مشخصات فلز آلومینیوم طبق نقشه. خواص شیمیایی و فیزیکی آلومینیوم خواص فیزیکی هیدروکسید آلومینیوم

به دست آوردن آلوم پتاسیم

آلومینیوم(lat. Aluminium)، - در سیستم تناوبی، آلومینیوم در دوره سوم، در زیر گروه اصلی گروه سوم قرار دارد. شارژ هسته +13. ساختار الکترونیکی اتم 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 است. شعاع اتمی فلز 0.143 نانومتر، کووالانسی 0.126 نانومتر، شعاع شرطی یون Al 3+ 0.057 نانومتر است. انرژی یونیزاسیون Al - Al + 5.99 eV.

مشخصه ترین حالت اکسیداسیون اتم آلومینیوم +3 است. حالت اکسیداسیون منفی نادر است. در لایه الکترونی بیرونی اتم، لایه‌های فرعی d آزاد وجود دارد. با توجه به این، تعداد هماهنگی آن در ترکیبات می تواند نه تنها 4 (AlCl 4-، AlH 4-، آلومینوسیلیکات ها)، بلکه 6 (Al 2 O 3، 3+) باشد.

مرجع تاریخ. نام آلومینیوم از لات گرفته شده است. آلومن - پس در 500 سال قبل از میلاد. آلومینیم آلوم نامیده می شد که به عنوان ماده رنگی در رنگرزی پارچه ها و دباغی چرم استفاده می شد. دانشمند دانمارکی H.K. Oersted در سال 1825، با اثر ملغمه ای از پتاسیم بر روی AlCl3 بی آب و سپس راندن جیوه، آلومینیوم نسبتاً خالص به دست آورد. اولین روش صنعتی برای تولید آلومینیوم در سال 1854 توسط شیمیدان فرانسوی A.E. St. Clair Deville: روش شامل احیای آلومینیوم و سدیم دو کلرید Na 3 AlCl 6 با فلز سدیم بود. آلومینیوم از نظر رنگ مشابه نقره ای در ابتدا بسیار گران بود. از سال 1855 تا 1890 تنها 200 تن آلومینیوم تولید شد. روش مدرن تولید آلومینیوم با الکترولیز مذاب کرایولیت-آلومینا در سال 1886 به طور همزمان و مستقل توسط سی هال در ایالات متحده آمریکا و P. Héroux در فرانسه توسعه یافت.

بودن در طبیعت

آلومینیوم فراوان ترین فلز در پوسته زمین است. 5.5-6.6 مول را تشکیل می دهد. سهم درصد یا 8 درصد وزنی. جرم اصلی آن در آلومینوسیلیکاتها متمرکز شده است. یک محصول بسیار رایج از تخریب سنگ های تشکیل شده توسط آنها خاک رس است که ترکیب اصلی آن با فرمول Al 2 O 3 مطابقت دارد. 2 SiO2. 2H 2 O. از دیگر اشکال طبیعی آلومینیوم، بوکسیت Al 2 O 3 بیشترین اهمیت را دارد. xH 2 O و کانی های کورندوم Al 2 O 3 و کرایولیت AlF 3 . 3NaF.

اعلام وصول

در حال حاضر آلومینیوم در صنعت با الکترولیز محلول آلومینا Al 2 O 3 در کرایولیت مذاب تولید می شود. Al 2 O 3 باید به اندازه کافی خالص باشد، زیرا ناخالصی ها از آلومینیوم ذوب شده به سختی حذف می شوند. نقطه ذوب Al 2 O 3 حدود 2050 o C و کرایولیت 1100 o C است. مخلوط مذاب کرایولیت و Al 2 O 3 حاوی حدود 10 درصد وزنی Al 2 O 3 تحت الکترولیز قرار می گیرد که ذوب می شود. در دمای 960 درجه سانتیگراد و دارای رسانایی الکتریکی، چگالی و ویسکوزیته، مطلوب ترین برای فرآیند است. با افزودن AlF 3، CaF 2 و MgF 2 الکترولیز در دمای 950 درجه سانتیگراد امکان پذیر است.

سلول الکترولیتی برای ذوب آلومینیوم یک پوشش آهنی است که از داخل با آجرهای نسوز پوشانده شده است. پایین آن (زیر)، که از بلوک های زغال سنگ فشرده مونتاژ شده است، به عنوان کاتد عمل می کند. آندها در بالا قرار دارند: این است - فریم های آلومینیومیپر از بریکت های زغال سنگ

Al 2 O 3 \u003d Al 3+ + AlO 3 3-

آلومینیوم مایع در کاتد آزاد می شود:

Al 3+ + 3e - \u003d Al

آلومینیوم در پایین کوره جمع آوری می شود و از آنجا به طور دوره ای آزاد می شود. اکسیژن در آند آزاد می شود:

4AlO 3 3- - 12e - \u003d 2Al 2 O 3 + 3O 2

اکسیژن گرافیت را اکسید کرده و به اکسید کربن تبدیل می کند. همانطور که کربن می سوزد، آند ساخته می شود.

آلومینیوم همچنین به عنوان یک افزودنی آلیاژی برای بسیاری از آلیاژها برای ایجاد مقاومت در برابر حرارت استفاده می شود.

خواص فیزیکی آلومینیوم. آلومینیوم مجموعه بسیار ارزشمندی از خواص را ترکیب می کند: چگالی کم، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا، شکل پذیری بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب. می توان آن را به راحتی جعل کرد، مهر زد، رول کرد، کشید. آلومینیوم به خوبی توسط گاز، تماس و انواع دیگر جوشکاری جوش داده می شود. شبکه آلومینیومی مکعبی رو به مرکز با پارامتر a = 4.0413 Å است. خواص آلومینیوم، مانند تمام فلزات، تا حد زیادی به خلوص آن بستگی دارد. خواص آلومینیوم با خلوص بالا (99.996%): چگالی (در دمای 20 درجه سانتیگراد) 2698.9 کیلوگرم بر متر مکعب. t pl 660.24 درجه سانتی گراد; تی بیل حدود 2500 درجه سانتیگراد؛ ضریب انبساط حرارتی (از 20 درجه تا 100 درجه سانتیگراد) 23.86 10 -6؛ هدایت حرارتی (در 190 درجه سانتیگراد) 343 وات بر متر کلوین، ظرفیت گرمایی ویژه (در 100 درجه سانتیگراد) 931.98 ژول بر کیلوگرم K. ; هدایت الکتریکی نسبت به مس (در دمای 20 درجه سانتیگراد) 65.5٪. آلومینیوم دارای استحکام پایین (مقاومت کششی 50-60 MN/m2)، سختی (170 MN/m2 طبق گفته برینل) و شکل پذیری بالا (تا 50%) است. در طول نورد سرد، استحکام کششی آلومینیوم به 115 MN/m2، سختی - تا 270 MN/m2 افزایش می‌یابد، ازدیاد طول نسبی به 5% کاهش می‌یابد (1 MN/m2 ~ و 0.1 kgf/mm 2). آلومینیوم به خوبی جلا داده شده، آنودایز شده است و دارای بازتابی بالایی نزدیک به نقره است (تا 90٪ انرژی نور فرود را منعکس می کند). آلومینیوم موجود در هوا با داشتن میل ترکیبی بالا برای اکسیژن، با یک فیلم اکسید نازک، اما بسیار قوی Al 2 O 3 پوشیده شده است که از فلز در برابر اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند و خاصیت ضد خوردگی بالای آن را تعیین می کند. استحکام فیلم اکسید و اقدام حفاظتیدر حضور ناخالصی‌های جیوه، سدیم، منیزیم، مس و غیره بسیار کاهش می‌یابد. آلومینیوم در برابر خوردگی اتمسفر، دریا و آب شیرین مقاوم است، عملاً با اسید نیتریک غلیظ یا بسیار رقیق شده، با اسیدهای آلی، محصولات غذایی تعامل نمی‌کند.

خواص شیمیایی

هنگامی که آلومینیوم ریز تقسیم شده گرم می شود، به شدت در هوا می سوزد. برهمکنش آن با گوگرد نیز به همین صورت پیش می رود. با کلر و برم، ترکیب از قبل در دمای معمولی، با ید - هنگام گرم شدن اتفاق می افتد. در دماهای بسیار بالا، آلومینیوم نیز مستقیماً با نیتروژن و کربن ترکیب می شود. برعکس، با هیدروژن برهمکنش نمی کند.

آلومینیوم در برابر آب کاملاً مقاوم است. اما اگر اثر محافظتی فیلم اکسید به صورت مکانیکی یا با ادغام حذف شود، یک واکنش پر انرژی رخ می دهد:

بسیار رقیق شده و همچنین HNO3 و H2SO4 بسیار غلیظ تقریباً هیچ تأثیری روی آلومینیوم (در سرما) ندارد، در حالی که در غلظت های متوسط این اسیدها به تدریج حل می شود. آلومینیوم خالص نسبت به اسید هیدروکلریک کاملاً پایدار است، اما فلز فنی معمولی در آن حل می شود.

تحت تأثیر محلول های آبی قلیایی روی آلومینیوم، لایه اکسید حل می شود و آلومینات ها تشکیل می شوند - نمک های حاوی آلومینیوم در ترکیب آنیون:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na

آلومینیوم، بدون لایه محافظ، با آب در تعامل است و هیدروژن را از آن جابجا می کند:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2

هیدروکسید آلومینیوم حاصل با مقدار زیاد قلیایی واکنش داده و هیدروکسوآلومینات را تشکیل می دهد:

Al(OH) 3 + NaOH = Na

معادله کلی انحلال آلومینیوم در محلول آبی قلیایی:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2

آلومینیوم به طور قابل توجهی در محلول نمک هایی که به دلیل هیدرولیز آنها واکنش اسیدی یا قلیایی دارند حل می شود، به عنوان مثال، در محلول Na 2 CO 3 .

در یک سری تنش ها بین منیزیم و روی قرار می گیرد. آلومینیوم در تمام ترکیبات پایدار خود سه ظرفیتی است.

ترکیب آلومینیوم با اکسیژن با انتشار گرمای بسیار زیاد (1676 کیلوژول بر مول Al 2 O 3) همراه است که بسیار بیشتر از بسیاری از فلزات دیگر است. با توجه به این موضوع، هنگامی که مخلوطی از اکسید فلز مربوطه با پودر آلومینیوم گرم می شود، واکنش شدیدی رخ می دهد که منجر به آزاد شدن فلز آزاد از اکسید گرفته شده می شود. روش کاهش با Al (آلومینیوم) اغلب برای به دست آوردن تعدادی از عناصر (کروم، منگنز، V، W و غیره) در حالت آزاد استفاده می شود.

Aluminothermy گاهی اوقات برای جوش دادن قطعات فولادی جداگانه، به ویژه اتصالات ریل های تراموا استفاده می شود. مخلوط مورد استفاده (" موریانه ") معمولا از پودرهای ریز آلومینیوم و Fe 3 O 4 تشکیل شده است. با فیوز از مخلوط Al و BaO 2 مشتعل می شود. واکنش اصلی مطابق معادله انجام می شود:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 کیلوژول

علاوه بر این، دما در حدود 3000 درجه سانتیگراد توسعه می یابد.

اکسید آلومینیوم جرمی سفید رنگ، بسیار نسوز (mp 2050 o C) و نامحلول در آب است. طبیعی Al 2 O 3 (معدنی کوراندوم)، و همچنین به طور مصنوعی به دست آمده و سپس به شدت کلسینه شده است، با سختی بالا و نامحلول بودن در اسیدها متمایز می شود. Al 2 O 3 (به اصطلاح آلومینا) می تواند با همجوشی با مواد قلیایی به حالت محلول تبدیل شود.

کوراندوم طبیعی که معمولاً به اکسید آهن آلوده است، به دلیل سختی بسیار زیاد برای ساخت چرخ های سنگ زنی، میله ها و غیره استفاده می شود. به صورت ریز خرد شده به آن سنباده می گویند و برای تمیز کردن سطوح فلزی و ساخت سمباده استفاده می شود. برای اهداف مشابه، اغلب از Al 2 O 3 استفاده می شود که از ذوب بوکسیت (نام فنی - alund) به دست می آید.

کریستال های کوراندوم رنگی شفاف - یاقوت قرمز - مخلوطی از کروم - و یاقوت کبود آبی - مخلوطی از تیتانیوم و آهن - سنگ های قیمتی. آنها همچنین به طور مصنوعی به دست می آیند و برای اهداف فنی، به عنوان مثال، برای ساخت قطعات ابزار دقیق، سنگ در ساعت و غیره استفاده می شوند. کریستال های یاقوت حاوی ناخالصی کمی از Cr 2 O 3 به عنوان ژنراتورهای کوانتومی استفاده می شوند - لیزرهایی که یک پرتو هدایت شده از تابش تک رنگ ایجاد می کنند.

به دلیل نامحلول بودن Al 2 O 3 در آب، هیدروکسید Al(OH) 3 مربوط به این اکسید را فقط می توان به طور غیر مستقیم از نمک ها به دست آورد. تولید هیدروکسید را می توان به صورت طرح زیر نشان داد. تحت تأثیر قلیایی ها، یون های OH به تدریج جایگزین 3+ مولکول آب در مجموعه های آبی می شوند:

3+ + OH - \u003d 2+ + H 2 O

2+ + OH - = + + H 2 O

OH - \u003d 0 + H 2 O

Al(OH) 3 یک رسوب ژلاتینی حجیم است رنگ سفید، عملاً در آب نامحلول است، اما به راحتی در اسیدها و قلیاهای قوی حل می شود. بنابراین دارای ویژگی آمفوتریک است. با این حال، خواص بازی و به خصوص اسیدی آن نسبتا ضعیف بیان می شود. بیش از NH 4 OH، هیدروکسید آلومینیوم نامحلول است. یکی از شکل های هیدروکسید دهیدراته، ژل آلومینیوم، در مهندسی به عنوان جاذب استفاده می شود.

هنگام تعامل با قلیاهای قوی، آلومینات های مربوطه تشکیل می شوند:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

آلومینات‌های فعال‌ترین فلزات تک ظرفیتی به شدت در آب حل می‌شوند، اما به دلیل هیدرولیز قوی، محلول‌های آنها فقط در حضور مقدار زیاد قلیایی پایدار است. آلومینات‌های تولید شده از بازهای ضعیف‌تر تقریباً به طور کامل در محلول هیدرولیز می‌شوند و بنابراین می‌توان آنها را فقط به صورت خشک (با آلیاژ کردن Al 2 O 3 با اکسیدهای فلزات مربوطه) به دست آورد. متاآلومینات ها تشکیل می شوند که در ترکیب خود از متاآلومینیوم اسید HAlO 2 تولید می شوند. اکثر آنها در آب نامحلول هستند.

Al(OH) 3 با اسیدها نمک تشکیل می دهد. مشتقات بیشتر اسیدهای قوی در آب بسیار محلول هستند، اما بیشتر هیدرولیز می شوند و بنابراین محلول آنها واکنش اسیدی نشان می دهد. نمک های محلول آلومینیوم و اسیدهای ضعیف حتی به شدت هیدرولیز می شوند. به دلیل هیدرولیز، سولفید، کربنات، سیانید و برخی دیگر از نمک های آلومینیوم را نمی توان از محلول های آبی به دست آورد.

در یک محیط آبی، آنیون Al 3+ مستقیماً توسط شش مولکول آب احاطه شده است. چنین یون هیدراته تا حدودی طبق این طرح تفکیک می شود:

3+ + H 2 O \u003d 2+ + OH 3 +

ثابت تفکیک آن 1 است. 10 -5 یعنی این یک اسید ضعیف است (از نظر قدرتی مشابه اسید استیک). محیط هشت وجهی Al 3+ با شش مولکول آب نیز در هیدرات های کریستالی تعدادی از نمک های آلومینیوم حفظ می شود.

آلومینوسیلیکات ها را می توان به عنوان سیلیکات در نظر گرفت که در آن بخشی از چهار وجهی سیلیکون-اکسیژن SiO 4 4 - با چهار ضلعی آلومینیوم - اکسیژن جایگزین شده است. پوسته زمین نمایندگان اصلی آنها مواد معدنی هستند

ارتوکلاز K 2 Al 2 Si 6 O 16 یا K 2 O . Al 2 O 3 . 6 SiO2

آلبیت Na 2 Al 2 Si 6 O 16 یا Na 2 O . Al 2 O 3 . 6 SiO2

آنورتیت CaAl 2 Si 2 O 8 یا CaO. Al 2 O 3 . 2 SiO2

مواد معدنی گروه میکا بسیار رایج هستند، به عنوان مثال مسکویت Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. بزرگ ارزش عملیدارای ماده معدنی نفلین (Na, K) 2 است که برای تولید آلومینا، محصولات سودا و سیمان استفاده می شود. این تولید شامل عملیات زیر است: الف) نفلین و سنگ آهک در کوره های لوله ای در دمای 1200 درجه سانتیگراد پخت می شوند:

(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2

ب) جرم حاصل با آب شسته می شود - محلولی از آلومینات های سدیم و پتاسیم و لجن CaSiO 3 تشکیل می شود:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O \u003d Na + K

ج) CO 2 حاصل از تف جوشی از محلول آلومینات ها عبور می کند:

Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3

د) حرارت دادن آلومینا Al (OH) 3 بدست می آید:

2Al(OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O

ه) با تبخیر مشروب مادر، سودا و پتاژ جدا شده و از لجن به دست آمده قبلی برای تولید سیمان استفاده می شود.

در تولید 1 تن Al 2 O 3، 1 تن فرآورده های سودا و 7.5 تن سیمان به دست می آید.

برخی از آلومینوسیلیکات ها ساختار شل دارند و قابلیت تبادل یونی دارند. چنین سیلیکات - طبیعی و به ویژه مصنوعی - برای نرم کردن آب استفاده می شود. علاوه بر این، به دلیل سطح بسیار توسعه یافته آنها، آنها به عنوان حامل کاتالیزور استفاده می شوند، یعنی. به عنوان مواد آغشته به کاتالیزور.

هالیدهای آلومینیوم در شرایط عادی مواد کریستالی بی رنگ هستند. در سری هالیدهای آلومینیوم، AlF 3 از نظر خواص با آنالوگ های خود تفاوت زیادی دارد. نسوز، کمی محلول در آب، از نظر شیمیایی غیر فعال است. روش اصلی برای به دست آوردن AlF 3 بر اساس عمل HF بی آب روی Al 2 O 3 یا Al است:

Al 2 O 3 + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 O

ترکیبات آلومینیوم با کلر، برم و ید نه تنها در آب، بلکه در بسیاری از حلال های آلی نیز قابل ذوب، بسیار واکنش پذیر و بسیار محلول هستند. برهمکنش هالیدهای آلومینیوم با آب با انتشار قابل توجهی گرما همراه است. در یک محلول آبی، همه آنها به شدت هیدرولیز می شوند، اما بر خلاف هالیدهای اسید غیرفلزی معمولی، هیدرولیز آنها ناقص و برگشت پذیر است. AlCl 3، AlBr 3 و AlI 3 که در شرایط عادی به طور قابل توجهی فرار هستند، در هوای مرطوب دود می کنند (به دلیل هیدرولیز). آنها را می توان با تعامل مستقیم مواد ساده به دست آورد.

چگالی بخار AlCl 3 , AlBr 3 و AlI 3 در دماهای نسبتاً پایین کم و بیش دقیقاً با فرمول دو برابر شده - Al 2 Hal 6 مطابقت دارد. ساختار فضایی این مولکول ها مربوط به دو چهار وجهی با یک لبه مشترک است. هر اتم آلومینیوم به چهار اتم هالوژن و هر یک از اتم های هالوژن مرکزی به هر دو اتم آلومینیوم متصل است. از دو پیوند اتم هالوژن مرکزی، یکی گیرنده دهنده است که آلومینیوم به عنوان گیرنده عمل می کند.

با نمک های هالید تعدادی از فلزات تک ظرفیتی، هالیدهای آلومینیوم ترکیبات پیچیده ای را تشکیل می دهند، عمدتاً از انواع M 3 و M (که هال کلر، برم یا ید است). تمایل به واکنش های افزودن به طور کلی در هالیدهای مورد بررسی به شدت مشخص می شود. این دلیل مهم ترین کاربرد فنی AlCl 3 به عنوان کاتالیزور (در پالایش نفت و سنتزهای آلی) است.

از میان فلورآلومینات ها، کرایولیت Na 3 بیشترین کاربرد را دارد (برای تولید Al، F 2، لعاب، شیشه و غیره). تولید صنعتی کرایولیت مصنوعی بر اساس تصفیه هیدروکسید آلومینیوم با اسید هیدروفلوئوریک و سودا است:

2Al(OH) 3 + 12HF + 3Na 2 CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

کلرو، برومو و یدآلومینات ها از ذوب تری هالیدهای آلومینیوم با هالیدهای فلزات مربوطه به دست می آیند.

اگرچه آلومینیوم با هیدروژن واکنش شیمیایی نمی دهد، هیدرید آلومینیوم را می توان به طور غیر مستقیم به دست آورد. این یک توده سفید آمورف از ترکیب (AlH 3) n است. با آزاد شدن هیدروژن در دمای بالای 105 درجه سانتیگراد تجزیه می شود.

هنگامی که AlH 3 با هیدریدهای بازی در محلول اتر برهمکنش می‌کند، هیدروآلومینات‌ها تشکیل می‌شوند:

LiH + AlH 3 = Li

هیدروآلومینات ها جامدات سفید رنگ هستند. به سرعت توسط آب تجزیه می شود. آنها ترمیم کننده های قدرتمندی هستند. (به خصوص Li) در سنتز آلی استفاده می شود.

سولفات آلومینیوم Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O از اثر اسید سولفوریک داغ بر روی اکسید آلومینیوم یا کائولن به دست می آید. برای تصفیه آب و همچنین در تهیه برخی از انواع کاغذ استفاده می شود.

زاج پتاسیم KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O در استفاده می شود مقادیر زیادبرای دباغی چرم، و همچنین در رنگرزی به عنوان ماده ای برای پارچه های پنبه ای. در مورد دوم، اثر زاج بر این واقعیت استوار است که هیدروکسید آلومینیومی که در نتیجه هیدرولیز آنها ایجاد می شود، در الیاف پارچه به صورت کاملاً پراکنده رسوب می کند و با جذب رنگ، آن را محکم روی الیاف نگه می دارد.

از دیگر مشتقات آلومینیوم باید به استات آن (در غیر این صورت نمک استیک) Al(CH 3 COO) 3 اشاره کرد که در رنگرزی پارچه ها (به عنوان ماده خشک کننده) و در پزشکی (لوسیون ها و کمپرس ها) استفاده می شود. نیترات آلومینیوم به راحتی در آب حل می شود. فسفات آلومینیوم در آب و اسید استیک نامحلول است، اما در اسیدهای قوی و قلیاها محلول است.

آلومینیوم در بدنه. آلومینیوم بخشی از بافت حیوانات و گیاهان است. در اندام پستانداران از 3-10 تا 5-10 درصد آلومینیوم (به ازای هر ماده خام) یافت شد. آلومینیوم در کبد، پانکراس و غدد تیروئید تجمع می یابد. در محصولات گیاهی، محتوای آلومینیوم از 4 میلی گرم در هر کیلوگرم ماده خشک (سیب زمینی) تا 46 میلی گرم (شلغم زرد)، در محصولات حیوانی - از 4 میلی گرم (عسل) تا 72 میلی گرم در هر کیلوگرم ماده خشک (گوشت گاو) متغیر است. . در رژیم غذایی روزانه انسان، محتوای آلومینیوم به 35-40 میلی گرم می رسد. ارگانیسم های شناخته شده ای وجود دارد - متمرکز کننده های آلومینیومی، به عنوان مثال، خزه های باشگاهی (Lycopodiaceae)، حاوی حداکثر 5.3٪ آلومینیوم در خاکستر، نرم تنان (Helix و Lithorina)، که در خاکستر آنها 0.2-0.8٪ آلومینیوم است. آلومینیوم با تشکیل ترکیبات نامحلول با فسفات ها، تغذیه گیاهان (جذب فسفات توسط ریشه) و حیوانات (جذب فسفات در روده) را مختل می کند.

ژئوشیمی آلومینیوم. ویژگی‌های ژئوشیمیایی آلومینیوم با میل ترکیبی بالای آن برای اکسیژن (در مواد معدنی، آلومینیوم در هشت‌وجهی‌ها و چهار وجهی‌های اکسیژن قرار می‌گیرد)، ظرفیت ثابت (3) و حلالیت کم اکثر ترکیبات طبیعی تعیین می‌شود. در فرآیندهای درون زا در طول انجماد ماگما و تشکیل سنگ های آذرین، آلومینیوم وارد شبکه بلوری فلدسپات ها، میکاها و سایر مواد معدنی - آلومینوسیلیکات ها می شود. در بیوسفر، آلومینیوم یک مهاجر ضعیف است؛ در موجودات و هیدروسفر کمیاب است. در آب و هوای مرطوب، جایی که بقایای پوسیده پوشش گیاهی فراوان اسیدهای آلی زیادی تشکیل می دهند، آلومینیوم به شکل ترکیبات کلوئیدی آلی معدنی در خاک و آب مهاجرت می کند. آلومینیوم توسط کلوئیدها جذب شده و در قسمت پایینی خاک رسوب می کند. پیوند بین آلومینیوم و سیلیکون تا حدی شکسته شده است و در جاهایی در مناطق استوایی مواد معدنی - هیدروکسیدهای آلومینیوم - بوهمیت، دیاسپور، هیدرارژیلیت تشکیل می شود. بیشتر آلومینیوم بخشی از آلومینوسیلیکات ها - کائولینیت، بیدلیت و سایر کانی های رسی است. تحرک ضعیف تجمع باقیمانده آلومینیوم را در پوسته هوای مناطق گرمسیری مرطوب تعیین می کند. در نتیجه، بوکسیت‌های eluvial تشکیل می‌شوند. در دوره های زمین شناسی گذشته، بوکسیت ها نیز در دریاچه ها و منطقه ساحلی دریاهای مناطق گرمسیری (به عنوان مثال، بوکسیت های رسوبی قزاقستان) انباشته می شدند. در استپ ها و بیابان ها، جایی که ماده زنده کمی وجود دارد و آب ها خنثی و قلیایی هستند، آلومینیوم تقریباً مهاجرت نمی کند. مهاجرت آلومینیوم در مناطق آتشفشانی بسیار شدید است، جایی که رودخانه های بسیار اسیدی و آب های زیرزمینی غنی از آلومینیوم مشاهده می شود. در مکان های جابجایی آب های اسیدی با قلیایی - دریایی (در دهانه رودخانه ها و غیره)، آلومینیوم با تشکیل رسوبات بوکسیت رسوب می کند.

کاربرد آلومینیوم. ترکیب خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آلومینیوم کاربرد گسترده آن را تقریباً در تمام زمینه های فناوری، به ویژه در قالب آلیاژهای آن با سایر فلزات تعیین می کند. در مهندسی برق، آلومینیوم با موفقیت جایگزین مس می شود، به ویژه در تولید رساناهای عظیم، به عنوان مثال، در خطوط هوایی، کابل های فشار قوی، شین های تابلو برق، ترانسفورماتورها (رسانایی الکتریکی آلومینیوم به 65.5٪ رسانایی الکتریکی مس می رسد، و بیش از سه برابر سبک تر از مس است؛ با سطح مقطعی که رسانایی یکسانی دارد، جرم سیم های آلومینیومی نصف سیم های مسی است. آلومینیوم فوق‌العاده خالص در تولید خازن‌ها و یکسو کننده‌های الکتریکی استفاده می‌شود که عملکرد آن بر اساس توانایی فیلم اکسید آلومینیوم در انتقال است. برقفقط در یک جهت آلومینیوم فوق‌العاده خالص که با ذوب ناحیه‌ای خالص می‌شود، برای سنتز ترکیبات نیمه‌رسانای نوع A III B V مورد استفاده برای تولید دستگاه‌های نیمه‌رسانا استفاده می‌شود. از آلومینیوم خالص در تولید انواع بازتابنده آینه استفاده می شود. آلومینیوم با خلوص بالا برای محافظت از سطوح فلزی در برابر خوردگی جوی (روکش، رنگ آلومینیوم) استفاده می شود. آلومینیوم با داشتن سطح مقطع جذب نوترون نسبتا کم، به عنوان یک ماده ساختاری در راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

مخازن آلومینیومی با ظرفیت بالا گازهای مایع (متان، اکسیژن، هیدروژن و غیره)، اسیدهای نیتریک و استیک را ذخیره و انتقال می دهند. آب پاک، پراکسید هیدروژن و روغن های خوراکی. آلومینیوم به طور گسترده ای در تجهیزات و دستگاه ها استفاده می شود صنایع غذایی، برای بسته بندی مواد غذایی (به صورت فویل)، برای تولید انواع محصولات خانگی. افزایش شدید مصرف آلومینیوم برای تکمیل ساختمان ها، معماری، حمل و نقل و امکانات ورزشی وجود دارد.

در متالورژی، آلومینیوم (علاوه بر آلیاژهای مبتنی بر آن) یکی از رایج ترین افزودنی های آلیاژی در آلیاژهای مبتنی بر مس، منیزیم، تیتانیم، نیکل، روی و آهن است. آلومینیوم همچنین برای اکسید زدایی فولاد قبل از ریختن آن در قالب و همچنین در فرآیندهای بدست آوردن فلزات خاص توسط آلومینوترمی استفاده می شود. بر اساس آلومینیوم، SAP (پودر آلومینیوم متخلخل) توسط متالورژی پودر ایجاد شد که مقاومت حرارتی بالایی در دماهای بالای 300 درجه سانتیگراد دارد.

از آلومینیوم در تولید مواد منفجره (آمونال، آلوموتول) استفاده می شود. به طور گسترده استفاده می شود اتصالات مختلفآلومینیوم

تولید و مصرف آلومینیوم به طور مداوم در حال رشد است و به طور قابل توجهی از تولید فولاد، مس، سرب و روی از نظر نرخ رشد پیشی گرفته است.

فهرست ادبیات استفاده شده

1. V.A. رابینوویچ، ز.یا. خاوین "مرجع مختصر شیمی"

2. L.S. گوزی "سخنرانی در مورد شیمی عمومی"

3. ن.س. آخمتوف "شیمی عمومی و معدنی"

4. بی.وی. نکراسوف "کتاب درسی شیمی عمومی"

5. N.L. گلینکا "شیمی عمومی"

خواص آلومینیوم

محتوا:

گریدهای آلومینیومی

مشخصات فیزیکی

خواص خوردگی

ویژگی های مکانیکی

خواص تکنولوژیکی

کاربرد

گریدهای آلومینیومی

آلومینیوم با هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری و مقاومت در برابر سرما مشخص می شود. مهمترین خاصیت آلومینیوم چگالی کم آن است (حدود 2.70 گرم بر سی سی) نقطه ذوب آلومینیوم حدود 660 درجه سانتیگراد است.

خواص فیزیکوشیمیایی، مکانیکی و تکنولوژیکی آلومینیوم بسیار به نوع و مقدار ناخالصی آن بستگی دارد که بیشتر خواص فلز خالص را بدتر می کند.اصلی ترین ناخالصی های طبیعی در آلومینیوم آهن و سیلیکون هستند. برای مثال آهن به عنوان یک فاز مستقل Fe-Al وجود دارد، هدایت الکتریکی و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد، شکل پذیری را بدتر می کند، اما مقاومت آلومینیوم را اندکی افزایش می دهد.

بسته به درجه تصفیه، آلومینیوم اولیه به آلومینیوم با خلوص بالا و فنی تقسیم می شود (GOST 11069-2001). آلومینیوم فنی همچنین شامل گریدهایی است که دارای علامت AD، AD1، AD0، AD00 (GOST 4784-97) هستند. آلومینیوم فنی همه گریدها با الکترولیز مذاب کرایولیت-آلومینا به دست می آید. آلومینیوم با خلوص بالا با خالص سازی اضافی آلومینیوم فنی به دست می آید. ویژگی های خواص آلومینیوم با خلوص بالا و بالا در کتاب ها مورد بحث قرار گرفته است

1) علم فلزات آلومینیوم و آلیاژهای آن. اد. I.N. Fridlyander. M. 1971.2) خواص مکانیکی و تکنولوژیکی فلزات. A.V. Bobylev. M. 1980.

جدول زیر خلاصه ای از اکثر نمرات آلومینیوم را ارائه می دهد. محتوای ناخالصی های طبیعی اصلی آن - سیلیکون و آهن - نیز نشان داده شده است.

نام تجاری	ال, %	Si، %	آهن، %	برنامه های کاربردی
آلومینیوم با خلوص بالا
A995	99.995	0.0015	0.0015	تجهیزات شیمیایی فویل برای صفحات خازن اهداف ویژه
A98	99.98	0.006	0.006
A95	99.95	0.02	0.025
آلومینیوم درجه فنی
A8 AD000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	میله سیم برای تولید محصولات کابل و سیم (از A7E و A5E). مواد اولیه برای تولید آلیاژهای آلومینیوم فویل محصولات نورد (میله، نوار، ورق، سیم، لوله)
A7 00 میلادی	99.7	0.15	0.16 0.25
A6	99.6	0.18	0.25
A5E	99.5	0.10	0.20
A5 AD0	99.5	0.25 0.25	0.30 0.40
AD1	99.3	0.30	0.30
A0 جهنم	99.0	0.95 تا 1.0٪ در کل

تفاوت عملی اصلی بین آلومینیوم تجاری و آلومینیوم بسیار تصفیه شده مربوط به تفاوت در مقاومت خوردگی در برابر رسانه های خاص است. طبیعتاً هر چه درجه تصفیه آلومینیوم بیشتر باشد، گرانتر است.

آلومینیوم با خلوص بالا برای اهداف خاص استفاده می شود. برای تولید آلیاژهای آلومینیوم، محصولات کابل و سیم و محصولات نورد شده از آلومینیوم فنی استفاده می شود. در ادامه در مورد آلومینیوم فنی صحبت خواهیم کرد.

رسانایی الکتریکی.

مهمترین خاصیت آلومینیوم رسانایی الکتریکی بالای آن است که پس از نقره، مس و طلا در رتبه دوم قرار دارد. ترکیب رسانایی الکتریکی بالا با چگالی کم به آلومینیوم اجازه می دهد تا در زمینه محصولات کابلی و سیمی با مس رقابت کند.

هدایت الکتریکی آلومینیوم، علاوه بر آهن و سیلیکون، به شدت تحت تأثیر کروم، منگنز و تیتانیوم است. بنابراین، در آلومینیوم در نظر گرفته شده برای ساخت رسانای جریان، محتوای چندین ناخالصی دیگر تنظیم می شود. بنابراین، در آلومینیوم با گرید A5E با میزان مجاز آهن 0.35 درصد و سیلیکون 0.12 درصد، مجموع ناخالصی های Cr + V + Ti + Mn نباید تنها از 0.01 درصد تجاوز کند.

هدایت الکتریکی به وضعیت مواد بستگی دارد. بازپخت طولانی مدت در دمای 350 درجه سانتیگراد رسانایی را بهبود می بخشد، در حالی که سخت شدن سرد رسانایی را بدتر می کند.

مقدار مقاومت الکتریکی در دمای 20 درجه سانتیگراد استاهم*mm 2 /m یا µOhm*m :

0.0277 - سیم آلومینیومی آنیل شده A7E

0.0280 - سیم آلومینیوم آنیل شده A5E

0.0290 - پس از پرس، بدون عملیات حرارتی از آلومینیوم AD0

بنابراین، مقاومت الکتریکی هادی های آلومینیومی تقریباً 1.5 برابر بیشتر از مقاومت الکتریکی است. هادی های مسی. بر این اساس، رسانایی الکتریکی (مقاومت متقابل مقاومت) آلومینیوم 60-65٪ هدایت الکتریکی مس است. رسانایی الکتریکی آلومینیوم با کاهش مقدار ناخالصی ها افزایش می یابد.

ضریب دمایی مقاومت الکتریکی آلومینیوم (004/0) تقریباً برابر با مس است.

رسانایی گرمایی

رسانایی حرارتی آلومینیوم در دمای 20 درجه سانتیگراد تقریباً 0.50 کالری بر سانتی‌متر*ثانیه سانتی‌گراد است و با افزایش خلوص فلز افزایش می‌یابد. از نظر هدایت حرارتی، آلومینیوم پس از نقره و مس (حدود 0.90) در رتبه دوم قرار دارد که سه برابر بیشتر از هدایت حرارتی فولاد نرم است. این خاصیت تعیین کننده استفاده از آلومینیوم در رادیاتورهای خنک کننده و مبدل های حرارتی است.

سایر خواص فیزیکی.

آلومینیوم بسیار بالا است گرمای ویژه(تقریباً 0.22 کالری در گرم * C). این بسیار بیشتر از بیشتر فلزات است (0.09 برای مس). گرمای خاصذوب شدنهمچنین بسیار زیاد است (حدود 93 کالری در گرم). برای مقایسه، برای مس و آهن، این مقدار تقریباً 41-49 کالری در گرم است.

انعکاسآلومینیوم به شدت به خلوص آن وابسته است. برای فویل آلومینیومی با خلوص 99.2٪، بازتاب نور سفید 75٪ است، و برای فویل با محتوای آلومینیوم 99.5٪، بازتاب در حال حاضر 84٪ است.

خواص خوردگی آلومینیوم

خود آلومینیوم یک فلز بسیار واکنش پذیر است. این با استفاده از آن در آلومینوترمی و در تولید مواد منفجره مرتبط است. با این حال، در هوا، آلومینیوم با یک لایه نازک (حدود یک میکرون) از اکسید آلومینیوم پوشیده شده است. با استحکام بالا و بی اثری شیمیایی، آلومینیوم را از اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند و خاصیت ضد خوردگی بالای آن را در بسیاری از محیط ها تعیین می کند.

در آلومینیوم با خلوص بالا، فیلم اکسید پیوسته و غیر متخلخل است و چسبندگی بسیار قوی به آلومینیوم دارد. بنابراین، آلومینیوم با خلوص بالا و خاص در برابر عمل اسیدهای معدنی، قلیاها، بسیار مقاوم است. آب دریاو هوا چسبندگی لایه اکسیدی به آلومینیوم در مکان هایی که ناخالصی ها قرار دارند به میزان قابل توجهی تخریب می شود و این مکان ها در برابر خوردگی آسیب پذیر می شوند. بنابراین، آلومینیوم با خلوص فنی مقاومت کمتری دارد. به عنوان مثال، در رابطه با اسید هیدروکلریک ضعیف، مقاومت آلومینیوم تصفیه شده و فنی 10 برابر متفاوت است.

آلومینیوم (و آلیاژهای آن) معمولاً خوردگی حفره‌ای را نشان می‌دهند. بنابراین، پایداری آلومینیوم و آلیاژهای آن در بسیاری از محیط‌ها نه با تغییر وزن نمونه‌ها و نه با میزان نفوذ خوردگی، بلکه با تغییر خواص مکانیکی تعیین می‌شود.

محتوای آهن تاثیر اصلی بر خواص خوردگی آلومینیوم تجاری دارد. بنابراین، نرخ خوردگی در محلول HCl 5٪ برای مارک های مختلفهست در):

نام تجاری	محتواال	محتوای آهن	نرخ خوردگی
A7	99.7 %	< 0.16 %	0.25 – 1.1
A6	99.6%	< 0.25%	1.2 – 1.6
A0	99.0%	< 0.8%	27 - 31

وجود آهن همچنین باعث کاهش مقاومت آلومینیوم در برابر قلیاها می شود، اما بر مقاومت در برابر اسیدهای سولفوریک و نیتریک تأثیری نمی گذارد. به طور کلی، مقاومت به خوردگی آلومینیوم فنی، بسته به خلوص، به این ترتیب بدتر می شود: A8 و AD000، A7 و AD00، A6، A5 و AD0، AD1، A0 و AD.

در دمای بالای 100 درجه سانتیگراد، آلومینیوم با کلر برهمکنش می کند. آلومینیوم با هیدروژن تعامل ندارد، اما آن را به خوبی حل می کند، بنابراین جزء اصلی گازهای موجود در آلومینیوم است. بخار آب که در دمای 500 درجه سانتیگراد تجزیه می شود، تأثیر مضری بر روی آلومینیوم دارد دمای پایینعملکرد بخار ناچیز است.

آلومینیوم در محیط های زیر پایدار است:

فضای صنعتی

آب شیرین طبیعی تا دمای 180 درجه سانتیگراد. نرخ خوردگی با هوادهی افزایش می یابد.

ناخالصی های سود سوزآور، اسید هیدروکلریک و سودا.

آب دریا

اسید نیتریک غلیظ

نمک های اسیدی سدیم، منیزیم، آمونیوم، هیپوسولفیت.

محلول های ضعیف (تا 10%) اسید سولفوریک،

100% اسید سولفوریک

محلول های ضعیف فسفر (تا 1٪)، کروم (تا 10٪)

اسید بوریک در هر غلظتی

سرکه، لیمو، شراب. اسید مالیک، آب میوه های اسیدی، شراب

محلول آمونیاک

آلومینیوم در چنین محیط هایی ناپایدار است:

اسید نیتریک را رقیق کنید

اسید هیدروکلریک

اسید سولفوریک را رقیق کنید

هیدروفلوریک و هیدروبرومیک اسید

اگزالیک، اسید فرمیک

محلول های قلیایی سوزاننده

آب حاوی نمک های جیوه، مس، یون های کلرید که فیلم اکسید را از بین می برد.

خوردگی تماسی

در تماس با اکثر فلزات و آلیاژهای فنی، آلومینیوم به عنوان آند عمل می کند و خوردگی آن افزایش می یابد.

ویژگی های مکانیکی

مدول الاستیک E \u003d 7000-7100 kgf / mm 2 برای آلومینیوم فنی در 20 درجه سانتیگراد. با افزایش خلوص آلومینیوم، مقدار آن کاهش می یابد (6700 برای A99).

مدول برشی جی \u003d 2700 کیلوگرم بر میلی‌متر 2.

پارامترهای اصلی خواص مکانیکی آلومینیوم فنی در زیر آورده شده است:

پارامتر	واحد دور	ناقص شده	آنیل شده
قدرت تسلیم? 0.2	kgf/mm 2	8 - 12	4 - 8
استحکام کششی? که در	kgf/mm 2	13 - 16
ازدیاد طول در نقطه شکستن?		5 – 10	30 – 40
انقباض نسبی در زمان استراحت		50 - 60	70 - 90
مقاومت برشی	kgf/mm 2
سختی	HB	30 - 35

ارقام ارائه شده بسیار گویاست:

1) برای آلومینیوم آنیل شده و ریخته گری، این مقادیر به درجه آلومینیوم فنی بستگی دارد. هر چه ناخالصی ها بیشتر باشد، استحکام و سختی بیشتر و شکل پذیری کمتر می شود. به عنوان مثال، سختی آلومینیوم ریخته گری: برای A0 - 25HB، برای A5 - 20HB، و برای آلومینیوم با خلوص بالا A995 - 15HB. استحکام کششی برای این موارد: 8.5; 7.5 و 5 kgf / mm 2 و ازدیاد طول 20. به ترتیب 30 و 45 درصد.

2) برای آلومینیوم تغییر شکل یافته ویژگی های مکانیکیبه درجه تغییر شکل، نوع محصولات نورد شده و ابعاد آنها بستگی دارد. به عنوان مثال، استحکام کششی حداقل 15-16 kgf / mm 2 برای سیم و 8 - 11 kgf / mm 2 برای لوله ها است.

با این حال، در هر صورت، آلومینیوم فنی یک فلز نرم و شکننده است. استحکام تسلیم کم (حتی برای فولاد سخت کار شده از 12 کیلوگرم بر میلی متر مربع تجاوز نمی کند) استفاده از آلومینیوم را از نظر بارهای مجاز محدود می کند.

آلومینیوم مقاومت خزشی کمی دارد: در دمای 20 درجه سانتیگراد 5 کیلوگرم بر میلی متر مربع و در دمای 200 درجه سانتیگراد 0.7 کیلوگرم بر میلی متر مربع است. برای مقایسه: برای مس، این ارقام به ترتیب 7 و 5 کیلوگرم بر میلی متر مربع است.

دمای ذوب پایین و دمای شروع تبلور مجدد (برای آلومینیوم فنی حدود 150 درجه سانتیگراد است)، حد خزش پایین محدوده دمای عملیات آلومینیوم را از سمت دماهای بالا محدود می کند.

شکل پذیری آلومینیوم در دماهای پایین تا هلیوم خراب نمی شود. هنگامی که دما از 20+ به 269- کاهش می یابد، استحکام کششی برای آلومینیوم فنی 4 برابر و برای آلومینیوم با خلوص بالا 7 برابر افزایش می یابد. حد الاستیک در این مورد با ضریب 1.5 افزایش می یابد.

مقاومت در برابر یخ زدگی آلومینیوم امکان استفاده از آن را در دستگاه ها و سازه های برودتی فراهم می کند.

خواص تکنولوژیکی.

شکل پذیری بالای آلومینیوم امکان تولید فویل (تا ضخامت 0.004 میلی متر)، محصولات عمیق کشیده و استفاده از آن برای پرچ ها را فراهم می کند.

آلومینیوم خلوص فنی در دماهای بالا شکنندگی را نشان می دهد.

ماشین کاری بسیار کم است.

دمای بازپخت تبلور مجدد 350-400 درجه سانتیگراد، دمای تلطیف 150 درجه سانتیگراد است.

قابلیت جوشکاری

مشکلات در جوشکاری آلومینیوم به دلیل 1) وجود یک لایه اکسید بی اثر قوی، 2) هدایت حرارتی بالا است.

با این وجود، آلومینیوم یک فلز بسیار جوش پذیر در نظر گرفته می شود. جوش استحکام فلز پایه (آنیل شده) و همان خواص خوردگی را دارد. برای جزئیات بیشتر در مورد جوشکاری آلومینیوم، به عنوان مثال، نگاه کنید به:www. محل جوشکاریcomua.

کاربرد.

به دلیل استحکام کم، آلومینیوم فقط برای عناصر ساختاری بدون بار استفاده می شود، زمانی که هدایت الکتریکی یا حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری یا جوش پذیری مهم است. قطعات توسط جوش یا پرچ به هم متصل می شوند. آلومینیوم فنی هم برای ریخته گری و هم برای تولید محصولات نورد استفاده می شود.

در انبار شرکت همیشه ورق، سیم و لاستیک ساخته شده از آلومینیوم فنی وجود دارد.

(به صفحات مربوطه وب سایت مراجعه کنید). تحت سفارش خوک A5-A7 تحویل داده می شود.

نوع درس. ترکیب شده.

وظایف:

آموزشی:

1. دانش دانش آموزان را در مورد ساختار اتم، معانی فیزیکی شماره سریال، شماره گروه، شماره دوره با استفاده از آلومینیوم به عنوان مثال به روز کنید.

2. ایجاد دانش دانش آموزان مبنی بر اینکه آلومینیوم در حالت آزاد دارای خواص فیزیکی و شیمیایی خاص و مشخصی است.

در حال توسعه:

1. ایجاد علاقه به مطالعه علم با ارائه گزارش های تاریخی و علمی مختصر در مورد گذشته، حال و آینده آلومینیوم.

2. تداوم شکل گیری مهارت های پژوهشی دانش آموزان هنگام کار با ادبیات، انجام کارهای آزمایشگاهی.

3. مفهوم آمفوتریک را با آشکار ساختن ساختار الکترونیکی آلومینیوم، خواص شیمیایی ترکیبات آن گسترش دهید.

آموزشی:

1. با ارائه اطلاعات در مورد استفاده احتمالی از آلومینیوم دیروز، امروز، فردا، احترام به محیط زیست را افزایش دهید.

2. ایجاد توانایی کار تیمی برای هر دانش آموز، محاسبه نظر کل گروه و دفاع صحیح از خود با انجام کارهای آزمایشگاهی.

3. آشنایی دانشجویان با اخلاق علمی، صداقت و نجابت دانشمندان علوم طبیعی گذشته، ارائه اطلاعات در مورد مبارزه برای حق کاشف آلومینیوم.

مروری بر موضوعات قلیایی و قلیایی خاکی M (تکرار):

تعداد الکترون های سطح انرژی بیرونی قلیایی و قلیایی خاکی M چند است؟

هنگام واکنش سدیم یا پتاسیم با اکسیژن چه محصولاتی تشکیل می شود؟ (پراکسید)، آیا لیتیوم در واکنش با اکسیژن قادر به تولید پراکسید است؟ (خیر، این واکنش اکسید لیتیوم تولید می کند.)

اکسیدهای سدیم و پتاسیم چگونه به دست می آیند؟ (تجزیه پراکسیدها با Me, Pr: 2Na+Na 2 O 2 =2Na 2 O ) مربوطه.

آیا فلزات قلیایی و قلیایی خاکی حالت اکسیداسیون منفی از خود نشان می دهند؟ (نه، این کار را نمی کنند، زیرا آنها عوامل کاهنده قوی هستند.).

شعاع یک اتم در زیرگروه های اصلی (از بالا به پایین) سیستم تناوبی چگونه تغییر می کند؟ (افزایش می یابد) دلیل این امر چیست؟ (با افزایش تعداد سطوح انرژی).

کدام یک از گروه فلزات مورد مطالعه ما سبکتر از آب است؟ (به صورت قلیایی).

تحت چه شرایطی تشکیل هیدریدها در فلزات قلیایی خاکی رخ می دهد؟ (در دمای بالا).

کدام ماده کلسیم یا منیزیم با آب واکنش فعالتری دارد؟ (کلسیم فعال تر واکنش می دهد. منیزیم تنها زمانی با آب واکنش فعال می دهد که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم شود).

چگونه حلالیت هیدروکسیدهای فلزات قلیایی خاکی در آب در سری از کلسیم به باریم تغییر می کند؟ (حلالیت در آب افزایش می یابد).

از ویژگی های ذخیره سازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی بگویید، چرا آنها را به این شکل ذخیره می کنند؟ (از آنجایی که این فلزات بسیار واکنش پذیر هستند، در یک ظرف زیر لایه ای از نفت سفید نگهداری می شوند).

کار کنترلی روی موضوعات قلیایی و خاکی قلیایی M:

خلاصه درس (مطالعه مطالب جدید):

معلم: سلام بچه ها، امروز ما به مطالعه زیر گروه IIIA می رویم. عناصر واقع در زیر گروه IIIA را فهرست کنید؟

کارآموزان: این شامل عناصری مانند بور، آلومینیوم، گالیم، ایندیم و تالیم است.

معلم: چه تعداد الکترون در سطح انرژی بیرونی خود یعنی حالت های اکسیداسیون دارند؟

کارآموزان: سه الکترون، حالت اکسیداسیون +3، اگرچه تالیم دارای حالت اکسیداسیون پایدارتر 1+ است.

معلم: خواص فلزی عناصر زیرگروه بور بسیار کمتر از عناصر زیرگروه بریلیم مشخص است. بور یک غیر M است. در آینده، در زیر گروه، با افزایش بار هسته ای M، ویژگی ها افزایش می یابد. ولیل- در حال حاضر M، اما معمولی نیست. هیدروکسید آن خاصیت آمفوتریک دارد.

از میان M زیرگروه اصلی گروه III، آلومینیوم بیشترین اهمیت را دارد که خواص آن را به تفصیل بررسی خواهیم کرد. برای ما جالب است زیرا یک عنصر انتقالی است.

آلومینیوم

آلومینیوم - عنصر شیمیاییگروه سوم از سیستم تناوبی مندلیف (عدد اتمی 13، جرم اتمی 26.98154). در اکثر ترکیبات، آلومینیوم سه ظرفیتی است، اما در دماهای بالا می تواند حالت اکسیداسیون 1+ را نیز نشان دهد. از ترکیبات این فلز، مهمترین آن اکسید Al 2 O 3 است.

آلومینیوم- فلز نقره ای سفید، سبک (چگالی 2.7 گرم بر سانتی متر 3)، انعطاف پذیر، رسانای خوب الکتریسیته و گرما، نقطه ذوب 660 درجه سانتی گراد. به راحتی داخل سیم کشیده می شود و به صورت ورقه های نازک در می آید. آلومینیوم از نظر شیمیایی فعال است (در هوا با یک فیلم اکسید محافظ - اکسید آلومینیوم پوشیده شده است.) به طور قابل اعتمادی از فلز در برابر اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند. اما اگر پودر آلومینیوم یا فویل آلومینیوم به شدت گرم شود، فلز با شعله کور می سوزد و به اکسید آلومینیوم تبدیل می شود. آلومینیوم حتی در اسیدهای کلریدریک و سولفوریک رقیق حل می شود، به ویژه هنگامی که حرارت داده می شود. اما در اسید نیتریک سرد بسیار رقیق و غلیظ، آلومینیوم حل نمی شود. هنگامی که محلول های آبی قلیایی ها روی آلومینیوم اثر می کنند، لایه اکسید حل می شود و آلومینات ها تشکیل می شوند - نمک های حاوی آلومینیوم در ترکیب آنیون:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na.

آلومینیوم، بدون لایه محافظ، با آب در تعامل است و هیدروژن را از آن جابجا می کند:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2

هیدروکسید آلومینیوم حاصل با مقدار زیاد قلیایی واکنش داده و هیدروکسوآلومینات را تشکیل می دهد:

Al (OH) 3 + NaOH \u003d Na.

معادله کلی انحلال آلومینیوم در محلول آبی قلیایی به شکل زیر است:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2.

آلومینیوم به طور فعال با هالوژن ها تعامل دارد. هیدروکسید آلومینیوم Al(OH) 3 یک ماده سفید، شفاف و ژلاتینی است.

پوسته زمین حاوی 8.8 درصد آلومینیوم است. این عنصر پس از اکسیژن و سیلیکون سومین عنصر فراوان در طبیعت و اولین عنصر در بین فلزات است. بخشی از خاک رس، فلدسپات، میکا است. چندین صد کانی Al شناخته شده است (آلومینوسیلیکات ها، بوکسیت ها، آلونیت ها و غیره). مهمترین ماده معدنی آلومینیوم - بوکسیت حاوی 60-28 درصد آلومینا - اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 است.

که در شکل خالصآلومینیوم اولین بار توسط فیزیکدان دانمارکی H. Oersted در سال 1825 به دست آمد، اگرچه رایج ترین فلز در طبیعت است.

تولید آلومینیوم با الکترولیز آلومینا Al 2 O 3 در مذاب کرایولیت NaAlF 4 در دمای 950 درجه سانتیگراد انجام می شود.

آلومینیوم در هوانوردی، ساخت و ساز، عمدتاً به شکل آلیاژهای آلومینیوم با سایر فلزات، مهندسی برق (جایگزین مس در ساخت کابل و غیره)، صنایع غذایی (فویل)، متالورژی (افزودنی آلیاژ)، آلومینوترمی و غیره استفاده می شود. .

چگالی آلومینیوم، وزن مخصوص و سایر مشخصات.

تراکم - 2,7*10 3 کیلوگرم بر متر 3 ;
وزن مخصوص - 2,7 جی/ سانتی متر 3;
گرمای ویژه در 20 درجه سانتیگراد - 0.21 کالری در درجه؛
دمای ذوب - 658.7 درجه سانتی گراد;
ظرفیت گرمایی ویژه ذوب - 76.8 کالری در درجه؛
دمای جوش - 2000 درجه سانتیگراد؛
تغییر حجم نسبی در طول ذوب (ΔV/V) - 6,6%;
ضریب انبساط خطی(در حدود 20 درجه سانتیگراد) : - 22.9 * 10 6 (1 / درجه)؛
ضریب هدایت حرارتی آلومینیوم - 180 کیلو کالری در متر * ساعت * تگرگ.

مدول الاستیسیته آلومینیوم و نسبت پواسون

انعکاس نور توسط آلومینیوم

اعداد داده شده در جدول نشان می دهد که چند درصد نور تابیده شده عمود بر سطح از آن منعکس می شود.

اکسید آلومینیوم Al 2 O 3

اکسید آلومینیوم Al 2 O 3آلومینا که به آن آلومینا نیز می گویند، به طور طبیعی به شکل کریستالی وجود دارد و ماده معدنی کوراندوم را تشکیل می دهد. کوراندوم سختی بسیار بالایی دارد. کریستال های شفاف آن، به رنگ قرمز یا رنگ آبی، نماینده سنگهای قیمتی- یاقوت سرخ و یاقوت کبود. در حال حاضر، یاقوت سرخ به طور مصنوعی از آلیاژ کردن با آلومینا به دست می آید اجاق برقی. آنها نه چندان برای جواهرات بلکه برای اهداف فنی، به عنوان مثال، برای ساخت قطعات ابزار دقیق، سنگ در ساعت و غیره استفاده می شوند. کریستال های یاقوت حاوی ناخالصی کمی از Cr 2 O 3 به عنوان ژنراتورهای کوانتومی استفاده می شوند - لیزرهایی که یک پرتو هدایت شده از تابش تک رنگ ایجاد می کنند.

کوراندوم و انواع ریزدانه آن حاوی تعداد زیادی ازناخالصی ها - سنباده، به عنوان مواد ساینده استفاده می شود.

تولید آلومینیوم

مواد اولیه اصلی برای تولید آلومینیومبوکسیت های حاوی 32 تا 60 درصد آلومینا Al 2 O 3 هستند. مهمترین سنگ معدن آلومینیوم نیز شامل آلونیت و نفلین است. روسیه دارای ذخایر قابل توجهی از سنگ معدن آلومینیوم است. علاوه بر بوکسیت‌ها که ذخایر بزرگ آن در اورال و باشکریا قرار دارد، منبع غنی آلومینیوم نفلین است که در شبه جزیره کولا استخراج می‌شود. همچنین مقدار زیادی آلومینیوم در ذخایر سیبری یافت می شود.

آلومینیوم از اکسید آلومینیوم Al 2 O 3 به روش الکترولیتی به دست می آید. اکسید آلومینیوم مورد استفاده برای این کار باید به اندازه کافی خالص باشد، زیرا ناخالصی ها از آلومینیوم ذوب شده به سختی حذف می شوند. Al 2 O 3 خالص شده با فرآوری بوکسیت طبیعی به دست می آید.

ماده اولیه اصلی برای تولید آلومینیوم اکسید آلومینیوم است. رسانای الکتریسیته نیست و نقطه ذوب بسیار بالایی دارد (حدود 2050 درجه سانتیگراد)، بنابراین انرژی زیادی نیاز دارد.

لازم است نقطه ذوب اکسید آلومینیوم حداقل به 1000 درجه سانتیگراد کاهش یابد. این روش به طور موازی توسط P. Eru فرانسوی و C. Hall آمریکایی یافت شد. آنها دریافتند که آلومینا به خوبی در کرایولیت مذاب، یک ماده معدنی با ترکیب AlF3 حل می شود. 3NaF. این مذاب تنها در دمای حدود 950 درجه سانتیگراد تحت الکترولیز قرار می گیرد تولید آلومینیوم. ذخایر کرایولیت در طبیعت ناچیز است، بنابراین کرایولیت مصنوعی ایجاد شد که به طور قابل توجهی هزینه تولید آلومینیوم را کاهش داد.

هیدرولیز در معرض مخلوط مذاب کرایولیت Na 3 و اکسید آلومینیوم قرار می گیرد. مخلوطی حاوی حدود 10 درصد وزنی Al 2 O 3 در دمای 960 درجه سانتیگراد ذوب می شود و رسانایی الکتریکی، چگالی و ویسکوزیته مطلوب ترین فرآیند را دارد. برای بهبود بیشتر این ویژگی ها، افزودنی های AlF 3، CaF 2 و MgF 2 به ترکیب مخلوط وارد می شوند. این امر الکترولیز را در دمای 950 درجه سانتیگراد امکان پذیر می کند.

الکترولیز برای ذوب آلومینیوم یک پوشش آهنی است که از داخل با آجرهای نسوز پوشانده شده است. پایین آن (زیر)، که از بلوک های زغال سنگ فشرده مونتاژ شده است، به عنوان کاتد عمل می کند. آندها (یک یا چند) در بالا قرار دارند: اینها قاب های آلومینیومی هستند که با بریکت های زغال سنگ پر شده اند. در کارخانه های مدرن، الکترولیزها به صورت سری نصب می شوند. هر سری شامل 150 و بیشترالکترولیزها

در طول الکترولیز، آلومینیوم در کاتد آزاد می شود و اکسیژن در آند آزاد می شود. آلومینیوم، که چگالی بالاتری نسبت به مذاب اصلی دارد، در پایین الکترولیز جمع‌آوری می‌شود و از آنجا به صورت دوره‌ای تخلیه می‌شود. با آزاد شدن فلز، بخش های جدیدی از اکسید آلومینیوم به مذاب اضافه می شود. اکسیژن آزاد شده در طول الکترولیز با کربن آند برهمکنش می کند که می سوزد و CO و CO 2 را تشکیل می دهد.

اولین کارخانه آلومینیوم در روسیه در سال 1932 در وولخوف ساخته شد.

آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهاکه استحکام و سایر خواص آلومینیوم را افزایش می دهد، با وارد کردن افزودنی های آلیاژی مانند مس، سیلیسیم، منیزیم، روی و منگنز به آن به دست می آید.

دورالومین(duralumin، duralumin، از نام شهر آلمانی که در آن تولید صنعتیآلیاژ). آلیاژ آلومینیوم (پایه) با مس (Cu: 2.2-5.2٪)، منیزیم (Mg: 0.2-2.7٪) منگنز (Mn: 0.2-1٪). در معرض سخت شدن و پیری قرار می گیرد و اغلب با آلومینیوم پوشانده می شود. این یک ماده ساختاری برای مهندسی هوانوردی و حمل و نقل است.

سیلومین- آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری سبک (پایه) با سیلیکون (Si: 4-13%)، گاهی تا 23٪ و برخی عناصر دیگر: مس، منگنز، منیزیم، روی، تیتانیم، بی. آنها قطعاتی با پیکربندی پیچیده، عمدتاً در صنایع خودروسازی و هواپیماسازی تولید می کنند.

مگنالیا- آلیاژهای آلومینیوم (پایه) با منیزیم (Mg: 1-13%) و سایر عناصر با مقاومت در برابر خوردگی بالا، جوش پذیری خوب، شکل پذیری بالا. آنها ریخته گری های شکل دار (مگنال های ریخته گری)، ورق ها، سیم ها، پرچ ها و غیره می سازند. (مگنالیای تغییر شکل پذیر).

از مزایای اصلی همه آلیاژهای آلومینیوم می توان به چگالی کم (2.5-2.8 گرم بر سانتی متر مکعب)، استحکام بالا (در واحد وزن)، مقاومت رضایت بخش در برابر خوردگی اتمسفر، هزینه نسبتاً پایین و سهولت تولید و فرآوری اشاره کرد.

آلیاژهای آلومینیوم در فناوری موشک، هواپیماسازی، خودروسازی، کشتی سازی و ساخت ابزار، در تولید ظروف، کالاهای ورزشی، مبلمان، تبلیغات و سایر صنایع استفاده می شود.

از نظر وسعت کاربرد، آلیاژهای آلومینیوم پس از فولاد و چدن در رتبه دوم قرار دارند.

آلومینیوم یکی از رایج ترین افزودنی ها در آلیاژهای مبتنی بر مس، منیزیم، تیتانیوم، نیکل، روی و آهن است.

آلومینیوم نیز برای آلومینیز کننده (آلومینیزاسیون)- اشباع سطح فولاد یا محصولات چدنآلومینیوم به منظور محافظت از مواد پایه در برابر اکسیداسیون در طول حرارت قوی، به عنوان مثال. افزایش مقاومت حرارتی (تا 1100 درجه سانتیگراد) و مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر.

عنصر شیمیایی گروه III سیستم تناوبی مندلیف.

نام لاتین- آلومینیوم

تعیین- ال.

عدد اتمی — 13.

جرم اتمی — 26,98154.

تراکم- 2.6989 گرم بر سانتی متر 3.

دمای ذوب- 660 درجه سانتیگراد.

فلز ساده، سبک و پارامغناطیس به رنگ خاکستری روشن یا سفید نقره ای. دارای هدایت حرارتی و الکتریکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی است. پراکندگی در پوسته زمین - 8.8 درصد وزنی - رایج ترین فلز و سومین عنصر شیمیایی رایج است.

به عنوان یک ماده ساختاری در ساخت ساختمان ها، هواپیما و کشتی سازی، برای ساخت محصولات رسانا در مهندسی برق، تجهیزات شیمیایی، کالاهای مصرفی، تولید فلزات دیگر با استفاده از آلومینوترمی، به عنوان جزء سوخت موشک جامد، پیروتکنیک استفاده می شود. ترکیبات و موارد مشابه

آلومینیوم فلزی اولین بار توسط هانس کریستین اورستد، فیزیکدان دانمارکی به دست آمد.

در طبیعت، به طور انحصاری به شکل ترکیبات وجود دارد، زیرا دارای فعالیت شیمیایی بالایی است. یک پیوند شیمیایی قوی با اکسیژن ایجاد می کند. به دلیل واکنش پذیری، بدست آوردن فلز از سنگ معدن بسیار دشوار است. اکنون از روش هال-هرولت استفاده می شود که نیاز دارد هزینه های بالابرق

آلومینیوم تقریباً با تمام فلزات آلیاژهایی تشکیل می دهد. معروف ترین آنها دورالیمیوم (آلیاژی با مس و منیزیم) و سیلومین (آلیاژی با سیلیکون) هستند. در شرایط عادی، آلومینیوم با یک فیلم اکسید قوی پوشیده شده است، بنابراین با عوامل اکسید کننده کلاسیک آب (H2O)، اکسیژن (O2) و اسید نیتریک (HNO3) واکنش نمی دهد. با توجه به این، عملا در معرض خوردگی نیست، که تقاضای آن را در صنعت تضمین می کند.

این نام از کلمه لاتین "alumen" گرفته شده است که به معنای "زاج" است.

استفاده از آلومینیوم در پزشکی

طب سنتی

نقش آلومینیوم در بدنه به طور کامل شناخته نشده است. مشخص است که وجود آن باعث تحریک رشد بافت استخوانی، توسعه اپیتلیوم و بافت های همبند می شود. تحت تأثیر آن، فعالیت آنزیم های گوارشی افزایش می یابد. آلومینیوم با فرآیندهای بازیابی و بازسازی بدن مرتبط است.

آلومینیوم یک عنصر سمی برای ایمنی انسان در نظر گرفته می شود، اما با این وجود، بخشی از سلول ها است. در عین حال، دارای شکل یون های با بار مثبت (Al3 +) است که بر غدد پاراتیروئید تأثیر می گذارد. که در انواع متفاوتسلول‌ها، مقدار متفاوتی آلومینیوم مشاهده می‌شود، اما به طور قطع مشخص است که سلول‌های کبد، مغز و استخوان‌ها آن را سریع‌تر از سایرین انباشته می‌کنند.

داروهای حاوی آلومینیوم دارای اثرات ضد درد و پوششی، اثرات ضد اسیدی و جاذب هستند. دومی به این معنی است که هنگام تعامل با اسید هیدروکلریکداروها می توانند اسیدیته معده را کاهش دهند. آلومینیوم همچنین برای استفاده خارجی تجویز می شود: در درمان زخم ها، زخم های تغذیه ای، ورم ملتحمه حاد.

سمیت آلومینیوم در جایگزینی آن با منیزیم در مراکز فعال تعدادی از آنزیم ها آشکار می شود. رابطه رقابتی آن با فسفر، کلسیم و آهن نیز نقش دارد.

با کمبود آلومینیوم، ضعف در اندام ها مشاهده می شود. اما چنین پدیده ای در دنیای مدرن تقریبا غیرممکن است، زیرا این فلز با آب، غذا و از طریق هوای آلوده می آید.

با وجود مقدار زیاد آلومینیوم در بدن، تغییرات در ریه ها، تشنج، کم خونی، بی نظمی در فضا، بی تفاوتی و از دست دادن حافظه آغاز می شود.

آیورودا

آلومینیوم سمی در نظر گرفته می شود و بنابراین نباید برای درمان استفاده شود. همانطور که برای تهیه جوشانده یا نگهداری گیاهان نباید از ظروف آلومینیومی استفاده کنید.

استفاده از آلومینیوم در جادو

به دلیل دشواری بدست آوردن عنصر خالص، این فلز در جادو به همان اندازه مورد استفاده قرار گرفت، از آن ساخته شد جواهر سازی. هنگامی که فرآیند به دست آوردن ساده شد، مد برای صنایع دستی آلومینیوم بلافاصله گذشت.

جادوی محافظ

فقط از فویل آلومینیومی استفاده می شود که خاصیت غربالگری جریان انرژی را دارد و از پخش شدن آنها جلوگیری می کند. بنابراین، به عنوان یک قاعده، اشیایی در آن پیچیده می شود که می تواند در اطراف آنها پخش شود انرژی منفی. اغلب هدایای جادویی مشکوک در فویل پیچیده می شوند - عصا، ماسک، خنجر، به ویژه آنهایی که از آفریقا یا مصر آورده شده اند.

آنها همین کار را با اشیاء ناشناخته پرتاب شده در حیاط یا زیر در انجام می دهند. بهتر است به جای اینکه آن را با دست یا از طریق پارچه بلند کنید، آن را با فویل بدون دست زدن به خود شی بپوشانید.

گاهی اوقات از فویل به عنوان یک صفحه محافظ برای طلسم ها و طلسم هایی استفاده می شود که در حال حاضر مورد نیاز نیستند، اما ممکن است در آینده مورد نیاز باشند.

آلومینیوم در طالع بینی

علامت زودیاک: برج جدی