Alumiiniumist alus. Alumiiniumist

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 Héroux. 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
• Berüül - 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
Presendiväljakul
Ma istutan alumiiniumkurke
Presendiväljakul

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 – veevaba alumiiniumkloriidi kuumutamisel 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.

Kergeima ja plastilisema metallina on sellel lai kasutusala. See on korrosioonikindel, kõrge elektrijuhtivusega ja talub kergesti äkilisi temperatuurikõikumisi. Veel üks omadus on see, et kokkupuutel õhuga tekib selle pinnale spetsiaalne kile, mis kaitseb metalli.

Kõik need ja ka muud omadused aitasid kaasa selle aktiivsele kasutamisele. Niisiis, uurime täpsemalt, millised on alumiiniumi kasutusalad.

Seda konstruktsioonimetalli kasutatakse laialdaselt. Eelkõige alustasid selle kasutamisega oma tööd lennukitootmine, raketiteadus, toiduainetööstus ja lauanõude tootmine. Tänu oma omadustele võimaldab alumiinium oma väiksema kaalu tõttu parandada laevade manööverdusvõimet.

Alumiiniumkonstruktsioonid on keskmiselt 50% kergemad kui sarnased terastooted.

Eraldi tasub mainida metalli võimet juhtida voolu. See funktsioon võimaldas tal saada peamiseks konkurendiks. Seda kasutatakse aktiivselt mikroskeemide tootmisel ja mikroelektroonika valdkonnas üldiselt.

Kõige populaarsemad kasutusvaldkonnad on järgmised:

• Lennuki tootmine: pumbad, mootorid, korpused ja muud elemendid;
• Raketiteadus: raketikütuse põleva komponendina;
• Laevaehitus: laevakered ja tekiehitised;
• Elektroonika: juhtmed, kaablid, alaldid;
• Kaitsetootmine: kuulipildujad, tankid, lennukid, erinevad paigaldised;
• Ehitus: trepid, raamid, viimistlus;
• Raudteepiirkond: naftasaaduste mahutid, osad, autode raamid;
• Autotööstus: kaitserauad, radiaatorid;
• Majapidamine: foolium, nõud, peeglid, väiketehnika;

Selle laia levikut seletatakse metalli eelistega, kuid sellel on ka märkimisväärne puudus - madal tugevus. Selle minimeerimiseks lisatakse metallile ka magneesiumi.

Nagu te juba aru saate, kasutatakse alumiiniumi ja selle ühendeid peamiselt elektrotehnikas (ja lihtsalt tehnoloogias), igapäevaelus, tööstuses, masinaehituses ja lennunduses. Nüüd räägime alumiiniummetalli kasutamisest ehituses.

See video räägib teile alumiiniumi ja selle sulamite kasutamisest:

Kasutamine ehituses

Alumiiniumi kasutamise inimeste poolt ehitusvaldkonnas määrab selle vastupidavus korrosioonile. See võimaldab teha sellest konstruktsioone, mida plaanitakse kasutada nii agressiivses keskkonnas kui ka välistingimustes.

Katusematerjalid

Alumiiniumi kasutatakse aktiivselt. Sellel lehtmaterjalil on lisaks headele dekoratiiv-, kande- ja ümbritsemisomadustele ka taskukohane hind võrreldes teiste katusematerjalidega. Pealegi ei vaja selline katus ennetavat kontrolli ega remonti ning selle kasutusiga ületab paljusid olemasolevaid materjale.

Lisades puhtale alumiiniumile muid metalle, saate absoluutselt kõik dekoratiivsed omadused. See katusekate võimaldab teil valida laia värvivaliku, mis sobib ideaalselt üldise stiiliga.

Aknaraamid

Alumiiniumi leiate laternate ja aknaraamide hulgast. Kui seda kasutatakse sarnasel eesmärgil, osutub see ebausaldusväärseks ja lühiajaliseks materjaliks.

Teras kattub kiiresti korrosiooniga, sellel on suur sidekaal ja seda on ebamugav avada. Alumiiniumkonstruktsioonidel omakorda selliseid puudusi pole.

Allolev video räägib teile alumiiniumi omadustest ja kasutamisest:

Seinapaneelid

Alumiiniumpaneelid on valmistatud selle metalli sulamitest ja neid kasutatakse majade välisviimistluseks. Need võivad olla tavaliste stantsitud lehtede või valmis kattepaneelide kujul, mis koosnevad lehtedest, isolatsioonist ja vooderdist. Igal juhul hoiavad nad võimalikult palju maja sees soojust ja olles kerged, ei kanna vundamendile langevat koormust.

Iga keemilist elementi saab käsitleda kolme teaduse seisukohast: füüsika, keemia ja bioloogia. Ja selles artiklis proovime alumiiniumi võimalikult täpselt iseloomustada. See on keemiline element, mis asub perioodilisuse tabeli järgi kolmandas rühmas ja kolmandas perioodis. Alumiinium on keskmise keemilise reaktsioonivõimega metall. Selle ühendites võib täheldada ka amfoteerseid omadusi. Alumiiniumi aatommass on kakskümmend kuus grammi mooli kohta.

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Normaaltingimustes on see tahke aine. Alumiiniumi valem on väga lihtne. See koosneb aatomitest (ei ole ühendatud molekulideks), mis on kristallvõre abil paigutatud tahkeks aineks. Alumiiniumi värvus on hõbevalge. Lisaks on sellel nagu kõigil teistel selle rühma ainetel metalliline läige. Tööstuses kasutatava alumiiniumi värvus võib sulamis sisalduvate lisandite tõttu erineda. See on üsna kerge metall.

Selle tihedus on 2,7 g/cm3, see tähendab, et see on rauast ligikaudu kolm korda kergem. Selles võib see olla ainult madalam kui magneesium, mis on isegi kergem kui kõnealune metall. Alumiiniumi kõvadus on üsna madal. Selles on see enamikust metallidest madalam. Alumiiniumi kõvadus on vaid kaks. Seetõttu lisatakse selle tugevdamiseks sellel metallil põhinevatele sulamitele kõvemaid.

Alumiinium sulab ainult 660 kraadi Celsiuse järgi. Ja see keeb, kui seda kuumutada temperatuurini kaks tuhat nelisada viiskümmend kaks kraadi Celsiuse järgi. See on väga plastiline ja sulav metall. Alumiiniumi füüsikalised omadused sellega ei lõpe. Samuti tahaksin märkida, et sellel metallil on vase ja hõbeda järel parim elektrijuhtivus.

Levimus looduses

Alumiinium, mille tehnilisi omadusi äsja vaatasime, on keskkonnas üsna levinud. Seda võib täheldada paljude mineraalide koostises. Alumiinium on looduses levinumalt neljas element. Seda on maapõues peaaegu üheksa protsenti. Peamised selle aatomeid sisaldavad mineraalid on boksiit, korund ja krüoliit. Esimene on kivim, mis koosneb raua, räni ja kõnealuse metalli oksiididest ning struktuuris on ka veemolekule. Sellel on heterogeenne värvus: halli, punakaspruuni ja muude värvide killud, mis sõltuvad mitmesuguste lisandite olemasolust. Kolmkümmend kuni kuuskümmend protsenti sellest kivist on alumiinium, mille fotot näete ülal. Lisaks on korund looduses väga levinud mineraal.

See on alumiiniumoksiid. Selle keemiline valem on Al2O3. See võib olla punane, kollane, sinine või pruun. Selle kõvadus Mohsi skaalal on üheksa. Korundi sortide hulka kuuluvad tuntud safiirid ja rubiinid, leukosafiirid, aga ka padparadscha (kollane safiir).

Krüoliit on keerulisema keemilise valemiga mineraal. See koosneb alumiinium- ja naatriumfluoriididest - AlF3.3NaF. See näib olevat värvitu või hallikas kivi, mille kõvadus on Mohsi skaalal vaid kolm. Kaasaegses maailmas sünteesitakse seda laboritingimustes kunstlikult. Seda kasutatakse metallurgias.

Alumiiniumi leidub looduses ka savides, mille põhikomponentideks on räni ja vaadeldava metalli oksiidid, mis on seotud veemolekulidega. Lisaks võib seda keemilist elementi täheldada nefeliinide koostises, mille keemiline valem on järgmine: KNa34.

Kviitung

Alumiiniumi omadused hõlmavad selle sünteesimeetodite kaalumist. On mitmeid meetodeid. Alumiiniumi tootmine esimesel meetodil toimub kolmes etapis. Viimane neist on elektrolüüsi protseduur katoodil ja süsinikanoodil. Sellise protsessi läbiviimiseks on vaja alumiiniumoksiidi, aga ka abiaineid, nagu krüoliit (valem - Na3AlF6) ja kaltsiumfluoriid (CaF2). Vees lahustunud alumiiniumoksiidi lagunemise protsessi toimumiseks tuleb see koos sulatatud krüoliidi ja kaltsiumfluoriidiga kuumutada temperatuurini vähemalt üheksasada viiskümmend kraadi Celsiuse järgi ning seejärel läbida vool kaheksakümmend tuhat amprit ja nende ainete pinge viis.kaheksa volti. Seega sadestub selle protsessi tulemusena katoodile alumiinium ja anoodile kogunevad hapniku molekulid, mis omakorda oksüdeerivad anoodi ja muudavad selle süsinikdioksiidiks. Enne seda protseduuri puhastatakse boksiit, mille kujul alumiiniumoksiidi kaevandatakse, esmalt lisanditest ja läbib ka dehüdratsiooniprotsessi.

Alumiiniumi tootmine ülalkirjeldatud meetodil on metallurgias väga levinud. Samuti on olemas meetod, mille 1827. aastal leiutas F. Wöhler. See seisneb selles, et alumiiniumi saab ekstraheerida selle kloriidi ja kaaliumi vahelise keemilise reaktsiooni abil. Sellist protsessi saab läbi viia ainult eritingimuste loomisel väga kõrge temperatuuri ja vaakumi näol. Seega saab ühest moolist kloriidist ja samast mahust kaaliumist saada ühe mooli alumiiniumi ja kolm mooli kõrvalsaadusena. Selle reaktsiooni saab kirjutada järgmise võrrandi kujul: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. See meetod pole metallurgias suurt populaarsust saavutanud.

Alumiiniumi omadused keemilisest vaatenurgast

Nagu eespool mainitud, on see lihtne aine, mis koosneb aatomitest, mis ei ole molekulideks ühendatud. Peaaegu kõik metallid moodustavad sarnaseid struktuure. Alumiiniumil on üsna kõrge keemiline aktiivsus ja tugevad redutseerivad omadused. Alumiiniumi keemiline iseloomustus algab selle reaktsioonide kirjeldusega teiste lihtsate ainetega ja seejärel kirjeldatakse koostoimeid keeruliste anorgaaniliste ühenditega.

Alumiinium ja lihtained

Nende hulka kuuluvad ennekõike hapnik - planeedi kõige levinum ühend. 21 protsenti Maa atmosfäärist koosneb sellest. Teatud aine reaktsiooni mis tahes muu ainega nimetatakse oksüdatsiooniks või põlemiseks. Tavaliselt esineb see kõrgel temperatuuril. Kuid alumiiniumi puhul on tavatingimustes oksüdeerumine võimalik – nii tekibki oksiidkile. Kui see metall purustatakse, siis see põleb, vabastades soojuse kujul suurel hulgal energiat. Alumiiniumi ja hapniku vahelise reaktsiooni läbiviimiseks on neid komponente vaja molaarsuhtes 4:3, mille tulemuseks on kaks osa oksiidist.

Seda keemilist vastasmõju väljendatakse järgmise võrrandi kujul: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Võimalikud on ka alumiiniumi reaktsioonid halogeenidega, mille hulka kuuluvad fluor, jood, broom ja kloor. Nende protsesside nimetused tulenevad vastavate halogeenide nimedest: fluorimine, jodimine, broomimine ja kloorimine. Need on tüüpilised liitumisreaktsioonid.

Vaatleme näiteks alumiiniumi ja kloori koostoimet. Selline protsess saab toimuda ainult külmas.

Seega, võttes kaks mooli alumiiniumi ja kolm mooli kloori, on tulemuseks kaks mooli kõnealuse metalli kloriidi. Selle reaktsiooni võrrand on järgmine: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Samal viisil saate alumiiniumfluoriidi, selle bromiidi ja jodiidi.

Vaatlusalune aine reageerib väävliga ainult kuumutamisel. Nende kahe ühendi vahelise reaktsiooni läbiviimiseks peate võtma need molaarsetes vahekordades kaks kuni kolm ja moodustub üks osa alumiiniumsulfiidist. Reaktsioonivõrrand näeb välja selline: 2Al + 3S = Al2S3.

Lisaks reageerib alumiinium kõrgel temperatuuril nii süsinikuga, moodustades karbiidi, kui ka lämmastikuga, moodustades nitriidi. Näitena võib tuua järgmised keemiliste reaktsioonide võrrandid: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Koostoime keeruliste ainetega

Nende hulka kuuluvad vesi, soolad, happed, alused, oksiidid. Alumiinium reageerib kõigi nende keemiliste ühenditega erinevalt. Vaatame iga juhtumit lähemalt.

Reaktsioon veega

Alumiinium reageerib kuumutamisel kõige tavalisema kompleksainega Maal. See juhtub ainult siis, kui esmalt eemaldatakse oksiidkile. Interaktsiooni tulemusena tekib amfoteerne hüdroksiid, samuti paiskub õhku vesinik. Võttes kaks osa alumiiniumi ja kuus osa vett, saame hüdroksiidi ja vesiniku molaarsetes vahekordades kaks kuni kolm. Selle reaktsiooni võrrand on kirjutatud järgmiselt: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Koostoime hapete, aluste ja oksiididega

Nagu teisedki aktiivsed metallid, on alumiinium võimeline läbima asendusreaktsioone. Seejuures võib see happest välja tõrjuda vesiniku või oma soolast passiivsema metalli katiooni. Selliste interaktsioonide tulemusena tekib alumiiniumsool ja eraldub ka vesinik (happe puhul) või sadestub puhas metall (see, mis on vähemaktiivne kui kõnealune). Teisel juhul ilmnevad ülalmainitud taastavad omadused. Näitena võib tuua alumiiniumi vastasmõju, millega tekib alumiiniumkloriid ja vesinik eraldub õhku. Seda tüüpi reaktsiooni väljendatakse järgmise võrrandi kujul: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Alumiiniumi ja soola koostoime näide on selle reaktsioon nende kahe komponendi võtmisega, saame lõpuks puhta vase, mis sadestub. Alumiinium reageerib ainulaadsel viisil selliste hapetega nagu väävel- ja lämmastikhape. Näiteks kui nitraathappe lahjendatud lahusele lisada alumiiniumi molaarsuhtes kaheksa osa kuni kolmkümmend, moodustub kaheksa osa kõnealuse metalli nitraati, kolm osa lämmastikoksiidi ja viisteist vett. Selle reaktsiooni võrrand on kirjutatud järgmiselt: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. See protsess toimub ainult kõrge temperatuuri juuresolekul.

Kui segame alumiiniumi ja nõrga sulfaathappe lahuse molaarsuhtes kaks kuni kolm, saame kõnealuse metalli sulfaadi ja vesiniku vahekorras üks kuni kolm. See tähendab, et toimub tavaline asendusreaktsioon, nagu ka teiste hapete puhul. Selguse huvides esitame võrrandi: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Sama happe kontsentreeritud lahusega on aga kõik keerulisem. Siin, nagu nitraadi puhul, tekib kõrvalsaadus, kuid mitte oksiidina, vaid väävli ja vee kujul. Kui võtta kaks vajalikku komponenti molaarsuhtes kaks kuni neli, on tulemuseks üks osa kõnealuse metalli soolast ja väävlist, samuti neli osa vett. Seda keemilist koostoimet saab väljendada järgmise võrrandi abil: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Lisaks on alumiinium võimeline reageerima leeliselahustega. Sellise keemilise interaktsiooni läbiviimiseks peate võtma kaks mooli kõnealust metalli, sama palju kaaliumi ja ka kuus mooli vett. Selle tulemusena moodustuvad sellised ained nagu naatrium- või kaaliumtetrahüdroksüaluminaat, aga ka vesinik, mis eraldub terava lõhnaga gaasi kujul molaarsuhtes kaks kuni kolm. Seda keemilist reaktsiooni saab esitada järgmise võrrandi kujul: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

Ja viimane asi, mida tuleb arvestada, on alumiiniumi ja teatud oksiidide koostoime mustrid. Kõige tavalisem ja kasutatav juhtum on Beketovi reaktsioon. See, nagu paljud teised eespool käsitletud, esineb ainult kõrgetel temperatuuridel. Niisiis, selle rakendamiseks peate võtma kaks mooli alumiiniumi ja ühe mooli raudoksiidi. Nende kahe aine koosmõju tulemusena saame alumiiniumoksiidi ja vaba rauda vastavalt ühe ja kahe mooli koguses.

Kõnealuse metalli kasutamine tööstuses

Pange tähele, et alumiiniumi kasutamine on väga levinud nähtus. Esiteks vajab seda lennundustööstus. Koos sellega kasutatakse ka kõnealusel metallil põhinevaid sulameid. Võib öelda, et keskmine lennuk koosneb 50% alumiiniumisulamitest ja selle mootor - 25%. Alumiiniumi kasutatakse selle suurepärase elektrijuhtivuse tõttu ka juhtmete ja kaablite valmistamisel. Lisaks kasutatakse seda metalli ja selle sulameid autotööstuses laialdaselt. Nendest materjalidest valmistatakse autode, busside, trollibusside, osade trammide, aga ka tava- ja elektrirongivagunite kered.

Seda kasutatakse ka väiksemamahulistel eesmärkidel, näiteks toidu- ja muude toodete pakendite ning nõude valmistamisel. Hõbedavärvi valmistamiseks vajate kõnealuse metalli pulbrit. Seda värvi on vaja raua kaitsmiseks korrosiooni eest. Võib öelda, et alumiinium on ferrumi järel tööstuses enimkasutatav metall. Selle ühendeid ja teda ennast kasutatakse sageli keemiatööstuses. Seda seletatakse alumiiniumi eriliste keemiliste omadustega, sealhulgas selle redutseerivate omadustega ja selle ühendite amfoteersetega. Kõnealuse keemilise elemendi hüdroksiid on vajalik vee puhastamiseks. Lisaks kasutatakse seda meditsiinis vaktsiini tootmisprotsessis. Seda võib leida ka teatud tüüpi plastist ja muudest materjalidest.

Roll looduses

Nagu eespool juba kirjutatud, leidub alumiiniumi maakoores suurtes kogustes. See on eriti oluline elusorganismide jaoks. Alumiinium osaleb kasvuprotsesside reguleerimises, moodustab sidekudesid nagu luud, sidemed jt. Tänu sellele mikroelemendile toimuvad kehakudede regenereerimise protsessid kiiremini. Selle puudulikkust iseloomustavad järgmised sümptomid: arengu- ja kasvuhäired lastel; täiskasvanutel - krooniline väsimus, vähenenud jõudlus, liigutuste koordineerimise häired, kudede taastumise kiiruse vähenemine, lihaste nõrgenemine, eriti jäsemetes. See nähtus võib ilmneda, kui sööte liiga vähe seda mikroelementi sisaldavaid toite.

Sagedasem probleem on aga liigne alumiinium kehas. Sellisel juhul täheldatakse sageli järgmisi sümptomeid: närvilisus, depressioon, unehäired, mälu vähenemine, vastupidavus stressile, lihas-skeleti süsteemi pehmenemine, mis võib põhjustada sagedasi luumurde ja nikastusi. Alumiiniumi pikaajalisel liialdamisel kehas tekivad sageli probleemid peaaegu iga organsüsteemi töös.

Selle nähtuse põhjuseks võivad olla mitmed põhjused. Esiteks on teadlased juba ammu tõestanud, et kõnealusest metallist valmistatud nõud ei sobi neis toidu valmistamiseks, kuna kõrgel temperatuuril satub osa alumiiniumist toidu sisse ja selle tulemusena kulub seda mikroelementi palju rohkem kui keha vajab.

Teiseks põhjuseks on kõnealust metalli või selle sooli sisaldavate kosmeetikavahendite regulaarne kasutamine. Enne mis tahes toote kasutamist lugege hoolikalt selle koostist. Kosmeetika pole erand.

Kolmas põhjus on pikaajaline rohkelt alumiiniumi sisaldavate ravimite võtmine. Nagu ka seda mikroelementi sisaldavate vitamiinide ja toidulisandite ebaõige kasutamine.

Nüüd mõtleme välja, millised tooted sisaldavad alumiiniumi, et oma toitumist reguleerida ja menüüd õigesti korraldada. Esiteks on need porgandid, sulatatud juustud, nisu, maarjas, kartul. Soovitatavad puuviljad on avokaadod ja virsikud. Lisaks on alumiiniumirikas valge kapsas, riis ja paljud ravimtaimed. Samuti võib joogivesi sisaldada kõnealuse metalli katioone. Alumiiniumi (nagu ka muude mikroelementide) kõrge või madala taseme vältimiseks kehas peate hoolikalt jälgima oma toitumist ja püüdma seda võimalikult tasakaalustada.

Alumiiniumi on maapõues palju: 8,6 massiprotsenti. See on kõigi metallide seas esikohal ja muude elementide seas (hapniku ja räni järel) kolmandal kohal. Alumiiniumi on kaks korda rohkem kui rauda ja 350 korda rohkem kui vaske, tsinki, kroomi, tina ja pliid kokku! Nagu ta kirjutas rohkem kui 100 aastat tagasi oma klassikalises õpikus Keemia alused D.I.Mendelejev, kõigist metallidest on „alumiinium looduses kõige levinum; Piisab, kui märkida, et see on savi osa, et teha selgeks alumiiniumi universaalne jaotus maakoores. Alumiiniumi ehk maarjametalli (alumiin) nimetatakse ka saviks, kuna seda leidub savis.

Alumiiniumi tähtsaim mineraal on boksiit, aluselise oksiidi AlO(OH) ja hüdroksiidi Al(OH) 3 segu. Suurimad boksiidimaardlad asuvad Austraalias, Brasiilias, Guineas ja Jamaical; tööstuslikku tootmist teostatakse ka teistes riikides. Alumiiniumirikkad on ka aluniit (maarjakivi) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 ja nefeliin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2. Kokku on teada üle 250 mineraali, mis sisaldavad alumiiniumi; enamik neist on alumosilikaadid, millest moodustub peamiselt maakoor. Nende ilmastiku mõjul tekib savi, mille aluseks on mineraalne kaoliniit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Raualisandid värvivad savi tavaliselt pruuniks, kuid leidub ka valget savi – kaoliini, millest valmistatakse. portselanist ja savist tooted.

Aeg-ajalt leitakse erakordselt kõva (teemandi järel teisel kohal) mineraalne korund – kristalliline oksiid Al 2 O 3, mida sageli värvivad erinevat värvi lisandid. Selle sinist sorti (titaani ja raua segu) nimetatakse safiiriks, punast (kroomi segu) rubiiniks. Erinevad lisandid võivad värvida ka nn õilsa korundi roheliseks, kollaseks, oranžiks, lillaks jt värviks ja tooniks.

Kuni viimase ajani arvati, et alumiinium kui väga aktiivne metall ei saa vabas olekus looduses esineda, kuid 1978. aastal avastati Siberi platvormi kivimitest looduslik alumiinium - ainult niidilaadsete kristallide kujul. 0,5 mm pikk (keerme paksusega mitu mikromeetrit). Looduslikku alumiiniumi avastati ka Kuu pinnasest, mis toodi Maale Kriisi- ja Küllusemere piirkondadest. Arvatakse, et alumiiniummetalli võib tekkida gaasi kondenseerumisel. On teada, et alumiiniumhalogeniidide - kloriidi, bromiidi, fluoriidi - kuumutamisel võivad need suurema või vähema vaevaga aurustuda (näiteks AlCl 3 sublimeerub juba 180 ° C juures). Temperatuuri tugeva tõusu korral lagunevad alumiiniumhalogeniidid, muutudes madalama metalli valentsiga olekusse, näiteks AlCl. Kui selline ühend kondenseerub temperatuuri languse ja hapniku puudumisega, toimub tahkes faasis disproportsioonireaktsioon: osa alumiiniumi aatomeid oksüdeerub ja läheb tavapärasesse kolmevalentsesse olekusse ning osa redutseerub. Monivalentset alumiiniumi saab redutseerida ainult metalliks: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Seda oletust toetab ka natiivsete alumiiniumkristallide niiditaoline kuju. Tavaliselt tekivad selle struktuuriga kristallid kiire kasvu tõttu gaasifaasist. Tõenäoliselt tekkisid sarnasel viisil ka Kuu pinnases olevad mikroskoopilised alumiiniumitükid.

Nimetus alumiinium tuleneb ladinakeelsest sõnast alumen (perekond aluminis). Nii nimetati maarjast, topeltkaalium-alumiiniumsulfaati KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), mida kasutati kangaste värvimisel peitsina. Ladinakeelne nimi pärineb tõenäoliselt kreekakeelsest "halme" -st - soolvesi, soolalahus. On uudishimulik, et Inglismaal on alumiinium alumiinium ja USA-s alumiinium.

Paljud populaarsed keemiaraamatud sisaldavad legendi, et teatud leiutaja, kelle nime ajalugu pole säilitanud, tõi aastatel 14–27 pKr Roomat valitsenud keiser Tiberiusele hõbedavärvi meenutavast metallist valmistatud kausi, kuid heledam. See kingitus maksis meistrile elu: Tiberius käskis tema hukkamise ja töökoja hävitamise, kuna kartis, et uus metall võib keiserlikus riigikassas hõbeda väärtust amortiseerida.

See legend põhineb Rooma kirjaniku ja õpetlase, kirjaniku Plinius Vanema lool Looduslugu– iidsete aegade loodusteaduslike teadmiste entsüklopeedia. Pliniuse sõnul saadi uus metall "savisest mullast". Kuid savi sisaldab alumiiniumi.

Kaasaegsed autorid teevad peaaegu alati reservatsiooni, et kogu see lugu pole midagi muud kui ilus muinasjutt. Ja see pole üllatav: kivimites sisalduv alumiinium on hapnikuga äärmiselt tihedalt seotud ja selle vabastamiseks tuleb kulutada palju energiat. Hiljuti on aga ilmunud uusi andmeid metallilise alumiiniumi saamise põhimõttelise võimaluse kohta iidsetel aegadel. Nagu spektraalanalüüs näitas, 3. sajandi alguses surnud Hiina komandöri Zhou-Zhu hauakaunistused. AD, on valmistatud sulamist, mis koosneb 85% alumiiniumist. Kas iidsed inimesed võisid saada tasuta alumiiniumi? Kõik teadaolevad meetodid (elektrolüüs, redutseerimine metallilise naatriumi või kaaliumiga) elimineeritakse automaatselt. Kas iidsetel aegadel võis leida looduslikku alumiiniumi, näiteks kulla-, hõbeda- ja vasetükke? See on samuti välistatud: looduslik alumiinium on haruldane mineraal, mida leidub ebaolulistes kogustes, nii et iidsed käsitöölised ei suutnud selliseid tükikesi vajalikus koguses leida ja koguda.

Pliniuse loole on aga võimalik ka teine ​​seletus. Alumiiniumi saab maakidest kätte mitte ainult elektri ja leelismetallide abil. Saadaval ja iidsetest aegadest laialdaselt kasutatud redutseerija on kivisüsi, mille abil paljude metallide oksiidid taandatakse kuumutamisel vabadeks metallideks. 1970. aastate lõpus otsustasid Saksa keemikud katsetada, kas alumiiniumi võidi iidsetel aegadel toota kivisöega redutseerimise teel. Nad kuumutasid savi segu kivisöepulbri ja lauasoola või kaaliumkloriidiga (kaaliumkarbonaat) savitiiglis punaseks. Sool saadi mereveest ja kaaliumkloriid taimetuhast, et kasutada ainult neid aineid ja meetodeid, mis olid kättesaadavad iidsetel aegadel. Mõne aja pärast ujus tiigli pinnale alumiiniumkuulikestega räbu! Metallisaagis oli väike, kuid on võimalik, et just sel viisil said muistsed metallurgid kätte “20. sajandi metalli”.

Alumiiniumi omadused.

Puhta alumiiniumi värvus meenutab hõbedat, see on väga kerge metall: selle tihedus on vaid 2,7 g/cm 3 . Ainsad alumiiniumist kergemad metallid on leelis- ja leelismuldmetallid (va baarium), berüllium ja magneesium. Alumiinium sulab ka kergesti - 600 ° C juures (õhukese alumiiniumtraati saab sulatada tavalisel köögipõletil), kuid keeb ainult 2452 ° C juures. Elektrijuhtivuse poolest on alumiinium 4. kohal, hõbeda järel teisel kohal (see on esikohal), vask ja kuld, millel on alumiiniumi odavust arvestades suur praktiline tähtsus. Metallide soojusjuhtivus muutub samas järjekorras. Alumiiniumi kõrget soojusjuhtivust on lihtne kontrollida, kastes alumiiniumlusika kuuma tee sisse. Ja veel üks selle metalli tähelepanuväärne omadus: selle sile, läikiv pind peegeldab suurepäraselt valgust: spektri nähtavas piirkonnas 80–93%, olenevalt lainepikkusest. Ultraviolettpiirkonnas ei ole alumiiniumil selles osas võrdset ja ainult punases piirkonnas jääb see hõbedale veidi alla (ultravioletis on hõbeda peegelduvus väga madal).

Puhas alumiinium on parajalt pehme metall – pea kolm korda pehmem kui vask, nii et ka suhteliselt jämedaid alumiiniumplaate ja -vardaid on lihtne painutada, kuid kui alumiiniumist moodustub sulameid (neid on tohutult palju), võib selle kõvadus kümnekordistada.

Alumiiniumi iseloomulik oksüdatsiooniaste on +3, kuid täitmata 3 olemasolu tõttu R- ja 3 d-orbitaalid, alumiiniumi aatomid võivad moodustada täiendavaid doonor-aktseptor sidemeid. Seetõttu on väikese raadiusega Al 3+ ioon väga vastuvõtlik komplekside tekkele, moodustades mitmesuguseid katioonseid ja anioonseid komplekse: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – ja paljud teised. Tuntud on ka kompleksid orgaaniliste ühenditega.

Alumiiniumi keemiline aktiivsus on väga kõrge; elektroodide potentsiaalide reas seisab see vahetult magneesiumi taga. Esmapilgul võib selline väide tunduda kummaline: alumiiniumist pann või lusikas on ju õhus üsna stabiilne ega vaju keevas vees kokku. Alumiinium, erinevalt rauast, ei roosteta. Selgub, et õhuga kokku puutudes katab metall värvitu õhukese, kuid vastupidava oksiidist “soomuse”, mis kaitseb metalli oksüdeerumise eest. Seega, kui sisestate põleti leeki paksu alumiiniumtraadi või plaadi, mille paksus on 0,5–1 mm, siis metall sulab, kuid alumiinium ei voola, kuna see jääb oma oksiidikotti. Kui jätate alumiiniumist kaitsekilest ilma või teete selle lahti (näiteks kastes selle elavhõbedasoolade lahusesse), paljastab alumiinium kohe oma tõelise olemuse: juba toatemperatuuril hakkab see veega intensiivselt reageerima, vabastades vesinikku. : 2Al + 6H2O® 2Al(OH)3 + 3H2. Õhus muutub kaitsekilest eemaldatud alumiinium otse meie silme all lahtiseks oksiidpulbriks: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Alumiinium on eriti aktiivne peeneks purustatud olekus; Leeki puhumisel põleb alumiiniumtolm koheselt. Kui segate keraamilisel plaadil alumiiniumtolmu naatriumperoksiidiga ja tilgute segule vett, süttib ka alumiinium ja põleb valge leegiga.

Alumiiniumi väga kõrge afiinsus hapniku suhtes võimaldab tal hapnikku "ära võtta" paljude teiste metallide oksiididelt, redutseerides neid (alumiiniumtermiline meetod). Tuntuim näide on termiidisegu, mille põletamisel eraldub nii palju soojust, et tekkiv raud sulab: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Selle reaktsiooni avastas 1856. aastal N. N. Beketov. Sel viisil saab metallideks redutseerida Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO ja mitmed teised oksiidid. Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 redutseerimisel alumiiniumiga ei piisa reaktsioonisoojust reaktsiooniproduktide kuumutamiseks üle nende sulamistemperatuuri.

Alumiinium lahustub kergesti lahjendatud mineraalhapetes, moodustades soolasid. Alumiiniumi pinda oksüdeeriv kontsentreeritud lämmastikhape soodustab oksiidkile paksenemist ja tugevnemist (nn metalli passiveerumist). Sel viisil töödeldud alumiinium ei reageeri isegi vesinikkloriidhappega. Elektrokeemilise anoodoksüdatsiooni (anodeerimise) abil saab alumiiniumi pinnale tekitada paksu kile, mida saab kergesti värvida erinevates värvides.

Vähemaktiivsete metallide väljatõrjumist alumiiniumi poolt soolalahustest takistab sageli alumiiniumi pinnal olev kaitsekile. See kile hävib kiiresti vaskkloriidi toimel, nii et reaktsioon 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu toimub kergesti, millega kaasneb tugev kuumenemine. Tugevates leeliste lahustes lahustub alumiinium kergesti vesiniku vabanemisega: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (tekivad ka muud anioonsed hüdroksokompleksid). Alumiiniumiühendite amfoteersus avaldub ka selle värskelt sadestunud oksiidi ja hüdroksiidi kerges lahustumises leelistes. Kristalne oksiid (korund) on väga vastupidav hapetele ja leelistele. Leelistega sulatamisel tekivad veevabad aluminaadid: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magneesiumaluminaat Mg(AlO 2) 2 on poolvääriskivi spinellkivi, mis on tavaliselt värvitud väga erinevat värvi lisanditega. .

Alumiiniumi reaktsioon halogeenidega toimub kiiresti. Kui õhuke alumiiniumtraat viiakse katseklaasi 1 ml broomiga, süttib alumiinium lühikese aja pärast ja põleb ereda leegiga. Alumiiniumi ja joodi pulbrite segu reaktsiooni käivitab tilk vett (vesi koos joodiga moodustab happe, mis hävitab oksiidkile), misjärel ilmub ere leek koos violetse joodiauru pilvedega. Alumiiniumhalogeniididel vesilahustes on hüdrolüüsi tõttu happeline reaktsioon: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Alumiiniumi reaktsioon lämmastikuga toimub ainult temperatuuril üle 800 ° C nitriidi AlN moodustumisega, väävliga - temperatuuril 200 ° C (tekib sulfiid Al 2 S 3), fosforiga - temperatuuril 500 ° C (tekkib fosfiid AlP). Kui sula alumiiniumile lisatakse boori, tekivad boriidid koostisega AlB 2 ja AlB 12 - hapetele vastupidavad tulekindlad ühendid. Hüdriid (AlH) x (x = 1,2) tekib ainult vaakumis madalatel temperatuuridel aatomi vesiniku reaktsioonil alumiiniumi auruga. AlH3-hüdriid, mis on toatemperatuuril niiskuse puudumisel stabiilne, saadakse veevaba eetri lahuses: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. LiH liiaga tekib soolataoline liitiumalumiiniumhüdriid LiAlH 4 – väga tugev redutseerija, mida kasutatakse orgaanilistes sünteesides. See laguneb koheselt veega: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Alumiiniumi tootmine.

Alumiiniumi dokumenteeritud avastus leidis aset 1825. aastal. Selle metalli sai esmakordselt kätte Taani füüsik Hans Christian Oersted, kui ta eraldas selle kaaliumamalgaami toimel veevabale alumiiniumkloriidile (saadud kloori juhtimisel läbi kuuma alumiiniumoksiidi ja kivisöe segu) ). Pärast elavhõbeda destilleerimist sai Oersted alumiiniumi, kuigi see oli saastunud lisanditega. 1827. aastal sai saksa keemik Friedrich Wöhler heksafluoroaluminaadi redutseerimisel kaaliumiga pulbrilise alumiiniumi:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Hiljem õnnestus tal saada alumiiniumi läikivate metallkuulikestena. 1854. aastal töötas prantsuse keemik Henri Etienne Saint-Clair Deville välja esimese tööstusliku meetodi alumiiniumi tootmiseks – tetrakloroaluminaadi sulamise vähendamisel naatriumiga: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Alumiinium oli aga jätkuvalt äärmiselt haruldane ja kallis metall; see ei olnud palju odavam kui kuld ja 1500 korda kallim kui raud (nüüd ainult kolm korda). Prantsuse keisri Napoleon III pojale valmistati 1850. aastatel kõristi kullast, alumiiniumist ja vääriskividest. Kui 1855. aastal Pariisi maailmanäitusel eksponeeriti uut meetodit toodetud alumiiniumi suurt valuplokki, vaadati seda kui ehteid. USA pealinnas asuva Washingtoni monumendi ülemine osa (püramiidi kujul) oli valmistatud vääris alumiiniumist. Tol ajal ei olnud alumiinium hõbedast palju odavam: näiteks USA-s müüdi seda 1856. aastal hinnaga 12 dollarit nael (454 g), hõbedat aga 15 dollariga.Kuulsa 1. köites. 1890. aastal avaldatud Brockhausi entsüklopeediline sõnaraamat ütles Efron, et "alumiiniumi kasutatakse endiselt peamiselt... luksuskaupade valmistamiseks". Selleks ajaks kaevandati kogu maailmas vaid 2,5 tonni metalli aastas. Alles 19. sajandi lõpupoole, kui alumiiniumi tootmiseks töötati välja elektrolüütiline meetod, hakkas selle aastane toodang ulatuma tuhandetesse tonnidesse ja 20. sajandil. - miljon tonni. See muutis alumiiniumi poolväärismetallist laialdaselt kättesaadavaks metalliks.

Tänapäevase alumiiniumi tootmismeetodi avastas 1886. aastal noor Ameerika teadlane Charles Martin Hall. Huvi keemia vastu tekkis tal juba lapsepõlves. Olles leidnud isa vana keemiaõpiku, asus ta seda usinalt uurima ja katseid tegema, saades kord isegi emalt noomituse õhtusöögilaudlina kahjustamise eest. Ja 10 aastat hiljem tegi ta silmapaistva avastuse, mis tegi ta kuulsaks kogu maailmas.

16-aastase õpilasena kuulis Hall oma õpetajalt F. F. Jewettilt, et kui keegi suudaks välja töötada odava meetodi alumiiniumi tootmiseks, ei teeks see inimene inimkonnale mitte ainult suurt teenistust, vaid teeniks ka tohutu varanduse. Jewett teadis, mida ta räägib: ta oli varem Saksamaal koolitanud, töötanud koos Wöhleriga ja arutanud temaga alumiiniumi tootmise probleeme. Jewett tõi Ameerikasse kaasa ka haruldase metalli näidise, mida ta oma õpilastele näitas. Järsku teatas Hall avalikult: "Ma saan selle metalli!"

Kuus aastat rasket tööd jätkus. Hall püüdis alumiiniumi hankida erinevatel meetoditel, kuid edutult. Lõpuks proovis ta seda metalli elektrolüüsi abil ekstraheerida. Tol ajal veel elektrijaamu ei olnud, voolu tuli genereerida suurte omatehtud akudega söest, tsingist, lämmastik- ja väävelhappest. Hall töötas laudas, kus ta rajas väikese labori. Teda aitas õde Julia, kes oli venna katsetest väga huvitatud. Ta säilitas kõik tema kirjad ja tööpäevikud, mis võimaldavad sõna otseses mõttes jälgida avastuse ajalugu päevast päeva. Siin on väljavõte tema memuaaridest:

"Charles oli alati heas tujus ja isegi halvimatel päevadel suutis ta naerda õnnetute leiutajate saatuse üle. Ebaõnnestumisel leidis ta lohutust meie vana klaveri juurest. Kodulaboris töötas ta pikki tunde ilma vaheajata; ja kui ta sai korraks komplektist lahkuda, tormas ta meie pikast majast üle, et natukene mängida... ma teadsin, et sellise võlu ja tundega mängides mõtles ta pidevalt oma tööle. Ja muusika aitas teda selles.

Kõige keerulisem oli valida elektrolüüti ja kaitsta alumiiniumi oksüdeerumise eest. Pärast kuuekuulist kurnavat tööd ilmus tiiglisse lõpuks mitu väikest hõbedast kuuli. Hall jooksis kohe oma endise õpetaja juurde, et talle oma edust rääkida. “Professor, ma sain aru!” hüüatas ta kätt ulatades: tema peopesas lebas tosin väikest alumiiniumkuuli. See juhtus 23. veebruaril 1886. Ja täpselt kaks kuud hiljem, sama aasta 23. aprillil, võttis prantslane Paul Héroux välja patendi sarnasele leiutisele, mille ta tegi iseseisvalt ja peaaegu samaaegselt (tormavad ka kaks muud kokkusattumust: nii Hall kui ka Héroux sündisid 1863. aastal ja surid 1914. aastal).

Nüüd hoitakse esimesi Halli toodetud alumiiniumkuule rahvusliku reliikviana Pittsburghis asuvas American Aluminium Companys ja tema kolledžis on Hallile alumiiniumist valatud monument. Jewett kirjutas hiljem: „Minu kõige olulisem avastus oli inimese avastamine. See oli Charles M. Hall, kes avastas 21-aastaselt meetodi alumiiniumi redutseerimiseks maagist ja tegi sellega alumiiniumist selle imelise metalli, mida praegu kasutatakse laialdaselt kogu maailmas. Jewetti ennustus läks tõeks: Hall pälvis laialdase tunnustuse ja temast sai paljude teadusseltside auliige. Kuid tema isiklik elu oli ebaõnnestunud: pruut ei tahtnud leppida tõsiasjaga, et tema kihlatu veedab kogu oma aja laboris, ja katkestas kihluse. Hall leidis lohutust oma sünnikõrgkoolis, kus ta töötas kogu ülejäänud elu. Nagu Charlesi vend kirjutas: "Kolledž oli tema naine, lapsed ja kõik muu - kogu tema elu." Hall pärandas suurema osa oma pärandist kolledžile – 5 miljonit dollarit.Hall suri 51-aastaselt leukeemiasse.

Halli meetod võimaldas toota elektrit kasutades suures mahus suhteliselt odavat alumiiniumi. Kui aastatel 1855–1890 saadi ainult 200 tonni alumiiniumi, siis järgmisel kümnendil saadi Halli meetodil seda metalli kogu maailmas juba 28 000 tonni! 1930. aastaks ulatus ülemaailmne aastane alumiiniumitoodang 300 tuhande tonnini. Nüüd toodetakse aastas üle 15 miljoni tonni alumiiniumi. Spetsiaalsetes vannides temperatuuril 960–970 ° C töödeldakse alumiiniumoksiidi (tehniline Al 2 O 3) lahus sulas krüoliidis Na 3 AlF 6, mis on osaliselt kaevandatud mineraali kujul ja osaliselt spetsiaalselt sünteesitud. elektrolüüsile. Vedel alumiinium koguneb vanni (katoodi) põhja, süsiniku anoodidel eraldub hapnik, mis järk-järgult põleb. Madalpingel (umbes 4,5 V) tarbivad elektrolüsaatorid tohutuid voolusid - kuni 250 000 A! Üks elektrolüsaator toodab umbes tonni alumiiniumi päevas. Tootmine nõuab palju elektrit: 1 tonni metalli tootmiseks kulub 15 000 kilovatt-tundi elektrit. Sellise koguse elektrit tarbib suur 150 korteriga maja terve kuu. Alumiiniumi tootmine on keskkonnaohtlik, kuna atmosfääriõhk on saastatud lenduvate fluoriühenditega.

Alumiiniumi pealekandmine.

Isegi D.I. Mendelejev kirjutas, et "metallumiinium, millel on suur kergus ja tugevus ning väike õhumuutus, sobib mõne toote jaoks väga hästi". Alumiinium on üks levinumaid ja odavamaid metalle. Tänapäeva elu ilma selleta on raske ette kujutada. Pole ime, et alumiiniumi nimetatakse 20. sajandi metalliks. See sobib hästi töötlemiseks: sepistamine, stantsimine, valtsimine, joonistamine, pressimine. Puhas alumiinium on üsna pehme metall; Seda kasutatakse elektrijuhtmete, konstruktsiooniosade, toidufooliumi, köögiriistade ja “hõbedase” värvi valmistamiseks. Seda kaunist ja kerget metalli kasutatakse laialdaselt ehitus- ja lennutehnoloogias. Alumiinium peegeldab valgust väga hästi. Seetõttu kasutatakse seda peeglite valmistamiseks metalli vaakumis sadestamise meetodil.

Lennuki- ja masinaehituses, ehituskonstruktsioonide valmistamisel kasutatakse palju kõvemaid alumiiniumisulameid. Üks kuulsamaid on alumiiniumi sulam vase ja magneesiumiga (duralumiinium või lihtsalt "duralumiinium"; nimi pärineb Saksamaa linnast Duren). Pärast kõvenemist omandab see sulam erilise kõvaduse ja muutub ligikaudu 7 korda tugevamaks kui puhas alumiinium. Samas on see rauast ligi kolm korda kergem. See saadakse alumiiniumi legeerimisel väikeste vase, magneesiumi, mangaani, räni ja raua lisanditega. Laialdaselt kasutatakse silumiine - alumiiniumi ja räni sulameid. Toodetakse ka ülitugevaid, krüogeenseid (külmakindlaid) ja kuumakindlaid sulameid. Kaitse- ja dekoratiivkatteid on lihtne paigaldada alumiiniumisulamitest valmistatud toodetele. Alumiiniumisulamite kergus ja tugevus on eriti kasulikud lennutehnoloogias. Näiteks on helikopteri rootorid valmistatud alumiiniumi, magneesiumi ja räni sulamist. Suhteliselt odav alumiiniumpronks (kuni 11% Al) on kõrgete mehaaniliste omadustega, see on stabiilne merevees ja isegi lahjendatud vesinikkloriidhappes. Aastatel 1926–1957 vermiti NSV Liidus alumiiniumpronksist münte nimiväärtusega 1, 2, 3 ja 5 kopikat.

Praegu kulub ehituseks veerand kogu alumiiniumist, sama palju kulub transporditehnikale, ligikaudu 17% kulub pakkematerjalidele ja purkidele ning 10% elektrotehnikale.

Paljud tule- ja plahvatusohtlikud segud sisaldavad ka alumiiniumi. Alumotol, trinitrotolueeni ja alumiiniumipulbri valatud segu, on üks võimsamaid tööstuslikke lõhkeaineid. Ammonaal on plahvatusohtlik aine, mis koosneb ammooniumnitraadist, trinitrotolueenist ja alumiiniumipulbrist. Süütekompositsioonid sisaldavad alumiiniumi ja oksüdeerivat ainet - nitraati, perkloraati. Zvezdochka pürotehnilised kompositsioonid sisaldavad ka pulbrilist alumiiniumi.

Alumiiniumipulbri segu metallioksiididega (termiit) kasutatakse teatud metallide ja sulamite tootmiseks, rööbaste keevitamiseks ja süütelaskemoonas.

Alumiinium on leidnud praktilist kasutust ka raketikütusena. 1 kg alumiiniumi täielikuks põletamiseks kulub peaaegu neli korda vähem hapnikku kui 1 kg petrooleumi jaoks. Lisaks saab alumiiniumi oksüdeerida mitte ainult vaba hapnikuga, vaid ka seotud hapnikuga, mis on osa veest või süsinikdioksiidist. Kui alumiinium "põleb" vees, eraldub 1 kg toote kohta 8800 kJ; seda on 1,8 korda vähem kui metalli põlemisel puhtas hapnikus, kuid 1,3 korda rohkem kui õhus põlemisel. See tähendab, et ohtlike ja kallite ühendite asemel võib sellise kütuse oksüdeerijana kasutada lihtsat vett. Idee kasutada alumiiniumi kütusena pakkus juba 1924. aastal välja kodumaine teadlane ja leiutaja F.A. Tsander. Tema plaani järgi on võimalik lisakütusena kasutada kosmoseaparaadi alumiiniumelemente. See julge projekt pole veel praktiliselt ellu viidud, kuid enamik praegu teadaolevaid tahkeid raketikütuseid sisaldavad metallilist alumiiniumi peene pulbri kujul. 15% alumiiniumi lisamine kütusele võib tõsta põlemisproduktide temperatuuri tuhande kraadi võrra (2200-lt 3200 K-le); Märkimisväärselt suureneb ka põlemisproduktide voolukiirus mootori düüsist - see on peamine energianäitaja, mis määrab raketikütuse efektiivsuse. Selles osas suudavad alumiiniumiga konkureerida ainult liitium, berüllium ja magneesium, kuid kõik need on alumiiniumist palju kallimad.

Laialdaselt kasutatakse ka alumiiniumiühendeid. Alumiiniumoksiid on tulekindel ja abrasiivne (smirgel) materjal, keraamika tootmise tooraine. Seda kasutatakse ka lasermaterjalide, kellalaagrite ja ehtekivide (kunstlikud rubiinid) valmistamiseks. Kaltsineeritud alumiiniumoksiid on adsorbent gaaside ja vedelike puhastamiseks ning mitmete orgaaniliste reaktsioonide katalüsaator. Veevaba alumiiniumkloriid on orgaanilise sünteesi (Friedel-Craftsi reaktsioon) katalüsaator, kõrge puhtusastmega alumiiniumi tootmise lähteaine. Alumiiniumsulfaati kasutatakse vee puhastamiseks; reageerib selles sisalduva kaltsiumvesinikkarbonaadiga:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, moodustab oksiidhüdroksiidhelbeid, mis settides seovad kinni ja ka sorbeerivad pinnal olevad hõljuvad lisandid ja isegi mikroorganismid vees. Lisaks kasutatakse alumiiniumsulfaati peitsina kangaste värvimisel, naha parkimisel, puidu konserveerimisel ja paberi liimimisel. Kaltsiumaluminaat on tsemendimaterjalide, sealhulgas portlandtsemendi komponent. Ütriumalumiiniumgranaat (YAG) YAlO 3 on lasermaterjal. Alumiiniumnitriid on elektriahjude tulekindel materjal. Sünteetilised tseoliidid (need kuuluvad alumosilikaatide hulka) on adsorbendid kromatograafias ja katalüsaatorid. Alumiiniumorgaanilised ühendid (näiteks trietüülalumiinium) on Ziegler-Natta katalüsaatorite komponendid, mida kasutatakse polümeeride, sealhulgas kvaliteetse sünteetilise kummi sünteesiks.

Ilja Leenson

Kirjandus:

Tihhonov V.N. Alumiiniumi analüütiline keemia. M., "Teadus", 1971
Populaarne keemiliste elementide raamatukogu. M., "Teadus", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall ja tema Metal. J. Chem.Educ. 1986, kd. 63, nr 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall ja suur alumiiniumrevolutsioon. J. Chem.Educ., 1987, kd. 64, nr 8

Alumiiniumi on maapõues palju: 8,6 massiprotsenti. See on kõigi metallide seas esikohal ja muude elementide seas (hapniku ja räni järel) kolmandal kohal. Alumiiniumi on kaks korda rohkem kui rauda ja 350 korda rohkem kui vaske, tsinki, kroomi, tina ja pliid kokku! Nagu ta kirjutas rohkem kui 100 aastat tagasi oma klassikalises õpikus Keemia alused D.I.Mendelejev, kõigist metallidest on „alumiinium looduses kõige levinum; Piisab, kui märkida, et see on savi osa, et teha selgeks alumiiniumi universaalne jaotus maakoores. Alumiiniumi ehk maarjametalli (alumiin) nimetatakse ka saviks, kuna seda leidub savis.

Alumiiniumi tähtsaim mineraal on boksiit, aluselise oksiidi AlO(OH) ja hüdroksiidi Al(OH) 3 segu. Suurimad boksiidimaardlad asuvad Austraalias, Brasiilias, Guineas ja Jamaical; tööstuslikku tootmist teostatakse ka teistes riikides. Alumiiniumirikkad on ka aluniit (maarjakivi) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 ja nefeliin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2. Kokku on teada üle 250 mineraali, mis sisaldavad alumiiniumi; enamik neist on alumosilikaadid, millest moodustub peamiselt maakoor. Nende ilmastiku mõjul tekib savi, mille aluseks on mineraalne kaoliniit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Raualisandid värvivad savi tavaliselt pruuniks, kuid leidub ka valget savi – kaoliini, millest valmistatakse. portselanist ja savist tooted.

Aeg-ajalt leitakse erakordselt kõva (teemandi järel teisel kohal) mineraalne korund – kristalliline oksiid Al 2 O 3, mida sageli värvivad erinevat värvi lisandid. Selle sinist sorti (titaani ja raua segu) nimetatakse safiiriks, punast (kroomi segu) rubiiniks. Erinevad lisandid võivad värvida ka nn õilsa korundi roheliseks, kollaseks, oranžiks, lillaks jt värviks ja tooniks.

Kuni viimase ajani arvati, et alumiinium kui väga aktiivne metall ei saa vabas olekus looduses esineda, kuid 1978. aastal avastati Siberi platvormi kivimitest looduslik alumiinium - ainult niidilaadsete kristallide kujul. 0,5 mm pikk (keerme paksusega mitu mikromeetrit). Looduslikku alumiiniumi avastati ka Kuu pinnasest, mis toodi Maale Kriisi- ja Küllusemere piirkondadest. Arvatakse, et alumiiniummetalli võib tekkida gaasi kondenseerumisel. On teada, et alumiiniumhalogeniidide - kloriidi, bromiidi, fluoriidi - kuumutamisel võivad need suurema või vähema vaevaga aurustuda (näiteks AlCl 3 sublimeerub juba 180 ° C juures). Temperatuuri tugeva tõusu korral lagunevad alumiiniumhalogeniidid, muutudes madalama metalli valentsiga olekusse, näiteks AlCl. Kui selline ühend kondenseerub temperatuuri languse ja hapniku puudumisega, toimub tahkes faasis disproportsioonireaktsioon: osa alumiiniumi aatomeid oksüdeerub ja läheb tavapärasesse kolmevalentsesse olekusse ning osa redutseerub. Monivalentset alumiiniumi saab redutseerida ainult metalliks: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Seda oletust toetab ka natiivsete alumiiniumkristallide niiditaoline kuju. Tavaliselt tekivad selle struktuuriga kristallid kiire kasvu tõttu gaasifaasist. Tõenäoliselt tekkisid sarnasel viisil ka Kuu pinnases olevad mikroskoopilised alumiiniumitükid.

Nimetus alumiinium tuleneb ladinakeelsest sõnast alumen (perekond aluminis). Nii nimetati maarjast, topeltkaalium-alumiiniumsulfaati KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), mida kasutati kangaste värvimisel peitsina. Ladinakeelne nimi pärineb tõenäoliselt kreekakeelsest "halme" -st - soolvesi, soolalahus. On uudishimulik, et Inglismaal on alumiinium alumiinium ja USA-s alumiinium.

Paljud populaarsed keemiaraamatud sisaldavad legendi, et teatud leiutaja, kelle nime ajalugu pole säilitanud, tõi aastatel 14–27 pKr Roomat valitsenud keiser Tiberiusele hõbedavärvi meenutavast metallist valmistatud kausi, kuid heledam. See kingitus maksis meistrile elu: Tiberius käskis tema hukkamise ja töökoja hävitamise, kuna kartis, et uus metall võib keiserlikus riigikassas hõbeda väärtust amortiseerida.

See legend põhineb Rooma kirjaniku ja õpetlase, kirjaniku Plinius Vanema lool Looduslugu– iidsete aegade loodusteaduslike teadmiste entsüklopeedia. Pliniuse sõnul saadi uus metall "savisest mullast". Kuid savi sisaldab alumiiniumi.

Kaasaegsed autorid teevad peaaegu alati reservatsiooni, et kogu see lugu pole midagi muud kui ilus muinasjutt. Ja see pole üllatav: kivimites sisalduv alumiinium on hapnikuga äärmiselt tihedalt seotud ja selle vabastamiseks tuleb kulutada palju energiat. Hiljuti on aga ilmunud uusi andmeid metallilise alumiiniumi saamise põhimõttelise võimaluse kohta iidsetel aegadel. Nagu spektraalanalüüs näitas, 3. sajandi alguses surnud Hiina komandöri Zhou-Zhu hauakaunistused. AD, on valmistatud sulamist, mis koosneb 85% alumiiniumist. Kas iidsed inimesed võisid saada tasuta alumiiniumi? Kõik teadaolevad meetodid (elektrolüüs, redutseerimine metallilise naatriumi või kaaliumiga) elimineeritakse automaatselt. Kas iidsetel aegadel võis leida looduslikku alumiiniumi, näiteks kulla-, hõbeda- ja vasetükke? See on samuti välistatud: looduslik alumiinium on haruldane mineraal, mida leidub ebaolulistes kogustes, nii et iidsed käsitöölised ei suutnud selliseid tükikesi vajalikus koguses leida ja koguda.

Pliniuse loole on aga võimalik ka teine ​​seletus. Alumiiniumi saab maakidest kätte mitte ainult elektri ja leelismetallide abil. Saadaval ja iidsetest aegadest laialdaselt kasutatud redutseerija on kivisüsi, mille abil paljude metallide oksiidid taandatakse kuumutamisel vabadeks metallideks. 1970. aastate lõpus otsustasid Saksa keemikud katsetada, kas alumiiniumi võidi iidsetel aegadel toota kivisöega redutseerimise teel. Nad kuumutasid savi segu kivisöepulbri ja lauasoola või kaaliumkloriidiga (kaaliumkarbonaat) savitiiglis punaseks. Sool saadi mereveest ja kaaliumkloriid taimetuhast, et kasutada ainult neid aineid ja meetodeid, mis olid kättesaadavad iidsetel aegadel. Mõne aja pärast ujus tiigli pinnale alumiiniumkuulikestega räbu! Metallisaagis oli väike, kuid on võimalik, et just sel viisil said muistsed metallurgid kätte “20. sajandi metalli”.

Alumiiniumi omadused.

Puhta alumiiniumi värvus meenutab hõbedat, see on väga kerge metall: selle tihedus on vaid 2,7 g/cm 3 . Ainsad alumiiniumist kergemad metallid on leelis- ja leelismuldmetallid (va baarium), berüllium ja magneesium. Alumiinium sulab ka kergesti - 600 ° C juures (õhukese alumiiniumtraati saab sulatada tavalisel köögipõletil), kuid keeb ainult 2452 ° C juures. Elektrijuhtivuse poolest on alumiinium 4. kohal, hõbeda järel teisel kohal (see on esikohal), vask ja kuld, millel on alumiiniumi odavust arvestades suur praktiline tähtsus. Metallide soojusjuhtivus muutub samas järjekorras. Alumiiniumi kõrget soojusjuhtivust on lihtne kontrollida, kastes alumiiniumlusika kuuma tee sisse. Ja veel üks selle metalli tähelepanuväärne omadus: selle sile, läikiv pind peegeldab suurepäraselt valgust: spektri nähtavas piirkonnas 80–93%, olenevalt lainepikkusest. Ultraviolettpiirkonnas ei ole alumiiniumil selles osas võrdset ja ainult punases piirkonnas jääb see hõbedale veidi alla (ultravioletis on hõbeda peegelduvus väga madal).

Puhas alumiinium on parajalt pehme metall – pea kolm korda pehmem kui vask, nii et ka suhteliselt jämedaid alumiiniumplaate ja -vardaid on lihtne painutada, kuid kui alumiiniumist moodustub sulameid (neid on tohutult palju), võib selle kõvadus kümnekordistada.

Alumiiniumi iseloomulik oksüdatsiooniaste on +3, kuid täitmata 3 olemasolu tõttu R- ja 3 d-orbitaalid, alumiiniumi aatomid võivad moodustada täiendavaid doonor-aktseptor sidemeid. Seetõttu on väikese raadiusega Al 3+ ioon väga vastuvõtlik komplekside tekkele, moodustades mitmesuguseid katioonseid ja anioonseid komplekse: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – ja paljud teised. Tuntud on ka kompleksid orgaaniliste ühenditega.

Alumiiniumi keemiline aktiivsus on väga kõrge; elektroodide potentsiaalide reas seisab see vahetult magneesiumi taga. Esmapilgul võib selline väide tunduda kummaline: alumiiniumist pann või lusikas on ju õhus üsna stabiilne ega vaju keevas vees kokku. Alumiinium, erinevalt rauast, ei roosteta. Selgub, et õhuga kokku puutudes katab metall värvitu õhukese, kuid vastupidava oksiidist “soomuse”, mis kaitseb metalli oksüdeerumise eest. Seega, kui sisestate põleti leeki paksu alumiiniumtraadi või plaadi, mille paksus on 0,5–1 mm, siis metall sulab, kuid alumiinium ei voola, kuna see jääb oma oksiidikotti. Kui jätate alumiiniumist kaitsekilest ilma või teete selle lahti (näiteks kastes selle elavhõbedasoolade lahusesse), paljastab alumiinium kohe oma tõelise olemuse: juba toatemperatuuril hakkab see veega intensiivselt reageerima, vabastades vesinikku. : 2Al + 6H2O® 2Al(OH)3 + 3H2. Õhus muutub kaitsekilest eemaldatud alumiinium otse meie silme all lahtiseks oksiidpulbriks: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Alumiinium on eriti aktiivne peeneks purustatud olekus; Leeki puhumisel põleb alumiiniumtolm koheselt. Kui segate keraamilisel plaadil alumiiniumtolmu naatriumperoksiidiga ja tilgute segule vett, süttib ka alumiinium ja põleb valge leegiga.

Alumiiniumi väga kõrge afiinsus hapniku suhtes võimaldab tal hapnikku "ära võtta" paljude teiste metallide oksiididelt, redutseerides neid (alumiiniumtermiline meetod). Tuntuim näide on termiidisegu, mille põletamisel eraldub nii palju soojust, et tekkiv raud sulab: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Selle reaktsiooni avastas 1856. aastal N. N. Beketov. Sel viisil saab metallideks redutseerida Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO ja mitmed teised oksiidid. Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 redutseerimisel alumiiniumiga ei piisa reaktsioonisoojust reaktsiooniproduktide kuumutamiseks üle nende sulamistemperatuuri.

Alumiinium lahustub kergesti lahjendatud mineraalhapetes, moodustades soolasid. Alumiiniumi pinda oksüdeeriv kontsentreeritud lämmastikhape soodustab oksiidkile paksenemist ja tugevnemist (nn metalli passiveerumist). Sel viisil töödeldud alumiinium ei reageeri isegi vesinikkloriidhappega. Elektrokeemilise anoodoksüdatsiooni (anodeerimise) abil saab alumiiniumi pinnale tekitada paksu kile, mida saab kergesti värvida erinevates värvides.

Vähemaktiivsete metallide väljatõrjumist alumiiniumi poolt soolalahustest takistab sageli alumiiniumi pinnal olev kaitsekile. See kile hävib kiiresti vaskkloriidi toimel, nii et reaktsioon 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu toimub kergesti, millega kaasneb tugev kuumenemine. Tugevates leeliste lahustes lahustub alumiinium kergesti vesiniku vabanemisega: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (tekivad ka muud anioonsed hüdroksokompleksid). Alumiiniumiühendite amfoteersus avaldub ka selle värskelt sadestunud oksiidi ja hüdroksiidi kerges lahustumises leelistes. Kristalne oksiid (korund) on väga vastupidav hapetele ja leelistele. Leelistega sulatamisel tekivad veevabad aluminaadid: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magneesiumaluminaat Mg(AlO 2) 2 on poolvääriskivi spinellkivi, mis on tavaliselt värvitud väga erinevat värvi lisanditega. .

Alumiiniumi reaktsioon halogeenidega toimub kiiresti. Kui õhuke alumiiniumtraat viiakse katseklaasi 1 ml broomiga, süttib alumiinium lühikese aja pärast ja põleb ereda leegiga. Alumiiniumi ja joodi pulbrite segu reaktsiooni käivitab tilk vett (vesi koos joodiga moodustab happe, mis hävitab oksiidkile), misjärel ilmub ere leek koos violetse joodiauru pilvedega. Alumiiniumhalogeniididel vesilahustes on hüdrolüüsi tõttu happeline reaktsioon: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Alumiiniumi reaktsioon lämmastikuga toimub ainult temperatuuril üle 800 ° C nitriidi AlN moodustumisega, väävliga - temperatuuril 200 ° C (tekib sulfiid Al 2 S 3), fosforiga - temperatuuril 500 ° C (tekkib fosfiid AlP). Kui sula alumiiniumile lisatakse boori, tekivad boriidid koostisega AlB 2 ja AlB 12 - hapetele vastupidavad tulekindlad ühendid. Hüdriid (AlH) x (x = 1,2) tekib ainult vaakumis madalatel temperatuuridel aatomi vesiniku reaktsioonil alumiiniumi auruga. AlH3-hüdriid, mis on toatemperatuuril niiskuse puudumisel stabiilne, saadakse veevaba eetri lahuses: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. LiH liiaga tekib soolataoline liitiumalumiiniumhüdriid LiAlH 4 – väga tugev redutseerija, mida kasutatakse orgaanilistes sünteesides. See laguneb koheselt veega: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Alumiiniumi tootmine.

Alumiiniumi dokumenteeritud avastus leidis aset 1825. aastal. Selle metalli sai esmakordselt kätte Taani füüsik Hans Christian Oersted, kui ta eraldas selle kaaliumamalgaami toimel veevabale alumiiniumkloriidile (saadud kloori juhtimisel läbi kuuma alumiiniumoksiidi ja kivisöe segu) ). Pärast elavhõbeda destilleerimist sai Oersted alumiiniumi, kuigi see oli saastunud lisanditega. 1827. aastal sai saksa keemik Friedrich Wöhler heksafluoroaluminaadi redutseerimisel kaaliumiga pulbrilise alumiiniumi:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Hiljem õnnestus tal saada alumiiniumi läikivate metallkuulikestena. 1854. aastal töötas prantsuse keemik Henri Etienne Saint-Clair Deville välja esimese tööstusliku meetodi alumiiniumi tootmiseks – tetrakloroaluminaadi sulamise vähendamisel naatriumiga: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Alumiinium oli aga jätkuvalt äärmiselt haruldane ja kallis metall; see ei olnud palju odavam kui kuld ja 1500 korda kallim kui raud (nüüd ainult kolm korda). Prantsuse keisri Napoleon III pojale valmistati 1850. aastatel kõristi kullast, alumiiniumist ja vääriskividest. Kui 1855. aastal Pariisi maailmanäitusel eksponeeriti uut meetodit toodetud alumiiniumi suurt valuplokki, vaadati seda kui ehteid. USA pealinnas asuva Washingtoni monumendi ülemine osa (püramiidi kujul) oli valmistatud vääris alumiiniumist. Tol ajal ei olnud alumiinium hõbedast palju odavam: näiteks USA-s müüdi seda 1856. aastal hinnaga 12 dollarit nael (454 g), hõbedat aga 15 dollariga.Kuulsa 1. köites. 1890. aastal avaldatud Brockhausi entsüklopeediline sõnaraamat ütles Efron, et "alumiiniumi kasutatakse endiselt peamiselt... luksuskaupade valmistamiseks". Selleks ajaks kaevandati kogu maailmas vaid 2,5 tonni metalli aastas. Alles 19. sajandi lõpupoole, kui alumiiniumi tootmiseks töötati välja elektrolüütiline meetod, hakkas selle aastane toodang ulatuma tuhandetesse tonnidesse ja 20. sajandil. - miljon tonni. See muutis alumiiniumi poolväärismetallist laialdaselt kättesaadavaks metalliks.

Tänapäevase alumiiniumi tootmismeetodi avastas 1886. aastal noor Ameerika teadlane Charles Martin Hall. Huvi keemia vastu tekkis tal juba lapsepõlves. Olles leidnud isa vana keemiaõpiku, asus ta seda usinalt uurima ja katseid tegema, saades kord isegi emalt noomituse õhtusöögilaudlina kahjustamise eest. Ja 10 aastat hiljem tegi ta silmapaistva avastuse, mis tegi ta kuulsaks kogu maailmas.

16-aastase õpilasena kuulis Hall oma õpetajalt F. F. Jewettilt, et kui keegi suudaks välja töötada odava meetodi alumiiniumi tootmiseks, ei teeks see inimene inimkonnale mitte ainult suurt teenistust, vaid teeniks ka tohutu varanduse. Jewett teadis, mida ta räägib: ta oli varem Saksamaal koolitanud, töötanud koos Wöhleriga ja arutanud temaga alumiiniumi tootmise probleeme. Jewett tõi Ameerikasse kaasa ka haruldase metalli näidise, mida ta oma õpilastele näitas. Järsku teatas Hall avalikult: "Ma saan selle metalli!"

Kuus aastat rasket tööd jätkus. Hall püüdis alumiiniumi hankida erinevatel meetoditel, kuid edutult. Lõpuks proovis ta seda metalli elektrolüüsi abil ekstraheerida. Tol ajal veel elektrijaamu ei olnud, voolu tuli genereerida suurte omatehtud akudega söest, tsingist, lämmastik- ja väävelhappest. Hall töötas laudas, kus ta rajas väikese labori. Teda aitas õde Julia, kes oli venna katsetest väga huvitatud. Ta säilitas kõik tema kirjad ja tööpäevikud, mis võimaldavad sõna otseses mõttes jälgida avastuse ajalugu päevast päeva. Siin on väljavõte tema memuaaridest:

"Charles oli alati heas tujus ja isegi halvimatel päevadel suutis ta naerda õnnetute leiutajate saatuse üle. Ebaõnnestumisel leidis ta lohutust meie vana klaveri juurest. Kodulaboris töötas ta pikki tunde ilma vaheajata; ja kui ta sai korraks komplektist lahkuda, tormas ta meie pikast majast üle, et natukene mängida... ma teadsin, et sellise võlu ja tundega mängides mõtles ta pidevalt oma tööle. Ja muusika aitas teda selles.

Kõige keerulisem oli valida elektrolüüti ja kaitsta alumiiniumi oksüdeerumise eest. Pärast kuuekuulist kurnavat tööd ilmus tiiglisse lõpuks mitu väikest hõbedast kuuli. Hall jooksis kohe oma endise õpetaja juurde, et talle oma edust rääkida. “Professor, ma sain aru!” hüüatas ta kätt ulatades: tema peopesas lebas tosin väikest alumiiniumkuuli. See juhtus 23. veebruaril 1886. Ja täpselt kaks kuud hiljem, sama aasta 23. aprillil, võttis prantslane Paul Héroux välja patendi sarnasele leiutisele, mille ta tegi iseseisvalt ja peaaegu samaaegselt (tormavad ka kaks muud kokkusattumust: nii Hall kui ka Héroux sündisid 1863. aastal ja surid 1914. aastal).

Nüüd hoitakse esimesi Halli toodetud alumiiniumkuule rahvusliku reliikviana Pittsburghis asuvas American Aluminium Companys ja tema kolledžis on Hallile alumiiniumist valatud monument. Jewett kirjutas hiljem: „Minu kõige olulisem avastus oli inimese avastamine. See oli Charles M. Hall, kes avastas 21-aastaselt meetodi alumiiniumi redutseerimiseks maagist ja tegi sellega alumiiniumist selle imelise metalli, mida praegu kasutatakse laialdaselt kogu maailmas. Jewetti ennustus läks tõeks: Hall pälvis laialdase tunnustuse ja temast sai paljude teadusseltside auliige. Kuid tema isiklik elu oli ebaõnnestunud: pruut ei tahtnud leppida tõsiasjaga, et tema kihlatu veedab kogu oma aja laboris, ja katkestas kihluse. Hall leidis lohutust oma sünnikõrgkoolis, kus ta töötas kogu ülejäänud elu. Nagu Charlesi vend kirjutas: "Kolledž oli tema naine, lapsed ja kõik muu - kogu tema elu." Hall pärandas suurema osa oma pärandist kolledžile – 5 miljonit dollarit.Hall suri 51-aastaselt leukeemiasse.

Halli meetod võimaldas toota elektrit kasutades suures mahus suhteliselt odavat alumiiniumi. Kui aastatel 1855–1890 saadi ainult 200 tonni alumiiniumi, siis järgmisel kümnendil saadi Halli meetodil seda metalli kogu maailmas juba 28 000 tonni! 1930. aastaks ulatus ülemaailmne aastane alumiiniumitoodang 300 tuhande tonnini. Nüüd toodetakse aastas üle 15 miljoni tonni alumiiniumi. Spetsiaalsetes vannides temperatuuril 960–970 ° C töödeldakse alumiiniumoksiidi (tehniline Al 2 O 3) lahus sulas krüoliidis Na 3 AlF 6, mis on osaliselt kaevandatud mineraali kujul ja osaliselt spetsiaalselt sünteesitud. elektrolüüsile. Vedel alumiinium koguneb vanni (katoodi) põhja, süsiniku anoodidel eraldub hapnik, mis järk-järgult põleb. Madalpingel (umbes 4,5 V) tarbivad elektrolüsaatorid tohutuid voolusid - kuni 250 000 A! Üks elektrolüsaator toodab umbes tonni alumiiniumi päevas. Tootmine nõuab palju elektrit: 1 tonni metalli tootmiseks kulub 15 000 kilovatt-tundi elektrit. Sellise koguse elektrit tarbib suur 150 korteriga maja terve kuu. Alumiiniumi tootmine on keskkonnaohtlik, kuna atmosfääriõhk on saastatud lenduvate fluoriühenditega.

Alumiiniumi pealekandmine.

Isegi D.I. Mendelejev kirjutas, et "metallumiinium, millel on suur kergus ja tugevus ning väike õhumuutus, sobib mõne toote jaoks väga hästi". Alumiinium on üks levinumaid ja odavamaid metalle. Tänapäeva elu ilma selleta on raske ette kujutada. Pole ime, et alumiiniumi nimetatakse 20. sajandi metalliks. See sobib hästi töötlemiseks: sepistamine, stantsimine, valtsimine, joonistamine, pressimine. Puhas alumiinium on üsna pehme metall; Seda kasutatakse elektrijuhtmete, konstruktsiooniosade, toidufooliumi, köögiriistade ja “hõbedase” värvi valmistamiseks. Seda kaunist ja kerget metalli kasutatakse laialdaselt ehitus- ja lennutehnoloogias. Alumiinium peegeldab valgust väga hästi. Seetõttu kasutatakse seda peeglite valmistamiseks metalli vaakumis sadestamise meetodil.

Lennuki- ja masinaehituses, ehituskonstruktsioonide valmistamisel kasutatakse palju kõvemaid alumiiniumisulameid. Üks kuulsamaid on alumiiniumi sulam vase ja magneesiumiga (duralumiinium või lihtsalt "duralumiinium"; nimi pärineb Saksamaa linnast Duren). Pärast kõvenemist omandab see sulam erilise kõvaduse ja muutub ligikaudu 7 korda tugevamaks kui puhas alumiinium. Samas on see rauast ligi kolm korda kergem. See saadakse alumiiniumi legeerimisel väikeste vase, magneesiumi, mangaani, räni ja raua lisanditega. Laialdaselt kasutatakse silumiine - alumiiniumi ja räni sulameid. Toodetakse ka ülitugevaid, krüogeenseid (külmakindlaid) ja kuumakindlaid sulameid. Kaitse- ja dekoratiivkatteid on lihtne paigaldada alumiiniumisulamitest valmistatud toodetele. Alumiiniumisulamite kergus ja tugevus on eriti kasulikud lennutehnoloogias. Näiteks on helikopteri rootorid valmistatud alumiiniumi, magneesiumi ja räni sulamist. Suhteliselt odav alumiiniumpronks (kuni 11% Al) on kõrgete mehaaniliste omadustega, see on stabiilne merevees ja isegi lahjendatud vesinikkloriidhappes. Aastatel 1926–1957 vermiti NSV Liidus alumiiniumpronksist münte nimiväärtusega 1, 2, 3 ja 5 kopikat.

Praegu kulub ehituseks veerand kogu alumiiniumist, sama palju kulub transporditehnikale, ligikaudu 17% kulub pakkematerjalidele ja purkidele ning 10% elektrotehnikale.

Paljud tule- ja plahvatusohtlikud segud sisaldavad ka alumiiniumi. Alumotol, trinitrotolueeni ja alumiiniumipulbri valatud segu, on üks võimsamaid tööstuslikke lõhkeaineid. Ammonaal on plahvatusohtlik aine, mis koosneb ammooniumnitraadist, trinitrotolueenist ja alumiiniumipulbrist. Süütekompositsioonid sisaldavad alumiiniumi ja oksüdeerivat ainet - nitraati, perkloraati. Zvezdochka pürotehnilised kompositsioonid sisaldavad ka pulbrilist alumiiniumi.

Alumiiniumipulbri segu metallioksiididega (termiit) kasutatakse teatud metallide ja sulamite tootmiseks, rööbaste keevitamiseks ja süütelaskemoonas.

Alumiinium on leidnud praktilist kasutust ka raketikütusena. 1 kg alumiiniumi täielikuks põletamiseks kulub peaaegu neli korda vähem hapnikku kui 1 kg petrooleumi jaoks. Lisaks saab alumiiniumi oksüdeerida mitte ainult vaba hapnikuga, vaid ka seotud hapnikuga, mis on osa veest või süsinikdioksiidist. Kui alumiinium "põleb" vees, eraldub 1 kg toote kohta 8800 kJ; seda on 1,8 korda vähem kui metalli põlemisel puhtas hapnikus, kuid 1,3 korda rohkem kui õhus põlemisel. See tähendab, et ohtlike ja kallite ühendite asemel võib sellise kütuse oksüdeerijana kasutada lihtsat vett. Idee kasutada alumiiniumi kütusena pakkus juba 1924. aastal välja kodumaine teadlane ja leiutaja F.A. Tsander. Tema plaani järgi on võimalik lisakütusena kasutada kosmoseaparaadi alumiiniumelemente. See julge projekt pole veel praktiliselt ellu viidud, kuid enamik praegu teadaolevaid tahkeid raketikütuseid sisaldavad metallilist alumiiniumi peene pulbri kujul. 15% alumiiniumi lisamine kütusele võib tõsta põlemisproduktide temperatuuri tuhande kraadi võrra (2200-lt 3200 K-le); Märkimisväärselt suureneb ka põlemisproduktide voolukiirus mootori düüsist - see on peamine energianäitaja, mis määrab raketikütuse efektiivsuse. Selles osas suudavad alumiiniumiga konkureerida ainult liitium, berüllium ja magneesium, kuid kõik need on alumiiniumist palju kallimad.

Laialdaselt kasutatakse ka alumiiniumiühendeid. Alumiiniumoksiid on tulekindel ja abrasiivne (smirgel) materjal, keraamika tootmise tooraine. Seda kasutatakse ka lasermaterjalide, kellalaagrite ja ehtekivide (kunstlikud rubiinid) valmistamiseks. Kaltsineeritud alumiiniumoksiid on adsorbent gaaside ja vedelike puhastamiseks ning mitmete orgaaniliste reaktsioonide katalüsaator. Veevaba alumiiniumkloriid on orgaanilise sünteesi (Friedel-Craftsi reaktsioon) katalüsaator, kõrge puhtusastmega alumiiniumi tootmise lähteaine. Alumiiniumsulfaati kasutatakse vee puhastamiseks; reageerib selles sisalduva kaltsiumvesinikkarbonaadiga:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, moodustab oksiidhüdroksiidhelbeid, mis settides seovad kinni ja ka sorbeerivad pinnal olevad hõljuvad lisandid ja isegi mikroorganismid vees. Lisaks kasutatakse alumiiniumsulfaati peitsina kangaste värvimisel, naha parkimisel, puidu konserveerimisel ja paberi liimimisel. Kaltsiumaluminaat on tsemendimaterjalide, sealhulgas portlandtsemendi komponent. Ütriumalumiiniumgranaat (YAG) YAlO 3 on lasermaterjal. Alumiiniumnitriid on elektriahjude tulekindel materjal. Sünteetilised tseoliidid (need kuuluvad alumosilikaatide hulka) on adsorbendid kromatograafias ja katalüsaatorid. Alumiiniumorgaanilised ühendid (näiteks trietüülalumiinium) on Ziegler-Natta katalüsaatorite komponendid, mida kasutatakse polümeeride, sealhulgas kvaliteetse sünteetilise kummi sünteesiks.

Ilja Leenson

Kirjandus:

Tihhonov V.N. Alumiiniumi analüütiline keemia. M., "Teadus", 1971
Populaarne keemiliste elementide raamatukogu. M., "Teadus", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall ja tema Metal. J. Chem.Educ. 1986, kd. 63, nr 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall ja suur alumiiniumrevolutsioon. J. Chem.Educ., 1987, kd. 64, nr 8