Алюминий как металл главной подгруппы 3 группы


Характеристика алюминия

Характеристика алюминия

Алюминий (Al) располагается во 3 периоде, в III группе, главной подгруппе, имеет порядковый номер 13.

Массовое число: A = 27
Число протонов: P = 13
Число электронов: ē = 13
Число нейтронов: N = A - Z = 27 - 13 = 14

13Al 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

Валентные электроны

Алюминий – p-элемент, металл.

Степени окисления
минимальная: 0
максимальная: +3

Высший оксид: Al2O3 – оксид алюминия.
Проявляет амфотерные свойства:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O ⟶ 2Na[Al(OH)4]
Al2O3 + 6HCl ⟶ 2AlCl3 + 3H2O

Высший гидроксид: Al(OH)3 – гидроксид алюминия.
Проявляет амфотерные свойства:
Al(OH)3 + NaOH ⟶ Na[Al(OH)4]
Al(OH)3 + 3HCl ⟶ AlCl3 + 3H2O

алюминия | Использование, свойства и соединения

Алюминий (Al) , также пишется алюминий , химический элемент, легкий серебристо-белый металл основной группы 13 (IIIa, или группа бора) периодической таблицы. Алюминий - самый распространенный металлический элемент в земной коре и наиболее широко используемый цветной металл. Из-за своей химической активности алюминий никогда не встречается в природе в металлической форме, но его соединения в большей или меньшей степени присутствуют почти во всех породах, растительности и животных.Алюминий сосредоточен во внешних 16 км (10 милях) земной коры, из которых он составляет около 8 процентов по весу; по количеству его превосходят только кислород и кремний. Название алюминия происходит от латинского слова alumen , которое используется для описания калийных квасцов или сульфата алюминия-калия, KAl (SO 4 ) 2 ∙ 12H 2 O.

alumen

Aluminium.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы Периодической таблицы Quiz

Sn

Свойства элемента
атомный номер 13
атомный вес 26.9815384
точка плавления 660 ° C (1220 ° F)
точка кипения 2467 ° C (4473 ° F)
удельный вес 2,70 (при 20 ° C [68 ° F])
валентность 3
электронная конфигурация 1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 1

Возникновение и история

Алюминий встречается в магматических породах, главным образом в виде алюмосиликатов в полевых шпатах, полевых шпатах и ​​слюдах; в почве, полученной из них в виде глины; а при дальнейшем выветривании - боксит и богатый железом латерит.Боксит, смесь гидратированных оксидов алюминия, является основной алюминиевой рудой. Кристаллический оксид алюминия (наждак, корунд), который встречается в некоторых магматических породах, добывается как природный абразив или в его более мелких разновидностях, таких как рубины и сапфиры. Алюминий присутствует в других драгоценных камнях, таких как топаз, гранат и хризоберилл. Из многих других минералов алюминия алунит и криолит имеют некоторое коммерческое значение.

До 5000 г. до н. Э. Люди в Месопотамии изготавливали прекрасную керамику из глины, которая в основном состояла из соединения алюминия, а почти 4000 лет назад египтяне и вавилоняне использовали соединения алюминия в различных химикатах и ​​лекарствах.Плиний относится к алюминию, ныне известному как квасцы, соединению алюминия, широко используемому в древнем и средневековом мире для фиксации красителей в текстильных изделиях. Во второй половине 18-го века химики, такие как Антуан Лавуазье, признали глинозем в качестве потенциального источника металла.

Сырой алюминий был выделен (1825 г.) датским физиком Гансом Кристианом Орстедом путем восстановления хлорида алюминия амальгамой калия. Британский химик сэр Хамфри Дэви (1809 г.) приготовил железо-алюминиевый сплав путем электролиза плавленого оксида алюминия (оксида алюминия) и уже назвал этот элемент алюминием; позже это слово было изменено на алюминий в Англии и некоторых других европейских странах.Немецкий химик Фридрих Велер, используя металлический калий в качестве восстановителя, получил алюминиевый порошок (1827 г.) и небольшие шарики металла (1845 г.), по которым он смог определить некоторые из его свойств.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Новый металл был представлен публике (1855 г.) на Парижской выставке примерно в то время, когда он стал доступен (в небольших количествах за большие деньги) за счет восстановления расплавленного хлорида алюминия натрием посредством процесса Девиля.Когда электроэнергия стала относительно обильной и дешевой, почти одновременно Чарльз Мартин Холл в США и Поль-Луи-Туссен Эру во Франции открыли (1886 г.) современный метод промышленного производства алюминия: электролиз очищенного глинозема (Al 2 O ). 3 ), растворенный в расплавленном криолите (Na 3 AlF 6 ). В 1960-е годы алюминий вышел на первое место, опередив медь, в мировом производстве цветных металлов. Для получения более подробной информации о добыче, рафинировании и производстве алюминия, см. обработка алюминия.

Использование и свойства

Алюминий добавляется в небольших количествах к некоторым металлам для улучшения их свойств для конкретных целей, например, в алюминиевых бронзах и большинстве сплавов на основе магния; или, для сплавов на основе алюминия, к алюминию добавляются умеренные количества других металлов и кремния. Металл и его сплавы широко используются в авиастроении, строительных материалах, товарах длительного пользования (холодильники, кондиционеры, кухонная утварь), электрических проводниках, химическом и пищевом оборудовании.

Чистый алюминий (99,996%) довольно мягкий и хрупкий; технический алюминий (чистота от 99 до 99,6%) с небольшим содержанием кремния и железа тверд и прочен. Пластичный и очень ковкий алюминий можно растянуть в проволоку или свернуть в тонкую фольгу. Металл примерно на треть меньше плотности железа или меди. Хотя алюминий химически активен, он, тем не менее, очень устойчив к коррозии, поскольку на воздухе на его поверхности образуется твердая, прочная оксидная пленка.

Алюминий отлично проводит тепло и электричество.Его теплопроводность примерно вдвое меньше, чем у меди; его электропроводность - около двух третей. Он кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Весь природный алюминий представляет собой стабильный изотоп алюминия-27. Металлический алюминий, его оксид и гидроксид нетоксичны.

Алюминий медленно разрушается большинством разбавленных кислот и быстро растворяется в концентрированной соляной кислоте. Однако концентрированную азотную кислоту можно перевозить в алюминиевых цистернах, поскольку она делает металл пассивным.Даже очень чистый алюминий активно подвергается действию щелочей, таких как гидроксид натрия и калия, с образованием водорода и алюминат-иона. Из-за своего большого сродства к кислороду тонкодисперсный алюминий при воспламенении будет гореть в оксиде углерода или диоксиде углерода с образованием оксида и карбида алюминия, но при температурах до красного каления алюминий инертен по отношению к сере.

С помощью эмиссионной спектроскопии алюминий может быть обнаружен в концентрациях от одной части на миллион.Алюминий может быть количественно проанализирован как оксид (формула Al 2 O 3 ) или как производное органического соединения азота 8-гидроксихинолина. Производное имеет молекулярную формулу Al (C 9 H 6 ON) 3 .

Соединения

Обычно алюминий трехвалентен. Однако при повышенных температурах было получено несколько газообразных одновалентных и двухвалентных соединений (AlCl, Al 2 O, AlO). В алюминии конфигурация трех внешних электронов такова, что в некоторых соединениях (например.например, кристаллический фторид алюминия [AlF 3 ] и хлорид алюминия [AlCl 3 ]), как известно, возникает чистый ион, Al 3+ , образовавшийся в результате потери этих электронов. Однако энергия, необходимая для образования иона Al 3+ , очень высока, и в большинстве случаев для атома алюминия энергетически более выгодно образовывать ковалентные соединения посредством гибридизации sp 2 , как бор. Ион Al 3+ может быть стабилизирован путем гидратации, а октаэдрический ион [Al (H 2 O) 6 ] 3+ находится как в водном растворе, так и в нескольких солях.

Ряд соединений алюминия имеет важное промышленное применение. Оксид алюминия, который встречается в природе в виде корунда, также готовится в больших количествах в промышленных масштабах для использования в производстве металлического алюминия и изготовления изоляторов, свечей зажигания и различных других продуктов. При нагревании оксид алюминия приобретает пористую структуру, которая позволяет ему адсорбировать водяной пар. Эта форма оксида алюминия, известная как активированный оксид алюминия, используется для сушки газов и некоторых жидкостей.Он также служит носителем для катализаторов различных химических реакций.

Анодный оксид алюминия (AAO), обычно получаемый путем электрохимического окисления алюминия, представляет собой наноструктурированный материал на основе алюминия с очень уникальной структурой. AAO содержит цилиндрические поры, которые могут использоваться в различных целях. Это термически и механически стабильный состав, при этом он оптически прозрачен и является электрическим изолятором. Размер пор и толщину AAO можно легко адаптировать к определенным приложениям, включая использование в качестве шаблона для синтеза материалов в нанотрубки и наностержни.

Еще одно важное соединение - сульфат алюминия, бесцветная соль, получаемая при действии серной кислоты на гидратированный оксид алюминия. Коммерческая форма представляет собой гидратированное кристаллическое твердое вещество с химической формулой Al 2 (SO 4 ) 3 . Он широко используется в производстве бумаги как связующее для красителей и как поверхностный наполнитель. Сульфат алюминия соединяется с сульфатами одновалентных металлов с образованием гидратированных двойных сульфатов, называемых квасцами. Квасцы, двойные соли формулы MAl (SO 4 ) 2 · 12H 2 O (где M - однозарядный катион, такой как K + ), также содержат ион Al 3+ ; M может быть катионом натрия, калия, рубидия, цезия, аммония или таллия, а алюминий может быть заменен множеством других ионов M 3+ - e.например, галлий, индий, титан, ванадий, хром, марганец, железо или кобальт. Наиболее важной из таких солей является сульфат алюминия-калия, также известный как квасцы калия или квасцы поташа. Эти квасцы находят множество применений, особенно в производстве лекарств, текстиля и красок.

При реакции газообразного хлора с расплавленным металлическим алюминием образуется хлорид алюминия; последний является наиболее часто используемым катализатором в реакциях Фриделя-Крафтса, т. е. синтетических органических реакциях, участвующих в получении широкого ряда соединений, включая ароматические кетоны и антрохинон и его производные.Гидратированный хлорид алюминия, широко известный как хлоргидрат алюминия, AlCl 3 ∙ H 2 O, используется в качестве местного антиперспиранта или дезодоранта для тела, который сужает поры. Это одна из нескольких солей алюминия, используемых в косметической промышленности.

Гидроксид алюминия, Al (OH) 3 , используется для водонепроницаемости тканей и для производства ряда других соединений алюминия, включая соли, называемые алюминатами, которые содержат группу AlO - 2 .С водородом алюминий образует гидрид алюминия, AlH 3 , твердое полимерное вещество, из которого получают тетрогидроалюминаты (важные восстановители). Литийалюминийгидрид (LiAlH 4 ), образуемый реакцией хлорида алюминия с гидридом лития, широко используется в органической химии, например, для восстановления альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов соответственно.

Эта статья была последней отредактирована и обновлена ​​старшим редактором Эриком Грегерсеном.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • элемент группы бора

    - это бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl) и нихоний (Nh).Они характеризуются как группа наличием трех электронов во внешних частях их атомной структуры. Бор самый легкий…

  • Материаловедение: Алюминий

    Поскольку плотность алюминия составляет примерно одну треть от плотности стали, его замена стали в автомобилях может показаться разумным подходом к снижению веса и, таким образом, к увеличению экономии топлива и сокращению вредных выбросов.Однако такие замены не могут быть произведены без учета…

  • химическая промышленность: рафинирование алюминия

    Фтористая промышленность тесно связана с производством алюминия. Глинозем (оксид алюминия, Al 2 O 3 ) может быть восстановлен до металлического алюминия путем электролиза при сплавлении с флюсом, состоящим из фторалюмината натрия (Na 3 AlF 6 ), обычно называемого криолитом.После запуска процесса криолит составляет…

.

Свойства алюминия

Физические свойства алюминия

основной Физические свойства алюминия и алюминиевого сплава, которые пригодны для использования:

Эти свойства алюминия представлены в таблицах ниже [1]. Их можно рассматривать только как основу для сравнения сплавов и их состояний и не следует использовать для инженерных расчетов. Это не гарантированные значения, поскольку в большинстве случаев это средние значения для продуктов разных размеров, форм и способов изготовления.Следовательно, они могут не точно соответствовать товарам всех размеров и форм.

Номинальные значения популярных плотностей алюминиевых сплавов представлены в отожженном состоянии (О). Разница в плотности из-за того, что сплавы, которые имеют различные легирующие элементы в разном количестве: кремний и магний легче алюминия (2,33 и 1,74 г / см 3 ), а железо, марганец, медь и цинк - тверже (7,87; 7,40; 8,96 и 7,13 г / см 3 ).

Влияние глинозема и физических свойств, в частности его плотности, на структурные характеристики алюминиевых сплавов см.Вот.

Алюминий как химический элемент

  • Алюминий Это третий по распространенности (после кислорода и кремния) среди примерно 90 химических элементов, которые содержатся в земной коре.
  • Среди металлических элементов - он первый.
  • Этот металл обладает множеством полезных свойств, физических, механических, технологических, благодаря которым он широко используется во всех сферах жизнедеятельности человека.
  • Алюминий - ковкий металл, имеющий серебристо-белый цвет, легко обрабатывается большинством методов обработки металлов давлением: прокаткой, волочением, экструзией (прессованием), ковкой.
  • Его плотность - удельный вес - составляет около 2,70 граммов на кубический сантиметр.
  • Чистый алюминий плавится при температуре 660 градусов по Цельсию.
  • Алюминий имеет относительно высокую теплопроводность и электропроводность.
  • В присутствии кислорода всегда покрывается тонкой невидимой оксидной пленкой. Эта пленка по существу непроницаема и обладает относительно высокими защитными свойствами. Поэтому алюминий обычно показывает стабильность и долгий срок службы в нормальных атмосферных условиях.

Сочетание свойств алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы обладают уникальным сочетанием физических и других свойств. Он изготовлен из алюминия с использованием одного из самых универсальных, экономичных и привлекательных строительных и потребительских материалов. Алюминий используется в очень широком диапазоне - от мягкой, очень пластиковой упаковочной пленки до самых сложных космических проектов. Алюминий считается вторым после стали среди множества конструкционных материалов.

низкая плотность

Алюминий - одно из самых легких промышленных сооружений. Плотность алюминия примерно в три раза ниже, чем у стали или меди. Это физическое свойство обеспечивает высокую удельную прочность - прочность на единицу веса.

Рисунок 1.1 - Удельный вес алюминия по сравнению с другими металлами [3]

Рисунок 1.2 - Влияние легирующих элементов
на прочностные свойства, твердость, хрупкость и пластичность
[3]

Рисунок 1 - Прочность алюминия на единицу плотности в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Рисунок 2 - Кривые растяжения алюминия в сравнении с различными металлами и сплавами [3]

Таким образом, алюминиевые сплавы широко используются в транспортном машиностроении для увеличения грузоподъемности автомобилей и экономии топлива.

  • паром-катамарана,
  • нефтяных танкеров и
  • самолетов -

Вот лучшие примеры использования алюминия на транспорте.


Рисунок 3 - плотность алюминия в зависимости от чистоты и температуры [2]

коррозионная стойкость

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью за счет тонкого слоя оксида алюминия на его поверхности. Эта оксидная пленка образуется мгновенно, как только свежая поверхность алюминия входит в контакт с воздухом (рисунок 4).Во многих случаях это свойство позволяет использовать алюминий без специальной обработки поверхности. Если необходимо дополнительное защитное или декоративное покрытие, применяется анодирование или окраска поверхности.


Рисунок 4
а - естественное оксидное покрытие на сверхчистом алюминии;
б - алюминий чистоты коррозии 99,5% с естественным оксидным покрытием
коорозионно в агрессивных средах [2]

Рисунок 5.1 - Влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость и усталостную прочность [3]

Рисунок 5.2 - точечная коррозия (точечная коррозия) алюминиевых листов
из сплава 3103 в различных агрессивных средах [3]

Прочность

Механические свойства чистого алюминия довольно низкие (рисунок 6). Однако эти механические свойства могут сильно вырасти, если в легирующие элементы добавить алюминий и, кроме того, он подвергнется термическому (рисунок 6) или деформационному (рисунок 7) упрочнению.

Типичные легирующие элементы включают:

  • марганец,
  • Кремний
  • ,
  • медь,
  • магний,
  • и цинк.


Рисунок 6 - Влияние чистоты алюминия на его прочность и твердость [2]


Рисунок 7 - Механические свойства деформируемых высокочистых
алюминиево-медных сплавов в различных состояниях [2]
(О - отожженные, W - сразу после отпуска, Т4 - естественно состаренные, Т6 - искусственно состаренные)

Рисунок 8 - Механические свойства алюминия 99,50%
в зависимости от степени холодной деформации [2]

Рисунок 2 - Влияние легирующих элементов на плотность и модуль Юнга [3]

Стойкость при низких температурах

Известно, что сталь становится хрупкой при низких температурах.Кроме того, алюминий при низких температурах увеличивает свою прочность и сохраняет высокую вязкость. Именно это физическое свойство позволило использовать его в космических аппаратах, в условиях работы в холодном пространстве.

Рисунок 9 - Изменение механических свойств алюминиевого сплава 6061
при понижении температуры

Теплопроводность

Алюминий проводит тепло в три раза быстрее, чем сталь. Это физическое свойство очень важно в теплообменниках для нагрева или охлаждения рабочей среды.здесь - широкое применение алюминия и его сплавов в посуде, кондиционерах, примышленных и автомобильных теплообменниках.

Рисунок 10 - Теплопроводность алюминия по сравнению с другими металлами [3]

отражательная способность

Алюминий - отличный отражатель лучистой энергии во всем диапазоне длин волн. Это физическое свойство позволяет использовать его в устройствах, которые работают против ультрафиолетового спектра через видимый спектр, инфракрасного спектра и тепловых волн, а также таких электромагнитных волн, как радиоволны и радиолокационные волны [1].

Алюминий обладает способностью отражать более 80% световых волн, что обеспечивает широкое применение в осветительных приборах (рисунок 11). Благодаря своим физическим свойствам используется в теплоизоляционных материалах. например, алюминиевая кровля отражает большую часть солнечного излучения, что обеспечивает прохладу в помещении летом и в то же время сохраняет тепло в помещении зимой.


Рисунок 11 - Отражающие свойства алюминия [2]


Рисунок 12 - Эмиссионные и отражающие свойства алюминия с различной обработкой поверхности [3]


Рисунок 13 - Сравнение отражающих свойств различных металлов [3]

электрические свойства

  • Алюминий - один из двух доступных металлов, которые обладают достаточно высокой электропроводностью, чтобы применять их в качестве электрических проводников.
  • Электропроводность «электрического» алюминия марки 1350 составляет около 62% от международного стандарта IACS - электропроводность отожженной меди.
  • Однако удельный вес алюминия составляет лишь треть от удельного веса меди. Это означает, что он тратит вдвое больше электроэнергии, чем медь того же веса. Это физическое свойство обеспечивает алюминий, широко используемый в высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП), трансформаторах, электрических автобусах и электрических лампочках.


Рисунок 14 - Электрические свойства алюминия [3]

Магнитные свойства

Алюминий не намагничивается в электромагнитных полях. Это делает его полезным для защиты оборудования от воздействия электромагнитных полей. Еще одно применение этой функции - компьютерные диски и параболическая антенна.


Рисунок 15 - Намагниченный алюминиевый сплав AlCu [3]

токсичные свойства

Это свойство алюминия - отсутствие токсичности - было обнаружено в начале его промышленного освоения.Именно это свойство алюминия позволило использовать его для изготовления кухонной утвари и техники, не оказывая вредного воздействия на человеческий организм. Алюминий с его гладкой поверхностью легко чистится, при готовке важно обеспечить высокую гигиену. Алюминиевая фольга и контейнеры широко и безопасно используются при упаковке прямого контакта с пищевыми продуктами.

звукоизоляционные свойства

Это свойство позволяет использовать алюминий при выполнении акустических потолков.

Способность поглощать энергию удара

Алюминий имеет модуль упругости в три раза меньше, чем сталь.Это физическое свойство делает его большим преимуществом для изготовления автомобильных бамперов и других средств защиты автомобилей.

Рисунок 16 - Автомобильные алюминиевые профили
для поглощения энергии удара при аварии

огнезащитные свойства

Алюминиевые детали не образуют искр при ударах друг о друга, а также о других цветных металлах. Это физическое свойство используется при повышенных мерах пожарной безопасности конструкции, например, на морских нефтяных вышках.

В то же время при повышении температуры выше 100 градусов Цельсия прочность алюминиевых сплавов значительно снижается (рисунок 17).

Рисунок 17 - Предел прочности алюминиевого сплава 2014-T6
при различных температурах испытаний [3]

Технологические свойства

Легкость, с которой алюминию можно придать любую форму - технологичность, это одно из важнейших его преимуществ. Очень часто он может успешно конкурировать с более дешевыми материалами, с которыми намного сложнее обращаться:

  • Этот металл можно отливать любым способом, известным металлургу, литейному производству.
  • Его можно свернуть до толщины фольги или более тонких листов бумаги.
  • Алюминиевые пластины можно штамповать, растягивать, устанавливать и формовать всеми известными методами обработки металлов давлением.
  • Алюминий поддается любой ковке
  • Алюминиевый провод
  • , вытянутый из круглого стержня. Из него можно вплетать электрические кабели любого типа и размера.
  • Нет никаких ограничений по форме профилей, в которых он изготовлен из данного металла методом экструзии (прессования).

Рисунок 18.1 - литье алюминия в песчаные формы

Рисунок 18.2 - Непрерывная разливка-прокатка алюминиевой полосы [5]

Рисунок 18.3 - Десантная операция при изготовлении алюминиевых банок [4]

Рисунок 18.4 - операция ковки алюминия

Рисунок 18.5 - Алюминий холодного волочения


Рисунок 18.6 - Прессование (экструзия) алюминия

Источники:

  1. Алюминий и алюминиевые сплавы.- ASM International, 1993.
  2. А. Свердлин Свойства чистого алюминия // Справочник по алюминию, Vol. 1 / под ред. G.E. Тоттен, Д.С. Маккензи, 2003 г.,
  3. ТАЛАТ 1501
  4. ТАЛАТ 3710

.

Как элементы сгруппированы в Периодической таблице?

В конце 19 века русский химик Дмитрий Менделеев опубликовал свою первую попытку сгруппировать химические элементы по их атомному весу. В то время было известно только около 60 элементов, но Менделеев понял, что, когда элементы были организованы по весу, определенные типы элементов возникали через равные промежутки времени или периоды.

Сегодня, 150 лет спустя, химики официально признают 118 элементов (после добавления четырех новичков в 2016 году) и до сих пор используют периодическую таблицу элементов Менделеева для их организации.Таблица начинается с простейшего атома, водорода, а затем упорядочиваются остальные элементы по атомному номеру, который представляет собой количество протонов, содержащихся в каждом. За некоторыми исключениями порядок элементов соответствует возрастающей массе каждого атома.

В таблице семь строк и 18 столбцов. Каждая строка представляет один период; номер периода элемента показывает, сколько из его энергетических уровней содержат электроны. Натрий, например, находится в третьем периоде, что означает, что атом натрия обычно имеет электроны на первых трех энергетических уровнях.Двигаясь вниз по таблице, периоды становятся длиннее, потому что для заполнения более крупных и сложных внешних уровней требуется больше электронов.

Столбцы таблицы представляют группы или семейства элементов. Элементы в группе часто выглядят и ведут себя одинаково, потому что у них одинаковое количество электронов во внешней оболочке - лице, которое они показывают миру. Элементы группы 18, например, в крайней правой части таблицы, имеют полностью сплошные внешние оболочки и редко участвуют в химических реакциях.

Элементы обычно классифицируются как металлические или неметаллические, но разделительная линия между ними нечеткая. Металлические элементы обычно являются хорошими проводниками электричества и тепла. Подгруппы металлов основаны на схожих характеристиках и химических свойствах этих коллекций. Согласно данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, в нашем описании периодической таблицы элементов используются общепринятые группы элементов.

Щелочные металлы: Щелочные металлы составляют большую часть Группы 1, первого столбца таблицы.Эти блестящие и достаточно мягкие, чтобы разрезать ножом, эти металлы начинаются с лития (Li) и заканчиваются францием (Fr). Они также чрезвычайно реактивны и воспламеняются или даже взрываются при контакте с водой, поэтому химики хранят их в маслах или инертных газах. Водород с одним электроном также находится в группе 1, но газ считается неметаллом.

Щелочно-земельные металлы: Щелочноземельные металлы составляют 2-ю группу периодической таблицы, от бериллия (Be) до радия (Ra).Каждый из этих элементов имеет два электрона на внешнем энергетическом уровне, что делает щелочноземельные земли достаточно реактивными, поэтому их редко можно найти в природе в одиночку. Но они не так реактивны, как щелочные металлы. Их химические реакции обычно протекают медленнее и выделяют меньше тепла по сравнению с щелочными металлами.

Lanthanides: Третья группа слишком длинна, чтобы поместиться в третьем столбце, поэтому она разорвана и перевернута в сторону, чтобы стать верхней строкой острова, который плавает в нижней части таблицы.Это лантаноиды, элементы с 57 по 71 - от лантана (La) до лютеция (Lu). Элементы этой группы имеют серебристо-белый цвет и тускнеют при контакте с воздухом.

Актиниды: Актиниды выстилают нижний ряд острова и включают элементы от 89, актиний (Ac) до 103, лоуренсий (Lr). Из этих элементов только торий (Th) и уран (U) встречаются на Земле в значительных количествах. Все радиоактивны. Актиниды и лантаноиды вместе образуют группу, называемую внутренними переходными металлами.

Переходные металлы: Возвращаясь к основной части таблицы, остатки групп с 3 по 12 представляют остальные переходные металлы. Твердые, но податливые, блестящие и обладающие хорошей проводимостью, эти элементы - это то, о чем вы обычно думаете, когда слышите слово «металл». Здесь живут многие из лучших хитов металлического мира, включая золото, серебро, железо и платину.

Металлы после перехода: В преддверии прыжка в мир неметаллов общие характеристики не разделены аккуратно по вертикальным групповым линиям.Постпереходными металлами являются алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl), олово (Sn), свинец (Pb) и висмут (Bi), и они охватывают группы с 13 по 17. Эти элементы обладают некоторыми из классических характеристик переходных металлов, но они, как правило, более мягкие и проводят хуже, чем другие переходные металлы. Во многих периодических таблицах жирным шрифтом будет выделена линия «лестницы» под диагональю, соединяющей бор с астатом. Постпереходные металлы расположены в нижнем левом углу этой линии.

Металлоиды: Металлоиды - это бор (B), кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), сурьма (Sb), теллур (Te) и полоний (Po). Они образуют лестницу, символизирующую постепенный переход от металлов к неметаллам. Эти элементы иногда ведут себя как полупроводники (B, Si, Ge), а не как проводники. Металлоиды также называют «полуметаллами» или «бедными металлами».

Неметаллы: Все остальное в правом верхнем углу лестницы - плюс водород (H), скрученный назад в Группе 1 - является неметаллом.К ним относятся углерод (C), азот (N), фосфор (P), кислород (O), сера (S) и селен (Se).

Галогены: Четыре верхних элемента Группы 17, от фтора (F) до астата (At), представляют собой одно из двух подмножеств неметаллов. Галогены довольно химически активны и имеют тенденцию образовывать пары со щелочными металлами с образованием различных типов солей. Например, поваренная соль на вашей кухне - это смесь щелочного металла натрия и галогенового хлора.

Благородные газы: Бесцветные, без запаха и почти полностью инертные, инертные или инертные газы завершают таблицу в группе 18.Многие химики ожидают, что оганессон, один из четырех недавно названных элементов, будет обладать этими характеристиками; однако, поскольку этот элемент имеет период полураспада в миллисекундах, никто не смог проверить его напрямую. Оганессон завершает седьмой период периодической таблицы, поэтому, если кому-то удастся синтезировать элемент 119 (а гонка за это уже ведется), он перейдет в цикл, чтобы начать восьмую строку в столбце щелочного металла.

Из-за цикличности, создаваемой периодичностью, дающей название таблице, некоторые химики предпочитают визуализировать таблицу Менделеева в виде круга.

Дополнительные ресурсы :

.Подгруппа

- Groupprops

Эта статья посвящена основному определению в теории групп. Однако текст статьи может содержать расширенный материал.
ПРОСМОТР : Определения, основанные на этом | Факты об этом: (факты тесно связаны с Подгруппой, все факты относятся к Подгруппе) | Обзорные статьи об этом | Обзорные статьи об определениях, построенных на этом
ПОСМОТРЕТЬ СВЯЗАННЫЙ : Аналоги этого | Вариации этого | Противоположности этому | [ПОКАЗАТЬ БОЛЬШЕ]
В этой статье определяется свойство подмножеств групп
Просмотр других свойств подмножеств групп | Просмотр свойств подмножеств абелевых групп | Просмотр свойств подгрупп

Определение

Определение в терминах закрытия при бинарной операции

Это определение подгруппы соответствует определению группы в учебнике.

Позвольте быть группой. Подмножество группы называется подгруппой , если выполняются следующие два условия:

Универсальное алгебраическое определение

Это определение подгруппы соответствует универсальному алгебраическому определению группы.

Позвольте быть группой. Подмножество называется подгруппой , если выполняются все три условия, указанные ниже:

Определение через условие подгруппы

Эквивалентность этого определения более раннему часто называют условием подгруппы .Полное доказательство см .: Достаточность условия подгруппы

Имеет две формы (левую и правую):

Определение в терминах инъективных гомоморфизмов

Подгруппа группы также может быть определена как другая абстрактная группа вместе с инъективным гомоморфизмом (или вложением) из этой абстрактной группы в данную группу. Здесь другая абстрактная группа может быть естественным образом идентифицирована по ее образу под гомоморфизмом, которым является подгруппа в более буквальном смысле.

Часто, когда мы хотим выделить подгруппу не только как абстрактную группу, но и как подгруппу, мы используем термин , включающий , и думаем о нем как о инъективном гомоморфизме.

Эквивалентность определений

Дополнительная информация: Эквивалентность определений подгруппы, Критерий достаточности подгруппы

Эквивалентность двух определений (определение в терминах замыкания при бинарной операции и универсальное алгебраическое определение) основывается на следующих двух фактах:

  1. Если подмножество группы закрыто при умножении и имеет элемент идентичности, то этот элемент идентичности должен быть равен элементу идентичности группы (это зависит от свойства отмены в группах).
  2. Если подмножество группы допускает мультипликативные инверсии, то мультипликативные инверсии внутри подмножества такие же, как мультипликативные инверсии внутри всей группы

Эквивалентность определению, вытекающему из критерия подгруппы, основана на коротком и элегантный аргумент, относящийся к критерию достаточности подгруппы.

Эквивалентность определения в терминах инъективного гомоморфизма основывается на рассмотрении подгруппы как самостоятельной группы и ее включения в целую группу как инъективного гомоморфизма.

Эквивалентность подгрупп

Для данной подгруппы и подгруппы мы говорим, что эти две подгруппы эквивалентны, если существует изоморфизм из в такой, который отображается в при этом изоморфизме.

В частности, если, то и эквивалентны как подгруппы, если существует автоморфизм, при котором эквивалентные в этом смысле подгруппы называются автоморфными подгруппами или автоморфами - иногда более сильными понятиями эквивалентности, такими как сопряженные подгруппы, тоже полезны).

Это понятие эквивалентности подгрупп важно при определении и определении понятия свойства подгруппы.

Обозначение

Если это подгруппа, мы обычно пишем или. Некоторые люди также пишут, но последнее обозначение обычно используется для произвольных подмножеств, которые не обязательно должны быть подгруппами.

Если не равно целому, мы говорим, что это собственная подгруппа, и это иногда обозначается или.

Примеры

Примеры в абелевых группах

Если мы рассматриваем абелеву группу (действительные числа при сложении), то группа целых чисел является подгруппой этой группы.Аналогично, группа рациональных чисел () является примером подгруппы группы вещественных чисел.

С другой стороны, набор положительных целых чисел , а не подгруппа группы целых чисел, хотя он замкнут при групповой операции. Это потому, что аддитивное обратное (или отрицательное) положительное целое число не является положительным целым числом.

Примеры в неабелевых группах

Рассмотрим группу всех перестановок набора элементов. Это называется симметричной группой элементов.Группа фиксируемых перестановок является подгруппой этой группы.

Подгруппы обычно возникают как элементы группы, удовлетворяющие некоторым дополнительным условиям, где это условие сохраняется при взятии обратных, сохраняется при умножении и удовлетворяется единичным элементом.

Недвижимость

Объекты подгруппы

Дополнительная информация: свойство подгруппы

Для данной группы и ее подгруппы нам нужны ответы на различные вопросы о том, как подгруппа находится внутри группы.Эти ответы кодируются по-разному. Один из них - проверка того, удовлетворяет ли подгруппа определенному свойству подгруппы. Свойство подгруппы - это то, что принимает на вход группу и подгруппу и выводит истину / ложь; более того, ответ должен быть таким же для эквивалентных пар группа-подгруппа.

Категория: Свойства подгруппы - это полный список свойств подгруппы; Категория: Свойства основной подгруппы - это список важных.

Обратите внимание, что свойство быть подгруппой само по себе свойство подгруппы; с логической точки зрения, это свойство тавтологии подгруппы: то, что всегда верно.

Метаобъекты

Пересечение-замкнутость

ДА : Это свойство подгруппы замкнуто по пересечению: произвольное (непустое) пересечение подгрупп с этим свойством также имеет это свойство.
ОБ ЭТОЙ СОБСТВЕННОСТИ : Посмотреть варианты этой собственности с закрытым перекрестком | Просмотреть варианты этого свойства, которые не являются закрытыми по пересечению
О ЗАКРЫТИИ ПЕРЕСЕЧЕНИЙ : Просмотреть все свойства подгруппы с замкнутым пересечением (или свойства с сильным замкнутым сечением) | Просмотреть все свойства подгрупп, которые не закрыты на пересечении | Прочтите обзорную статью о доказательстве замкнутости пересечений | Прочтите обзорную статью об опровержении замкнутости перекрестков

Произвольное пересечение подгрупп является подгруппой.Для полного доказательства см .: Пересечение подгрупп - это подгруппа Таким образом, для любого подмножества группы имеет смысл говорить о наименьших подгруппах, содержащих это подмножество.

Стыковочная замкнутость

ДА : Это свойство подгруппы является закрытым: произвольное (непустое) соединение подгрупп с этим свойством также имеет это свойство.
ОБ ЭТОМ СОБСТВЕННОСТИ : Просмотреть варианты этого свойства, которые закрыты объединением | Просмотреть варианты этого свойства, которые не закрываются соединением
О ЗАКРЫТИИ СОЕДИНЕНИЯ : Просмотреть все свойства подгруппы, закрытые соединением (или свойства строго закрытого соединения) | Просмотреть все свойства подгрупп, которые не закрываются при объединении | Прочитать обзорную статью о доказательстве замкнутости соединений | Прочтите обзорную статью об опровержении замкнутости соединений

Для любого подмножества мы можем говорить о подгруппе, порожденной этим подмножеством.Один из способов увидеть это как пересечение всех подгрупп, содержащих это подмножество. Другой способ просмотра - это набор всех элементов в группе, которые можно выразить с помощью элементов подмножества и групповых операций.

Следовательно, в частности, учитывая семейство подгрупп, мы можем говорить о подгруппе, порожденной ими, просто как о подгруппе, порожденной их объединением. Это самая маленькая подгруппа, содержащая их всех.

Транзитивность

Это свойство подгруппы является транзитивным: подгруппа с этим свойством в подгруппе с этим свойством также имеет это свойство во всей группе.
ОБ ЭТОМ СОБСТВЕННОСТИ : Просмотреть варианты этого свойства, которые являются переходными | Просмотреть варианты этого свойства, которые не являются транзитивными
О ПЕРЕХОДНОСТИ : Просмотреть полный список свойств транзитивной подгруппы | Просмотреть полный список фактов, связанных с транзитивностью свойств подгруппы | Прочитать обзорную статью о доказательстве транзитивности

Любая подгруппа подгруппы снова является подгруппой. Это непосредственно следует из любого из эквивалентных определений подгруппы.

Обрезка

Это свойство подгруппы является обрезанным - оно одновременно истинно тривиально (верно для тривиальной подгруппы) и истинно тождественно (верно для группы как подгруппы самой себя).
Посмотреть другие свойства подгруппы отделки | Просмотреть другие тривиально верные свойства подгруппы | Просмотр других свойств подгруппы с истинной идентичностью

Есть два крайних вида подгрупп: тривиальная подгруппа, которая включает только единичный элемент, и вся группа, которая включает все элементы.

Состояние промежуточной подгруппы

ДА : Это свойство подгруппы удовлетворяет условию промежуточной подгруппы: если подгруппа имеет свойство во всей группе, она имеет свойство в каждой промежуточной подгруппе.
ОБ ЭТОМ СОБСТВЕННОСТИ : Просмотреть варианты этого свойства, удовлетворяющие условию промежуточной подгруппы | Просмотреть варианты этого свойства, не удовлетворяющие условию промежуточной подгруппы
ОБ УСЛОВИИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДГРУППЫ : Просмотреть все свойства, удовлетворяющие условию промежуточной подгруппы | Просмотр фактов о состоянии промежуточной подгруппы

Свойство быть подгруппой удовлетворяет условию промежуточной подгруппы.То есть, если является подгруппой и является подгруппой содержащих, то это подгруппа из (а не просто подмножество).

Состояние изображения

ДА : Это свойство подгруппы удовлетворяет условию изображения, т.е. при любом сюръективном гомоморфизме изображение подгруппы, удовлетворяющее этому свойству, также удовлетворяет свойству
Просмотреть другие свойства подгруппы, удовлетворяющие условию изображения

Образ подгруппы при любом гомоморфизме групп снова является подгруппой.

Состояние обратного изображения

Это свойство подгруппы удовлетворяет условию инверсии изображения. Другими словами, прообраз при любом гомоморфизме подгруппы, удовлетворяющей этому свойству, также удовлетворяет этому свойству. В частности, это свойство удовлетворяет условию перехода и условию промежуточной подгруппы.

Прообраз подгруппы при любом гомоморфизме групп снова является подгруппой.

Шаблон: ACU-закрыто

Объединение любой восходящей цепочки подгрупп снова является подгруппой.По сути, это именно подгруппа, порожденная членами восходящей цепочки.

Список литературы

Список литературы

  • Абстрактная алгебра Дэвида С. Даммита и Ричарда М. Фута, 10-значный ISBN 0471433349, 13-значный ISBN 978-0471433347, Дополнительная информация , стр. 22, упражнение 26 (определение введено в упражнении) и стр. 46 (формальное определение)
  • Группы и представления Джонатана Лазара Альперина и Роуэна Б.Bell, ISBN 0387945261, Дополнительная информация , стр. 2 (определение введено в параграфе)
  • Курс теории групп Дерека Дж. С. Робинсона, ISBN 0387944613, Дополнительная информация , стр. 8 (определение введено в параграфе)
  • Введение в абстрактную алгебру Дерека Дж. С. Робинсона, ISBN 3110175444, Дополнительная информация , стр. 46 (определение введено в параграфе)
  • Алгебра , Серж Ланг, ISBN 038795385X, Дополнительная информация , стр. 9 (определение введено в параграфе)
  • Первый курс абстрактной алгебры (6-е издание) Джона Б.Fraleigh, ISBN 0201763907, Дополнительная информация , стр. 66 (формальное определение)
  • Алгебра (выпускные тексты по математике) Томаса В. Хангерфорда, ISBN 0387905189, Дополнительная информация , стр. 31, определение 2.4 (формальное определение)
  • Contemporary Abstract Algeba , Джозеф Галлиан, ISBN 0618514716, Подробнее , стр. 57
  • Темы по алгебре И. Н. Херштейна, Дополнительная информация , стр. 37 (формальное определение)
  • Алгебра Майкла Артина, ISBN 0130047635, 13-значный ISBN 978-0130047632, Подробнее , стр. 44, раздел 2 (формальное определение)

Внешние ссылки

Ссылки определения

.

Смотрите также