дахь тохиолдолд дээр дурдсан нөхөн сэргээх шинж чанарууд илэрдэг. Жишээлбэл, хөнгөн цагааны давсны хүчилтэй харилцан үйлчлэлцэж, хөнгөн цагаан хлорид үүсч, устөрөгч агаарт гардаг. Энэ төрлийн урвалыг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлнэ: 2AI + 6HCI=2AICI3 + 3H2.
Хөнгөн цагааны давстай харилцан үйлчлэх жишээ бол зэсийн сульфаттай үзүүлэх урвал юм. Эдгээр хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийг аваад бид хөнгөн цагаан сульфат ба цэвэр зэсийг олж авдаг бөгөөд энэ нь тунадасжих болно. Хүхэр, азот зэрэг хүчилтэй хөнгөн цагаан нь өвөрмөц байдлаар урвалд ордог. Жишээлбэл, нитратын хүчлийн шингэрүүлсэн уусмалд хөнгөн цагааныг наймаас гуч хүртэлх молийн харьцаатай нэмэхэд тухайн металлын нитратын найман хэсэг, азотын ислийн гурван хэсэг, арван таван хэсэг ус үүсдэг. Энэ урвалын тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ: 8Al + 30HNO3=8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Энэ процесс зөвхөн өндөр температуртай үед л явагдана.
Хэрэв та хөнгөн цагаан ба сульфатын хүчлийн сул уусмалыг хоёроос гурав хүртэлх молийн харьцаатай холивол бид тухайн металлын сульфат ба устөрөгчийг нэгээс гурав хүртэлх харьцаагаар авна. Өөрөөр хэлбэл, бусад хүчилтэй адил ердийн орлуулах урвал явагдана. Тодорхой болгохын тулд бид тэгшитгэлийг үзүүлэв: 2Al + 3H2SO4=Al2(SO4)3 + 3H2. Гэсэн хэдий ч ижил хүчлийн төвлөрсөн уусмалаар бүх зүйл илүү төвөгтэй байдаг. Энд нитратын нэгэн адил дайвар бүтээгдэхүүн үүсдэг боловч исэл хэлбэрээр биш, харин хүхэр, ус хэлбэрээр үүсдэг. Хэрэв бид шаардлагатай хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийг авбалмолийн харьцаа нь хоёроос дөрөвтэй тэнцэх бөгөөд үүний үр дүнд бид тухайн металлын давс, хүхрийн нэг хэсгийг, мөн дөрвөн усыг авдаг. Энэхүү химийн харилцан үйлчлэлийг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлж болно: 2Al + 4H2SO4=Al2(SO4)3 + S + 4H2O.
Үүнээс гадна хөнгөн цагаан нь шүлтийн уусмалтай урвалд орох чадвартай. Ийм химийн харилцан үйлчлэлийг хийхийн тулд та хоёр моль металл, ижил хэмжээний натри эсвэл калийн гидроксид, мөн зургаан моль ус авах хэрэгтэй. Үүний үр дүнд натри эсвэл калийн тетрагидроксоалюминат зэрэг бодисууд үүсдэг ба устөрөгч нь хоёроос гурван молийн харьцаатай хурц үнэртэй хий хэлбэрээр ялгардаг. Энэхүү химийн урвалыг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлж болно: 2AI + 2KOH + 6H2O=2K[AI(OH)4] + 3H2.
Хамгийн сүүлд авч үзэх зүйл бол хөнгөн цагааны зарим исэлтэй харилцан үйлчлэлийн загвар юм. Хамгийн түгээмэл бөгөөд хэрэглэгддэг тохиолдол бол Бекетовын урвал юм. Энэ нь дээр дурдсан бусад олон хүмүүсийн нэгэн адил зөвхөн өндөр температурт тохиолддог. Тиймээс үүнийг хэрэгжүүлэхийн тулд хоёр моль хөнгөн цагаан, нэг моль төмрийн исэл авах шаардлагатай. Энэ хоёр бодисын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд бид нэг ба хоёр моль хэмжээтэй хөнгөн цагааны исэл, чөлөөт төмрийг олж авдаг.
Аж үйлдвэрт холбогдох металлын хэрэглээ
Хөнгөн цагаан хэрэглэх нь маш түгээмэл үзэгдэл гэдгийг анхаарна уу. Юуны өмнө нисэхийн салбарт хэрэгтэй. Магнийн хайлштай хамт хайлшийг харгалзан үзсэний үндсэн дээрметалл. Нисэх онгоцны дундаж нь 50% хөнгөн цагааны хайлш, хөдөлгүүр нь 25% гэж бид хэлж чадна. Хөнгөн цагааныг маш сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай тул утас, кабель үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Үүнээс гадна энэ металл болон түүний хайлш нь автомашины үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Эдгээр материалаар автомашин, автобус, троллейбус, зарим трамвай, ердийн болон цахилгаан галт тэрэгний их биеийг хийдэг.
Үүнийг мөн жижиг зориулалтаар, жишээлбэл, хүнсний болон бусад бүтээгдэхүүн, аяга тавагны савлагаа үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Мөнгөн будаг хийхийн тулд тухайн металлын нунтаг хэрэгтэй. Төмрийг зэврэлтээс хамгаалахын тулд ийм будаг хэрэгтэй. Хөнгөн цагаан бол төмрийн дараа үйлдвэрт хамгийн их хэрэглэгддэг хоёр дахь металл гэж бид хэлж чадна. Түүний нэгдлүүд болон өөрөө химийн үйлдвэрт ихэвчлэн ашиглагддаг. Энэ нь хөнгөн цагааны химийн тусгай шинж чанар, түүний дотор багасгах шинж чанар, нэгдлүүдийн амфотер шинж чанартай холбоотой юм. Химийн элементийн гидроксид нь усыг цэвэршүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай. Үүнээс гадна вакцин үйлдвэрлэх явцад анагаах ухаанд хэрэглэдэг. Үүнийг мөн зарим хуванцар болон бусад материалаас олж болно.
Байгалийн үүрэг
Дээр дурдсанчлан хөнгөн цагаан нь дэлхийн царцдасаас их хэмжээгээр агуулагддаг. Энэ нь амьд организмд онцгой ач холбогдолтой юм. Хөнгөн цагаан нь өсөлтийн үйл явцыг зохицуулахад оролцдог, холбогч эдийг үүсгэдэгяс, шөрмөс болон бусад. Энэхүү микроэлементийн ачаар биеийн эд эсийг нөхөн сэргээх үйл явц илүү хурдан явагддаг. Түүний дутагдал нь дараахь шинж тэмдгүүдээр тодорхойлогддог: хүүхдийн хөгжил, өсөлтийн эмгэг, насанд хүрэгчдэд - архаг ядаргаа, гүйцэтгэл буурах, хөдөлгөөний зохицуулалт алдагдах, эд эсийн нөхөн төлжилт удаашрах, булчин сулрах, ялангуяа мөчрүүд. Хэрэв та энэ ул мөр элемент агуулсан хэт цөөн хоол идвэл ийм үзэгдэл гарч болно.
Гэхдээ илүү нийтлэг асуудал бол биеийн хөнгөн цагааны илүүдэл юм. Энэ тохиолдолд дараахь шинж тэмдгүүд ихэвчлэн ажиглагддаг: мэдрэлийн ядаргаа, сэтгэлийн хямрал, нойрны хямрал, ой санамж муудах, стресст тэсвэртэй байх, булчингийн тогтолцоог зөөлрүүлэх, энэ нь байнга хугарах, шөрмөс татахад хүргэдэг. Бие махбодид хөнгөн цагааны илүүдэл удаан үргэлжилснээр бараг бүх эрхтэн тогтолцооны ажилд асуудал үүсдэг.
Энэ үзэгдлийн хэд хэдэн шалтгаан бий. Юуны өмнө энэ нь хөнгөн цагаан тогооны хэрэгсэл юм. Өндөр температурт хөнгөн цагааны нэг хэсэг нь хоолонд орж, үүний үр дүнд та энэ микроэлементийг биеийн хэрэгцээнээс хамаагүй их хэмжээгээр хэрэглэдэг тул тухайн металлаар хийсэн аяга таваг нь хоол хийхэд тохиромжгүй болохыг эрдэмтэд эртнээс нотолсон.
Хоёр дахь шалтгаан нь тухайн металл эсвэл түүний давс агуулсан гоо сайхны бүтээгдэхүүнийг тогтмол хэрэглэх явдал юм. Аливаа бүтээгдэхүүнийг хэрэглэхээсээ өмнө түүний найрлагыг сайтар судалж үзэх хэрэгтэй. Гоо сайхны бүтээгдэхүүн ч үл хамаарах зүйл биш.
Гурав дахь шалтгаан нь ийм эм ууж байнамаш их хөнгөн цагаан агуулсан, удаан хугацаагаар. Мөн энэ микроэлемент агуулсан витамин, нэмэлт тэжээлийн зохисгүй хэрэглээ.
Одоо хоолны дэглэмээ зохицуулж, цэсээ зөв зохион байгуулахын тулд ямар хоолонд хөнгөн цагаан агуулагддаг болохыг олж мэдье. Юуны өмнө эдгээр нь лууван, боловсруулсан бяслаг, улаан буудай, алим, төмс юм. Жимс жимсгэнэээс авокадо, тоор зэргийг хэрэглэхийг зөвлөж байна. Үүнээс гадна цагаан байцаа, будаа, олон төрлийн эмийн ургамал нь хөнгөн цагаанаар баялаг юм. Мөн тухайн металлын катионууд ундны усанд агуулагдаж болно. Бие дэх хөнгөн цагааны хэмжээ их эсвэл бага байхаас зайлсхийхийн тулд (мөн бусад ул мөр элементийн адил) та хоолны дэглэмээ сайтар хянаж, аль болох тэнцвэртэй байлгахыг хичээх хэрэгтэй.
