Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused. Vaadake, mis on "alumiinium" teistes sõnaraamatutes. Alumiinium ja leelised

Alumiiniumi keemilised omadused määratakse selle asukoha järgi keemiliste elementide perioodilises tabelis.

Allpool on toodud alumiiniumi peamised keemilised reaktsioonid teiste keemiliste elementidega. Need reaktsioonid määravad kindlaks alumiiniumi keemilised põhiomadused.

Millega alumiinium reageerib?

Lihtsad ained:

• halogeenid (fluor, kloor, broom ja jood)
• fosforit
• süsinik
• hapnik (põlemine)

Komplekssed ained:

• mineraalhapped (vesinikkloriid, fosfor)
• väävelhape
• Lämmastikhape
• leelised
• oksüdeerivad ained
• vähemaktiivsete metallide oksiidid (aluminotermia)

Millega alumiinium ei reageeri?

Alumiinium ei reageeri:

• vesinikuga
• tavatingimustes - kontsentreeritud väävelhappega (passiveerimise tõttu - tiheda oksiidkile moodustumine)
• tavatingimustes - kontsentreeritud lämmastikhappega (ka passiveerimise tõttu)

Alumiinium ja õhk

Tavaliselt on alumiiniumi pind alati kaetud õhukese alumiiniumoksiidi kihiga, mis kaitseb seda õhu või täpsemalt hapniku kokkupuute eest. Seetõttu arvatakse, et alumiinium ei reageeri õhuga. Kui see oksiidikiht on kahjustatud või eemaldatud, reageerib värske alumiiniumpind õhu hapnikuga. Alumiinium võib hapnikus põleda pimestava valge leegiga, moodustades alumiiniumoksiidi Al2O3.

Alumiiniumi reaktsioon hapnikuga:

• 4Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3

Alumiinium ja vesi

Alumiinium reageerib veega järgmistes reaktsioonides:

• 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (1)
• 2Al + 4H2O = 2AlO(OH) + 3H2 (2)
• 2Al + 3H 2O = Al 2O 3 + 3H 2 (3)

Nende reaktsioonide tulemusena moodustuvad vastavalt:

• alumiiniumhüdroksiidi bajeriidi ja vesiniku modifitseerimine (1)
• alumiiniumhüdroksiidi bohemiidi ja vesiniku modifitseerimine (2)
• alumiiniumoksiid ja vesinik (3)

Need reaktsioonid pakuvad muide suurt huvi kompaktsete tehaste väljatöötamisel vesiniku tootmiseks vesinikuga töötavate sõidukite jaoks.

Kõik need reaktsioonid on termodünaamiliselt võimalikud temperatuuridel alates toatemperatuurist kuni alumiiniumi sulamistemperatuurini 660 ºС. Kõik need on ka eksotermilised, see tähendab, et need tekivad soojuse vabanemisel:

• Temperatuuril toatemperatuurist kuni 280 ºС on kõige stabiilsem reaktsioonisaadus Al(OH) 3.
• Temperatuuridel 280–480 ºС on kõige stabiilsem reaktsioonisaadus AlO(OH).
• Temperatuuridel üle 480 ºС on kõige stabiilsem reaktsioonisaadus Al 2 O 3.

Seega muutub alumiiniumoksiid Al 2 O 3 kõrgematel temperatuuridel termodünaamiliselt stabiilsemaks kui Al(OH) 3. Alumiiniumi ja veega toatemperatuuril reageerimise produkt on alumiiniumhüdroksiid Al (OH) 3.

Reaktsioon (1) näitab, et alumiinium peaks toatemperatuuril reageerima spontaanselt veega. Kuid praktikas ei reageeri vette kastetud alumiiniumitükk veega toatemperatuuril ega isegi keevas vees. Fakt on see, et alumiiniumi pinnal on õhuke koherentne alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 kiht. See oksiidkile kleepub kindlalt alumiiniumi pinnale ja ei lase sellel reageerida veega. Seetõttu on alumiiniumi ja veega toatemperatuuril reaktsiooni alustamiseks ja säilitamiseks vaja seda oksiidikihti pidevalt eemaldada või hävitada.

Alumiinium ja halogeenid

Alumiinium reageerib ägedalt kõigi halogeenidega – need on:

• fluor F
• kloor Cl
• broom Br ja
• jood (jood) I,

haridusega vastavalt:

• fluoriid AlF 3
• AlCl3 kloriid
• bromiid Al 2 Br 6 ja
• Al 2 Br 6 jodiid.

Vesiniku reaktsioonid fluori, kloori, broomi ja joodiga:

• 2Al + 3F 2 → 2AlF 3
• 2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3
• 2Al + 3Br 2 → Al 2 Br 6
• 2Al + 3l 2 → Al 2 I 6

Alumiinium ja happed

Alumiinium reageerib aktiivselt lahjendatud hapetega: väävel-, vesinikkloriid- ja lämmastikhape, moodustades vastavad soolad: alumiiniumsulfaat Al 2 SO 4, alumiiniumkloriid AlCl 3 ja alumiiniumnitraat Al(NO 3) 3.

Alumiiniumi reaktsioonid lahjendatud hapetega:

• 2Al + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 3H2
• 2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H 2
• 2Al + 6HNO3 -> 2Al(NO3)3 + 3H2

See ei interakteeru kontsentreeritud väävel- ja vesinikkloriidhappega toatemperatuuril, kuumutamisel reageerib see soolade, oksiidide ja vee moodustumisega.

Alumiinium ja leelised

Alumiinium leelise - naatriumhüdroksiidi - vesilahuses reageerib, moodustades naatriumaluminaadi.

Alumiiniumi reaktsioon naatriumhüdroksiidiga on järgmine:

• 2Al + 2NaOH + 10H 2O -> 2Na + 3H 2

Allikad:

1. Keemilised elemendid. Esimesed 118 elementi, järjestatud tähestikulises järjekorras / toim. Vikipedistid – 2018

2. Alumiiniumi reaktsioon veega vesiniku saamiseks /John Petrovic ja George Thomas, U.S. Energeetikaministeerium, 2008

MÄÄRATLUS

Alumiiniumist– IIIA rühma 3. perioodi keemiline element. Seerianumber – 13. Metall. Alumiinium kuulub p-perekonna elementide hulka. Sümbol – Al.

Aatommass – 27 amu. Välise energiataseme elektrooniline konfiguratsioon on 3s 2 3p 1. Alumiiniumi ühendites on oksüdatsiooniaste "+3".

Alumiiniumi keemilised omadused

Alumiiniumil on reaktsioone redutseerivad omadused. Kuna õhuga kokkupuutel tekib selle pinnale oksiidkile, on see vastupidav koostoimele teiste ainetega. Näiteks alumiinium passiveeritakse vees, kontsentreeritud lämmastikhappes ja kaaliumdikromaadi lahuses. Kuid pärast oksiidkile eemaldamist selle pinnalt on see võimeline suhtlema lihtsate ainetega. Enamik reaktsioone toimub kuumutamisel:

2Al pulber +3/2O2 = Al 2O 3;

2Al + 3F2 = 2AlF3 (t);

2Al pulber + 3Hal2 = 2AlHal3 (t = 25 °C);

2AI + N2 = 2AlN (t);

2AI +3S = Al2S3 (t);

4Al + 3C grafiit = Al 4 C 3 (t);

4Al + P 4 = 4AlP (t, H 2 atmosfääris).

Samuti on alumiinium pärast oksiidkile eemaldamist selle pinnalt võimeline suhtlema veega, moodustades hüdroksiidi:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2.

Alumiiniumil on amfoteersed omadused, nii et see lahustub hapete ja leeliste lahjendatud lahustes:

2Al + 3H2S04 (lahjendatud) = Al2(SO4)3 + 3H2;

2Al + 6HCl lahjendatud = 2AlCl3 + 3 H2;

8Al + 30HNO3 (lahjendatud) = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O;

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

2Al + 2 (NaOH × H 2 O) = 2 NaAlO 2 + 3 H 2.

Aluminotermia on meetod metallide tootmiseks nende oksiididest, mis põhineb nende metallide redutseerimisel alumiiniumiga:

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe;

2Al + Cr 2 O 3 = Al 2 O 3 + 2Cr.

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Alumiinium on hõbevalge värvusega. Alumiiniumi peamised füüsikalised omadused on kergus, kõrge soojus- ja elektrijuhtivus. Vabas olekus on alumiinium õhuga kokkupuutel kaetud vastupidava Al 2 O 3 oksiidi kilega, mis muudab selle kontsentreeritud hapete toimele vastupidavaks. Sulamistemperatuur – 660,37C, keemistemperatuur – 2500C.

Alumiiniumi tootmine ja kasutamine

Alumiiniumi toodetakse selle elemendi sulaoksiidi elektrolüüsil:

2Al 2O 3 = 4Al + 3O 2

Toote madala saagise tõttu kasutatakse aga sagedamini alumiiniumi tootmise meetodit Na 3 ja Al 2 O 3 segu elektrolüüsi teel. Reaktsioon toimub kuumutamisel temperatuurini 960 C ja katalüsaatorite - fluoriidide (AlF 3, CaF 2 jne) juuresolekul, samal ajal kui alumiinium vabaneb katoodil ja hapnik vabaneb anoodil.

Alumiinium on leidnud laialdast rakendust tööstuses; alumiiniumipõhised sulamid on lennuki- ja laevaehituse peamised konstruktsioonimaterjalid.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Alumiinium on amfoteerne metall. Alumiiniumi aatomi elektrooniline konfiguratsioon on 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Seega on selle välisel elektronikihil kolm valentselektroni: 2 3s ja 1 3p alamtasandil. Selle struktuuri tõttu iseloomustavad seda reaktsioonid, mille tulemusena kaotab alumiiniumi aatom välistasandilt kolm elektroni ja omandab oksüdatsiooniastme +3. Alumiinium on väga reaktsioonivõimeline metall ja sellel on väga tugevad redutseerivad omadused.

Alumiiniumi koostoime lihtsate ainetega

hapnikuga

Kui absoluutselt puhas alumiinium puutub kokku õhuga, interakteeruvad pinnakihis asuvad alumiiniumi aatomid koheselt õhu hapnikuga ja moodustavad õhukese, kümnete aatomikihtide paksuse, vastupidava oksiidikihi koostisega Al 2 O 3, mis kaitseb alumiiniumi edasine oksüdatsioon. Samuti on võimatu oksüdeerida suuri alumiiniumiproove isegi väga kõrgetel temperatuuridel. Peen alumiiniumpulber põleb aga leegis üsna kergesti:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3

halogeenidega

Alumiinium reageerib väga intensiivselt kõigi halogeenidega. Seega toimub segu alumiiniumi ja joodi pulbrite vahel reaktsioon juba toatemperatuuril pärast tilga vee lisamist katalüsaatoriks. Joodi ja alumiiniumi interaktsiooni võrrand:

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

Alumiinium reageerib kuumutamata ka broomiga, mis on tumepruun vedelik. Lihtsalt lisage vedelale broomile alumiiniumiproov: kohe algab äge reaktsioon, mille käigus eraldub palju soojust ja valgust:

2Al + 3Br2 = 2AlBr 3

Alumiiniumi ja kloori reaktsioon tekib siis, kui klooriga täidetud kolbi lisatakse kuumutatud alumiiniumfooliumi või peent alumiiniumipulbrit. Alumiinium põleb tõhusalt klooris vastavalt võrrandile:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

väävliga

Kuumutamisel temperatuurini 150-200 o C või pärast pulbrilise alumiiniumi ja väävli segu süütamist algab nende vahel intensiivne eksotermiline reaktsioon valguse eraldumisega:

— sulfiid alumiiniumist

lämmastikuga

Kui alumiinium reageerib lämmastikuga temperatuuril umbes 800 o C, tekib alumiiniumnitriid:

süsinikuga

Temperatuuril umbes 2000 o C reageerib alumiinium süsinikuga ja moodustab alumiiniumkarbiidi (metaniid), mis sisaldab süsinikku oksüdatsiooniastmes -4, nagu metaanis.

Alumiiniumi koostoime keeruliste ainetega

veega

Nagu eespool mainitud, takistab stabiilne ja vastupidav Al 2 O 3 oksiidkile alumiiniumi oksüdeerumist õhu käes. Sama kaitsev oksiidkile muudab alumiiniumi vee suhtes inertseks. Kaitsva oksiidkile eemaldamisel pinnalt selliste meetoditega nagu töötlemine leelise, ammooniumkloriidi või elavhõbedasoolade vesilahustega (amalgiatsioon), hakkab alumiinium intensiivselt reageerima veega, moodustades alumiiniumhüdroksiidi ja gaasilise vesiniku:

metallioksiididega

Pärast alumiiniumi segu süütamist vähemaktiivsete metallide oksiididega (tegevussarjas alumiiniumist paremal) algab äärmiselt äge, väga eksotermiline reaktsioon. Nii kujuneb alumiiniumi interaktsioonil raud(III)oksiidiga temperatuur 2500-3000 o C. Selle reaktsiooni tulemusena tekib kõrge puhtusastmega sularaud:

2AI + Fe 2 O 3 = 2 Fe + Al 2 O 3

Seda meetodit metallide saamiseks nende oksiididest alumiiniumiga redutseerimise teel nimetatakse aluminotermia või aluminotermia.

mitteoksüdeerivate hapetega

Alumiiniumi vastastikmõju mitteoksüdeerivate hapetega, s.o. peaaegu kõigi hapetega, välja arvatud kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhape, põhjustab vastava happe alumiiniumsoola ja gaasilise vesiniku moodustumist:

a) 2Al + 3H 2SO 4 (lahjendatud) = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2A10 + 6H+ = 2AI3+ + 3H20;

b) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2

oksüdeerivate hapetega

-kontsentreeritud väävelhape

Alumiiniumi interaktsioon kontsentreeritud väävelhappega tavatingimustes ja madalatel temperatuuridel ei toimu passivatsiooniks nimetatava efekti tõttu. Kuumutamisel on reaktsioon võimalik ja põhjustab alumiiniumsulfaadi, vee ja vesiniksulfiidi moodustumist, mis moodustub väävelhappe osaks oleva väävli redutseerimise tulemusena:

Selline sügav väävli redutseerimine oksüdatsiooniastmelt +6 (H 2 SO 4-s) oksüdatsiooniastmeni -2 (H 2 S-s) toimub tänu alumiiniumi väga suurele redutseerimisvõimele.

- kontsentreeritud lämmastikhape

Normaaltingimustes passiveerib kontsentreeritud lämmastikhape ka alumiiniumi, mistõttu on võimalik seda hoida alumiiniummahutites. Nii nagu kontsentreeritud väävelhappe puhul, saab tugeval kuumutamisel võimalikuks alumiiniumi interaktsioon kontsentreeritud lämmastikhappega ja reaktsioon toimub valdavalt:

- lahjendatud lämmastikhape

Alumiiniumi koostoime lahjendatud lämmastikhappega võrreldes kontsentreeritud lämmastikhappega viib lämmastiku sügavama redutseerimise toodeteni. NO asemel võib olenevalt lahjendusastmest moodustuda N 2 O ja NH 4 NO 3:

8Al + 30HNO 3 (diil.) = 8Al(NO 3) 3 + 3N 2 O + 15 H 2 O

8Al + 30HNO 3 (puhas lahjendus) = 8Al(NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

leelistega

Alumiinium reageerib nii leeliste vesilahustega:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

ja puhaste leelistega sulamise ajal:

Mõlemal juhul algab reaktsioon alumiiniumoksiidi kaitsekile lahustumisega:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na

Al 2 O 3 + 2 NaOH = 2 NaAlO 2 + H 2 O

Vesilahuse puhul hakkab kaitsvast oksiidkilest puhastatud alumiinium reageerima veega vastavalt võrrandile:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Saadud alumiiniumhüdroksiid, mis on amfoteerne, reageerib naatriumhüdroksiidi vesilahusega, moodustades lahustuva naatriumtetrahüdroksoaluminaadi:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Seda kerget hõbevalge varjundiga metalli leidub tänapäeva elus peaaegu kõikjal. Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused võimaldavad seda laialdaselt kasutada tööstuses. Kõige kuulsamad leiukohad on Aafrikas, Lõuna-Ameerikas ja Kariibi mere piirkonnas. Venemaal asuvad boksiidi kaevanduskohad Uuralites. Alumiiniumi tootmises on maailmas juhtivad liidrid Hiina, Venemaa, Kanada ja USA.

Al kaevandamine

Looduses leidub seda hõbedast metalli oma kõrge keemilise aktiivsuse tõttu ainult ühendite kujul. Tuntumad alumiiniumi sisaldavad geoloogilised kivimid on boksiit, alumiiniumoksiid, korund ja päevakivi. Boksiit ja alumiiniumoksiid on tööstusliku tähtsusega, just nende maakide ladestused võimaldavad eraldada alumiiniumi puhtal kujul.

Omadused

Alumiiniumi füüsikalised omadused muudavad selle metalli tooriku traadiks tõmbamise ja õhukesteks lehtedeks rullimise lihtsaks. See metall ei ole vastupidav, selle indikaatori suurendamiseks sulatamise ajal legeeritakse see erinevate lisanditega: vask, räni, magneesium, mangaan, tsink. Tööstuslikel eesmärkidel on oluline veel üks alumiiniumi füüsikaline omadus - selle võime õhu käes kiiresti oksüdeeruda. Alumiiniumtoote pind on looduslikes tingimustes tavaliselt kaetud õhukese oksiidkilega, mis kaitseb tõhusalt metalli ja hoiab ära selle korrosiooni. Kui see kile hävib, oksüdeerub hõbemetall kiiresti ja selle temperatuur tõuseb märgatavalt.

Alumiiniumist sisemine struktuur

Alumiiniumi füüsikalised ja keemilised omadused sõltuvad suuresti selle sisemisest struktuurist. Selle elemendi kristallvõre on näokeskse kuubiku tüüp.

Seda tüüpi võre on omane paljudele metallidele, nagu vask, broom, hõbe, kuld, koobalt ja teised. Kõrge soojusjuhtivus ja elektrijuhtimise võime on teinud sellest metallist ühe populaarseima maailmas. Alumiiniumi ülejäänud füüsikalised omadused, mille tabel on esitatud allpool, paljastavad täielikult selle omadused ja näitavad nende kasutusala.

Alumiiniumi legeerimine

Vase ja alumiiniumi füüsikalised omadused on sellised, et kui alumiiniumsulamile lisada teatud kogus vaske, siis selle kristallvõre moondub ja sulami enda tugevus suureneb. Kergesulamite legeerimine põhineb Al sellel omadusel suurendada nende tugevust ja vastupidavust agressiivsele keskkonnale.

Kõvenemisprotsessi seletus peitub vase aatomite käitumises alumiiniumkristallvõres. Cu osakesed kipuvad Al-kristallvõrest välja kukkuma ja rühmituvad selle eripiirkondadesse.

Kohtades, kus vase aatomid moodustavad klastreid, tekib CuAl 2 segatüüpi kristallvõre, milles hõbemetalli osakesed on samaaegselt kaasatud nii üldisesse alumiiniumkristallvõre kui ka CuAl 2 segatüüpi võre.Sisesidemete jõud moonutatud võres on palju suuremad kui tavalisel. See tähendab, et äsja moodustunud aine tugevus on palju suurem.

Keemilised omadused

Alumiiniumi vastastikmõju lahjendatud väävel- ja vesinikkloriidhappega on teada. Kuumutamisel lahustub see metall neis kergesti. Külm kontsentreeritud või väga lahjendatud lämmastikhape ei lahusta seda elementi. Leeliste vesilahused mõjutavad ainet aktiivselt, reaktsiooni käigus moodustuvad aluminaadid - alumiiniumioone sisaldavad soolad. Näiteks:

Al 2O 3 +3H2O+2NaOH=2Na

Saadud ühendit nimetatakse naatriumtetrahüdroksoaluminaadiks.

Alumiiniumtoodete pinnal olev õhuke kile kaitseb seda metalli mitte ainult õhu, vaid ka vee eest. Kui see õhuke barjäär eemaldatakse, interakteerub element ägedalt veega, vabastades sellest vesiniku.

2AL+6H2O= 2AL(OH)3+3H2

Saadud ainet nimetatakse alumiiniumhüdroksiidiks.

AL (OH) 3 reageerib leelisega, moodustades hüdroksoaluminaadi kristalle:

Al(OH)2 + NaOH=2Na

Kui see keemiline võrrand lisada eelmisele, saame valemi elemendi lahustamiseks leeliselises lahuses.

Al(OH)3 +2NaOH+6H2O=2Na +3H2

Alumiiniumi põletamine

Alumiiniumi füüsikalised omadused võimaldavad tal reageerida hapnikuga. Kui selle metalli või alumiiniumfooliumi pulbrit kuumutada, süttib see ja põleb valge pimestava leegiga. Reaktsiooni lõpus moodustub alumiiniumoksiid Al 2 O 3.

Alumiiniumoksiid

Saadud alumiiniumoksiidil on geoloogiline nimi alumiiniumoksiid. Looduslikes tingimustes esineb see korundi - kõvade läbipaistvate kristallide kujul. Korund on väga kõva, kõvadusastmega 9. Korund ise on värvitu, kuid mitmesugused lisandid võivad muuta selle punaseks ja siniseks, mille tulemuseks on vääriskivid, mida ehetes tuntakse rubiinide ja safiiridena.

Alumiiniumoksiidi füüsikalised omadused võimaldavad neid vääriskive kunstlikes tingimustes kasvatada. Tööstuslikke vääriskive ei kasutata ainult ehete valmistamisel, neid kasutatakse täppisinstrumentide valmistamisel, kellade valmistamisel ja muul viisil. Tehisrubiinkristalle kasutatakse laialdaselt ka laserseadmetes.

Spetsiaalsele pinnale kantud suure hulga lisanditega peeneteraline korundi sort on kõigile tuntud kui smirgel. Alumiiniumoksiidi füüsikalised omadused selgitavad korundi kõrgeid abrasiivseid omadusi, samuti selle kõvadust ja hõõrdumist.

Alumiiniumhüdroksiid

Al2(OH)3 on tüüpiline amfoteerne hüdroksiid. Koos happega moodustab see aine positiivselt laetud alumiiniumioone sisaldava soola, leelistes aga aluminaate. Aine amfoteersus avaldub selles, et see võib käituda nii happe kui ka leelisena. See ühend võib esineda nii tarretises kui ka tahkel kujul.

See on vees praktiliselt lahustumatu, kuid reageerib enamiku aktiivsete hapete ja leelistega. Alumiiniumhüdroksiidi füüsikalisi omadusi kasutatakse meditsiinis, see on populaarne ja ohutu vahend organismi happesuse vähendamiseks, seda kasutatakse gastriidi, duodeniidi ja haavandite korral. Tööstuses kasutatakse adsorbendina Al 2 (OH) 3, see puhastab suurepäraselt vett ja sadestab selles lahustunud kahjulikke elemente.

Tööstuslik kasutamine

Alumiinium avastati 1825. aastal. Algul hinnati seda metalli kõrgemalt kui kulda ja hõbedat. Seda seletati selle maagist väljavõtmise raskustega. Alumiiniumi füüsikalised omadused ja selle võime kiiresti moodustada selle pinnale kaitsekile muutsid selle elemendi uurimise keeruliseks. Alles 19. sajandi lõpus avastati mugav meetod puhta elemendi sulatamiseks, mis sobib kasutamiseks tööstuslikus mastaabis.

Kergus ja korrosioonikindlus on alumiiniumi ainulaadsed füüsikalised omadused. Selle hõbedase metalli sulameid kasutatakse raketi-, auto-, laeva-, lennuki- ja instrumentide valmistamisel ning söögiriistade ja lauanõude tootmisel.

Puhta metallina kasutatakse Ali keemiaseadmete osade, elektrijuhtmete ja kondensaatorite valmistamisel. Alumiiniumi füüsikalised omadused on sellised, et selle elektrijuhtivus ei ole nii kõrge kui vasel, kuid selle puuduse kompenseerib vaadeldava metalli kergus, mis võimaldab muuta alumiiniumtraate paksemaks. Seega kaalub alumiiniumtraat sama elektrijuhtivusega poole vähem kui vasktraat.

Mitte vähem oluline pole alumiiniumi kasutamine aluminiseerimisprotsessis. Seda nimetatakse reaktsioonile malmi või terastoote pinna küllastamisel alumiiniumiga, et kaitsta mitteväärismetalli kuumutamisel korrosiooni eest.

Praegu on teadaolevad alumiiniumimaakide varud üsna võrreldavad inimeste vajadustega selle hõbedase metalli järele. Alumiiniumi füüsikalised omadused võivad selle uurijatele endiselt palju üllatusi valmistada ja selle metalli kasutusala on palju laiem, kui arvata võiks.

Alumiiniumist- D.I.Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi kolmanda perioodi kolmanda rühma põhialarühma element, aatomnumber 13. Tähistatakse sümboliga Al (alumiinium). Kuulub kergmetallide rühma. Levinuim metall ja kolmas (hapniku ja räni järel) keemiline element maapõues.

Lihtaine alumiinium (CAS number: 7429-90-5) on kerge, paramagnetiline hõbevalge metall, mida saab kergesti vormida, valada ja töödelda. Alumiiniumil on kõrge soojus- ja elektrijuhtivus ning korrosioonikindlus tänu tugevate oksiidkilede kiirele moodustumisele, mis kaitsevad pinda edasise vastasmõju eest.

Mõnede bioloogiliste uuringute kohaselt peeti alumiiniumi sattumist inimkehasse Alzheimeri tõve väljakujunemise teguriks, kuid hiljem kritiseeriti neid uuringuid ning lükati ümber järeldus ühe ja teise vahelise seose kohta.

Lugu

Hans Oersted sai alumiiniumi esmakordselt 1825. aastal kaaliumamalgaami toimel alumiiniumkloriidile, millele järgnes elavhõbeda destilleerimine.

Kviitung

Kaasaegse tootmismeetodi töötasid iseseisvalt välja ameeriklane Charles Hall ja prantslane Paul Héroult. See koosneb alumiiniumoksiidi Al 2 O 3 lahustamisest krüoliidi Na 3 AlF 6 sulatis, millele järgneb elektrolüüs grafiitelektroodide abil. See tootmismeetod nõuab palju elektrit ja sai seetõttu populaarseks alles 20. sajandil.

1 tonni tooralumiiniumi tootmiseks on vaja 1,920 tonni alumiiniumoksiidi, 0,065 tonni krüoliiti, 0,035 tonni alumiiniumfluoriidi, 0,600 tonni anoodi massi ja 17 tuhat kWh alalisvoolu.

Füüsikalised omadused

Metall on hõbevalge värvusega, hele, tihedus - 2,7 g/cm³, sulamistemperatuur tehnilisel alumiiniumil - 658 °C, kõrge puhtusastmega alumiiniumil - 660 °C, sulamiserisoojus - 390 kJ/kg, keemistemperatuur - 2500 ° C, aurustumiserisoojus - 10,53 MJ/kg, valualumiiniumi ajutine takistus - 10-12 kg/mm², deformeeritav - 18-25 kg/mm², sulamid - 38-42 kg/mm².

Brinelli kõvadus on 24-32 kgf/mm², kõrge elastsus: tehniline - 35%, puhas - 50%, rullitud õhukesteks lehtedeks ja ühtlaseks fooliumiks.

Alumiiniumil on kõrge elektri- ja soojusjuhtivus, 65% vase elektrijuhtivusest ja kõrge valguse peegelduvus.

Alumiinium moodustab sulameid peaaegu kõigi metallidega.

Looduses olemine

Looduslik alumiinium koosneb peaaegu täielikult ühest stabiilsest isotoobist 27Al, mille jäägid on 26Al, radioaktiivne isotoop, mille poolestusaeg on 720 000 aastat, mis tekib atmosfääris tuumade pommitamise teel. argoon kosmilise kiirguse prootonid.

Looduses esinemise poolest on see metallide hulgas 1. ja elementide hulgas 3. kohal, hapniku ja räni järel teisel kohal. Alumiiniumisisalduse protsent maakoores on erinevate teadlaste andmetel vahemikus 7,45–8,14% maakoore massist.

Looduses leidub alumiiniumi ainult ühendites (mineraalides). Mõned neist:

• Boksiit – Al 2 O 3. H 2 O (koos lisanditega SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Nefeliinid – KNa 3 4
• Aluniidid – KAl(SO 4) 2. 2Al(OH) 3
• Alumiiniumoksiid (kaoliinide segud liivaga SiO 2, lubjakivi CaCO 3, magnesiidiga MgCO 3)
• Korund – Al 2 O 3
• Päevakivi (ortoklaas) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2
• Kaoliniit – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Aluniit – (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 ( SO 4 ) 3 × 4Al (OH) 3
• Berül - 3BeO. Al2O3. 6SiO2

Looduslikud veed sisaldavad alumiiniumi vähetoksiliste keemiliste ühendite, näiteks alumiiniumfluoriidi kujul. Katiooni või aniooni tüüp sõltub ennekõike vesikeskkonna happesusest. Alumiiniumi kontsentratsioon Venemaa pinnaveekogudes on vahemikus 0,001 kuni 10 mg/l.

Keemilised omadused

Alumiiniumhüdroksiid

Tavalistes tingimustes on alumiinium kaetud õhukese ja vastupidava oksiidkilega ning seetõttu ei reageeri see klassikaliste oksüdeerivate ainetega: H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (kuumutamata). Tänu sellele ei ole alumiinium praktiliselt korrosioonile allutatud ja on seetõttu kaasaegses tööstuses laialdaselt nõutud. Kui aga oksiidkile hävib (näiteks kokkupuutel ammooniumisoolade NH4+ lahustega, kuumade leelistega või amalgamatsiooni tulemusena), toimib alumiinium aktiivse redutseeriva metallina.

Reageerib kergesti lihtsate ainetega:

• hapnikuga: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• halogeenidega: 2Al + 3Br2 = 2AlBr 3
• reageerib kuumutamisel teiste mittemetallidega:
  • väävliga, moodustades alumiiniumsulfiidi: 2Al + 3S = Al 2S 3
  • lämmastikuga, moodustades alumiiniumnitriidi: 2Al + N 2 = 2AlN
  • süsinikuga, moodustades alumiiniumkarbiidi: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Prantsusmaal Charles Halli ja USA-s Paul Héroux’ 1886. aastal peaaegu üheaegselt leiutatud meetod, mis põhineb alumiiniumi tootmisel sulas krüoliidis lahustatud alumiiniumoksiidi elektrolüüsil, pani aluse kaasaegsele alumiiniumi tootmismeetodile. Sellest ajast alates on alumiiniumi tootmine elektrotehnika täiustamise tõttu paranenud. Märkimisväärse panuse alumiiniumoksiidi tootmise arendamisse andsid Venemaa teadlased K. I. Bayer, D. A. Penjakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Žukovski, A. A. Jakovkin jt.

Venemaa esimene alumiiniumisulatus ehitati 1932. aastal Volhovis. NSV Liidu metallurgiatööstus tootis 1939. aastal 47,7 tuhat tonni alumiiniumi, veel 2,2 tuhat tonni imporditi.

Venemaal on alumiiniumi tootmise de facto monopolist Russian Aluminium OJSC, mis moodustab umbes 13% maailma alumiiniumiturust ja 16% alumiiniumoksiidist.

Maailma boksiidivarud on praktiliselt piiramatud, see tähendab, et need ei ole vastavuses nõudluse dünaamikaga. Olemasolevad rajatised suudavad toota kuni 44,3 miljonit tonni esmast alumiiniumi aastas. Arvestada tuleb ka sellega, et tulevikus võidakse osa alumiiniumi rakendusi ümber orienteerida näiteks komposiitmaterjalide kasutamisele.

Rakendus

Tükk alumiiniumi ja Ameerika münt.

Kasutatakse laialdaselt ehitusmaterjalina. Alumiiniumi peamised eelised selles kvaliteedis on kergus, stantsitavus, korrosioonikindlus (õhus kaetakse alumiinium koheselt vastupidava Al 2 O 3 kilega, mis takistab selle edasist oksüdeerumist), kõrge soojusjuhtivus ja mittetoksilisus. selle ühenditest. Eelkõige on need omadused muutnud alumiiniumi äärmiselt populaarseks kööginõude, toiduainetööstuses alumiiniumfooliumi tootmisel ja pakendamiseks.

Alumiiniumi kui konstruktsioonimaterjali peamiseks puuduseks on selle madal tugevus, seetõttu on see tavaliselt legeeritud väikese koguse vase ja magneesiumiga - duralumiiniumisulam.

Alumiiniumi elektrijuhtivus on vaid 1,7 korda väiksem kui vasel, samas kui alumiinium on ligikaudu 2 korda odavam. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt elektrotehnikas juhtmete tootmiseks, nende varjestamiseks ja isegi mikroelektroonikas kiipides juhtmete valmistamiseks. Alumiiniumi madalam elektrijuhtivus (37 1/oomi) võrreldes vasega (63 1/oomi) kompenseeritakse alumiiniumjuhtide ristlõike suurendamisega. Alumiiniumi kui elektrimaterjali puuduseks on tugev oksiidkile, mis teeb jootmise keeruliseks.

• Oma omaduste kompleksi tõttu kasutatakse seda laialdaselt kütteseadmetes.
• Alumiinium ja selle sulamid säilitavad tugevuse ülimadalatel temperatuuridel. Tänu sellele kasutatakse seda krüogeentehnoloogias laialdaselt.
• Kõrge peegeldusvõime koos madalate kulude ja sadestuslihtsusega muudab alumiiniumi ideaalseks materjaliks peeglite valmistamiseks.
• Ehitusmaterjalide tootmisel gaasimoodustajana.
• Aluminiseerimine annab korrosiooni- ja katlakivikindluse terasele ja muudele sulamitele, nagu kolb-sisepõlemismootori ventiilid, turbiinilabad, õliplatvormid, soojusvahetusseadmed, ning asendab ka galvaniseerimist.
• Alumiiniumsulfiidi kasutatakse vesiniksulfiidi tootmiseks.
• Käimas on uuringud vahustatud alumiiniumi väljatöötamiseks eriti tugeva ja kerge materjalina.

Redutseerijana

• Termiidi komponendina, segud aluminotermiaks
• Alumiiniumi kasutatakse haruldaste metallide eraldamiseks nende oksiididest või halogeniididest.

Alumiiniumsulamid

Tavaliselt ei kasutata konstruktsioonimaterjalina puhast alumiiniumi, vaid sellel põhinevaid erinevaid sulameid.

— alumiiniumi-magneesiumisulamitel on kõrge korrosioonikindlus ja need on hästi keevitatud; Neid kasutatakse näiteks kiirlaevade kerede valmistamiseks.

— Alumiiniumi-mangaani sulamid on paljuski sarnased alumiiniumi-magneesiumisulamitega.

— Alumiiniumi-vasesulamid (eriti duralumiinium) võib kuumtöödelda, mis suurendab oluliselt nende tugevust. Kahjuks ei saa kuumtöödeldud materjale keevitada, seega ühendatakse lennukiosad ikkagi neetidega. Suurema vasesisaldusega sulam on värvilt väga sarnane kullaga ja seda kasutatakse mõnikord ka viimase jäljendamiseks.

— Valamiseks sobivad kõige paremini alumiiniumi-räni sulamid (silumiinid). Tihti valatakse neist välja erinevate mehhanismide korpused.

— Alumiiniumil põhinevad komplekssulamid: aviaal.

— Alumiinium läheb ülijuhtivasse olekusse temperatuuril 1,2 kelvinit.

Alumiinium muude sulamite lisandina

Alumiinium on paljude sulamite oluline komponent. Näiteks alumiiniumpronksides on põhikomponendid vask ja alumiinium. Magneesiumisulamites kasutatakse alumiiniumi kõige sagedamini lisandina. Elektrikütteseadmete spiraalide valmistamiseks kasutatakse fekraali (Fe, Cr, Al) (koos teiste sulamitega).

Ehted

Kui alumiinium oli väga kallis, valmistati sellest mitmesuguseid ehteid. Nende mood läks kohe mööda, kui ilmusid selle tootmiseks uued tehnoloogiad, mis vähendasid kulusid mitu korda. Tänapäeval kasutatakse alumiiniumi mõnikord ka ehete valmistamisel.

Klaasi valmistamine

Klaasi valmistamisel kasutatakse fluoriidi, fosfaati ja alumiiniumoksiidi.

Toidutööstus

Alumiinium on registreeritud toidu lisaainena E173.

Alumiinium ja selle ühendid raketitehnoloogias

Alumiiniumi ja selle ühendeid kasutatakse väga tõhusa raketikütusena kahe raketikütusega raketikütustes ja põleva komponendina tahkete raketikütuste puhul. Järgmised alumiiniumiühendid pakuvad raketikütusena suurimat praktilist huvi:

— Alumiinium: kütus raketikütustes. Kasutatakse pulbrina ja suspensioonina süsivesinikes jne.
- alumiiniumhüdriid
— Alumiiniumboranaat
- trimetüülalumiinium
- trietüülalumiinium
- tripropüülalumiinium

Alumiiniumhüdriidist koos erinevate oksüdeerijatega moodustatud kütuste teoreetilised omadused.

Alumiinium maailma kultuuris

Luuletaja Andrei Voznesenski kirjutas 1959. aastal luuletuse “Sügis”, milles kasutas kunstilise kujundina alumiiniumi:
...Ja akna taga noores pakases
seal on alumiiniumiväljad...

Viktor Tsoi kirjutas laulu “Alumiiniumkurgid” koos refrääniga:
Alumiiniumkurkide istutamine
Presendiväljal
Istutan alumiiniumkurke
Presendiväljal

Toksilisus

Sellel on kerge toksiline toime, kuid paljud vees lahustuvad anorgaanilised alumiiniumiühendid püsivad kaua lahustunud olekus ning võivad joogivee kaudu avaldada kahjulikku mõju inimestele ja soojaverelistele loomadele. Kõige mürgisemad on kloriidid, nitraadid, atsetaadid, sulfaadid jne. Inimesele on allaneelamisel toksiline toime alumiiniumiühendite järgmistes annustes (mg/kg kehamassi kohta): alumiiniumatsetaat - 0,2-0,4; alumiiniumhüdroksiid - 3,7-7,3; alumiinium maarjas - 2,9. Mõjutab peamiselt närvisüsteemi (akumuleerub närvikoesse, põhjustades kesknärvisüsteemi tõsiseid häireid). Alumiiniumi neurotoksilisust on aga uuritud alates 1960. aastate keskpaigast, kuna metalli kuhjumist inimkehasse takistab selle eliminatsioonimehhanism. Normaalsetes tingimustes võib uriiniga erituda kuni 15 mg elementi päevas. Sellest lähtuvalt täheldatakse suurimat negatiivset mõju neerude eritusfunktsiooni kahjustusega inimestel.

Lisainformatsioon

— Alumiiniumhüdroksiid
— Entsüklopeedia alumiiniumist
— Alumiiniumist ühendused
— Rahvusvaheline Alumiiniumiinstituut

Alumiinium, alumiinium, Al (13)

Alumiiniumi sisaldavad sideained on tuntud juba iidsetest aegadest. Maarjast (ladina Alumen või Alumin, saksa Alaun) aga, mida mainib eelkõige Plinius, mõisteti iidsetel aegadel ja keskajal erinevate ainetena. Rulandi alkeemiasõnaraamatus on sõna Alumen koos erinevate määratlustega antud 34 tähenduses. Eelkõige tähendas see antimoni, Alumen alafuri - leelisesoola, Alumen Alcori - nitrumit või leelismaarjast, Alumen creptum - hea veini hambakivi, Alumen fascioli - leelist, Alumen odig - ammoniaaki, Alumen scoriole - kipsi jne. Lemery , kuulsa “Lihtsate farmaatsiatoodete sõnaraamatu” (1716) autor, pakub ka suure maarjasortide loetelu.

Kuni 18. sajandini alumiiniumiühendeid (maarja ja oksiid) ei olnud võimalik eristada teistest välimuselt sarnastest ühenditest. Lemery kirjeldab maarjat järgmiselt: „1754. aastal r. Marggraf eraldas maarjalahusest (leelise toimel) alumiiniumoksiidi sademe, mida ta nimetas "maarjamuldseks" (Alaunerde), ja tuvastas selle erinevuse teistest muldmetallidest. Peagi sai maarjamuld nimetuse alumiiniumoksiid (Alumina või Alumine). 1782. aastal väljendas Lavoisier ideed, et alumiinium on tundmatu elemendi oksiid. Lavoisier paigutas oma lihtsate kehade tabelis alumiiniumi "lihtsate, soola moodustavate ja mullaste kehade hulka". Siin on nimetuse alumiiniumoksiid sünonüümid: argiil, maarjas. maa, vundament maarjast. Sõna argilla ehk argilla, nagu Lemery oma sõnaraamatus osutab, pärineb kreeka keelest. keraamikas savi. Dalton annab oma "Uus keemiafilosoofia süsteemis" alumiiniumile erilise märgi ja annab maarja jaoks keeruka struktuurse (!) valemi.

Pärast galvaanilise elektri abil leelismetallide avastamist üritasid Davy ja Berzelius edutult samal viisil isoleerida metallilist alumiiniumi alumiiniumoksiidist. Alles 1825. aastal lahendas probleemi keemilise meetodi abil Taani füüsik Oersted. Ta lasi kloori läbi kuuma alumiiniumoksiidi ja kivisöe segu ning saadud veevaba alumiiniumkloriidi kuumutati kaaliumamalgaamiga. Pärast elavhõbeda aurustumist, kirjutab Oersted, saadi välimuselt tinaga sarnane metall. Lõpuks, 1827. aastal eraldas Wöhler alumiiniummetalli tõhusamal viisil – kuumutades veevaba alumiiniumkloriidi kaaliummetalliga.

1807. aasta paiku andis Davy, kes üritas läbi viia alumiiniumoksiidi elektrolüüsi, metallile, mis pidi seda sisaldama, nimetuse alumiinium (alumiinium) või alumiinium (alumiinium). Viimane nimi on sellest ajast USA-s levinud, samas kui Inglismaal ja teistes riikides on kasutusele võetud sama Davy poolt hiljem välja pakutud nimi Alumiinium. On üsna selge, et kõik need nimetused pärinevad ladinakeelsest sõnast alum (Alumen), mille päritolu kohta on eri autorite tõendite põhjal erinevaid arvamusi, mis ulatuvad tagasi antiikajast.

A. M. Vassiljev, märkides selle sõna ebaselget päritolu, viitab teatud Isidore'i (ilmselgelt Sevilla Isidore, piiskop, kes elas aastatel 560–636, entsüklopedist, kes tegeles eelkõige etümoloogilise uurimisega) arvamust: "Alumen on nimetatakse luumeniks, nii et kuidas see annab värvidele luumenit (valgust, heledust), kui seda värvimise ajal lisatakse." See seletus, kuigi väga vana, ei tõesta aga, et sõnal aumen on just selline päritolu. Siin on üsna tõenäoline ainult juhuslik tautoloogia. Lemery (1716) toob omakorda välja, et sõna alumen on seotud kreeka keelega (halmi), mis tähendab soolsust, soolvett, soolvett jne.

Alumiiniumi venekeelsed nimetused 19. sajandi esimestel kümnenditel. üsna mitmekesine. Ilmselgelt püüdsid kõik selle perioodi keemiaraamatute autorid välja pakkuda oma pealkirja. Nii nimetab Zahharov alumiiniumi alumiiniumoksiidi (1810), Giese - alumiiniumoksiidi (1813), Strakhovit - maarjast (1825), Iovskit - savi, Shcheglovit - alumiiniumoksiidi (1830). Dvigubsky poes (1822 - 1830) nimetatakse alumiiniumoksiidi alumiiniumoksiidiks, alumiiniumoksiidiks, alumiiniumoksiidiks (näiteks fosforhappe alumiiniumoksiidiks) ja metalli nimetatakse alumiiniumiks ja alumiiniumiks (1824). Hess kasutab "Puhta keemia alused" esimeses väljaandes (1831) nimetust alumiiniumoksiid (alumiinium) ja viiendas väljaandes (1840) - savi. Siiski moodustab ta sooladele nimetused termini alumiiniumoksiid põhjal, näiteks alumiiniumoksiidsulfaat. Mendelejev kasutab “Keemia põhialuste” esimeses väljaandes (1871) nimetusi alumiinium ja savi, järgmistes väljaannetes sõna savi enam ei esine.