Alumiinimetallin karakterisointi suunnitelman mukaan. Alumiinin kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Alumiinihydroksidin fysikaaliset ominaisuudet

Kaliumalunaan saaminen

Alumiini(lat. Alumiini), - jaksollisessa taulukossa alumiini on kolmannessa jaksossa, kolmannen ryhmän pääalaryhmässä. Ydinmaksu +13. Atomin elektroninen rakenne 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Metallin atomisäde on 0,143 nm, kovalenttinen 0,126 nm, Al 3+ -ionin tavanomainen säde on 0,057 nm. Ionisaatioenergia Al - Al + 5,99 eV.

Alumiiniatomin tyypillisin hapetusaste on +3. Negatiivinen hapetustila on harvinainen. Atomin ulkoisessa elektronikerroksessa on vapaita d-alatasoja. Tästä johtuen sen koordinaatioluku yhdisteissä voi olla yhtä suuri kuin 4 (AlCl 4-, AlH 4-, alumiinisilikaatit), vaan myös 6 (Al 2 O 3, 3+).

Historiallinen viittaus... Nimi alumiini tulee lat. alumen - jo 500 eKr. alumiinialuna, jota käytettiin peittausaineena kankaiden värjäykseen ja nahan parkitsemiseen. Tanskalainen tiedemies H. K. Oersted vuonna 1825 toimimalla kaliumamalgaamin kanssa vedettömään AlCl 3:een ja tislaamalla sitten elohopean pois, sai suhteellisen puhdasta alumiinia. Ranskalainen kemisti A.E. ehdotti ensimmäistä teollista menetelmää alumiinin valmistamiseksi vuonna 1854. Saint-Clair Deville: menetelmä koostui kaksoisalumiinikloridin ja natrium Na 3 AlCl 6:n pelkistämisestä metallinatriumilla. Väriltään hopean kaltainen alumiini oli aluksi erittäin kallista. Vuodesta 1855 vuoteen 1890 alumiinia valmistettiin vain 200 tonnia. Nykyaikaisen menetelmän alumiinin saamiseksi kryoliitti-alumiinioksidisulan elektrolyysillä kehittivät vuonna 1886 samanaikaisesti ja toisistaan riippumatta Charles Hall Yhdysvalloissa ja P. Heroux Ranskassa.

Luonnossa oleminen

Alumiini on maankuoren runsain metalli. Sen osuus on 5,5-6,6 mol. osuus% tai 8 paino-%. Sen päämassa on keskittynyt alumiinisilikaatteihin. Savi on erittäin yleinen niiden muodostamien kivien tuhoutumistuote, jonka pääkoostumus vastaa kaavaa Al 2 O 3. 2SiO 2. 2H 2 O. Muista alumiinin luonnollisista muodoista tärkeimmät ovat bauksiitti Al 2 O 3. xH 2 O ja mineraalit korundi Al 2 O 3 ja kryoliitti AlF 3. 3NaF.

Vastaanottaminen

Tällä hetkellä teollisuudessa alumiinia saadaan elektrolyysillä alumiinioksidin Al 2 O 3 liuoksesta sulassa kryoliitissa. Al 2 O 3:n on oltava riittävän puhdasta, koska epäpuhtaudet poistuvat sulatetusta alumiinista suurella vaivalla. Al 2 O 3:n sulamispiste on noin 2050 o C ja kryoliitin 1100 o C. Sula kryoliitin ja Al 2 O 3:n seos elektrolyysi suoritetaan, joka sisältää noin 10 painoprosenttia Al 2 O 3:a, joka sulaa. 960 o C:ssa ja sen sähkönjohtavuus, tiheys ja viskositeetti ovat prosessille edullisimmat. Lisäämällä AlF 3:a, CaF 2:ta ja MgF 2:ta elektrolyysi on mahdollista 950 °C:ssa.

Al 2 O 3 = Al 3+ + AlO 3 3-

Nestemäinen alumiini saostuu katodille:

Al 3+ + 3е - = Al

Alumiini kerätään uunin pohjalle, josta se lasketaan ajoittain. Happi vapautuu anodilla:

4AlO 3 3- - 12e - = 2Al 2 O 3 + 3O 2

Happi hapettaa grafiitin hiilioksideiksi. Hiilen palaessa anodi kasvaa.

Alumiinia käytetään lisäksi monien seosten seosaineena lämmönkestävyyden saamiseksi.

Alumiinin fysikaaliset ominaisuudet... Alumiinissa yhdistyy erittäin arvokas ominaisuussarja: pieni tiheys, korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, korkea plastisuus ja hyvä korroosionkestävyys. Se soveltuu helposti takomiseen, leimaamiseen, valssaukseen, piirtämiseen. Alumiini on hyvin hitsattu kaasulla, vastus- ja muilla hitsauksilla. Alumiinin hila on kuutiopinta-keskitetty parametrilla a = 4,0413 Å. Siksi alumiinin, kuten kaikkien metallien, ominaisuudet riippuvat sen puhtaudesta. Erittäin puhtaan alumiinin ominaisuudet (99,996 %): tiheys (20 °C:ssa) 2698,9 kg / m 3; tpl 660,24 °C; t paali noin 2500 ° С; lämpölaajenemiskerroin (20 ° - 100 ° C) 23,86 · 10 -6; lämmönjohtavuus (190 °C:ssa) 343 W / mK, ominaislämpö (100 °C:ssa) 931,98 J / kgK. ; sähkönjohtavuus suhteessa kupariin (20 °C:ssa) 65,5 %. Alumiinilla on alhainen lujuus (lopullinen lujuus 50-60 MN / m 2), kovuus (170 MN / m 2 Brinellin mukaan) ja korkea plastisuus (jopa 50 %). Kylmävalssauksen aikana alumiinin vetolujuus kasvaa arvoon 115 MN / m 2, kovuus - 270 MN / m 2, venymä laskee 5 prosenttiin (1 MN / m 2 ~ ja 0,1 kgf / mm 2). Alumiini on erittäin kiillotettua, anodisoitua ja sillä on korkea heijastavuus, lähellä hopeaa (se heijastaa jopa 90 % tulevasta valoenergiasta). Ilmassa oleva alumiini, jolla on korkea affiniteetti happea kohtaan, on peitetty ohuella, mutta erittäin vahvalla oksidikalvolla Al 2 O 3, joka suojaa metallia lisähapettumiselta ja määrittää sen korkeat korroosionestoominaisuudet. Oksidikalvon lujuus ja suojaava toimenpide se vähenee huomattavasti elohopean, natriumin, magnesiumin, kuparin jne. epäpuhtauksien läsnä ollessa. Alumiini kestää ilmakehän korroosiota, merta ja makeaa vettä, ei käytännössä ole vuorovaikutuksessa tiivistetyn tai voimakkaasti laimennetun typpihapon, orgaanisten happojen, ruoan kanssa.

Kemiallisia ominaisuuksia

Kun hienoksi murskattua alumiinia kuumennetaan, se palaa voimakkaasti ilmassa. Sen vuorovaikutus rikin kanssa tapahtuu samalla tavalla. Kloorin ja bromin kanssa yhdistettä esiintyy jo tavallisessa lämpötilassa, jodilla - kuumennettaessa. Erittäin korkeissa lämpötiloissa alumiini yhdistyy myös suoraan typen ja hiilen kanssa. Päinvastoin, se ei ole vuorovaikutuksessa vedyn kanssa.

Alumiini kestää hyvin vettä. Mutta jos oksidikalvon suojaava vaikutus poistetaan mekaanisesti tai yhdistämällä, tapahtuu energinen reaktio:

Voimakkaasti laimennetuilla ja erittäin väkevällä HNO3:lla ja H2SO4:lla ei ole juuri mitään vaikutusta alumiiniin (kylmässä), kun taas näiden happojen keskimääräisillä pitoisuuksilla se liukenee vähitellen. Puhdas alumiini on melko stabiili suolahapon suhteen, mutta tavallinen tekninen metalli liukenee siihen.

Kun alkalien vesiliuokset vaikuttavat alumiiniin, oksidikerros liukenee ja muodostuu aluminaatteja - suoloja, jotka sisältävät alumiinia osana anionia:

AI203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na

Alumiini, jossa ei ole suojakalvoa, on vuorovaikutuksessa veden kanssa ja syrjäyttää vedyn siitä:

2Al + 6H20 = 2Al (OH)3 + 3H2

Tuloksena oleva alumiinihydroksidi reagoi alkaliylimäärän kanssa muodostaen hydroksoaluminaattia:

Al (OH) 3 + NaOH = Na

Alumiinin liukenemisen kokonaisyhtälö vesipitoiseen alkaliliuokseen:

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3H2

Alumiini liukenee huomattavasti suolojen liuoksiin, joissa hydrolyysinsä vuoksi on hapan tai emäksinen reaktio, esimerkiksi Na 2CO 3 -liuokseen.

Jännityssarjassa se sijaitsee Mg:n ja Zn:n välissä. Kaikissa stabiileissa yhdisteissään alumiini on kolmiarvoinen.

Alumiinin ja hapen yhdistelmään liittyy valtava lämmön vapautuminen (1676 kJ / mol Al 2 O 3), paljon enemmän kuin monien muiden metallien. Tämän huomioon ottaen, kun vastaavan metallin oksidin seosta alumiinijauheen kanssa kuumennetaan, tapahtuu raju reaktio, joka johtaa vapaan metallioksidin vapautumiseen otetusta oksidista. Al-pelkistysmenetelmää (alumotermia) käytetään usein useiden alkuaineiden (Cr, Mn, V, W jne.) saamiseksi vapaassa tilassa.

Alumotermiaa käytetään joskus yksittäisten teräsosien, erityisesti raitiotien kiskojen liitosten, hitsaukseen. Käytetty seos ("termiitti") koostuu yleensä hienoista alumiini- ja Fe 3 O 4 -jauheista. Se sytytetään sulakkeella, joka on valmistettu Al:n ja BaO 2:n seoksesta. Pääreaktio tapahtuu yhtälön mukaan:

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

Lisäksi noin 3000 o C:n lämpötila kehittyy.

Alumiinioksidi on valkoinen, erittäin tulenkestävä (sp 2050 o C) ja veteen liukenematon massa. Luonnon Al 2 O 3 (korundimineraali), samoin kuin keinotekoisesti saadulle ja sitten voimakkaasti kalsinoidulle, on ominaista korkea kovuus ja happoihin liukenemattomuus. Al 2 O 3 (ns. alumiinioksidi) voidaan muuttaa liukoiseksi fuusioimalla alkalien kanssa.

Yleensä rautaoksidin saastuttamaa luonnonkorundia käytetään sen äärimmäisen kovuuden vuoksi hiomalaikkojen, kivien jne. valmistukseen. Hienoksi murskattuna sitä, nimeltään hioma, käytetään metallipintojen puhdistamiseen ja hiekkapaperin valmistukseen. Samoihin tarkoituksiin käytetään usein Al 2 O 3:a, joka saadaan sulattamalla bauksiittia (tekninen nimi - alund).

Läpinäkyvät värilliset korundin kiteet - punainen rubiini - kromin sekoitus - ja sininen safiiri - titaanin ja raudan seos - jalokivet. Niitä saadaan myös keinotekoisesti ja niitä käytetään teknisiin tarkoituksiin, esimerkiksi tarkkuusinstrumenttien osien, kellojen kivien jne. valmistukseen. Rubiinikiteitä, jotka sisältävät pienen Cr 2 O 3 -epäpuhtauden, käytetään kvanttigeneraattoreina - lasereina, jotka luovat suunnatun monokromaattisen säteilysäteen.

Al 2 O 3:n veteen liukenemattomuudesta johtuen tätä oksidia vastaavaa hydroksidia Al (OH) 3 voidaan saada vain epäsuorasti suoloista. Hydroksidin valmistus voidaan esittää seuraavalla kaaviolla. Alkalien vaikutuksesta OH-ionien kanssa 3+ vesimolekyyliä korvataan vähitellen vesikomplekseina:

3+ + OH- = 2+ + H20

2+ + OH- = + + H2O

OH- = 0 + H20

Al (OH) 3 on tilaa vievä gelatiinimainen sedimentti valkoinen, käytännössä liukenematon veteen, mutta liukenee helposti happoihin ja vahvoihin emäksiin. Siksi sillä on amfoteerinen luonne. Sen emäksiset ja erityisesti happamat ominaisuudet ovat kuitenkin melko heikot. Ylimäärä NH4OH:ta alumiinihydroksidi on liukenematonta. Yhtä dehydratoidun hydroksidin muodoista, alumogeeliä, käytetään tekniikassa adsorbenttina.

Vuorovaikutuksessa vahvojen alkalien kanssa muodostuu vastaavia aluminaatteja:

NaOH + Al (OH) 3 = Na

Aktiivisimpien yksiarvoisten metallien aluminaatit liukenevat helposti veteen, mutta voimakkaan hydrolyysin ansiosta niiden liuokset ovat stabiileja vain riittävän alkaliylimäärän läsnä ollessa. Heikommista emäksistä valmistetut aluminaatit hydrolysoituvat liuoksessa lähes täydellisesti ja siksi niitä voidaan saada vain kuivina (sulattamalla Al 2 O 3 vastaavien metallien oksideihin). Muodostuu meta-aluminaatteja, jotka koostumuksessaan valmistetaan meta-alumiinihaposta HAlO 2. Suurin osa niistä on veteen liukenemattomia.

Al (OH) 3 muodostaa suoloja happojen kanssa. Useimpien vahvojen happojen johdannaiset liukenevat helposti veteen, mutta ne ovat varsin merkittävästi hydrolysoituneita, ja siksi niiden liuokset osoittavat happaman reaktion. Alumiinin ja heikkojen happojen liukoiset suolat hydrolysoituvat vieläkin voimakkaammin. Hydrolyysin vuoksi sulfidia, karbonaattia, syanidia ja joitain muita alumiinisuoloja ei voida saada vesiliuoksista.

Vesipitoisessa väliaineessa Al 3+ -anionia ympäröi suoraan kuusi vesimolekyyliä. Tällainen hydratoitu ioni dissosioituu jonkin verran seuraavan kaavion mukaisesti:

3+ + H20 = 2+ + OH3+

Sen dissosiaatiovakio on 1. 10 -5, ts. se on heikko happo (vahvuudeltaan samanlainen kuin etikkahappo). Kuuden vesimolekyylin Al 3+:n oktaedrinen ympäristö säilyy myös useiden alumiinisuolojen kiteisissä hydraateissa.

Aluminosilikaatteja voidaan pitää silikaateina, joissa osa pii-happitetraedreistä SiO 4 4 on korvattu alumiinihappitetraedreillä AlO 4 5- Alumiinisilikaateista yleisimpiä ovat maasälpät, joiden osuus on yli puolet massasta. maankuorta. Niiden tärkeimmät edustajat ovat mineraalit.

ortoklaasi K 2 Al 2 Si 6 O 16 tai K 2 O. Al 2 O 3. 6SiO 2

albiitti Na 2 Al 2 Si 6 O 16 tai Na 2 O. Al 2 O 3. 6SiO 2

anortiitti CaAl 2 Si 2 O 8 tai CaO. Al 2 O 3. 2SiO 2

Kiilleryhmän mineraalit ovat hyvin yleisiä, esimerkiksi muskoviitti Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Iso käytännön merkitystä sisältää mineraali nefeliiniä (Na, K) 2, jota käytetään alumiinioksidin soodatuotteiden ja sementin valmistukseen. Tämä tuotanto koostuu seuraavista toimenpiteistä: a) Nefeliini ja kalkkikivi sintrataan putkiuuneissa 1200 °C:ssa:

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

b) saatu massa uutetaan vedellä - muodostuu natrium- ja kaliumaluminaattiliuos ja CaSiO 3 -liete:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2O = Na + K

c) sintrauksen aikana muodostunut CO 2 johdetaan aluminaattiliuoksen läpi:

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

d) kuumentamalla Al (OH) 3 saadaan alumiinioksidia:

2Al (OH) 3 = Al 2 O 3 + 3 H 2 O

e) emäliuosta haihduttamalla vapautuu soodaa ja juomaa, ja aiemmin saatu liete käytetään sementin valmistukseen.

1 tonnin Al 2 O 3 valmistuksessa saadaan 1 tonni soodatuotteita ja 7,5 tonnia sementtiä.

Joillakin alumiinisilikaateilla on löysä rakenne ja ne kykenevät ioninvaihtoon. Tällaisia silikaatteja - luonnollisia ja erityisesti keinotekoisia - käytetään veden pehmentämiseen. Lisäksi niitä käytetään pitkälle kehittyneen pintansa vuoksi katalyytin kantajina, ts. katalyytillä kyllästettyinä materiaaleina.

Alumiinihalogenidit ovat normaaleissa olosuhteissa värittömiä kiteisiä aineita. Alumiinihalogenidien sarjassa AlF 3 eroaa ominaisuuksiltaan suuresti vastaavista. Se on tulenkestävää, liukenee heikosti veteen, kemiallisesti inaktiivinen. Päämenetelmä AlF 3:n valmistamiseksi perustuu vedettömän HF:n vaikutukseen Al 2 O 3:n tai Al:n kanssa:

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

Alumiiniyhdisteet kloorin, bromin ja jodin kanssa ovat matalassa lämpötilassa sulavia, erittäin reaktiivisia ja liukenevat hyvin veteen, mutta myös moniin orgaanisiin liuottimiin. Alumiinihalogenidien vuorovaikutukseen veden kanssa liittyy merkittävä lämmön vapautuminen. Vesiliuoksessa ne ovat kaikki voimakkaasti hydrolysoituneita, mutta toisin kuin tyypilliset ei-metallien happamat halogenidit, niiden hydrolyysi on epätäydellinen ja palautuva. AlCl 3, AlBr 3 ja AlI 3 savuavat kosteassa ilmassa (hydrolyysin vuoksi) jo huomattavasti haihtuvia normaaleissa olosuhteissa. Ne voidaan saada yksinkertaisten aineiden suoralla vuorovaikutuksella.

AlCl 3:n, AlBr 3:n ja AlI 3:n höyryntiheydet suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa vastaavat enemmän tai vähemmän tarkasti kaksoiskaavoja - Al 2 Hal 6. Näiden molekyylien avaruudellinen rakenne vastaa kahta tetraedria, joilla on yhteinen reuna. Jokainen alumiiniatomi on sitoutunut neljään halogeeniatomiin, ja jokainen keskushalogeeniatomi on sitoutunut molempiin alumiiniatomeihin. Keskisen halogeeniatomin kahdesta sidoksesta toinen on luovuttaja-akseptori, ja alumiini toimii akseptorina.

Useiden yksiarvoisten metallien halogenidisuolojen kanssa alumiinihalogenidit muodostavat monimutkaisia yhdisteitä, pääasiassa tyyppejä M3 ja M (jossa Hal on klooria, bromia tai jodia). Taipumus additioreaktioihin ilmenee yleensä voimakkaasti tarkasteltavina olevissa halogenideissa. Tämä on syy AlCl 3:n tärkeimmälle tekniselle sovellukselle katalyyttinä (öljynjalostuksessa ja orgaanisessa synteesissä).

Fluorialuminaateista Na 3 -kryoliitilla on suurin käyttökohde (Al:n, F 2:n, emalien, lasin jne. valmistukseen). Keinotekoisen kryoliitin teollinen tuotanto perustuu alumiinihydroksidin käsittelyyn fluorivetyhapolla ja soodalla:

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

Kloori-, bromi- ja jodialuminaatteja saadaan sulattamalla alumiinitrihalogenideja vastaaviin metallihalogenideihin.

Vaikka alumiini ei ole kemiallisesti vuorovaikutuksessa vedyn kanssa, alumiinihydridiä voidaan saada epäsuorasti. Se on valkoinen amorfinen massa, jonka koostumus on (AlH 3) n. Hajoaa kuumennettaessa yli 105 °C:een ja kehittyy vetyä.

Kun AlH3 on vuorovaikutuksessa emäksisten hydridien kanssa eetteriliuoksessa, muodostuu hydroaluminaatteja:

LiH + AlH3 = Li

Hydridoaluminaatit ovat valkoisia kiinteitä aineita. Ne hajoavat nopeasti veden mukana. He ovat vahvoja entisöijiä. Niitä käytetään (erityisesti Li) orgaanisessa synteesissä.

Alumiinisulfaatti Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O saadaan kuuman rikkihapon vaikutuksesta alumiinioksidiin tai kaoliiniin. Sitä käytetään veden puhdistukseen sekä joidenkin paperityyppien valmistukseen.

Kaliumaluna KAl (SO 4) 2. 12H20:ta käytetään suuria määriä nahan parkitsemiseen sekä värjäykseen puuvillakankaiden peittausaineena. Jälkimmäisessä tapauksessa alunan vaikutus perustuu siihen, että niiden hydrolyysin seurauksena muodostunut alumiinihydroksidi kerrostuu kankaan kuituihin hienojakoisena ja adsorboimalla väriaineen pitää sen tiukasti pinnalla. kuitua.

Muista alumiinijohdannaisista on syytä mainita sen asetaatti (muuten - etikkahapposuola) Al (CH 3 COO) 3, jota käytetään kankaiden värjäyksessä (peittausaineena) ja lääketieteessä (emulsiot ja kompressit). Alumiininitraatti liukenee helposti veteen. Alumiinifosfaatti on liukenematon veteen ja etikkahappoon, mutta liukenee vahvoihin happoihin ja emäksiin.

Alumiini rungossa... Alumiini on osa eläinten ja kasvien kudoksia; nisäkäseläinten elimistä löytyy 10-3-10-5 % alumiinia (raaka-aine). Alumiini kerääntyy maksaan, haimaan ja kilpirauhaseen. Kasvituotteissa alumiinipitoisuus vaihtelee 4 mg:sta 1 kg kuiva-ainetta (perunat) 46 mg:aan (keltainen nauris), eläintuotteissa - 4 mg:sta (hunaja) 72 mg:aan 1 kg kuiva-ainetta (naudanliha) . Ihmisen päivittäisessä ruokavaliossa alumiinipitoisuus on 35–40 mg. Tunnetaan alumiinia tiivistäviä organismeja, esimerkiksi lycopodiaceae, joka sisältää alumiinia tuhkassa jopa 5,3 %, nilviäisiä (Helix ja Lithorina), joiden tuhkassa 0,2–0,8 % alumiinia. Muodostaen liukenemattomia yhdisteitä fosfaattien kanssa, alumiini häiritsee kasvien ravintoa (fosfaattien imeytyminen juurista) ja eläimiä (fosfaattien imeytyminen suolistossa).

Alumiinin geokemia... Alumiinin geokemialliset ominaisuudet määräävät sen korkea happiaffiniteetti (mineraaleissa alumiini sisältyy happioktaedreihin ja tetraedreihin), vakiovalenssi (3) ja useimpien luonnollisten yhdisteiden huono liukoisuus. Endogeenisissa prosesseissa magman jähmettymisen ja magmaisten kivien muodostumisen aikana alumiini joutuu maasälpien, kiilleen ja muiden mineraalien - alumiinisilikaattien - kidehilaan. Biosfäärissä alumiini on heikko siirtoaine, sitä on vähän eliöissä ja hydrosfäärissä. Kosteissa ilmastoissa, joissa runsaan kasvillisuuden lahoavat jäännökset muodostavat monia orgaanisia happoja, alumiini kulkeutuu maaperässä ja vesissä organomineraalisten kolloidisten yhdisteiden muodossa; kolloidit adsorboivat alumiinia ja kerrostuvat maan pohjalle. Alumiinin sidos piin kanssa katkeaa osittain ja paikoin tropiikissa muodostuu mineraaleja - alumiinihydroksideja - böömiittiä, diasporaa, hydrargilliittiä. Suurin osa alumiinista sisältyy alumiinisilikaattien - kaoliniitin, beidelliitin ja muiden savimineraalien - koostumukseen. Huono liikkuvuus määrää alumiinin jäännöskertymän kosteiden tropiikkojen säänkestävään kuoreen. Tämän seurauksena muodostuu eluviaalisia bauksiitteja. Menneinä geologisina aikakausina bauksiitteja kertyi myös trooppisten alueiden järviin ja merien rannikkoalueille (esimerkiksi Kazakstanin sedimenttibauksiitit). Aroilla ja aavikoilla, joissa on vähän elävää ainetta ja vedet ovat neutraaleja ja emäksisiä, alumiini ei juurikaan kulje. Voimakkainta alumiinin kulkeutuminen tapahtuu vulkaanisilla alueilla, joilla havaitaan vahvasti happamia alumiinipitoisia joki- ja pohjavesiä. Paikoissa, joissa happamat vedet liikkuvat emäksisten - merivesien kanssa (jokien suulla ja muilla), alumiini kerrostuu muodostaen bauksiittikertymiä.

Alumiinin käyttö... Alumiinin fysikaalisten, mekaanisten ja kemiallisten ominaisuuksien yhdistelmä määrää sen laajan käytön lähes kaikilla tekniikan aloilla, erityisesti seoksissa muiden metallien kanssa. Sähkötekniikassa alumiini korvaa menestyksekkäästi kuparia, erityisesti massiivisten johtimien valmistuksessa, esimerkiksi ilmajohdoissa, suurjännitekaapeleissa, kojeistoväylissä, muuntajissa (alumiinin sähkönjohtavuus saavuttaa 65,5 % kuparin sähkönjohtavuudesta, ja se on yli kolme kertaa kevyempi kuin kupari; poikkileikkauksella, joka tarjoaa saman johtavuuden, alumiinilankojen massa on puolet kuparilankojen massasta). Ultrapure Aluminiumia käytetään sähkökondensaattorien ja tasasuuntaajien valmistuksessa, joiden toiminta perustuu alumiinin oksidikalvon kykyyn läpäistä sähköä vain yhteen suuntaan. Ultrapuhdasta alumiinia, joka on puhdistettu vyöhykesulatuksella, käytetään puolijohdelaitteiden valmistukseen käytettävien A III B V -tyyppisten puolijohdeyhdisteiden synteesiin. Puhdasta alumiinia käytetään kaikenlaisten peiliheijastimien valmistukseen. Erittäin puhdasta alumiinia käytetään metallipintojen suojaamiseen ilmakehän korroosiolta (verhoilu, alumiinimaali). Suhteellisen alhaisen neutansiosta alumiinia käytetään rakennemateriaalina ydinreaktoreissa.

Suurikapasiteettiset alumiinisäiliöt varastoivat ja kuljettavat nestemäisiä kaasuja (metaani, happi, vety jne.), typpi- ja etikkahappoa, puhdas vesi, vetyperoksidi ja syötävät öljyt... Alumiinia käytetään laajalti laitteissa ja laitteissa Ruokateollisuus, elintarvikepakkauksiin (folion muodossa), erilaisten kotitaloustuotteiden valmistukseen. Alumiinin kulutus rakennusten, arkkitehtuuri-, liikenne- ja urheilutilojen sisustamiseen on lisääntynyt dramaattisesti.

Metallurgiassa alumiini (seosten lisäksi) on yksi yleisimmistä seosainelisäaineista Cu-, Mg-, Ti-, Ni-, Zn- ja Fe-pohjaisissa seoksissa. Alumiinia käytetään myös teräksen hapettumisen poistamiseen ennen sen kaatamista muottiin, samoin kuin prosesseissa joidenkin metallien saamiseksi aluminotermisellä menetelmällä. Alumiinin pohjalta jauhemetallurgian menetelmällä on luotu SAP (sintrattu alumiinijauhe), jolla on korkea lämmönkestävyys yli 300 ° C:n lämpötiloissa.

Alumiinia käytetään räjähteiden valmistukseen (ammonaali, alumotoli). Laajasti käytetty erilaisia yhteyksiä Alumiini.

Alumiinin tuotanto ja kulutus kasvavat jatkuvasti, ylittäen kasvuvauhdilla merkittävästi teräksen, kuparin, lyijyn ja sinkin tuotannon.

Luettelo käytetystä kirjallisuudesta

1. V.A. Rabinovich, Z. Ya. Khavin "Lyhyt kemian käsikirja"

2.L.S. Guzei "Luentoja yleisestä kemiasta"

3.N.S. Akhmetov "Yleinen ja epäorgaaninen kemia"

4. B.V. Nekrasov "Yleisen kemian oppikirja"

5. N.L. Glinka "Yleinen kemia"

ALUMIININ OMINAISUUDET

Sisältö:

Alumiinilaatuja

Fyysiset ominaisuudet

Syövyttävät ominaisuudet

Mekaaniset ominaisuudet

Tekniset ominaisuudet

Sovellus

Alumiinilaatuja.

Alumiinille on ominaista korkea sähkön- ja lämmönjohtavuus, korroosionkestävyys, plastisuus, pakkasenkestävyys. Alumiinin tärkein ominaisuus on sen alhainen tiheys (n. 2,70 g/cc) Alumiinin sulamispiste on noin 660 C.

Alumiinin fysikaalis-kemialliset, mekaaniset ja teknologiset ominaisuudet riippuvat suuresti epäpuhtauksien tyypistä ja määrästä, mikä heikentää useimpia puhtaan metallin ominaisuuksia.Alumiinin tärkeimmät luonnolliset epäpuhtaudet ovat rauta ja pii. Esimerkiksi rauta on läsnä itsenäisenä Fe-Al-faasina, vähentää sähkönjohtavuutta ja korroosionkestävyyttä, huonontaa plastisuutta, mutta lisää hieman alumiinin lujuutta.

Puhdistusasteesta riippuen primaarinen alumiini jaetaan korkean ja teknisen puhtauden alumiiniin (GOST 11069-2001). Tekniseen alumiiniin kuuluu myös merkkejä, jotka on merkitty AD, AD1, AD0, AD00 (GOST 4784-97). Kaikkien laatujen tekninen alumiini saadaan elektrolyysillä kryoliitti-alumiinioksidisulaista. Erittäin puhdasta alumiinia saadaan teknisen alumiinin lisäpuhdistuksella. Korkean ja erittäin puhtaan alumiinin ominaisuuksien ominaisuuksia käsitellään kirjoissa

1) Alumiinin ja sen seosten metallurgia. Ed. I. N. Fridlyander. M. 1971.2) Metallien mekaaniset ja teknologiset ominaisuudet. A.V. Bobylev. M. 1980.

Alla oleva taulukko näyttää lyhennetyt tiedot useimmista alumiinilajeista. Ilmoitettu myös sen tärkeimpien luonnollisten epäpuhtauksien - piin ja raudan - pitoisuus.

Brändi	Al, %	Si,%	Fe, %	Sovellukset
Erittäin puhdasta alumiinia
A995	99.995	0.0015	0.0015	Kemialliset laitteet Folio kondensaattorilevyille Erikoistarkoitukset
A98	99.98	0.006	0.006
A95	99.95	0.02	0.025
Teknisesti puhdasta alumiinia
A8 AD000	99.8	0.10 0.15	0.12 0.15	Valssilanka tuotantoon kaapeli- ja lankatuotteet (A7E:stä ja A5E:stä). Raaka-aineet alumiiniseosten valmistukseen Folio Valssatut tuotteet (tangot, nauhat, levyt, lanka, putket)
A7 AD00	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 HELVETTI	99.0	0.95 Jopa 1,0 % yhteensä

Suurin käytännön ero teknisen ja erittäin puhtaan alumiinin välillä johtuu eroista korroosionkestävyydessä tietyissä ympäristöissä. Luonnollisesti mitä korkeampi alumiinin puhdistusaste on, sitä kalliimpaa se on.

Erittäin puhdasta alumiinia käytetään erikoistarkoituksiin. Alumiiniseosten, kaapeli- ja lankatuotteiden sekä valssattujen tuotteiden valmistukseen käytetään teknistä alumiinia. Lisäksi puhumme teknisestä alumiinista.

Sähkönjohtavuus.

Alumiinin tärkein ominaisuus on sen korkea sähkönjohtavuus, jossa se on hopean, kuparin ja kullan toisella sijalla. Korkean sähkönjohtavuuden ja alhaisen tiheyden yhdistelmä mahdollistaa alumiinin kilpailla kuparin kanssa kaapeli- ja lankatuotteiden alalla.

Alumiinin sähkönjohtavuuteen vaikuttavat raudan ja piin lisäksi voimakkaasti kromi, mangaani, titaani. Siksi virtajohtimien valmistukseen tarkoitetussa alumiinissa säädellään useiden muiden epäpuhtauksien pitoisuutta. Joten alumiinilaadussa A5E, jonka sallittu rautapitoisuus on 0,35%, ja piissä 0,12%, Cr + V + Ti + Mn -epäpuhtauksien summa ei saa ylittää vain 0,01%.

Johtavuus riippuu materiaalin kunnosta. Pitkittynyt hehkutus 350 °C:ssa parantaa johtavuutta, kun taas automaattinen fretting huonontaa johtavuutta.

Ominaissähkövastuksen arvo lämpötilassa 20 °C onOhm * mm 2 / m tai μOhm * m :

0,0277 - hehkutettu alumiinilanka, luokka A7E

0,0280 - hehkutettu alumiinilanka, luokka A5E

0,0290 - puristuksen jälkeen, ilman lämpökäsittelyä, valmistettu alumiinilaadusta AD0

Siten alumiinijohtimien sähkövastus on noin 1,5 kertaa suurempi kuin sähkövastus kuparijohtimet... Näin ollen alumiinin sähkönjohtavuus (ominaisresistanssin käänteisluku) on 60-65 % kuparin sähkönjohtavuudesta. Alumiinin sähkönjohtavuus kasvaa epäpuhtauksien määrän vähentyessä.

Alumiinin sähkövastuksen lämpötilakerroin (0,004) on suunnilleen sama kuin kuparin.

Lämmönjohtokyky

Alumiinin lämmönjohtavuus 20 C:ssa on noin 0,50 cal / cm * s * C ja kasvaa metallin puhtauden kasvaessa. Lämmönjohtavuudessa alumiini on hopean ja kuparin jälkeen toisella sijalla (noin 0,90), kolme kertaa korkeampi kuin vähähiilisen teräksen lämmönjohtavuus. Tämä ominaisuus määrää alumiinin käytön jäähdytyspattereissa ja lämmönvaihtimissa.

Muut fysikaaliset ominaisuudet.

Alumiinilla on erittäin korkea ominaislämpö(noin 0,22 cal/g*C). Tämä on huomattavasti enemmän kuin useimmilla metalleilla (kuparilla - 0,09). Ominaislämpö sulaminen myös erittäin korkea (noin 93 cal/g). Vertailun vuoksi kuparin ja raudan osalta tämä arvo on noin 41-49 cal / g.

Heijastuskyky alumiini on erittäin riippuvainen sen puhtaudesta. Alumiinifoliolla, jonka puhtaus on 99,2 %, valkoisen valon heijastuskerroin on 75 % ja kalvolla, jonka alumiinipitoisuus on 99,5 %, heijastavuus on jo 84 %.

Alumiinin korroosio-ominaisuudet.

Alumiini itsessään on erittäin reaktiivinen metalli. Tämä liittyy sen käyttöön aluminotermiassa ja räjähteiden valmistuksessa. Ilmassa alumiini on kuitenkin peitetty ohuella (noin mikronin) alumiinioksidikalvolla. Korkean lujuuden ja kemiallisen inerttisyyden ansiosta se suojaa alumiinia hapettumiselta ja määrittää sen korkeat korroosionestoominaisuudet monissa ympäristöissä.

Erittäin puhtaassa alumiinissa oksidikalvo on jatkuva ja ei-huokoinen, ja sillä on erittäin vahva tarttuvuus alumiiniin. Siksi korkean ja korkean puhtauden alumiini on erittäin kestävä epäorgaanisten happojen, alkalien, merivettä ja ilmaa. Oksidikalvon tarttuvuus alumiiniin epäpuhtauksien sijaintipaikoissa heikkenee merkittävästi ja nämä paikat tulevat alttiiksi korroosiolle. Siksi teknisen luokan alumiinilla on vähemmän kestävyyttä. Esimerkiksi heikon suolahapon suhteen puhdistetun ja teknisen alumiinin kestävyys eroaa kertoimella 10.

Pistekorroosio on yleistä alumiinissa (ja sen seoksissa). Siksi alumiinin ja sen seosten stabiilisuutta monissa ympäristöissä ei määrää näytteiden painon muutos eikä korroosion tunkeutumisnopeus, vaan mekaanisten ominaisuuksien muutos.

Pääasiallinen vaikutus kaupallisen alumiinin korroosioominaisuuksiin on rautapitoisuus. Joten korroosionopeus 5-prosenttisessa HCl-liuoksessa eri merkkejä on (in):

Brändi	SisältöAl	Fe sisältöä	Korroosionopeus
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

Raudan läsnäolo vähentää myös alumiinin kestävyyttä emäksiä vastaan, mutta ei vaikuta rikki- ja typpihapon kestävyyteen. Yleensä teknisen alumiinin korroosionkestävyys heikkenee puhtaudesta riippuen seuraavassa järjestyksessä: A8 ja AD000, A7 ja AD00, A6, A5 ja AD0, AD1, A0 ja AD.

Yli 100 asteen lämpötiloissa alumiini vuorovaikuttaa kloorin kanssa. Alumiini ei ole vuorovaikutuksessa vedyn kanssa, mutta liuottaa sitä hyvin, joten se on alumiinin kaasujen pääkomponentti. Vesihöyryllä on haitallinen vaikutus alumiiniin, joka hajoaa lämpötilassa 500 C, korkeammalla matalat lämpötilat höyryn vaikutus on mitätön.

Alumiini on kestävää seuraavissa ympäristöissä:

Teollinen tunnelma

Luonnollinen makea vesi 180 C lämpötilaan asti. Korroosionopeus lisääntyy ilmastuksen myötä,

kaustisen soodan, suolahapon ja soodan epäpuhtaudet.

Merivesi

Väkevä typpihappo

Natriumin, magnesiumin, ammoniumin, hyposulfiitin happamat suolat.

heikot (jopa 10 %) rikkihapon liuokset,

100 % rikkihappoa

Fosforin (enintään 1 %), kromin (jopa 10 %) heikot liuokset

Boorihappo missä tahansa pitoisuudessa

Etikka, sitruuna, viini. omenahappo, happamat hedelmämehut, viini

Ammoniakkiliuos

Alumiini on epävakaa näissä ympäristöissä:

Laimennettu typpihappo

Suolahappo

Laimennettu rikkihappo

Fluorivety- ja bromivetyhappo

Oksaalihappo, muurahaishappo

Kaustiset alkaliliuokset

Vesi sisältää elohopean suoloja, kuparia, kloori-ioneja, jotka tuhoavat oksidikalvon.

Kosketuskorroosio

Kosketuksessa useimpien teknisten metallien ja metalliseosten kanssa alumiini toimii anodina ja sen korroosio lisääntyy.

Mekaaniset ominaisuudet

Elastinen moduuli E = 7000-7100 kgf / mm 2 tekniselle alumiinille 20 C:ssa. Kun alumiinin puhtaus kasvaa, sen arvo laskee (6700 A99:lle).

Leikkausmoduuli G = 2700 kgf / mm2.

Teknisen alumiinin mekaanisten ominaisuuksien pääparametrit on annettu alla:

Parametri	Yksikkö rev.	Epämuodostunut	Hehkutettu
Tuottopiste? 0.2	kgf / mm 2	8 - 12	4 - 8
Vetolujuus? v	kgf / mm 2	13 - 16
Venymä murtokohdassa?		5 – 10	30 – 40
Kapenee tauolla		50 - 60	70 - 90
Leikkausvoima	kgf / mm 2
Kovuus	HB	30 - 35

Nämä luvut ovat hyvin suuntaa antavia:

1) Hehkutetulla ja valetulla alumiinilla nämä arvot riippuvat teknisen alumiinin laadusta. Mitä enemmän epäpuhtauksia, sitä suurempi lujuus ja kovuus ja sitä pienempi sitkeys. Esimerkiksi valetun alumiinin kovuus on: A0 - 25HB, A5 - 20HB ja erittäin puhdasta alumiinia A995 - 15HB. Näiden tapausten vetolujuus on: 8,5; 7,5 ja 5 kgf / mm 2, ja venymä on 20; 30 ja 45 prosenttia.

2) Epämuodostuneelle alumiinille mekaaniset ominaisuudet riippuvat muodonmuutosasteesta, vuokran tyypistä ja sen mitoista. Esimerkiksi langan vetolujuus on vähintään 15-16 kgf / mm 2 ja putkien 8 - 11 kgf / mm 2.

Tekninen alumiini on kuitenkin joka tapauksessa pehmeä ja hauras metalli. Alhainen myötöraja (jopa kylmätyöstetyille valssatuille tuotteille se ei ylitä 12 kgf / mm 2) rajoittaa alumiinin käyttöä sallittujen kuormien suhteen.

Alumiinilla on alhainen virumaraja: 20 C - 5 kgf / mm 2 ja 200 C - 0,7 kgf / mm 2. Vertailun vuoksi: kuparin osalta nämä indikaattorit ovat 7 ja 5 kgf / mm 2, vastaavasti.

Matala sulamispiste ja uudelleenkiteytyksen alun lämpötila (tekniselle alumiinille noin 150 C), alhainen virumaraja rajoittaa alumiinin käytön lämpötila-aluetta korkeiden lämpötilojen puolelta.

Alumiinin sitkeys ei huonone matalissa lämpötiloissa, aina heliumin lämpötiloihin asti. Kun lämpötila laskee +20 C:sta -269 C:een, murtolujuus kasvaa 4-kertaiseksi teknisellä alumiinilla ja 7 kertaa erittäin puhtaalla. Tässä tapauksessa elastisuusraja kasvaa kertoimella 1,5.

Alumiinin pakkaskestävyys mahdollistaa sen käytön kryogeenisissa laitteissa ja rakenteissa.

Tekniset ominaisuudet.

Alumiinin korkea plastisuus mahdollistaa kalvon (jopa 0,004 mm paksuisen), syvävedetyn tuotteen valmistamisen ja sen käytön niiteissä.

Teknisesti puhdas alumiini on hauras korkeissa lämpötiloissa.

Koneistettavuus on erittäin alhainen.

Uudelleenkiteytyshehkutuslämpötila 350-400 С, karkaisulämpötila - 150 С.

Hitsattavuus.

Alumiinin hitsauksen vaikeudet johtuvat 1) vahvan inertin oksidikalvon läsnäolosta, 2) korkeasta lämmönjohtavuudesta.

Siitä huolimatta alumiinia pidetään hitsattavana metallina. Hitsillä on perusmetallin lujuus (hehkutetussa tilassa) ja samat syövyttävät ominaisuudet. Lisätietoja alumiinin hitsauksesta, katso esim.www. hitsauspaikka.com.ua.

Sovellus.

Matala lujuutensa vuoksi alumiinia käytetään vain kuormittamattomissa rakenneosissa, kun korkea sähkön- tai lämmönjohtavuus, korroosionkestävyys, sitkeys tai hitsattavuus ovat tärkeitä. Osat liitetään yhteen hitsaamalla tai niiteillä. Teknistä alumiinia käytetään sekä valussa että valssattujen tuotteiden valmistuksessa.

Yrityksen varastossa on aina teknisestä alumiinista valmistettuja levyjä, lankoja ja tankoja.

(katso sivuston vastaavat sivut). Harkot A5-A7 toimitetaan pyynnöstä.

Oppitunnin tyyppi... Yhdistetty.

Tehtävät:

Koulutuksellinen:

1. Päivittää opiskelijoiden tietoja atomin rakenteesta, sarjanumeron, ryhmänumeron, jaksonumeron fysikaalisista merkityksistä alumiinin esimerkin avulla.

2. Muodostaa opiskelijoiden tietämys siitä, että alumiinilla vapaassa tilassa on erityisiä, tunnusomaisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia.

Kehitetään:

1. Herätä kiinnostusta tieteen opiskeluun tarjoamalla lyhyitä historiallisia ja tieteellisiä raportteja alumiinin menneisyydestä, nykyisyydestä ja tulevaisuudesta.

2. Jatka opiskelijoiden tutkimustaitojen muodostumista kirjallisuuden parissa työskennellessä, laboratoriotyössä.

3. Laajenna amfoteerisuuden käsitettä paljastamalla alumiinin elektronirakenne, sen yhdisteiden kemialliset ominaisuudet.

Koulutuksellinen:

1. Edistä ympäristön kunnioittamista antamalla tietoa alumiinin mahdollisesta käytöstä eilen, tänään ja huomenna.

2. Muodostaa jokaiselle opiskelijalle kyky työskennellä ryhmässä, ottaa huomioon koko ryhmän mielipide ja puolustaa omaa oikein laboratoriotyötä tehden.

3. Tutustuttaa opiskelijoille menneisyyden luonnontieteilijöiden tieteelliseen etiikkaan, rehellisyyteen ja säädyllisyyteen ja antaa tietoa kamppailusta oikeudesta olla alumiinin löytäjä.

HAE KAPPALE aiheittain Alkaline and Alkaline Earth M (TOISTA):

Mikä on elektronien lukumäärä alkali- ja maa-alkalimetallien M ulkoisessa energiatasossa?

Mitä tuotteita muodostuu vuorovaikutuksessa natrium- tai kaliumhapen kanssa? (peroksidi), pystyykö litium tuottamaan peroksidia reaktiossa hapen kanssa? (ei, reaktio tuottaa litiumoksidia.)

Miten natrium- ja kaliumoksideja saadaan? (kalsinoimalla peroksideja vastaavalla Me, Pr:llä: 2Na + Na202 = 2Na20).

Onko alkali- ja maa-alkalimetalleilla negatiivinen hapetusaste? (ei, eivät, koska ne ovat vahvoja pelkistäviä aineita.).

Miten atomin säde muuttuu jaksollisen järjestelmän pääalaryhmissä (ylhäältä alas)? (lisää), mihin se liittyy? (energiatasojen määrän kasvaessa).

Mitkä tutkituista metalliryhmistä ovat vettä kevyempiä? (emäksisessä).

Missä olosuhteissa maa-alkalimetallit muodostavat hydridejä? (korkeissa lämpötiloissa).

Mikä aine, kalsium vai magnesium, reagoi aktiivisemmin veden kanssa? (Kalsium reagoi aktiivisemmin. Magnesium reagoi aktiivisesti veden kanssa vain, kun se kuumennetaan 100 0 С).

Miten maa-alkalimetallihydroksidien liukoisuus veteen muuttuu kalsiumista bariumiin? (vesiliukoisuus lisääntyy).

Kerro meille alkali- ja maa-alkalimetallien varastoinnin erityispiirteistä, miksi niitä varastoidaan näin? (koska nämä metallit ovat erittäin reaktiivisia, ne varastoidaan säiliössä kerosiinikerroksen alla).

OHJAUSTYÖ aiheista alkali- ja maa-alkali M:

Oppitunnin TULOKSET (UUSI OPPIMATERIAALI):

Opettaja: Hei kaverit, tänään siirrymme IIIA-alaryhmän tutkimukseen. Luettele IIIA-alaryhmän elementit?

Harjoittelijat: Se sisältää elementtejä, kuten booria, alumiinia, galliumia, indiumia ja talliumia.

Opettaja: Kuinka monta elektronia ne sisältävät ulkoisella energiatasolla, hapetustilassa?

Harjoittelijat: Kolme elektronia, hapetusaste +3, vaikka talliumilla hapetusaste +1 on vakaampi.

Opettaja: Boorialaryhmän alkuaineiden metalliset ominaisuudet ovat paljon heikommat kuin berylliumalaryhmän alkuaineiden. Boori ei ole M. Tulevaisuudessa alaryhmän sisällä ydinvarauksen M kasvaessa ominaisuudet paranevat. Al- jo M, mutta ei tyypillistä. Sen hydroksidi on amfoteerinen.

Ryhmän III pääalaryhmästä M tärkein on alumiini, jonka ominaisuuksia tutkimme yksityiskohtaisesti. Se on meille mielenkiintoinen, koska se on siirtymävaihe.

Alumiini

Alumiini - kemiallinen alkuaine Mendelejevin jaksollisen järjestelmän III ryhmä (atominumero 13, atomimassa 26,98154). Useimmissa yhdisteissä alumiini on kolmiarvoinen, mutta korkeissa lämpötiloissa sen hapetusaste voi olla myös +1. Tämän metallin yhdisteistä tärkein on oksidi Al 2 O 3.

Alumiini- hopeanhohtoinen valkoinen metalli, kevyt (tiheys 2,7 g / cm 3), sitkeä, hyvä sähkön ja lämmön johtava, sulamispiste 660 ° C. Se voidaan vetää helposti langaksi ja rullata ohuiksi levyiksi. Alumiini on kemiallisesti aktiivista (ilmassa se on peitetty suojaavalla oksidikalvolla - alumiinioksidilla.) Se suojaa metallia luotettavasti lisähapettumiselta. Mutta jos alumiinijauhe tai alumiinifolio on erittäin kuuma, metalli palaa sokaisevalla liekillä muuttuen alumiinioksidiksi. Alumiini liukenee jopa laimeaan suola- ja rikkihappoon, erityisesti kuumennettaessa. Mutta erittäin laimennetussa ja tiivistetyssä kylmässä typpihapossa alumiini ei liukene. Kun alkalien vesiliuokset vaikuttavat alumiiniin, oksidikerros liukenee ja muodostuu aluminaatteja - suoloja, jotka sisältävät alumiinia osana anionia:

AI203 + 2NaOH + 3H20 = 2Na.

Alumiini, jossa ei ole suojakalvoa, on vuorovaikutuksessa veden kanssa ja syrjäyttää vedyn siitä:

2Al + 6H20 = 2Al (OH)3 + 3H2

Tuloksena oleva alumiinihydroksidi reagoi alkaliylimäärän kanssa muodostaen hydroksoaluminaattia:

Al (OH) 3 + NaOH = Na.

Yleinen yhtälö alumiinin liukenemiselle vesipitoiseen alkaliliuokseen on seuraava:

2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3H2.

Alumiini on aktiivisesti vuorovaikutuksessa halogeenien kanssa. Alumiinihydroksidi Al (OH) 3 on valkoinen, läpikuultava, hyytelömäinen aine.

Maankuoressa on 8,8 % alumiinia. Se on kolmanneksi yleisin alkuaine luonnossa hapen ja piin jälkeen ja ensimmäinen metallien joukossa. Se on osa savea, maasälpää, kiilleä. Useita satoja Al-mineraaleja tunnetaan (aluminosilikaatit, bauksiitit, aluniitit ja muut). Tärkein alumiinimineraali - bauksiitti sisältää 28-60 % alumiinioksidia - alumiinioksidia Al 2 O 3.

V puhdas muoto tanskalainen fyysikko H. Oersted hankki ensimmäisen kerran alumiinin vuonna 1825, vaikka se onkin yleisin metalli luonnossa.

Alumiinin tuotanto suoritetaan elektrolyysillä alumiinioksidia Al 2 O 3 kryoliittisulassa NaAlF 4 lämpötilassa 950 ° C.

Alumiinia käytetään lentoliikenteessä, rakentamisessa, pääasiassa alumiiniseoksina muiden metallien kanssa, sähkötekniikassa (kuparin korvike kaapeleiden valmistuksessa jne.), elintarviketeollisuudessa (folio), metallurgiassa (seoslisäaine), aluminotermiassa jne. .

Alumiinin tiheys, ominaispaino ja muut ominaisuudet.

Tiheys - 2,7*10 3 kg/m 3 ;
Tietty painovoima - 2,7 G/cm3;
Ominaislämpö 20 °C - 0,21 kal/astetta;
Sulamislämpötila - 658,7 °C;
Ominaissulamislämpö - 76,8 kal/astetta;
Kiehumislämpötila - 2000 °C;
Suhteellinen tilavuuden muutos sulattaessa (ΔV / V) - 6,6%;
Lineaarinen laajenemiskerroin(n. 20°C lämpötilassa) : - 22,9 * 106 (1 / astetta);
Alumiinin lämmönjohtavuuskerroin - 180 kcal / m * tunti * aste;

Alumiinin kimmomoduuli ja Poissonin suhde

Valon heijastus alumiinista

Taulukon luvut osoittavat, kuinka monta prosenttia pintaan kohtisuoraan tulevasta valosta heijastuu siitä.

ALUMIINIOKSIDI Al 2 O 3

Alumiinioksidi Al 2 O 3, jota kutsutaan myös alumiinioksidiksi, esiintyy luonnossa kiteisessä muodossa muodostaen mineraalikorundin. Korundilla on erittäin korkea kovuus. Sen läpinäkyvät kiteet, väriltään punainen tai sininen väri, edustaa helmiä- rubiini ja safiiri. Tällä hetkellä rubiineja saadaan keinotekoisesti seostamalla alumiinioksidilla sähköuuni... Niitä ei käytetä niinkään koruihin kuin teknisiin tarkoituksiin, esimerkiksi tarkkuusinstrumenttien osien, kellojen kivien jne. valmistukseen. Rubiinikiteitä, jotka sisältävät pienen Cr 2 O 3 -epäpuhtauden, käytetään kvanttigeneraattoreina - lasereina, jotka luovat suunnatun monokromaattisen säteilysäteen.

Korundi ja sen hienojakoinen lajike, joka sisältää suuri määrä epäpuhtaudet - hioma, käytetään hankaavina materiaaleina.

ALUMIINITUOTANTO

Pääraaka-aine alumiinin tuotanto ovat bauksiitteja, jotka sisältävät 32-60 % alumiinioksidia Al 2 O 3. Tärkeimpiä alumiinimalmeja ovat myös aluniitti ja nefeliini. Venäjällä on merkittävät alumiinimalmivarat. Bauksiitin lisäksi, jonka suuret esiintymät sijaitsevat Uralilla ja Bashkiriassa, Kuolan niemimaalla louhittu nefeliini on rikas alumiinin lähde. Siperian esiintymissä on myös paljon alumiinia.

Alumiini saadaan alumiinioksidista Al 2 O 3 elektrolyyttisellä menetelmällä. Tähän käytettävän alumiinioksidin tulee olla riittävän puhdasta, koska sulatetusta alumiinista poistetaan epäpuhtaudet suurella vaivalla. Puhdistettu Al 2 O 3 saadaan käsittelemällä luonnonbauksiittia.

Alumiinin tuotannon tärkein lähtöaine on alumiinioksidi. Se on sähköä johtamaton ja sen sulamispiste on erittäin korkea (noin 2050 °C), joten energiaa tarvitaan liikaa.

Alumiinioksidin sulamispiste on alennettava vähintään 1000 o C:een. Tämän menetelmän löysivät rinnakkain ranskalainen P. Eru ja amerikkalainen C. Hall. He havaitsivat, että alumiinioksidi liukenee hyvin sulaan kryoliittiin, mineraaliin, jonka koostumus on AlF 3. 3NaF. Tämä sulate alistetaan elektrolyysille vain noin 950 °C:n lämpötilassa alumiinin tuotanto... Kryoliittivarat luonnossa ovat merkityksettömiä, joten synteettistä kryoliittia luotiin, mikä alensi merkittävästi alumiinin tuotantokustannuksia.

Na3-kryoliitin ja alumiinioksidin sula seos hydrolysoidaan. Seos, joka sisältää noin 10 painoprosenttia Al 2O 3:a, sulaa 960 °C:ssa ja sillä on edullisin sähkönjohtavuus, tiheys ja viskositeetti. Näiden ominaisuuksien parantamiseksi edelleen seokseen lisätään lisäaineita AlF 3, CaF 2 ja MgF 2. Tämä mahdollistaa elektrolyysin 950 °C:ssa.

Alumiinin sulatukseen tarkoitettu elektrolysaattori on sisäpuolelta tulenkestävillä tiileillä vuorattu rautakotelo. Sen pohja (alla), joka on kerätty puristetun kivihiilen lohkoista, toimii katodina. Anodit (yksi tai useampi) sijaitsevat päällä: nämä ovat hiilibriketeillä täytettyjä alumiinikehyksiä. Nykyaikaisissa laitoksissa elektrolyysilaitteet asennetaan sarjaan; jokainen sarja koostuu 150 ja lisää elektrolyysilaitteet.

Elektrolyysin aikana katodilla vapautuu alumiinia ja anodilla happea. Alumiini, jonka tiheys on suurempi kuin alkuperäinen sula, kerääntyy elektrolysaattorin pohjalle, josta se ajoittain purkautuu. Kun metalli vapautuu, sulatteeseen lisätään uusia osia alumiinioksidia. Elektrolyysin aikana vapautuva happi on vuorovaikutuksessa anodin hiilen kanssa, joka palaa ja muodostaa CO:ta ja CO 2:ta.

Venäjän ensimmäinen alumiinisulatto rakennettiin vuonna 1932 Volhoviin.

ALUMIINISEOKSET

Seokset alumiinin lujuutta ja muita ominaisuuksia lisäävät aineet saadaan lisäämällä seosaineita, kuten kuparia, piitä, magnesiumia, sinkkiä, mangaania.

Duralumiini(duralumiini, duralumiini, sen saksalaisen kaupungin nimestä, josta se aloitettiin teollisuustuotanto metalliseos). Alumiiniseos (perus) kuparin (Cu: 2,2-5,2 %), magnesiumin (Mg: 0,2-2,7 %) mangaanin (Mn: 0,2-1 %) kanssa. Karkaistu ja vanhentunut, usein päällystetty alumiinilla. Se on ilmailu- ja liikennetekniikan rakennemateriaali.

Silumiin- alumiinin kevyet valuseokset (perus) piillä (Si: 4-13 %), joskus jopa 23 % ja joitain muita alkuaineita: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Monimutkaisia osia valmistetaan pääasiassa auto- ja lentokoneiden rakentamisessa.

Magnalia- alumiiniseokset (perus) magnesiumin (Mg: 1-13%) ja muiden elementtien kanssa, joilla on korkea korroosionkestävyys, hyvä hitsattavuus, korkea sitkeys. He tekevät muotoiltuja valukappaleita (valumagnaalit), levyjä, lankoja, niittejä jne. (muodostuva magnalia).

Kaikkien alumiiniseosten tärkeimmät edut ovat niiden alhainen tiheys (2,5-2,8 g / cm 3), korkea lujuus (painoyksikköä kohden), tyydyttävä ilmakehän korroosionkestävyys, suhteellinen halpa sekä tuotannon ja käsittelyn helppous.

Alumiiniseoksia käytetään rakettiteollisuudessa, lentokoneissa, autoissa, laivojen ja instrumenttien valmistuksessa, astioiden, urheiluvälineiden, huonekalujen, mainonnan ja muilla aloilla.

Sovelluksen laajuudessa alumiiniseokset ovat toisella sijalla teräksen ja valuraudan jälkeen.

Alumiini on yksi yleisimmistä lisäaineista kupari-, magnesium-, titaani-, nikkeli-, sinkki- ja rautapohjaisissa seoksissa.

Alumiinia käytetään myös aluminointi (aluminointi)- teräksen pinnan kyllästyminen tai valurautatuotteet alumiinia suojaamaan pohjamateriaalia hapettumiselta voimakkaassa kuumennuksessa, ts. lisää lämmönkestävyyttä (jopa 1100 ° C) ja kestävyyttä ilmakehän korroosiota vastaan.

Mendelejevin jaksollisen järjestelmän III ryhmän kemiallinen elementti.

Latinalainen nimi- Alumiini.

Nimitys- Al.

Atominumero — 13.

Atomimassa — 26,98154.

Tiheys- 2,6989 g / cm3.

Sulamislämpötila-660 °C.

Yksinkertainen, kevyt, paramagneettinen metalli vaaleanharmaa tai hopeanvalkoinen. Sillä on korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, korroosionkestävyys. Jakauma maankuoressa - 8,8 massaprosenttia - se on yleisin metalli ja kolmanneksi yleisin kemiallinen alkuaine.

Sitä käytetään rakennemateriaalina talonrakennuksessa, lentokone- ja laivanrakennuksessa, sähköä johtavien tuotteiden valmistukseen sähkötekniikassa, kemianlaitteissa, kulutustavaroissa, muiden metallien valmistuksessa aluminotermialla, kiinteän rakettipolttoaineen komponenttina, pyroteknisissä koostumuksissa ja Kuten.

Tanskalainen fyysikko Hans Christian Oersted oli ensimmäinen, joka hankki metallisen alumiinin.

Luonnossa sitä esiintyy yksinomaan yhdisteiden muodossa, koska sillä on korkea kemiallinen aktiivisuus. Muodostaa vahvan kemiallisen sidoksen hapen kanssa. Reaktiivisuuden vuoksi metallia on erittäin vaikea saada malmista. Nyt käytetään Hall-menetelmää - Eru, joka vaatii korkeat kustannukset sähköä.

Alumiini muodostaa seoksia lähes kaikkien metallien kanssa. Tunnetuimmat ovat duralumiini (kuparin ja magnesiumin seos) ja silumiin (piin seos). Normaaleissa olosuhteissa alumiini on peitetty vahvalla oksidikalvolla, eikä se siksi reagoi klassisten hapettimien veden (H 2 O), hapen (O 2) ja typpihapon (HNO 3) kanssa. Tästä johtuen se ei käytännössä ole alttiina korroosiolle, mikä varmisti sen kysynnän teollisuudessa.

Nimi tulee latinan sanasta "alumen", joka tarkoittaa "alunaa".

Alumiinin käyttö lääketieteessä

Perinteinen lääke

Alumiinin roolia kehossa ei täysin ymmärretä. Sen tiedetään stimuloivan luukudoksen kasvua, epiteelin ja sidekudosten kehitystä. Sen vaikutuksen alaisena ruoansulatusentsyymien aktiivisuus lisääntyy. Alumiini liittyy kehon palautumis- ja uudistumisprosesseihin.

Alumiinia pidetään myrkyllisenä elementtinä ihmisen immuniteetille, mutta siitä huolimatta se sisältyy solujen koostumukseen. Tässä tapauksessa se on positiivisesti varautuneiden ionien muodossa (Al3+), joilla on vaikutusta lisäkilpirauhasiin. V eri tyyppejä soluissa havaitaan eri määrä alumiinia, mutta tiedetään varmasti, että maksan, aivojen ja luiden solut keräävät sitä nopeammin kuin muut.

Alumiinilla valmistetuilla lääkkeillä on analgeettisia ja vaipallisia vaikutuksia, antasidisia ja adsorboivia vaikutuksia. Jälkimmäinen tarkoittaa, että kun on vuorovaikutuksessa suolahappo lääkkeet voivat vähentää mahanesteen happamuutta. Alumiinia määrätään myös ulkoiseen käyttöön: haavojen, troofisten haavaumien, akuutin sidekalvotulehduksen hoidossa.

Alumiinin myrkyllisyys ilmenee magnesiumin korvaamisessa useiden fermettien aktiivisissa keskuksissa. Myös sen kilpailusuhde fosforin, kalsiumin ja raudan kanssa vaikuttaa.

Alumiinin puutteella havaitaan raajojen heikkoutta. Mutta tällainen ilmiö nykymaailmassa on lähes mahdotonta, koska metalli tulee veden, ruoan ja saastuneen ilman mukana.

Kun kehossa on liikaa alumiinia, keuhkoissa alkaa muutoksia, kouristuksia, anemiaa, desorientaatiota avaruudessa, apatiaa, muistin menetystä.

Ayurveda

Alumiinin uskotaan olevan myrkyllistä, joten sitä ei tule käyttää hoitoon. Älä myöskään käytä alumiinisia astioita keittämiseen tai yrttien säilyttämiseen.

Alumiinin käyttö taikuudessa

Puhtaan alkuaineen saamisen vaikeudesta johtuen metallia käytettiin taikuudessa samalla tavalla kuin siitä valmistettiin Korut... Kun hankintaprosessi yksinkertaistettiin, alumiinikäsityön muoti ohitti välittömästi.

Suojaava taika

Käytetään vain alumiinifoliota, jolla on ominaisuudet seulovat energiavirtoja ja estävät niiden leviämisen. Siksi siihen kääritään yleensä esineitä, jotka voivat levitä niiden ympärille negatiivista energiaa... Hyvin usein kyseenalaiset taikalahjat kääritään kalvoon - sauvat, naamarit, tikarit, erityisesti Afrikasta tai Egyptistä tuodut.

He tekevät samoin pihalta tai oven alta löydettyjen heitettyjen tuntemattomien esineiden kanssa. Sen sijaan, että nostaisit sitä käsin tai kankaan läpi, on parempi peittää se foliolla koskematta itse heitettyyn esineeseen.

Joskus kalvoa käytetään suojakilvenä amuletteille ja talismaneille, joita ei tarvita tällä hetkellä, mutta niitä voidaan tarvita tulevaisuudessa.

Alumiini astrologiassa

Horoskooppi-merkki: Kauris.