Basis aluminium. Aluminium

3s 2 3p 1 Sifat kimia Jari-jari kovalen 118 malam Jari-jari ion 51 (+3e) sore Keelektronegatifan
(menurut Pauling) 1,61 Potensi elektroda -1,66V Keadaan oksidasi 3 Sifat termodinamika suatu zat sederhana Kepadatan 2,6989 /cm³ Kapasitas panas molar 24,35 J/(mol) Konduktivitas termal 237 W/( ·) Suhu leleh 933,5 Panas Mencair 10,75 kJ/mol Suhu mendidih 2792 Panas penguapan 284,1 kJ/mol Volume molar 10,0 cm³/mol Kisi kristal dari zat sederhana Struktur kisi kubik berpusat pada muka Parameter kisi 4,050 rasio c/a — Suhu Debye 394

Aluminium- unsur subkelompok utama golongan ketiga periode ketiga sistem periodik unsur kimia DI Mendeleev, nomor atom 13. Dilambangkan dengan simbol Al (Aluminium). Termasuk dalam kelompok logam ringan. Logam yang paling umum dan unsur kimia ketiga yang paling melimpah (setelah oksigen dan silikon) di kerak bumi.

Bahan sederhana aluminium (nomor CAS: 7429-90-5) adalah logam putih keperakan paramagnetik yang ringan dan mudah dibentuk, dituang, dan dikerjakan dengan mesin. Aluminium memiliki konduktivitas termal dan listrik yang tinggi serta ketahanan terhadap korosi karena pembentukan lapisan oksida kuat yang cepat yang melindungi permukaan dari interaksi lebih lanjut.

Menurut beberapa penelitian biologi, asupan aluminium dalam tubuh manusia dianggap sebagai faktor berkembangnya penyakit Alzheimer, namun penelitian tersebut kemudian dikritik dan kesimpulan tentang hubungan antara satu dengan yang lain terbantahkan.

Cerita

Aluminium pertama kali diperoleh oleh Hans Oersted pada tahun 1825 melalui aksi kalium amalgam pada aluminium klorida diikuti dengan distilasi merkuri.

Kuitansi

Metode produksi modern dikembangkan secara independen oleh Charles Hall dari Amerika dan Paul Héroult dari Prancis. Ini terdiri dari pelarutan aluminium oksida Al 2 O 3 dalam lelehan kriolit Na 3 AlF 6 diikuti dengan elektrolisis menggunakan elektroda grafit. Metode produksi ini memerlukan banyak listrik, sehingga baru populer pada abad ke-20.

Untuk memproduksi 1 ton aluminium mentah dibutuhkan alumina 1.920 ton, kriolit 0,065 ton, aluminium fluorida 0,035 ton, massa anoda 0,600 ton, dan listrik DC 17 ribu kWh.

Properti fisik

Logam ini berwarna putih keperakan, ringan, massa jenis - 2,7 g/cm³, titik leleh untuk aluminium teknis - 658 °C, untuk aluminium dengan kemurnian tinggi - 660 °C, panas spesifik peleburan - 390 kJ/kg, titik didih - 2500 ° C, panas spesifik penguapan - 10,53 MJ/kg, ketahanan sementara aluminium cor - 10-12 kg/mm², dapat berubah bentuk - 18-25 kg/mm², paduan - 38-42 kg/mm².

Kekerasan Brinell adalah 24-32 kgf/mm², keuletan tinggi: teknis - 35%, murni - 50%, digulung menjadi lembaran tipis dan bahkan foil.

Aluminium memiliki konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, 65% konduktivitas listrik tembaga, dan memiliki reflektifitas cahaya yang tinggi.

Aluminium membentuk paduan dengan hampir semua logam.

Berada di alam

Aluminium alami hampir seluruhnya terdiri dari satu isotop stabil, 27Al, dengan sedikit 26Al, sebuah isotop radioaktif dengan waktu paruh 720.000 tahun yang dihasilkan di atmosfer melalui pemboman inti atom. argon proton sinar kosmik.

Dalam hal prevalensi di alam, ia menempati urutan pertama di antara logam dan ketiga di antara unsur-unsur, kedua setelah oksigen dan silikon. Persentase kandungan aluminium pada kerak bumi menurut berbagai peneliti berkisar antara 7,45 hingga 8,14% dari massa kerak bumi.

Di alam, aluminium hanya terdapat pada senyawa (mineral). Beberapa dari mereka:

  • Bauksit - Al 2 O 3. H 2 O (dengan pengotor SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
  • Nepheline - KNa 3 4
  • Alunit - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH)3
  • Alumina (campuran kaolin dengan pasir SiO 2, batu kapur CaCO 3, magnesit MgCO 3)
  • Korundum - Al 2 O 3
  • Feldspar (ortoklas) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2
  • Kaolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
  • Alunite - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3
  • Beril - 3BeO. Al 2 HAI 3 . 6SiO2

Perairan alami mengandung aluminium dalam bentuk senyawa kimia yang rendah racunnya, misalnya aluminium fluorida. Jenis kation atau anion terutama bergantung pada keasaman media berair. Konsentrasi aluminium di badan air permukaan di Rusia berkisar antara 0,001 hingga 10 mg/l.

Sifat kimia

Aluminium hidroksida

Dalam kondisi normal, aluminium ditutupi dengan lapisan oksida yang tipis dan tahan lama dan oleh karena itu tidak bereaksi dengan zat pengoksidasi klasik: dengan H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (tanpa pemanasan). Berkat ini, aluminium praktis tidak mengalami korosi dan oleh karena itu banyak diminati di industri modern. Namun, jika lapisan oksida dihancurkan (misalnya, jika bersentuhan dengan larutan garam amonium NH 4 +, alkali panas, atau akibat amalgamasi), aluminium bertindak sebagai logam pereduksi aktif.

Bereaksi dengan mudah dengan zat sederhana:

  • dengan oksigen: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
  • dengan halogen: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
  • bereaksi dengan non-logam lainnya ketika dipanaskan:
    • dengan belerang membentuk aluminium sulfida: 2Al + 3S = Al 2 S 3
    • dengan nitrogen, membentuk aluminium nitrida: 2Al + N 2 = 2AlN
    • dengan karbon membentuk aluminium karbida: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Metode ini, ditemukan hampir bersamaan oleh Charles Hall di Perancis dan Paul Héroux di Amerika Serikat pada tahun 1886 dan didasarkan pada produksi aluminium dengan elektrolisis alumina yang dilarutkan dalam kriolit cair, meletakkan dasar bagi metode produksi aluminium modern. Sejak itu, berkat perbaikan di bidang teknik kelistrikan, produksi aluminium meningkat. Kontribusi penting terhadap pengembangan produksi alumina dibuat oleh ilmuwan Rusia K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin dan lainnya.

Pabrik peleburan aluminium pertama di Rusia dibangun pada tahun 1932 di Volkhov. Industri metalurgi Uni Soviet pada tahun 1939 memproduksi 47,7 ribu ton aluminium, 2,2 ribu ton lainnya diimpor.

Di Rusia, perusahaan monopoli de facto dalam produksi aluminium adalah OJSC Aluminium Rusia, yang menguasai sekitar 13% pasar aluminium dunia dan 16% alumina.

Cadangan bauksit dunia praktis tidak terbatas, artinya tidak sebanding dengan dinamika permintaan. Fasilitas yang ada dapat memproduksi hingga 44,3 juta ton aluminium primer per tahun. Perlu juga diingat bahwa di masa depan beberapa penerapan aluminium mungkin akan dialihkan ke penggunaan, misalnya, material komposit.

Aplikasi

Sepotong aluminium dan koin Amerika.

Banyak digunakan sebagai bahan konstruksi. Keunggulan utama aluminium dalam kualitas ini adalah ringan, mudah ditempa, tahan korosi (di udara, aluminium langsung dilapisi dengan lapisan Al 2 O 3 yang tahan lama, yang mencegah oksidasi lebih lanjut), konduktivitas termal yang tinggi, dan tidak beracun. dari senyawa-senyawanya. Secara khusus, sifat-sifat ini menjadikan aluminium sangat populer dalam produksi peralatan masak, aluminium foil dalam industri makanan, dan untuk pengemasan.

Kerugian utama aluminium sebagai bahan struktural adalah kekuatannya yang rendah, sehingga biasanya dicampur dengan sedikit tembaga dan magnesium - paduan duralumin.

Konduktivitas listrik aluminium hanya 1,7 kali lebih kecil dibandingkan tembaga, sedangkan aluminium kira-kira 2 kali lebih murah. Oleh karena itu, banyak digunakan dalam teknik elektro untuk pembuatan kabel, pelindungnya, dan bahkan dalam mikroelektronika untuk pembuatan konduktor dalam chip. Konduktivitas listrik aluminium yang lebih rendah (37 1/ohm) dibandingkan tembaga (63 1/ohm) diimbangi dengan peningkatan penampang konduktor aluminium. Kerugian aluminium sebagai bahan listrik adalah lapisan oksidanya yang kuat sehingga menyulitkan penyolderan.

  • Karena sifatnya yang kompleks, ia banyak digunakan dalam peralatan pemanas.
  • Aluminium dan paduannya mempertahankan kekuatan pada suhu sangat rendah. Oleh karena itu, banyak digunakan dalam teknologi kriogenik.
  • Reflektivitas tinggi, dikombinasikan dengan biaya rendah dan kemudahan pengendapan, menjadikan aluminium bahan yang ideal untuk membuat cermin.
  • Dalam produksi bahan bangunan sebagai bahan pembentuk gas.
  • Aluminisasi memberikan ketahanan terhadap korosi dan kerak pada baja dan paduan lainnya, seperti katup mesin pembakaran internal piston, bilah turbin, platform oli, peralatan pertukaran panas, dan juga menggantikan galvanisasi.
  • Aluminium sulfida digunakan untuk menghasilkan hidrogen sulfida.
  • Penelitian sedang dilakukan untuk mengembangkan aluminium berbusa sebagai bahan yang sangat kuat dan ringan.

Sebagai agen pereduksi

  • Sebagai komponen termit, campuran untuk aluminotermi
  • Aluminium digunakan untuk memulihkan logam langka dari oksida atau halidanya.

Paduan aluminium

Bahan struktur yang biasanya digunakan bukanlah aluminium murni, melainkan berbagai paduan berbahan dasar aluminium.

— Paduan aluminium-magnesium memiliki ketahanan korosi yang tinggi dan dapat dilas dengan baik; Misalnya saja digunakan untuk membuat lambung kapal berkecepatan tinggi.

— Paduan aluminium-mangan dalam banyak hal mirip dengan paduan aluminium-magnesium.

— Paduan aluminium-tembaga (khususnya duralumin) dapat mengalami perlakuan panas, yang sangat meningkatkan kekuatannya. Sayangnya bahan yang diberi perlakuan panas tidak dapat dilas, sehingga bagian-bagian pesawat masih disambung dengan paku keling. Paduan dengan kandungan tembaga yang lebih tinggi memiliki warna yang sangat mirip dengan emas, dan terkadang digunakan untuk meniru emas.

— Paduan aluminium-silikon (silumin) paling cocok untuk pengecoran. Kasus-kasus berbagai mekanisme sering kali muncul darinya.

— Paduan kompleks berdasarkan aluminium: avial.

— Aluminium menjadi superkonduktor pada suhu 1,2 Kelvin.

Aluminium sebagai bahan tambahan pada paduan lainnya

Aluminium merupakan komponen penting dari banyak paduan. Misalnya pada perunggu aluminium komponen utamanya adalah tembaga dan aluminium. Dalam paduan magnesium, aluminium paling sering digunakan sebagai aditif. Untuk pembuatan spiral pada alat pemanas listrik, fechral (Fe, Cr, Al) digunakan (bersama dengan paduan lainnya).

Perhiasan

Ketika aluminium sangat mahal, berbagai perhiasan dibuat darinya. Mode untuk mereka segera berlalu ketika teknologi baru untuk produksinya muncul, yang mengurangi biaya berkali-kali lipat. Saat ini, aluminium terkadang digunakan dalam produksi perhiasan imitasi.

Pembuatan kaca

Fluorida, fosfat, dan aluminium oksida digunakan dalam pembuatan kaca.

Industri makanan

Aluminium terdaftar sebagai bahan tambahan makanan E173.

Aluminium dan senyawanya dalam teknologi roket

Aluminium dan senyawanya digunakan sebagai propelan yang sangat efisien dalam propelan roket dua bahan bakar dan sebagai komponen yang mudah terbakar dalam propelan roket padat. Senyawa aluminium berikut ini memiliki kepentingan praktis terbesar sebagai bahan bakar roket:

— Aluminium: bahan bakar dalam bahan bakar roket. Digunakan dalam bentuk bubuk dan suspensi dalam hidrokarbon, dll.
— Aluminium hidrida
— Aluminium boranat
— Trimetilaluminum
— Trietilaluminum
— Tripapilaluminum

Karakteristik teoritis bahan bakar yang dibentuk oleh aluminium hidrida dengan berbagai oksidator.

pengoksidasi Daya dorong spesifik (P1, detik) Suhu pembakaran °C Massa jenis bahan bakar, g/cm³ Peningkatan kecepatan, ΔV id, 25, m/s Konten berat bahan bakar,%
Fluor 348,4 5009 1,504 5328 25
Tetrafluorohidrazin 327,4 4758 1,193 4434 19
ClF 3 287,7 4402 1,764 4762 20
ClF5 303,7 4604 1,691 4922 20
Perkloril fluorida 293,7 3788 1,589 4617 47
Oksigen fluorida 326,5 4067 1,511 5004 38,5
Oksigen 310,8 4028 1,312 4428 56
Hidrogen peroksida 318,4 3561 1,466 4806 52
N2O4 300,5 3906 1,467 4537 47
Asam sendawa 301,3 3720 1,496 4595 49

Aluminium dalam budaya dunia

Penyair Andrei Voznesensky menulis puisi “Musim Gugur” pada tahun 1959, di mana ia menggunakan aluminium sebagai gambar artistik:
...Dan di balik jendela di tengah embun beku muda
ada bidang aluminium...

Viktor Tsoi menulis lagu “Aluminum Cucumbers” dengan bagian refrain:
Menanam mentimun aluminium
Di lapangan terpal
Saya menanam mentimun aluminium
Di lapangan terpal

Toksisitas

Ini memiliki sedikit efek toksik, namun banyak senyawa aluminium anorganik yang larut dalam air tetap dalam keadaan terlarut untuk waktu yang lama dan dapat menimbulkan efek berbahaya pada manusia dan hewan berdarah panas melalui air minum. Yang paling beracun adalah klorida, nitrat, asetat, sulfat, dll. Bagi manusia, dosis senyawa aluminium berikut (mg/kg berat badan) memiliki efek toksik jika tertelan: aluminium asetat - 0,2-0,4; aluminium hidroksida - 3,7-7,3; aluminium tawas - 2.9. Terutama mempengaruhi sistem saraf (terakumulasi di jaringan saraf, menyebabkan gangguan parah pada sistem saraf pusat). Namun, neurotoksisitas aluminium telah dipelajari sejak pertengahan tahun 1960an, karena akumulasi logam dalam tubuh manusia dicegah melalui mekanisme eliminasinya. Dalam kondisi normal, hingga 15 mg unsur per hari dapat diekskresikan melalui urin. Oleh karena itu, efek negatif terbesar diamati pada orang dengan gangguan fungsi ekskresi ginjal.

informasi tambahan

— Aluminium hidroksida
— Ensiklopedia tentang aluminium
— Sambungan aluminium
— Institut Aluminium Internasional

Aluminium, Aluminium, Al (13)

Bahan pengikat yang mengandung aluminium telah dikenal sejak zaman dahulu. Namun tawas (Latin Alumen atau Alumin, German Alaun), yang disebutkan khususnya oleh Pliny, dipahami pada zaman kuno dan Abad Pertengahan sebagai berbagai zat. Dalam Kamus Alkimia Ruland, kata Alumen, dengan tambahan berbagai definisi, diberikan dalam 34 arti. Secara khusus, yang dimaksud adalah antimon, Alumen alafuri - garam alkali, Alumen Alcori - nitrum atau alkali tawas, Alumen creptum - tartar (karang gigi) anggur yang baik, Alumen fascioli - alkali, Alumen odig - amonia, Alumen scoriole - gipsum, dll. , penulis “Kamus Produk Farmasi Sederhana” yang terkenal (1716), juga memberikan daftar besar jenis tawas.

Sampai abad ke-18 senyawa aluminium (tawas dan oksida) tidak dapat dibedakan dari senyawa lain yang serupa penampakannya. Lemery mendeskripsikan tawas tersebut sebagai berikut: “Pada tahun 1754. Marggraf mengisolasi dari larutan tawas (melalui aksi alkali) endapan aluminium oksida, yang disebutnya “tanah tawas” (Alaunerde), dan menetapkan perbedaannya dari bumi lainnya. Tak lama kemudian tawas bumi mendapat nama alumina (Alumina atau Alumine). Pada tahun 1782, Lavoisier mengemukakan gagasan bahwa aluminium adalah oksida dari unsur yang tidak diketahui. Dalam Tabel Benda Sederhananya, Lavoisier menempatkan Alumina di antara “benda sederhana, pembentuk garam, tanah.” Berikut Sinonim Nama Alumina : Argile, Alum. tanah, dasar tawas. Kata argilla, atau argilla, seperti yang ditunjukkan Lemery dalam kamusnya, berasal dari bahasa Yunani. tanah liat tembikar. Dalton dalam bukunya “New System of Chemical Philosophy” memberikan tanda khusus untuk aluminium dan memberikan rumus struktur (!) yang kompleks untuk tawas.

Setelah penemuan logam alkali menggunakan listrik galvanik, Davy dan Berzelius gagal mengisolasi logam aluminium dari alumina dengan cara yang sama. Baru pada tahun 1825 masalah ini diselesaikan oleh fisikawan Denmark Oersted dengan menggunakan metode kimia. Dia melewatkan klorin melalui campuran panas alumina dan batu bara, dan aluminium klorida anhidrat yang dihasilkan dipanaskan dengan kalium amalgam. Setelah merkuri menguap, tulis Oersted, diperoleh logam yang mirip dengan timah. Akhirnya, pada tahun 1827, Wöhler mengisolasi logam aluminium dengan cara yang lebih efisien - dengan memanaskan aluminium klorida anhidrat dengan logam kalium.

Sekitar tahun 1807, Davy yang mencoba melakukan elektrolisis alumina memberi nama pada logam yang diduga mengandung aluminium (Alumium) atau aluminium (Aluminium). Nama terakhir ini kemudian menjadi umum di AS, sementara di Inggris dan negara lain nama Aluminium, yang kemudian diusulkan oleh Davy yang sama, telah diadopsi. Jelas sekali bahwa semua nama ini berasal dari kata latin alum (Alumen), yang asal usulnya terdapat perbedaan pendapat, berdasarkan bukti dari berbagai penulis, sejak jaman dahulu.

A. M. Vasiliev, memperhatikan asal usul kata ini yang tidak jelas, mengutip pendapat Isidore tertentu (jelas Isidore dari Seville, seorang uskup yang hidup pada tahun 560 - 636, seorang ensiklopedis yang terlibat, khususnya, dalam penelitian etimologis): “Alumen adalah disebut lumen, jadi bagaimana ia memberikan lumen (cahaya, kecerahan) pada cat ketika ditambahkan selama pewarnaan." Namun penjelasan ini, meskipun sudah sangat tua, tidak membuktikan bahwa kata alumen mempunyai asal usul yang demikian. Di sini, kemungkinan besar hanya terjadi tautologi yang tidak disengaja. Lemery (1716) pada gilirannya menunjukkan bahwa kata alumen berhubungan dengan bahasa Yunani (halmi), yang berarti salinitas, air garam, air garam, dll.

Nama Rusia untuk aluminium pada dekade pertama abad ke-19. cukup bervariasi. Masing-masing penulis buku kimia pada periode ini jelas berusaha mengajukan judulnya sendiri. Jadi, Zakharov menyebut aluminium alumina (1810), Giese - alumium (1813), Strakhov - alum (1825), Iovsky - tanah liat, Shcheglov - alumina (1830). Di Toko Dvigubsky (1822 - 1830), alumina disebut alumina, alumina, alumina (misalnya, alumina asam fosfat), dan logamnya disebut aluminium dan aluminium (1824). Hess dalam edisi pertama “Foundations of Pure Chemistry” (1831) menggunakan nama alumina (Aluminium), dan pada edisi kelima (1840) - tanah liat. Namun, ia membentuk nama untuk garam berdasarkan istilah alumina, misalnya alumina sulfat. Mendeleev dalam edisi pertama “Fundamentals of Chemistry” (1871) menggunakan nama aluminium dan tanah liat, pada edisi berikutnya kata tanah liat tidak lagi muncul.

Sebagai logam paling ringan dan ulet, logam ini memiliki banyak kegunaan. Ini tahan terhadap korosi, memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, dan mudah menahan fluktuasi suhu yang tiba-tiba. Ciri lainnya adalah ketika bersentuhan dengan udara, lapisan khusus muncul di permukaannya, yang melindungi logam.

Semua ini, serta fitur lainnya, berkontribusi terhadap penggunaan aktifnya. Nah, yuk kita cari tahu lebih detail apa saja kegunaan aluminium.

Logam struktural ini banyak digunakan. Secara khusus, dengan penggunaannyalah manufaktur pesawat terbang, ilmu roket, industri makanan, dan manufaktur peralatan makan mulai bekerja. Berkat sifatnya, aluminium memungkinkan peningkatan kemampuan manuver kapal karena bobotnya yang lebih rendah.

Struktur aluminium rata-rata 50% lebih ringan dibandingkan produk baja sejenis.

Secara terpisah, perlu disebutkan kemampuan logam untuk menghantarkan arus. Fitur ini memungkinkannya menjadi pesaing utamanya. Ini secara aktif digunakan dalam produksi sirkuit mikro dan di bidang mikroelektronika secara umum.

Area penggunaan yang paling populer meliputi:

  • Manufaktur pesawat terbang: pompa, mesin, rumah dan elemen lainnya;
  • Ilmu roket: sebagai komponen bahan bakar roket yang mudah terbakar;
  • Pembuatan kapal: bangunan atas lambung dan dek;
  • Elektronik: kabel, kabel, penyearah;
  • Produksi pertahanan: senapan mesin, tank, pesawat terbang, berbagai instalasi;
  • Konstruksi: tangga, rangka, finishing;
  • Area kereta api: tangki untuk produk minyak bumi, suku cadang, rangka mobil;
  • Industri otomotif: bumper, radiator;
  • Rumah tangga: kertas timah, piring, cermin, peralatan kecil;

Penyebarannya yang luas disebabkan oleh keunggulan logam, namun juga memiliki kelemahan signifikan - kekuatannya rendah. Untuk meminimalkannya, magnesium juga ditambahkan ke logam.

Seperti yang sudah Anda pahami, aluminium dan senyawanya terutama digunakan dalam teknik elektro (dan sekadar teknologi), kehidupan sehari-hari, industri, teknik mesin, dan penerbangan. Sekarang kita akan berbicara tentang penggunaan logam aluminium dalam konstruksi.

Video ini akan memberi tahu Anda tentang penggunaan aluminium dan paduannya:

Gunakan dalam konstruksi

Pemanfaatan aluminium oleh manusia dalam bidang konstruksi ditentukan oleh ketahanannya terhadap korosi. Hal ini memungkinkan untuk membuat struktur darinya yang direncanakan untuk digunakan di lingkungan yang agresif, serta di luar ruangan.

Bahan atap

Aluminium secara aktif digunakan untuk. Bahan lembaran ini selain mempunyai sifat dekoratif, penahan beban dan penutup yang baik, juga memiliki harga yang terjangkau dibandingkan bahan atap lainnya. Selain itu, atap seperti itu tidak memerlukan pemeriksaan atau perbaikan preventif, dan masa pakainya melebihi banyak material yang ada.

Dengan menambahkan logam lain ke aluminium murni, Anda benar-benar bisa mendapatkan fitur dekoratif apa pun. Atap ini memungkinkan Anda memiliki beragam warna yang cocok dengan gaya keseluruhan.

Ikat pinggang jendela

Anda dapat menemukan aluminium di antara lentera dan bingkai jendela. Jika digunakan untuk tujuan serupa, bahan tersebut terbukti tidak dapat diandalkan dan berumur pendek.

Baja akan cepat terkorosi, memiliki berat pengikatan yang besar dan tidak nyaman untuk dibuka. Pada gilirannya, struktur aluminium tidak memiliki kelemahan seperti itu.

Video di bawah ini akan memberi tahu Anda tentang sifat dan kegunaan aluminium:

panel-panel dinding

Panel aluminium terbuat dari paduan logam ini dan digunakan untuk dekorasi eksterior rumah. Mereka dapat berbentuk lembaran stempel biasa atau panel penutup siap pakai yang terdiri dari lembaran, insulasi dan pelapis. Bagaimanapun, mereka menahan panas di dalam rumah sebanyak mungkin dan, karena ringan, tidak membebani fondasi.

Setiap unsur kimia dapat dilihat dari sudut pandang tiga ilmu: fisika, kimia dan biologi. Dan pada artikel kali ini kami akan mencoba mengkarakterisasi aluminium seakurat mungkin. Ini adalah unsur kimia yang terletak pada golongan ketiga dan periode ketiga, menurut tabel periodik. Aluminium merupakan logam yang memiliki reaktivitas kimia rata-rata. Sifat amfoter juga dapat diamati pada senyawanya. Massa atom aluminium adalah dua puluh enam gram per mol.

Ciri-ciri fisik aluminium

Dalam kondisi normal, ia berbentuk padat. Rumus aluminium sangat sederhana. Terdiri dari atom-atom (tidak digabungkan menjadi molekul), yang disusun menggunakan kisi kristal menjadi zat padat. Warna aluminium berwarna putih keperakan. Selain itu, ia memiliki kilau logam, seperti semua zat lain dalam kelompok ini. Warna aluminium yang digunakan dalam industri dapat bervariasi karena adanya pengotor dalam paduannya. Ini adalah logam yang cukup ringan.

Massa jenisnya adalah 2,7 g/cm3, artinya kira-kira tiga kali lebih ringan dari besi. Dalam hal ini ia hanya kalah dengan magnesium, yang bahkan lebih ringan dari logam tersebut. Kekerasan aluminium cukup rendah. Di dalamnya, ia lebih rendah daripada kebanyakan logam. Kekerasan aluminium hanya dua, oleh karena itu untuk memperkuatnya ditambahkan paduan yang lebih keras pada paduan berbahan dasar logam ini.

Aluminium meleleh pada suhu hanya 660 derajat Celcius. Dan akan mendidih jika dipanaskan hingga suhu dua ribu empat ratus lima puluh dua derajat Celcius. Ini adalah logam yang sangat ulet dan dapat melebur. Ciri fisik aluminium tidak berhenti sampai di situ. Saya juga ingin mencatat bahwa logam ini memiliki konduktivitas listrik terbaik setelah tembaga dan perak.

Prevalensi di alam

Aluminium, karakteristik teknis yang baru saja kami ulas, cukup umum di lingkungan. Hal ini dapat diamati pada komposisi banyak mineral. Unsur aluminium merupakan unsur paling melimpah keempat di alam. Hampir sembilan persen berada di kerak bumi. Mineral utama yang mengandung atomnya adalah bauksit, korundum, dan kriolit. Yang pertama adalah batuan yang terdiri dari oksida besi, silikon, dan logam tersebut, dan molekul air juga terdapat dalam strukturnya. Ia memiliki warna yang heterogen: pecahan abu-abu, coklat kemerahan dan warna lain, yang bergantung pada adanya berbagai pengotor. Dari tiga puluh hingga enam puluh persen batuan ini adalah aluminium, fotonya dapat dilihat di atas. Selain itu, korundum merupakan mineral yang sangat umum di alam.

Ini adalah aluminium oksida. Rumus kimianya adalah Al2O3. Bisa berwarna merah, kuning, biru atau coklat. Kekerasannya pada skala Mohs adalah sembilan. Varietas korundum termasuk safir dan rubi yang terkenal, leucosapphires, serta padparadscha (safir kuning).

Cryolite merupakan mineral dengan rumus kimia yang lebih kompleks. Ini terdiri dari aluminium dan natrium fluorida - AlF3.3NaF. Tampaknya sebagai batu tidak berwarna atau keabu-abuan dengan kekerasan rendah hanya tiga skala Mohs. Di dunia modern, itu disintesis secara artifisial di laboratorium. Ini digunakan dalam metalurgi.

Aluminium juga dapat ditemukan di alam dalam tanah liat, yang komponen utamanya adalah oksida silikon dan logam tersebut, berasosiasi dengan molekul air. Selain itu, unsur kimia ini dapat diamati pada komposisi nepheline yang rumus kimianya sebagai berikut: KNa34.

Kuitansi

Karakteristik aluminium mencakup pertimbangan metode sintesisnya. Ada beberapa metode. Produksi aluminium dengan metode pertama terjadi dalam tiga tahap. Yang terakhir adalah prosedur elektrolisis pada katoda dan karbon anoda. Untuk melakukan proses tersebut diperlukan aluminium oksida, serta zat pembantu seperti kriolit (rumus - Na3AlF6) dan kalsium fluorida (CaF2). Agar proses penguraian aluminium oksida yang dilarutkan dalam air dapat terjadi, perlu dipanaskan bersama dengan lelehan kriolit dan kalsium fluorida hingga suhu setidaknya sembilan ratus lima puluh derajat Celcius, dan kemudian mengalirkan arus sebesar delapan puluh ribu ampere dan tegangan lima melalui zat ini delapan volt. Jadi, sebagai hasil dari proses ini, aluminium akan mengendap di katoda, dan molekul oksigen akan berkumpul di anoda, yang kemudian mengoksidasi anoda dan mengubahnya menjadi karbon dioksida. Sebelum prosedur ini, bauksit, dalam bentuk aluminium oksida yang ditambang, terlebih dahulu dimurnikan dari kotoran, dan juga mengalami proses dehidrasi.

Produksi aluminium dengan metode yang dijelaskan di atas sangat umum dalam metalurgi. Ada pula metode yang ditemukan pada tahun 1827 oleh F. Wöhler. Hal ini terletak pada kenyataan bahwa aluminium dapat diekstraksi menggunakan reaksi kimia antara klorida dan kaliumnya. Proses seperti itu hanya dapat dilakukan dengan menciptakan kondisi khusus berupa suhu dan vakum yang sangat tinggi. Jadi, dari satu mol klorida dan volume kalium yang sama, dapat diperoleh satu mol aluminium dan tiga mol produk sampingan. Reaksi ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Metode ini belum mendapatkan banyak popularitas dalam metalurgi.

Karakteristik aluminium dari sudut pandang kimia

Seperti disebutkan di atas, ini adalah zat sederhana yang terdiri dari atom-atom yang tidak bergabung menjadi molekul. Hampir semua logam membentuk struktur serupa. Aluminium mempunyai aktivitas kimia yang cukup tinggi dan sifat pereduksi yang kuat. Karakterisasi kimia aluminium akan diawali dengan uraian reaksinya dengan zat sederhana lainnya, kemudian akan dijelaskan interaksinya dengan senyawa anorganik kompleks.

Aluminium dan zat sederhana

Ini termasuk, pertama-tama, oksigen - senyawa paling melimpah di planet ini. Dua puluh satu persen atmosfer bumi terdiri darinya. Reaksi suatu zat dengan zat lain disebut oksidasi atau pembakaran. Biasanya terjadi pada suhu tinggi. Namun dalam kasus aluminium, oksidasi dimungkinkan dalam kondisi normal - ini adalah bagaimana lapisan oksida terbentuk. Jika logam ini dihancurkan maka akan terbakar sehingga melepaskan energi dalam jumlah besar dalam bentuk panas. Untuk melakukan reaksi antara aluminium dan oksigen, diperlukan komponen-komponen tersebut dengan perbandingan molar 4:3 sehingga menghasilkan dua bagian oksida.

Interaksi kimia ini dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Reaksi aluminium dengan halogen, termasuk fluor, yodium, brom, dan klor, juga mungkin terjadi. Nama proses ini berasal dari nama halogen yang bersangkutan: fluorinasi, iodinasi, brominasi, dan klorinasi. Ini adalah reaksi adisi yang khas.

Sebagai contoh, mari kita perhatikan interaksi aluminium dengan klorin. Proses seperti ini hanya dapat terjadi dalam cuaca dingin.

Jadi, dengan mengambil dua mol aluminium dan tiga mol klorin, hasilnya adalah dua mol klorida dari logam tersebut. Persamaan reaksi ini adalah sebagai berikut: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Dengan cara yang sama Anda dapat memperoleh aluminium fluorida, bromida dan iodidanya.

Zat tersebut bereaksi dengan belerang hanya jika dipanaskan. Untuk melakukan reaksi antara kedua senyawa ini, Anda perlu mengambilnya dalam proporsi molar dua banding tiga, dan satu bagian aluminium sulfida akan terbentuk. Persamaan reaksinya seperti ini: 2Al + 3S = Al2S3.

Selain itu, pada suhu tinggi, aluminium bereaksi dengan karbon, membentuk karbida, dan dengan nitrogen, membentuk nitrida. Persamaan reaksi kimia berikut dapat dijadikan contoh: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Interaksi dengan zat kompleks

Ini termasuk air, garam, asam, basa, oksida. Aluminium bereaksi berbeda dengan semua senyawa kimia ini. Mari kita lihat lebih dekat setiap kasusnya.

Reaksi dengan air

Aluminium bereaksi dengan zat kompleks paling umum di Bumi saat dipanaskan. Ini hanya terjadi jika lapisan oksida dihilangkan terlebih dahulu. Sebagai hasil interaksi, hidroksida amfoter terbentuk, dan hidrogen juga dilepaskan ke udara. Dengan mengambil dua bagian aluminium dan enam bagian air, kita memperoleh hidroksida dan hidrogen dalam perbandingan molar dua banding tiga. Persamaan reaksi ini ditulis sebagai berikut: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Interaksi dengan asam, basa dan oksida

Seperti logam aktif lainnya, aluminium mampu mengalami reaksi substitusi. Dengan melakukan hal ini, ia dapat menggantikan hidrogen dari asam atau kation logam yang lebih pasif dari garamnya. Sebagai hasil dari interaksi tersebut, garam aluminium terbentuk, dan hidrogen juga dilepaskan (dalam kasus asam) atau logam murni (yang kurang aktif dibandingkan yang dimaksud) mengendap. Dalam kasus kedua, sifat restoratif yang disebutkan di atas muncul. Contohnya adalah interaksi aluminium dengan aluminium klorida yang terbentuk dan hidrogen dilepaskan ke udara. Reaksi semacam ini dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Contoh interaksi aluminium dengan garam adalah reaksinya dengan Dengan mengambil kedua komponen tersebut, pada akhirnya kita akan memperoleh tembaga murni, yang akan mengendap. Aluminium bereaksi secara unik dengan asam seperti sulfat dan nitrat. Misalnya, ketika aluminium ditambahkan ke larutan encer asam nitrat dengan perbandingan molar delapan bagian berbanding tiga puluh, delapan bagian nitrat dari logam tersebut akan terbentuk, tiga bagian oksida nitrat, dan lima belas air. Persamaan reaksi ini ditulis sebagai berikut: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Proses ini hanya terjadi pada suhu tinggi.

Jika kita mencampurkan aluminium dan larutan asam sulfat lemah dalam perbandingan molar dua banding tiga, kita memperoleh sulfat dari logam tersebut dan hidrogen dengan perbandingan satu banding tiga. Artinya, reaksi substitusi biasa akan terjadi, seperti halnya asam lainnya. Agar lebih jelas, kami sajikan persamaannya: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Namun, dengan larutan pekat dari asam yang sama, segalanya menjadi lebih rumit. Di sini, seperti halnya nitrat, produk sampingan terbentuk, tetapi tidak dalam bentuk oksida, tetapi dalam bentuk belerang dan air. Jika kita mengambil dua komponen yang kita butuhkan dengan perbandingan molar dua banding empat, maka hasilnya adalah masing-masing satu bagian garam logam tersebut dan belerang, serta empat bagian air. Interaksi kimia ini dapat dinyatakan dengan persamaan berikut: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Selain itu, aluminium mampu bereaksi dengan larutan alkali. Untuk melakukan interaksi kimia seperti itu, Anda perlu mengambil dua mol logam tersebut, jumlah kalium yang sama, dan juga enam mol air. Akibatnya, zat seperti natrium atau kalium tetrahidroksialuminat terbentuk, serta hidrogen, yang dilepaskan dalam bentuk gas dengan bau menyengat dalam proporsi molar dua hingga tiga. Reaksi kimia ini dapat direpresentasikan dalam bentuk persamaan berikut: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

Dan hal terakhir yang perlu diperhatikan adalah pola interaksi aluminium dengan oksida tertentu. Kasus yang paling umum dan digunakan adalah reaksi Beketov. Hal ini, seperti banyak hal lain yang dibahas di atas, hanya terjadi pada suhu tinggi. Jadi, untuk menerapkannya, Anda perlu mengambil dua mol aluminium dan satu mol besi oksida. Sebagai hasil interaksi kedua zat ini, kita memperoleh aluminium oksida dan besi bebas masing-masing dalam jumlah satu dan dua mol.

Penggunaan logam tersebut dalam industri

Perhatikan bahwa penggunaan aluminium adalah kejadian yang sangat umum. Pertama-tama, industri penerbangan membutuhkannya. Bersamaan dengan ini, paduan berdasarkan logam tersebut juga digunakan. Kita dapat mengatakan bahwa rata-rata pesawat terdiri dari 50% paduan aluminium, dan mesinnya - 25%. Aluminium juga digunakan dalam pembuatan kawat dan kabel karena konduktivitas listriknya yang sangat baik. Selain itu, logam ini dan paduannya banyak digunakan dalam industri otomotif. Bahan-bahan ini dibuat dari bahan-bahan tersebut, seperti badan mobil, bus, troli, beberapa trem, serta gerbong kereta api konvensional dan listrik.

Ini juga digunakan untuk tujuan skala kecil, misalnya, untuk produksi kemasan makanan dan produk lainnya, serta piring. Untuk membuat cat perak, Anda membutuhkan bubuk dari logam tersebut. Cat ini diperlukan untuk melindungi besi dari korosi. Dapat dikatakan bahwa aluminium merupakan logam kedua yang paling umum digunakan dalam industri setelah besi. Senyawanya dan dirinya sendiri sering digunakan dalam industri kimia. Hal ini dijelaskan oleh sifat kimia khusus aluminium, termasuk sifat pereduksi dan sifat amfoter senyawanya. Hidroksida unsur kimia tersebut diperlukan untuk pemurnian air. Selain itu, digunakan dalam pengobatan dalam proses produksi vaksin. Hal ini juga dapat ditemukan pada beberapa jenis plastik dan bahan lainnya.

Peran di alam

Seperti yang sudah ditulis di atas, aluminium ditemukan dalam jumlah besar di kerak bumi. Ini sangat penting bagi organisme hidup. Aluminium terlibat dalam pengaturan proses pertumbuhan, membentuk jaringan ikat seperti tulang, ligamen dan lain-lain. Berkat unsur mikro ini, proses regenerasi jaringan tubuh menjadi lebih cepat. Kekurangannya ditandai dengan gejala berikut: gangguan perkembangan dan pertumbuhan pada anak-anak; pada orang dewasa - kelelahan kronis, penurunan kinerja, gangguan koordinasi gerakan, penurunan laju regenerasi jaringan, melemahnya otot, terutama pada ekstremitas. Fenomena ini bisa terjadi jika Anda mengonsumsi terlalu sedikit makanan yang mengandung unsur mikro ini.

Namun masalah yang lebih umum adalah kelebihan aluminium pada bodi. Dalam hal ini, gejala-gejala berikut sering diamati: kegugupan, depresi, gangguan tidur, penurunan daya ingat, ketahanan terhadap stres, pelunakan sistem muskuloskeletal, yang dapat menyebabkan seringnya patah tulang dan keseleo. Dengan kelebihan aluminium dalam tubuh dalam jangka panjang, masalah sering muncul pada fungsi hampir setiap sistem organ.

Sejumlah alasan dapat menyebabkan fenomena ini. Pertama-tama, para ilmuwan telah lama membuktikan bahwa peralatan yang terbuat dari logam tersebut tidak cocok untuk memasak makanan di dalamnya, karena pada suhu tinggi sebagian aluminium masuk ke dalam makanan, dan akibatnya, Anda mengonsumsi lebih banyak unsur mikro ini daripada dibutuhkan tubuh.

Alasan kedua adalah penggunaan kosmetik secara teratur yang mengandung logam tersebut atau garamnya. Sebelum menggunakan produk apa pun, Anda harus membaca komposisinya dengan cermat. Kosmetik tidak terkecuali.

Alasan ketiga adalah mengonsumsi obat yang banyak mengandung aluminium dalam jangka waktu lama. Serta penyalahgunaan vitamin dan bahan tambahan makanan yang mengandung unsur mikro ini.

Sekarang mari kita cari tahu produk apa saja yang mengandung aluminium untuk mengatur pola makan dan menata menu dengan benar. Pertama-tama, wortel, keju olahan, gandum, tawas, kentang. Alpukat dan buah persik merupakan buah yang direkomendasikan. Selain itu, kubis putih, nasi, dan banyak tanaman obat kaya akan aluminium. Selain itu, kation logam tersebut mungkin terkandung dalam air minum. Untuk menghindari tingginya atau rendahnya kadar aluminium dalam tubuh (serta elemen lainnya), Anda perlu memantau pola makan Anda dengan cermat dan berusaha membuatnya seimbang mungkin.

Ada banyak aluminium di kerak bumi: 8,6% berat. Ia menempati urutan pertama di antara semua logam dan ketiga di antara unsur-unsur lainnya (setelah oksigen dan silikon). Jumlah aluminium dua kali lebih banyak dari besi, dan 350 kali lebih banyak dari gabungan tembaga, seng, kromium, timah, dan timbal! Seperti yang dia tulis lebih dari 100 tahun yang lalu dalam buku teks klasiknya Dasar-dasar Kimia D.I.Mendeleev, dari semua logam, “aluminium adalah yang paling umum di alam; Cukup dengan menunjukkan bahwa aluminium merupakan bagian dari tanah liat untuk memperjelas distribusi universal aluminium di kerak bumi. Aluminium, atau logam tawas (alumen), disebut juga tanah liat karena terdapat di dalam tanah liat.”

Mineral terpenting aluminium adalah bauksit, campuran oksida basa AlO(OH) dan hidroksida Al(OH) 3. Deposit bauksit terbesar berlokasi di Australia, Brazil, Guinea dan Jamaika; produksi industri juga dilakukan di negara lain. Alunite (batu tawas) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 dan nepheline (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 juga kaya akan aluminium. Secara total, diketahui lebih dari 250 mineral yang mengandung aluminium; kebanyakan dari mereka adalah aluminosilikat, yang merupakan bahan utama pembentuk kerak bumi. Ketika pelapukan, terbentuklah tanah liat, yang bahan dasarnya adalah mineral kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Pengotor besi biasanya mewarnai tanah liat menjadi coklat, tetapi ada juga tanah liat putih - kaolin, yang digunakan untuk membuat produk porselen dan gerabah.

Kadang-kadang, ditemukan mineral korundum yang sangat keras (kedua setelah berlian) - kristal oksida Al 2 O 3, sering kali diwarnai oleh pengotor dalam berbagai warna. Variasi birunya (campuran titanium dan besi) disebut safir, yang merah (campuran kromium) disebut rubi. Berbagai kotoran juga dapat mewarnai apa yang disebut korundum mulia dengan warna hijau, kuning, oranye, ungu dan warna serta corak lainnya.

Sampai saat ini, diyakini bahwa aluminium, sebagai logam yang sangat aktif, tidak dapat terjadi di alam dalam keadaan bebas, tetapi pada tahun 1978, aluminium asli ditemukan di bebatuan Platform Siberia - hanya dalam bentuk kristal seperti benang. Panjang 0,5 mm (dengan ketebalan benang beberapa mikrometer). Aluminium asli juga ditemukan di tanah bulan yang dibawa ke Bumi dari wilayah Lautan Krisis dan Kelimpahan. Logam aluminium diyakini dapat dibentuk melalui kondensasi dari gas. Diketahui bahwa ketika aluminium halida - klorida, bromida, fluorida - dipanaskan, mereka dapat menguap dengan lebih mudah (misalnya, AlCl 3 sudah menyublim pada 180 ° C). Dengan peningkatan suhu yang kuat, aluminium halida terurai, berubah menjadi keadaan dengan valensi logam yang lebih rendah, misalnya AlCl. Ketika senyawa tersebut mengembun dengan penurunan suhu dan kekurangan oksigen, reaksi disproporsionasi terjadi pada fase padat: beberapa atom aluminium teroksidasi dan masuk ke keadaan trivalen biasa, dan beberapa tereduksi. Aluminium monivalen hanya dapat direduksi menjadi logam: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Asumsi ini juga didukung oleh bentuk kristal aluminium asli yang seperti benang. Biasanya, kristal dengan struktur ini terbentuk karena pertumbuhan yang cepat dari fase gas. Nugget aluminium mikroskopis di tanah bulan kemungkinan besar terbentuk dengan cara yang sama.

Nama aluminium berasal dari bahasa latin alumen (genus aluminis). Ini adalah nama tawas, kalium-aluminium sulfat ganda KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), yang digunakan sebagai mordan untuk mewarnai kain. Nama Latinnya mungkin berasal dari bahasa Yunani "halme" - air garam, larutan garam. Anehnya, di Inggris aluminium adalah aluminium, dan di AS adalah aluminium.

Banyak buku populer tentang kimia memuat legenda bahwa seorang penemu tertentu, yang namanya tidak tercatat dalam sejarah, membawakan kepada Kaisar Tiberius, yang memerintah Roma pada tahun 14–27 M, sebuah mangkuk yang terbuat dari logam yang menyerupai warna perak, tetapi lebih ringan. Hadiah ini membuat sang master kehilangan nyawanya: Tiberius memerintahkan eksekusinya dan penghancuran bengkelnya, karena dia takut logam baru itu dapat menurunkan nilai perak dalam perbendaharaan kekaisaran.

Legenda ini didasarkan pada cerita oleh Pliny the Elder, seorang penulis dan sarjana Romawi, penulis Sejarah alam– ensiklopedia ilmu pengetahuan alam zaman dahulu. Menurut Pliny, logam baru tersebut diperoleh dari "tanah liat". Tapi tanah liat memang mengandung aluminium.

Penulis modern hampir selalu menyatakan bahwa keseluruhan cerita ini tidak lebih dari dongeng yang indah. Dan ini tidak mengherankan: aluminium dalam batuan terikat sangat erat dengan oksigen, dan banyak energi yang harus dikeluarkan untuk melepaskannya. Namun, baru-baru ini muncul data baru tentang kemungkinan mendasar diperolehnya logam aluminium di zaman kuno. Analisis spektral menunjukkan dekorasi pada makam komandan Tiongkok Zhou-Zhu, yang meninggal pada awal abad ke-3. IKLAN, terbuat dari paduan yang terdiri dari 85% aluminium. Mungkinkah orang zaman dahulu memperoleh aluminium gratis? Semua metode yang dikenal (elektrolisis, reduksi dengan logam natrium atau kalium) secara otomatis dihilangkan. Mungkinkah aluminium asli ditemukan pada zaman dahulu, seperti misalnya bongkahan emas, perak, dan tembaga? Hal ini juga dikecualikan: aluminium asli merupakan mineral langka yang ditemukan dalam jumlah kecil, sehingga pengrajin zaman dahulu tidak dapat menemukan dan mengumpulkan nugget tersebut dalam jumlah yang dibutuhkan.

Namun, ada kemungkinan penjelasan lain untuk cerita Pliny. Aluminium dapat diperoleh kembali dari bijih tidak hanya dengan bantuan listrik dan logam alkali. Ada zat pereduksi yang tersedia dan banyak digunakan sejak zaman kuno - batu bara, yang dengannya oksida banyak logam direduksi menjadi logam bebas ketika dipanaskan. Pada akhir tahun 1970-an, ahli kimia Jerman memutuskan untuk menguji apakah aluminium dapat diproduksi pada zaman kuno melalui reduksi dengan batu bara. Mereka memanaskan campuran tanah liat dengan bubuk batu bara dan garam meja atau kalium (kalium karbonat) dalam wadah tanah liat hingga panas merah. Garam diperoleh dari air laut, dan kalium dari abu tumbuhan, untuk menggunakan hanya bahan dan metode yang tersedia di zaman kuno. Setelah beberapa waktu, terak dengan bola aluminium melayang ke permukaan wadah! Hasil logamnya kecil, tetapi ada kemungkinan bahwa dengan cara inilah para ahli metalurgi kuno dapat memperoleh “logam abad ke-20”.

Sifat-sifat aluminium.

Warna aluminium murni menyerupai perak; merupakan logam yang sangat ringan: massa jenisnya hanya 2,7 g/cm 3 . Satu-satunya logam yang lebih ringan dari aluminium adalah logam alkali dan alkali tanah (kecuali barium), berilium, dan magnesium. Aluminium juga mudah meleleh - pada suhu 600 ° C (kawat aluminium tipis dapat dicairkan dengan kompor dapur biasa), tetapi hanya mendidih pada suhu 2452 ° C. Dalam hal konduktivitas listrik, aluminium berada di urutan ke-4, kedua setelah perak (itu berada di urutan pertama), tembaga dan emas, yang, mengingat murahnya aluminium, sangat penting secara praktis. Konduktivitas termal logam berubah dalam urutan yang sama. Konduktivitas termal aluminium yang tinggi dapat dengan mudah diverifikasi dengan mencelupkan sendok aluminium ke dalam teh panas. Dan satu lagi sifat luar biasa dari logam ini: permukaannya yang halus dan berkilau memantulkan cahaya dengan sempurna: dari 80 hingga 93% di wilayah spektrum tampak, bergantung pada panjang gelombang. Di wilayah ultraviolet, aluminium tidak ada bandingannya dalam hal ini, dan hanya di wilayah merah aluminium sedikit lebih rendah daripada perak (di wilayah ultraviolet, perak memiliki reflektifitas yang sangat rendah).

Aluminium murni adalah logam yang cukup lunak - hampir tiga kali lebih lunak dari tembaga, sehingga pelat dan batang aluminium yang relatif tebal pun mudah ditekuk, tetapi ketika aluminium membentuk paduan (jumlahnya sangat banyak), kekerasannya dapat meningkat sepuluh kali lipat.

Bilangan oksidasi khas aluminium adalah +3, tetapi karena adanya bilangan 3 yang tidak terisi R- dan 3 D-orbital, atom aluminium dapat membentuk ikatan donor-akseptor tambahan. Oleh karena itu, ion Al 3+ dengan radius kecil sangat rentan terhadap pembentukan kompleks, membentuk berbagai kompleks kationik dan anionik: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – dan banyak lainnya. Kompleks dengan senyawa organik juga diketahui.

Aktivitas kimia aluminium sangat tinggi; dalam rangkaian potensial elektroda ia berada tepat di belakang magnesium. Sepintas, pernyataan seperti itu mungkin tampak aneh: lagi pula, panci atau sendok aluminium cukup stabil di udara dan tidak hancur dalam air mendidih. Aluminium, tidak seperti besi, tidak berkarat. Ternyata ketika terkena udara, logam tersebut ditutupi dengan “pelindung” oksida yang tidak berwarna, tipis namun tahan lama, yang melindungi logam dari oksidasi. Jadi, jika Anda memasukkan kawat atau pelat aluminium tebal setebal 0,5–1 mm ke dalam nyala api pembakar, logam tersebut akan meleleh, tetapi aluminium tidak mengalir, karena tetap berada dalam kantong oksidanya. Jika Anda menghilangkan lapisan pelindung aluminium atau membuatnya lepas (misalnya, dengan merendamnya dalam larutan garam merkuri), aluminium akan segera mengungkapkan esensi aslinya: pada suhu kamar ia akan mulai bereaksi kuat dengan air, melepaskan hidrogen. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . Di udara, aluminium, yang lapisan pelindungnya terkelupas, berubah menjadi bubuk oksida lepas tepat di depan mata kita: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Aluminium sangat aktif dalam keadaan hancur halus; Saat ditiupkan ke dalam nyala api, debu aluminium langsung terbakar. Jika Anda mencampurkan debu aluminium dengan natrium peroksida pada piring keramik dan menjatuhkan air ke atas campuran tersebut, aluminium juga akan menyala dan terbakar dengan nyala api putih.

Afinitas aluminium yang sangat tinggi terhadap oksigen memungkinkannya untuk “mengambil” oksigen dari oksida sejumlah logam lain, mereduksinya (metode aluminotermi). Contoh paling terkenal adalah campuran termit, yang ketika dibakar, melepaskan begitu banyak panas sehingga besi yang dihasilkan meleleh: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Reaksi ini ditemukan pada tahun 1856 oleh N.N.Beketov. Dengan cara ini, Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO, dan sejumlah oksida lainnya dapat direduksi menjadi logam. Ketika mereduksi Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 dengan aluminium, panas reaksi tidak cukup untuk memanaskan produk reaksi di atas titik lelehnya.

Aluminium mudah larut dalam asam mineral encer membentuk garam. Asam nitrat pekat, mengoksidasi permukaan aluminium, mendorong penebalan dan penguatan lapisan oksida (yang disebut pasivasi logam). Aluminium yang diolah dengan cara ini tidak bereaksi bahkan dengan asam klorida. Dengan menggunakan oksidasi anodik elektrokimia (anodisasi), lapisan tebal dapat dibuat pada permukaan aluminium, yang dapat dengan mudah dicat dengan berbagai warna.

Perpindahan logam yang kurang aktif oleh aluminium dari larutan garam sering kali terhambat oleh lapisan pelindung pada permukaan aluminium. Film ini cepat rusak oleh tembaga klorida, sehingga reaksi 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu mudah terjadi, disertai dengan pemanasan yang kuat. Dalam larutan alkali kuat, aluminium mudah larut dengan pelepasan hidrogen: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (kompleks hidrokso anionik lainnya juga terbentuk). Sifat amfoter senyawa aluminium juga dimanifestasikan dalam mudahnya larutnya oksida dan hidroksida yang baru diendapkan dalam basa. Kristal oksida (korundum) sangat tahan terhadap asam dan basa. Ketika digabungkan dengan alkali, aluminat anhidrat terbentuk: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesium aluminat Mg(AlO 2) 2 adalah batu spinel semi mulia, biasanya diwarnai dengan pengotor dalam berbagai macam warna .

Reaksi aluminium dengan halogen terjadi dengan cepat. Jika kawat aluminium tipis dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang berisi 1 ml brom, maka dalam waktu singkat aluminium tersebut menyala dan terbakar dengan nyala api yang terang. Reaksi campuran bubuk aluminium dan yodium dimulai dengan setetes air (air dengan yodium membentuk asam yang menghancurkan lapisan oksida), setelah itu nyala api terang muncul dengan awan uap ungu yodium. Aluminium halida dalam larutan air mempunyai reaksi asam akibat hidrolisis: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Reaksi aluminium dengan nitrogen hanya terjadi di atas 800 ° C dengan pembentukan nitrida AlN, dengan belerang - pada 200 ° C (terbentuk sulfida Al 2 S 3), dengan fosfor - pada 500 ° C (terbentuk fosfat AlP). Ketika boron ditambahkan ke aluminium cair, borida dengan komposisi AlB 2 dan AlB 12 terbentuk - senyawa tahan api yang tahan terhadap asam. Hidrida (AlH) x (x = 1,2) hanya terbentuk dalam ruang hampa pada suhu rendah dalam reaksi atom hidrogen dengan uap aluminium. AlH 3 hidrida, stabil tanpa adanya uap air pada suhu kamar, diperoleh dalam larutan eter anhidrat: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Dengan kelebihan LiH, litium aluminium hidrida LiAlH 4 seperti garam terbentuk - zat pereduksi yang sangat kuat yang digunakan dalam sintesis organik. Ia langsung terurai dengan air: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Produksi aluminium.

Penemuan aluminium yang terdokumentasi terjadi pada tahun 1825. Logam ini pertama kali diperoleh oleh fisikawan Denmark Hans Christian Oersted, ketika ia mengisolasinya dengan aksi kalium amalgam pada aluminium klorida anhidrat (diperoleh dengan melewatkan klorin melalui campuran panas aluminium oksida dan batu bara). ). Setelah menyuling merkuri, Oersted memperoleh aluminium, meskipun terkontaminasi dengan kotoran. Pada tahun 1827, ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler memperoleh aluminium dalam bentuk bubuk dengan mereduksi heksafluoroaluminat dengan kalium:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Belakangan ia berhasil memperoleh aluminium dalam bentuk bola logam mengkilat. Pada tahun 1854, ahli kimia Perancis Henri Etienne Saint-Clair Deville mengembangkan metode industri pertama untuk memproduksi aluminium - dengan mereduksi lelehan tetrakloroaluminat dengan natrium: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Namun, aluminium tetap menjadi logam yang sangat langka dan mahal; harganya tidak jauh lebih murah dari emas dan 1500 kali lebih mahal dari besi (sekarang hanya tiga kali lipat). Mainan mainan dibuat dari emas, aluminium, dan batu mulia pada tahun 1850-an untuk putra Kaisar Prancis Napoleon III. Ketika sebuah batangan besar aluminium yang diproduksi dengan metode baru dipamerkan di Pameran Dunia di Paris pada tahun 1855, ia dipandang seolah-olah itu adalah sebuah permata. Bagian atas (berbentuk piramida) Monumen Washington di ibu kota AS ini terbuat dari aluminium berharga. Pada saat itu, harga aluminium tidak jauh lebih murah dibandingkan perak: di AS, misalnya, pada tahun 1856 dijual dengan harga 12 dolar per pon (454 g), dan perak seharga 15 dolar. Kamus Ensiklopedis Brockhaus yang diterbitkan pada tahun 1890, Efron mengatakan bahwa “aluminium masih digunakan terutama untuk pembuatan… barang-barang mewah.” Pada saat itu, hanya 2,5 ton logam yang ditambang setiap tahunnya di seluruh dunia. Baru menjelang akhir abad ke-19, ketika metode elektrolitik untuk memproduksi aluminium dikembangkan, produksi tahunannya mulai mencapai ribuan ton, dan pada abad ke-20. – juta ton. Hal ini mengubah aluminium dari logam semi mulia menjadi logam yang banyak tersedia.

Metode modern dalam memproduksi aluminium ditemukan pada tahun 1886 oleh seorang peneliti muda Amerika, Charles Martin Hall. Dia menjadi tertarik pada kimia sejak kecil. Setelah menemukan buku pelajaran kimia tua milik ayahnya, ia mulai rajin mempelajarinya dan melakukan eksperimen, bahkan pernah mendapat teguran dari ibunya karena merusak taplak meja makan. Dan 10 tahun kemudian dia membuat penemuan luar biasa yang membuatnya terkenal di seluruh dunia.

Sebagai seorang siswa pada usia 16 tahun, Hall mendengar dari gurunya, F. F. Jewett, bahwa jika seseorang dapat mengembangkan cara yang murah untuk memproduksi aluminium, orang tersebut tidak hanya akan memberikan kontribusi besar bagi kemanusiaan, tetapi juga menghasilkan banyak uang. Jewett tahu apa yang dia katakan: dia sebelumnya pernah berlatih di Jerman, bekerja dengan Wöhler, dan berdiskusi dengannya tentang masalah produksi aluminium. Jewett juga membawa sampel logam langka itu ke Amerika, yang dia tunjukkan kepada murid-muridnya. Tiba-tiba Hall menyatakan di depan umum: “Saya akan mendapatkan logam ini!”

Enam tahun kerja keras terus berlanjut. Hall mencoba memperoleh aluminium menggunakan metode yang berbeda, tetapi tidak berhasil. Akhirnya, ia mencoba mengekstraksi logam ini dengan cara elektrolisis. Pada saat itu belum ada pembangkit listrik, arus harus dihasilkan dengan menggunakan baterai besar buatan sendiri yang terbuat dari batu bara, seng, nitrat, dan asam sulfat. Hall bekerja di gudang tempat dia mendirikan laboratorium kecil. Ia dibantu oleh adiknya Julia yang sangat tertarik dengan eksperimen kakaknya. Dia menyimpan semua surat dan jurnal kerjanya, yang memungkinkan untuk menelusuri sejarah penemuan hari demi hari. Berikut kutipan dari memoarnya:

“Charles selalu dalam suasana hati yang baik, dan bahkan pada hari-hari terburuknya dia mampu menertawakan nasib para penemu yang tidak beruntung. Di saat mengalami kegagalan, dia menemukan hiburan di piano lama kami. Di laboratorium rumahnya dia bekerja berjam-jam tanpa istirahat; dan ketika dia bisa meninggalkan lokasi untuk sementara waktu, dia akan bergegas melintasi rumah panjang kami untuk bermain sedikit... Saya tahu bahwa, bermain dengan pesona dan perasaan seperti itu, dia terus-menerus memikirkan pekerjaannya. Dan musik membantunya dalam hal ini.”

Bagian tersulitnya adalah memilih elektrolit dan melindungi aluminium dari oksidasi. Setelah enam bulan kerja keras yang melelahkan, beberapa bola perak kecil akhirnya muncul di dalam wadah. Hall segera berlari menemui mantan gurunya untuk menceritakan kesuksesannya. “Profesor, saya mengerti!” serunya sambil mengulurkan tangannya: di telapak tangannya terdapat selusin bola aluminium kecil. Ini terjadi pada tanggal 23 Februari 1886. Dan tepat dua bulan kemudian, pada tanggal 23 April tahun yang sama, orang Prancis Paul Héroux mengambil paten untuk penemuan serupa, yang ia buat secara mandiri dan hampir bersamaan (dua kebetulan lainnya juga mencolok: baik Hall dan Héroux lahir pada tahun 1863 dan meninggal pada tahun 1914).

Sekarang bola aluminium pertama yang diproduksi oleh Hall disimpan di American Aluminium Company di Pittsburgh sebagai peninggalan nasional, dan di kampusnya terdapat monumen Hall, yang terbuat dari aluminium. Jewett kemudian menulis: “Penemuan saya yang paling penting adalah penemuan manusia. Charles M. Hall-lah yang, pada usia 21 tahun, menemukan metode mereduksi aluminium dari bijih, dan dengan demikian menjadikan aluminium logam luar biasa yang kini banyak digunakan di seluruh dunia.” Ramalan Jewett menjadi kenyataan: Hall mendapat pengakuan luas dan menjadi anggota kehormatan banyak perkumpulan ilmiah. Tetapi kehidupan pribadinya tidak berhasil: pengantin wanita tidak mau menerima kenyataan bahwa tunangannya menghabiskan seluruh waktunya di laboratorium, dan memutuskan pertunangan. Hall menemukan pelipur lara di kampus asalnya, tempat dia bekerja selama sisa hidupnya. Seperti yang ditulis oleh saudara laki-laki Charles, “Perguruan tinggi adalah istrinya, anak-anaknya, dan segalanya—sepanjang hidupnya.” Hall mewariskan sebagian besar warisannya ke perguruan tinggi - $5 juta. Hall meninggal karena leukemia pada usia 51 tahun.

Metode Hall memungkinkan produksi aluminium yang relatif murah dalam skala besar menggunakan listrik. Jika dari tahun 1855 hingga 1890 hanya diperoleh 200 ton aluminium, maka dalam dekade berikutnya, dengan menggunakan metode Hall, 28.000 ton logam ini telah diperoleh di seluruh dunia! Pada tahun 1930, produksi aluminium tahunan global mencapai 300 ribu ton. Sekarang lebih dari 15 juta ton aluminium diproduksi setiap tahunnya. Dalam rendaman khusus pada suhu 960–970 ° C, larutan alumina (teknis Al 2 O 3) dalam kriolit cair Na 3 AlF 6, yang sebagian ditambang dalam bentuk mineral, dan sebagian disintesis secara khusus, dikenai untuk elektrolisis. Aluminium cair terakumulasi di dasar bak (katoda), oksigen dilepaskan di anoda karbon, yang secara bertahap terbakar. Pada tegangan rendah (sekitar 4,5 V), elektroliser mengkonsumsi arus yang sangat besar - hingga 250.000 A! Satu elektroliser menghasilkan sekitar satu ton aluminium per hari. Produksinya memerlukan banyak listrik: dibutuhkan 15.000 kilowatt-jam listrik untuk menghasilkan 1 ton logam. Jumlah listrik ini dikonsumsi oleh 150 gedung apartemen besar selama sebulan penuh. Produksi aluminium berbahaya bagi lingkungan karena udara atmosfer tercemar oleh senyawa fluor yang mudah menguap.

Penerapan aluminium.

Bahkan D.I.Mendeleev menulis bahwa “aluminium metalik, yang memiliki bobot dan kekuatan yang tinggi serta variabilitas yang rendah di udara, sangat cocok untuk beberapa produk.” Aluminium adalah salah satu logam yang paling umum dan termurah. Sulit membayangkan kehidupan modern tanpanya. Tak heran jika aluminium disebut sebagai logam abad ke-20. Ini cocok untuk diproses: menempa, mencap, menggulung, menggambar, menekan. Aluminium murni adalah logam yang cukup lunak; Ini digunakan untuk membuat kabel listrik, bagian struktural, kertas makanan, peralatan dapur dan cat “perak”. Logam cantik dan ringan ini banyak digunakan dalam konstruksi dan teknologi penerbangan. Aluminium memantulkan cahaya dengan sangat baik. Oleh karena itu, pembuatan cermin digunakan dengan metode pengendapan logam dalam ruang hampa.

Dalam bidang teknik pesawat terbang dan mesin, dalam pembuatan struktur bangunan, paduan aluminium yang jauh lebih keras digunakan. Salah satu yang paling terkenal adalah paduan aluminium dengan tembaga dan magnesium (duralumin, atau sekadar “duralumin”; namanya berasal dari kota Duren di Jerman). Setelah pengerasan, paduan ini memperoleh kekerasan khusus dan menjadi sekitar 7 kali lebih kuat dari aluminium murni. Pada saat yang sama, ia hampir tiga kali lebih ringan dari besi. Itu diperoleh dengan paduan aluminium dengan sedikit tambahan tembaga, magnesium, mangan, silikon dan besi. Silumin banyak digunakan - pengecoran paduan aluminium dan silikon. Paduan berkekuatan tinggi, kriogenik (tahan beku) dan tahan panas juga diproduksi. Lapisan pelindung dan dekoratif mudah diaplikasikan pada produk paduan aluminium. Ringan dan kuatnya paduan aluminium sangat berguna dalam teknologi penerbangan. Misalnya, baling-baling helikopter terbuat dari paduan aluminium, magnesium, dan silikon. Perunggu aluminium yang relatif murah (hingga 11% Al) memiliki sifat mekanik yang tinggi, stabil dalam air laut dan bahkan dalam asam klorida encer. Dari tahun 1926 hingga 1957, koin dalam pecahan 1, 2, 3 dan 5 kopeck dicetak dari aluminium perunggu di Uni Soviet.

Saat ini, seperempat dari seluruh aluminium digunakan untuk kebutuhan konstruksi, jumlah yang sama dikonsumsi oleh teknik transportasi, sekitar 17% dihabiskan untuk bahan kemasan dan kaleng, dan 10% untuk teknik kelistrikan.

Banyak campuran yang mudah terbakar dan meledak juga mengandung aluminium. Alumotol, campuran trinitrotoluena dan bubuk aluminium, adalah salah satu bahan peledak industri paling kuat. Ammonal merupakan bahan peledak yang terdiri dari amonium nitrat, trinitrotoluena dan bubuk aluminium. Komposisi pembakar mengandung aluminium dan zat pengoksidasi - nitrat, perklorat. Komposisi kembang api Zvezdochka juga mengandung bubuk aluminium.

Campuran bubuk aluminium dengan oksida logam (termit) digunakan untuk memproduksi logam dan paduan tertentu, untuk rel las, dan amunisi pembakar.

Aluminium juga digunakan secara praktis sebagai bahan bakar roket. Untuk membakar 1 kg aluminium secara sempurna, dibutuhkan oksigen hampir empat kali lebih sedikit dibandingkan 1 kg minyak tanah. Selain itu, aluminium tidak hanya dapat dioksidasi oleh oksigen bebas, tetapi juga oleh oksigen terikat, yang merupakan bagian dari air atau karbon dioksida. Ketika aluminium “terbakar” dalam air, 8800 kJ dilepaskan per 1 kg produk; ini 1,8 kali lebih kecil dibandingkan saat pembakaran logam dalam oksigen murni, tetapi 1,3 kali lebih banyak dibandingkan saat pembakaran di udara. Artinya, alih-alih senyawa berbahaya dan mahal, air biasa dapat digunakan sebagai oksidator bahan bakar tersebut. Gagasan menggunakan aluminium sebagai bahan bakar diusulkan pada tahun 1924 oleh ilmuwan dan penemu dalam negeri F.A. Tsander. Menurut rencananya, elemen aluminium pada pesawat ruang angkasa dapat digunakan sebagai bahan bakar tambahan. Proyek berani ini belum dilaksanakan secara praktis, tetapi sebagian besar bahan bakar roket padat yang diketahui saat ini mengandung logam aluminium dalam bentuk bubuk halus. Menambahkan 15% aluminium ke bahan bakar dapat meningkatkan suhu produk pembakaran seribu derajat (dari 2200 menjadi 3200 K); Laju aliran produk pembakaran dari nosel mesin juga meningkat secara nyata - indikator energi utama yang menentukan efisiensi bahan bakar roket. Dalam hal ini, hanya litium, berilium, dan magnesium yang dapat bersaing dengan aluminium, tetapi semuanya jauh lebih mahal daripada aluminium.

Senyawa aluminium juga banyak digunakan. Aluminium oksida merupakan bahan tahan api dan abrasif (ampelas), bahan baku produksi keramik. Ia juga digunakan untuk membuat bahan laser, bantalan jam tangan, dan batu perhiasan (rubi buatan). Aluminium oksida yang dikalsinasi adalah adsorben untuk memurnikan gas dan cairan serta katalis untuk sejumlah reaksi organik. Aluminium klorida anhidrat adalah katalis dalam sintesis organik (reaksi Friedel-Crafts), bahan awal untuk produksi aluminium dengan kemurnian tinggi. Aluminium sulfat digunakan untuk pemurnian air; bereaksi dengan kalsium bikarbonat yang dikandungnya:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, membentuk serpihan oksida-hidroksida, yang mengendap, menangkap dan juga menyerap pada permukaan yang ada di dalamnya. kotoran tersuspensi dan bahkan mikroorganisme dalam air. Selain itu, aluminium sulfat digunakan sebagai mordan untuk mewarnai kain, penyamakan kulit, mengawetkan kayu, dan mengukur kertas. Kalsium aluminat merupakan komponen bahan semen, termasuk semen Portland. Yttrium aluminium garnet (YAG) YAlO 3 adalah bahan laser. Aluminium nitrida adalah bahan tahan api untuk tungku listrik. Zeolit ​​​​sintetis (termasuk aluminosilikat) adalah adsorben dalam kromatografi dan katalis. Senyawa organoaluminum (misalnya trietilaluminum) merupakan komponen katalis Ziegler-Natta, yang digunakan untuk sintesis polimer, termasuk karet sintetis berkualitas tinggi.

Ilya Leenson

Literatur:

Tikhonov V.N. Kimia analitik aluminium. M., “Ilmu Pengetahuan”, 1971
Perpustakaan unsur kimia yang populer. M., “Ilmu Pengetahuan”, 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall dan Metalnya. J.Chem.Educ. 1986, jilid. 63, no.7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall dan Revolusi Aluminium Besar. J.Chem.Educ., 1987, jilid. 64, no.8



Ada banyak aluminium di kerak bumi: 8,6% berat. Ia menempati urutan pertama di antara semua logam dan ketiga di antara unsur-unsur lainnya (setelah oksigen dan silikon). Jumlah aluminium dua kali lebih banyak dari besi, dan 350 kali lebih banyak dari gabungan tembaga, seng, kromium, timah, dan timbal! Seperti yang dia tulis lebih dari 100 tahun yang lalu dalam buku teks klasiknya Dasar-dasar Kimia D.I.Mendeleev, dari semua logam, “aluminium adalah yang paling umum di alam; Cukup dengan menunjukkan bahwa aluminium merupakan bagian dari tanah liat untuk memperjelas distribusi universal aluminium di kerak bumi. Aluminium, atau logam tawas (alumen), disebut juga tanah liat karena terdapat di dalam tanah liat.”

Mineral terpenting aluminium adalah bauksit, campuran oksida basa AlO(OH) dan hidroksida Al(OH) 3. Deposit bauksit terbesar berlokasi di Australia, Brazil, Guinea dan Jamaika; produksi industri juga dilakukan di negara lain. Alunite (batu tawas) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 dan nepheline (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 juga kaya akan aluminium. Secara total, diketahui lebih dari 250 mineral yang mengandung aluminium; kebanyakan dari mereka adalah aluminosilikat, yang merupakan bahan utama pembentuk kerak bumi. Ketika pelapukan, terbentuklah tanah liat, yang bahan dasarnya adalah mineral kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Pengotor besi biasanya mewarnai tanah liat menjadi coklat, tetapi ada juga tanah liat putih - kaolin, yang digunakan untuk membuat produk porselen dan gerabah.

Kadang-kadang, ditemukan mineral korundum yang sangat keras (kedua setelah berlian) - kristal oksida Al 2 O 3, sering kali diwarnai oleh pengotor dalam berbagai warna. Variasi birunya (campuran titanium dan besi) disebut safir, yang merah (campuran kromium) disebut rubi. Berbagai kotoran juga dapat mewarnai apa yang disebut korundum mulia dengan warna hijau, kuning, oranye, ungu dan warna serta corak lainnya.

Sampai saat ini, diyakini bahwa aluminium, sebagai logam yang sangat aktif, tidak dapat terjadi di alam dalam keadaan bebas, tetapi pada tahun 1978, aluminium asli ditemukan di bebatuan Platform Siberia - hanya dalam bentuk kristal seperti benang. Panjang 0,5 mm (dengan ketebalan benang beberapa mikrometer). Aluminium asli juga ditemukan di tanah bulan yang dibawa ke Bumi dari wilayah Lautan Krisis dan Kelimpahan. Logam aluminium diyakini dapat dibentuk melalui kondensasi dari gas. Diketahui bahwa ketika aluminium halida - klorida, bromida, fluorida - dipanaskan, mereka dapat menguap dengan lebih mudah (misalnya, AlCl 3 sudah menyublim pada 180 ° C). Dengan peningkatan suhu yang kuat, aluminium halida terurai, berubah menjadi keadaan dengan valensi logam yang lebih rendah, misalnya AlCl. Ketika senyawa tersebut mengembun dengan penurunan suhu dan kekurangan oksigen, reaksi disproporsionasi terjadi pada fase padat: beberapa atom aluminium teroksidasi dan masuk ke keadaan trivalen biasa, dan beberapa tereduksi. Aluminium monivalen hanya dapat direduksi menjadi logam: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Asumsi ini juga didukung oleh bentuk kristal aluminium asli yang seperti benang. Biasanya, kristal dengan struktur ini terbentuk karena pertumbuhan yang cepat dari fase gas. Nugget aluminium mikroskopis di tanah bulan kemungkinan besar terbentuk dengan cara yang sama.

Nama aluminium berasal dari bahasa latin alumen (genus aluminis). Ini adalah nama tawas, kalium-aluminium sulfat ganda KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), yang digunakan sebagai mordan untuk mewarnai kain. Nama Latinnya mungkin berasal dari bahasa Yunani "halme" - air garam, larutan garam. Anehnya, di Inggris aluminium adalah aluminium, dan di AS adalah aluminium.

Banyak buku populer tentang kimia memuat legenda bahwa seorang penemu tertentu, yang namanya tidak tercatat dalam sejarah, membawakan kepada Kaisar Tiberius, yang memerintah Roma pada tahun 14–27 M, sebuah mangkuk yang terbuat dari logam yang menyerupai warna perak, tetapi lebih ringan. Hadiah ini membuat sang master kehilangan nyawanya: Tiberius memerintahkan eksekusinya dan penghancuran bengkelnya, karena dia takut logam baru itu dapat menurunkan nilai perak dalam perbendaharaan kekaisaran.

Legenda ini didasarkan pada cerita oleh Pliny the Elder, seorang penulis dan sarjana Romawi, penulis Sejarah alam– ensiklopedia ilmu pengetahuan alam zaman dahulu. Menurut Pliny, logam baru tersebut diperoleh dari "tanah liat". Tapi tanah liat memang mengandung aluminium.

Penulis modern hampir selalu menyatakan bahwa keseluruhan cerita ini tidak lebih dari dongeng yang indah. Dan ini tidak mengherankan: aluminium dalam batuan terikat sangat erat dengan oksigen, dan banyak energi yang harus dikeluarkan untuk melepaskannya. Namun, baru-baru ini muncul data baru tentang kemungkinan mendasar diperolehnya logam aluminium di zaman kuno. Analisis spektral menunjukkan dekorasi pada makam komandan Tiongkok Zhou-Zhu, yang meninggal pada awal abad ke-3. IKLAN, terbuat dari paduan yang terdiri dari 85% aluminium. Mungkinkah orang zaman dahulu memperoleh aluminium gratis? Semua metode yang dikenal (elektrolisis, reduksi dengan logam natrium atau kalium) secara otomatis dihilangkan. Mungkinkah aluminium asli ditemukan pada zaman dahulu, seperti misalnya bongkahan emas, perak, dan tembaga? Hal ini juga dikecualikan: aluminium asli merupakan mineral langka yang ditemukan dalam jumlah kecil, sehingga pengrajin zaman dahulu tidak dapat menemukan dan mengumpulkan nugget tersebut dalam jumlah yang dibutuhkan.

Namun, ada kemungkinan penjelasan lain untuk cerita Pliny. Aluminium dapat diperoleh kembali dari bijih tidak hanya dengan bantuan listrik dan logam alkali. Ada zat pereduksi yang tersedia dan banyak digunakan sejak zaman kuno - batu bara, yang dengannya oksida banyak logam direduksi menjadi logam bebas ketika dipanaskan. Pada akhir tahun 1970-an, ahli kimia Jerman memutuskan untuk menguji apakah aluminium dapat diproduksi pada zaman kuno melalui reduksi dengan batu bara. Mereka memanaskan campuran tanah liat dengan bubuk batu bara dan garam meja atau kalium (kalium karbonat) dalam wadah tanah liat hingga panas merah. Garam diperoleh dari air laut, dan kalium dari abu tumbuhan, untuk menggunakan hanya bahan dan metode yang tersedia di zaman kuno. Setelah beberapa waktu, terak dengan bola aluminium melayang ke permukaan wadah! Hasil logamnya kecil, tetapi ada kemungkinan bahwa dengan cara inilah para ahli metalurgi kuno dapat memperoleh “logam abad ke-20”.

Sifat-sifat aluminium.

Warna aluminium murni menyerupai perak; merupakan logam yang sangat ringan: massa jenisnya hanya 2,7 g/cm 3 . Satu-satunya logam yang lebih ringan dari aluminium adalah logam alkali dan alkali tanah (kecuali barium), berilium, dan magnesium. Aluminium juga mudah meleleh - pada suhu 600 ° C (kawat aluminium tipis dapat dicairkan dengan kompor dapur biasa), tetapi hanya mendidih pada suhu 2452 ° C. Dalam hal konduktivitas listrik, aluminium berada di urutan ke-4, kedua setelah perak (itu berada di urutan pertama), tembaga dan emas, yang, mengingat murahnya aluminium, sangat penting secara praktis. Konduktivitas termal logam berubah dalam urutan yang sama. Konduktivitas termal aluminium yang tinggi dapat dengan mudah diverifikasi dengan mencelupkan sendok aluminium ke dalam teh panas. Dan satu lagi sifat luar biasa dari logam ini: permukaannya yang halus dan berkilau memantulkan cahaya dengan sempurna: dari 80 hingga 93% di wilayah spektrum tampak, bergantung pada panjang gelombang. Di wilayah ultraviolet, aluminium tidak ada bandingannya dalam hal ini, dan hanya di wilayah merah aluminium sedikit lebih rendah daripada perak (di wilayah ultraviolet, perak memiliki reflektifitas yang sangat rendah).

Aluminium murni adalah logam yang cukup lunak - hampir tiga kali lebih lunak dari tembaga, sehingga pelat dan batang aluminium yang relatif tebal pun mudah ditekuk, tetapi ketika aluminium membentuk paduan (jumlahnya sangat banyak), kekerasannya dapat meningkat sepuluh kali lipat.

Bilangan oksidasi khas aluminium adalah +3, tetapi karena adanya bilangan 3 yang tidak terisi R- dan 3 D-orbital, atom aluminium dapat membentuk ikatan donor-akseptor tambahan. Oleh karena itu, ion Al 3+ dengan radius kecil sangat rentan terhadap pembentukan kompleks, membentuk berbagai kompleks kationik dan anionik: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – dan banyak lainnya. Kompleks dengan senyawa organik juga diketahui.

Aktivitas kimia aluminium sangat tinggi; dalam rangkaian potensial elektroda ia berada tepat di belakang magnesium. Sepintas, pernyataan seperti itu mungkin tampak aneh: lagi pula, panci atau sendok aluminium cukup stabil di udara dan tidak hancur dalam air mendidih. Aluminium, tidak seperti besi, tidak berkarat. Ternyata ketika terkena udara, logam tersebut ditutupi dengan “pelindung” oksida yang tidak berwarna, tipis namun tahan lama, yang melindungi logam dari oksidasi. Jadi, jika Anda memasukkan kawat atau pelat aluminium tebal setebal 0,5–1 mm ke dalam nyala api pembakar, logam tersebut akan meleleh, tetapi aluminium tidak mengalir, karena tetap berada dalam kantong oksidanya. Jika Anda menghilangkan lapisan pelindung aluminium atau membuatnya lepas (misalnya, dengan merendamnya dalam larutan garam merkuri), aluminium akan segera mengungkapkan esensi aslinya: pada suhu kamar ia akan mulai bereaksi kuat dengan air, melepaskan hidrogen. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2 . Di udara, aluminium, yang lapisan pelindungnya terkelupas, berubah menjadi bubuk oksida lepas tepat di depan mata kita: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Aluminium sangat aktif dalam keadaan hancur halus; Saat ditiupkan ke dalam nyala api, debu aluminium langsung terbakar. Jika Anda mencampurkan debu aluminium dengan natrium peroksida pada piring keramik dan menjatuhkan air ke atas campuran tersebut, aluminium juga akan menyala dan terbakar dengan nyala api putih.

Afinitas aluminium yang sangat tinggi terhadap oksigen memungkinkannya untuk “mengambil” oksigen dari oksida sejumlah logam lain, mereduksinya (metode aluminotermi). Contoh paling terkenal adalah campuran termit, yang ketika dibakar, melepaskan begitu banyak panas sehingga besi yang dihasilkan meleleh: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Reaksi ini ditemukan pada tahun 1856 oleh N.N.Beketov. Dengan cara ini, Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO, dan sejumlah oksida lainnya dapat direduksi menjadi logam. Ketika mereduksi Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 dengan aluminium, panas reaksi tidak cukup untuk memanaskan produk reaksi di atas titik lelehnya.

Aluminium mudah larut dalam asam mineral encer membentuk garam. Asam nitrat pekat, mengoksidasi permukaan aluminium, mendorong penebalan dan penguatan lapisan oksida (yang disebut pasivasi logam). Aluminium yang diolah dengan cara ini tidak bereaksi bahkan dengan asam klorida. Dengan menggunakan oksidasi anodik elektrokimia (anodisasi), lapisan tebal dapat dibuat pada permukaan aluminium, yang dapat dengan mudah dicat dengan berbagai warna.

Perpindahan logam yang kurang aktif oleh aluminium dari larutan garam sering kali terhambat oleh lapisan pelindung pada permukaan aluminium. Film ini cepat rusak oleh tembaga klorida, sehingga reaksi 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu mudah terjadi, disertai dengan pemanasan yang kuat. Dalam larutan alkali kuat, aluminium mudah larut dengan pelepasan hidrogen: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (kompleks hidrokso anionik lainnya juga terbentuk). Sifat amfoter senyawa aluminium juga dimanifestasikan dalam mudahnya larutnya oksida dan hidroksida yang baru diendapkan dalam basa. Kristal oksida (korundum) sangat tahan terhadap asam dan basa. Ketika digabungkan dengan alkali, aluminat anhidrat terbentuk: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesium aluminat Mg(AlO 2) 2 adalah batu spinel semi mulia, biasanya diwarnai dengan pengotor dalam berbagai macam warna .

Reaksi aluminium dengan halogen terjadi dengan cepat. Jika kawat aluminium tipis dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang berisi 1 ml brom, maka dalam waktu singkat aluminium tersebut menyala dan terbakar dengan nyala api yang terang. Reaksi campuran bubuk aluminium dan yodium dimulai dengan setetes air (air dengan yodium membentuk asam yang menghancurkan lapisan oksida), setelah itu nyala api terang muncul dengan awan uap ungu yodium. Aluminium halida dalam larutan air mempunyai reaksi asam akibat hidrolisis: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Reaksi aluminium dengan nitrogen hanya terjadi di atas 800 ° C dengan pembentukan nitrida AlN, dengan belerang - pada 200 ° C (terbentuk sulfida Al 2 S 3), dengan fosfor - pada 500 ° C (terbentuk fosfat AlP). Ketika boron ditambahkan ke aluminium cair, borida dengan komposisi AlB 2 dan AlB 12 terbentuk - senyawa tahan api yang tahan terhadap asam. Hidrida (AlH) x (x = 1,2) hanya terbentuk dalam ruang hampa pada suhu rendah dalam reaksi atom hidrogen dengan uap aluminium. AlH 3 hidrida, stabil tanpa adanya uap air pada suhu kamar, diperoleh dalam larutan eter anhidrat: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Dengan kelebihan LiH, litium aluminium hidrida LiAlH 4 seperti garam terbentuk - zat pereduksi yang sangat kuat yang digunakan dalam sintesis organik. Ia langsung terurai dengan air: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Produksi aluminium.

Penemuan aluminium yang terdokumentasi terjadi pada tahun 1825. Logam ini pertama kali diperoleh oleh fisikawan Denmark Hans Christian Oersted, ketika ia mengisolasinya dengan aksi kalium amalgam pada aluminium klorida anhidrat (diperoleh dengan melewatkan klorin melalui campuran panas aluminium oksida dan batu bara). ). Setelah menyuling merkuri, Oersted memperoleh aluminium, meskipun terkontaminasi dengan kotoran. Pada tahun 1827, ahli kimia Jerman Friedrich Wöhler memperoleh aluminium dalam bentuk bubuk dengan mereduksi heksafluoroaluminat dengan kalium:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Belakangan ia berhasil memperoleh aluminium dalam bentuk bola logam mengkilat. Pada tahun 1854, ahli kimia Perancis Henri Etienne Saint-Clair Deville mengembangkan metode industri pertama untuk memproduksi aluminium - dengan mereduksi lelehan tetrakloroaluminat dengan natrium: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Namun, aluminium tetap menjadi logam yang sangat langka dan mahal; harganya tidak jauh lebih murah dari emas dan 1500 kali lebih mahal dari besi (sekarang hanya tiga kali lipat). Mainan mainan dibuat dari emas, aluminium, dan batu mulia pada tahun 1850-an untuk putra Kaisar Prancis Napoleon III. Ketika sebuah batangan besar aluminium yang diproduksi dengan metode baru dipamerkan di Pameran Dunia di Paris pada tahun 1855, ia dipandang seolah-olah itu adalah sebuah permata. Bagian atas (berbentuk piramida) Monumen Washington di ibu kota AS ini terbuat dari aluminium berharga. Pada saat itu, harga aluminium tidak jauh lebih murah dibandingkan perak: di AS, misalnya, pada tahun 1856 dijual dengan harga 12 dolar per pon (454 g), dan perak seharga 15 dolar. Kamus Ensiklopedis Brockhaus yang diterbitkan pada tahun 1890, Efron mengatakan bahwa “aluminium masih digunakan terutama untuk pembuatan… barang-barang mewah.” Pada saat itu, hanya 2,5 ton logam yang ditambang setiap tahunnya di seluruh dunia. Baru menjelang akhir abad ke-19, ketika metode elektrolitik untuk memproduksi aluminium dikembangkan, produksi tahunannya mulai mencapai ribuan ton, dan pada abad ke-20. – juta ton. Hal ini mengubah aluminium dari logam semi mulia menjadi logam yang banyak tersedia.

Metode modern dalam memproduksi aluminium ditemukan pada tahun 1886 oleh seorang peneliti muda Amerika, Charles Martin Hall. Dia menjadi tertarik pada kimia sejak kecil. Setelah menemukan buku pelajaran kimia tua milik ayahnya, ia mulai rajin mempelajarinya dan melakukan eksperimen, bahkan pernah mendapat teguran dari ibunya karena merusak taplak meja makan. Dan 10 tahun kemudian dia membuat penemuan luar biasa yang membuatnya terkenal di seluruh dunia.

Sebagai seorang siswa pada usia 16 tahun, Hall mendengar dari gurunya, F. F. Jewett, bahwa jika seseorang dapat mengembangkan cara yang murah untuk memproduksi aluminium, orang tersebut tidak hanya akan memberikan kontribusi besar bagi kemanusiaan, tetapi juga menghasilkan banyak uang. Jewett tahu apa yang dia katakan: dia sebelumnya pernah berlatih di Jerman, bekerja dengan Wöhler, dan berdiskusi dengannya tentang masalah produksi aluminium. Jewett juga membawa sampel logam langka itu ke Amerika, yang dia tunjukkan kepada murid-muridnya. Tiba-tiba Hall menyatakan di depan umum: “Saya akan mendapatkan logam ini!”

Enam tahun kerja keras terus berlanjut. Hall mencoba memperoleh aluminium menggunakan metode yang berbeda, tetapi tidak berhasil. Akhirnya, ia mencoba mengekstraksi logam ini dengan cara elektrolisis. Pada saat itu belum ada pembangkit listrik, arus harus dihasilkan dengan menggunakan baterai besar buatan sendiri yang terbuat dari batu bara, seng, nitrat, dan asam sulfat. Hall bekerja di gudang tempat dia mendirikan laboratorium kecil. Ia dibantu oleh adiknya Julia yang sangat tertarik dengan eksperimen kakaknya. Dia menyimpan semua surat dan jurnal kerjanya, yang memungkinkan untuk menelusuri sejarah penemuan hari demi hari. Berikut kutipan dari memoarnya:

“Charles selalu dalam suasana hati yang baik, dan bahkan pada hari-hari terburuknya dia mampu menertawakan nasib para penemu yang tidak beruntung. Di saat mengalami kegagalan, dia menemukan hiburan di piano lama kami. Di laboratorium rumahnya dia bekerja berjam-jam tanpa istirahat; dan ketika dia bisa meninggalkan lokasi untuk sementara waktu, dia akan bergegas melintasi rumah panjang kami untuk bermain sedikit... Saya tahu bahwa, bermain dengan pesona dan perasaan seperti itu, dia terus-menerus memikirkan pekerjaannya. Dan musik membantunya dalam hal ini.”

Bagian tersulitnya adalah memilih elektrolit dan melindungi aluminium dari oksidasi. Setelah enam bulan kerja keras yang melelahkan, beberapa bola perak kecil akhirnya muncul di dalam wadah. Hall segera berlari menemui mantan gurunya untuk menceritakan kesuksesannya. “Profesor, saya mengerti!” serunya sambil mengulurkan tangannya: di telapak tangannya terdapat selusin bola aluminium kecil. Ini terjadi pada tanggal 23 Februari 1886. Dan tepat dua bulan kemudian, pada tanggal 23 April tahun yang sama, orang Prancis Paul Héroux mengambil paten untuk penemuan serupa, yang ia buat secara mandiri dan hampir bersamaan (dua kebetulan lainnya juga mencolok: baik Hall dan Héroux lahir pada tahun 1863 dan meninggal pada tahun 1914).

Sekarang bola aluminium pertama yang diproduksi oleh Hall disimpan di American Aluminium Company di Pittsburgh sebagai peninggalan nasional, dan di kampusnya terdapat monumen Hall, yang terbuat dari aluminium. Jewett kemudian menulis: “Penemuan saya yang paling penting adalah penemuan manusia. Charles M. Hall-lah yang, pada usia 21 tahun, menemukan metode mereduksi aluminium dari bijih, dan dengan demikian menjadikan aluminium logam luar biasa yang kini banyak digunakan di seluruh dunia.” Ramalan Jewett menjadi kenyataan: Hall mendapat pengakuan luas dan menjadi anggota kehormatan banyak perkumpulan ilmiah. Tetapi kehidupan pribadinya tidak berhasil: pengantin wanita tidak mau menerima kenyataan bahwa tunangannya menghabiskan seluruh waktunya di laboratorium, dan memutuskan pertunangan. Hall menemukan pelipur lara di kampus asalnya, tempat dia bekerja selama sisa hidupnya. Seperti yang ditulis oleh saudara laki-laki Charles, “Perguruan tinggi adalah istrinya, anak-anaknya, dan segalanya—sepanjang hidupnya.” Hall mewariskan sebagian besar warisannya ke perguruan tinggi - $5 juta. Hall meninggal karena leukemia pada usia 51 tahun.

Metode Hall memungkinkan produksi aluminium yang relatif murah dalam skala besar menggunakan listrik. Jika dari tahun 1855 hingga 1890 hanya diperoleh 200 ton aluminium, maka dalam dekade berikutnya, dengan menggunakan metode Hall, 28.000 ton logam ini telah diperoleh di seluruh dunia! Pada tahun 1930, produksi aluminium tahunan global mencapai 300 ribu ton. Sekarang lebih dari 15 juta ton aluminium diproduksi setiap tahunnya. Dalam rendaman khusus pada suhu 960–970 ° C, larutan alumina (teknis Al 2 O 3) dalam kriolit cair Na 3 AlF 6, yang sebagian ditambang dalam bentuk mineral, dan sebagian disintesis secara khusus, dikenai untuk elektrolisis. Aluminium cair terakumulasi di dasar bak (katoda), oksigen dilepaskan di anoda karbon, yang secara bertahap terbakar. Pada tegangan rendah (sekitar 4,5 V), elektroliser mengkonsumsi arus yang sangat besar - hingga 250.000 A! Satu elektroliser menghasilkan sekitar satu ton aluminium per hari. Produksinya memerlukan banyak listrik: dibutuhkan 15.000 kilowatt-jam listrik untuk menghasilkan 1 ton logam. Jumlah listrik ini dikonsumsi oleh 150 gedung apartemen besar selama sebulan penuh. Produksi aluminium berbahaya bagi lingkungan karena udara atmosfer tercemar oleh senyawa fluor yang mudah menguap.

Penerapan aluminium.

Bahkan D.I.Mendeleev menulis bahwa “aluminium metalik, yang memiliki bobot dan kekuatan yang tinggi serta variabilitas yang rendah di udara, sangat cocok untuk beberapa produk.” Aluminium adalah salah satu logam yang paling umum dan termurah. Sulit membayangkan kehidupan modern tanpanya. Tak heran jika aluminium disebut sebagai logam abad ke-20. Ini cocok untuk diproses: menempa, mencap, menggulung, menggambar, menekan. Aluminium murni adalah logam yang cukup lunak; Ini digunakan untuk membuat kabel listrik, bagian struktural, kertas makanan, peralatan dapur dan cat “perak”. Logam cantik dan ringan ini banyak digunakan dalam konstruksi dan teknologi penerbangan. Aluminium memantulkan cahaya dengan sangat baik. Oleh karena itu, pembuatan cermin digunakan dengan metode pengendapan logam dalam ruang hampa.

Dalam bidang teknik pesawat terbang dan mesin, dalam pembuatan struktur bangunan, paduan aluminium yang jauh lebih keras digunakan. Salah satu yang paling terkenal adalah paduan aluminium dengan tembaga dan magnesium (duralumin, atau sekadar “duralumin”; namanya berasal dari kota Duren di Jerman). Setelah pengerasan, paduan ini memperoleh kekerasan khusus dan menjadi sekitar 7 kali lebih kuat dari aluminium murni. Pada saat yang sama, ia hampir tiga kali lebih ringan dari besi. Itu diperoleh dengan paduan aluminium dengan sedikit tambahan tembaga, magnesium, mangan, silikon dan besi. Silumin banyak digunakan - pengecoran paduan aluminium dan silikon. Paduan berkekuatan tinggi, kriogenik (tahan beku) dan tahan panas juga diproduksi. Lapisan pelindung dan dekoratif mudah diaplikasikan pada produk paduan aluminium. Ringan dan kuatnya paduan aluminium sangat berguna dalam teknologi penerbangan. Misalnya, baling-baling helikopter terbuat dari paduan aluminium, magnesium, dan silikon. Perunggu aluminium yang relatif murah (hingga 11% Al) memiliki sifat mekanik yang tinggi, stabil dalam air laut dan bahkan dalam asam klorida encer. Dari tahun 1926 hingga 1957, koin dalam pecahan 1, 2, 3 dan 5 kopeck dicetak dari aluminium perunggu di Uni Soviet.

Saat ini, seperempat dari seluruh aluminium digunakan untuk kebutuhan konstruksi, jumlah yang sama dikonsumsi oleh teknik transportasi, sekitar 17% dihabiskan untuk bahan kemasan dan kaleng, dan 10% untuk teknik kelistrikan.

Banyak campuran yang mudah terbakar dan meledak juga mengandung aluminium. Alumotol, campuran trinitrotoluena dan bubuk aluminium, adalah salah satu bahan peledak industri paling kuat. Ammonal merupakan bahan peledak yang terdiri dari amonium nitrat, trinitrotoluena dan bubuk aluminium. Komposisi pembakar mengandung aluminium dan zat pengoksidasi - nitrat, perklorat. Komposisi kembang api Zvezdochka juga mengandung bubuk aluminium.

Campuran bubuk aluminium dengan oksida logam (termit) digunakan untuk memproduksi logam dan paduan tertentu, untuk rel las, dan amunisi pembakar.

Aluminium juga digunakan secara praktis sebagai bahan bakar roket. Untuk membakar 1 kg aluminium secara sempurna, dibutuhkan oksigen hampir empat kali lebih sedikit dibandingkan 1 kg minyak tanah. Selain itu, aluminium tidak hanya dapat dioksidasi oleh oksigen bebas, tetapi juga oleh oksigen terikat, yang merupakan bagian dari air atau karbon dioksida. Ketika aluminium “terbakar” dalam air, 8800 kJ dilepaskan per 1 kg produk; ini 1,8 kali lebih kecil dibandingkan saat pembakaran logam dalam oksigen murni, tetapi 1,3 kali lebih banyak dibandingkan saat pembakaran di udara. Artinya, alih-alih senyawa berbahaya dan mahal, air biasa dapat digunakan sebagai oksidator bahan bakar tersebut. Gagasan menggunakan aluminium sebagai bahan bakar diusulkan pada tahun 1924 oleh ilmuwan dan penemu dalam negeri F.A. Tsander. Menurut rencananya, elemen aluminium pada pesawat ruang angkasa dapat digunakan sebagai bahan bakar tambahan. Proyek berani ini belum dilaksanakan secara praktis, tetapi sebagian besar bahan bakar roket padat yang diketahui saat ini mengandung logam aluminium dalam bentuk bubuk halus. Menambahkan 15% aluminium ke bahan bakar dapat meningkatkan suhu produk pembakaran seribu derajat (dari 2200 menjadi 3200 K); Laju aliran produk pembakaran dari nosel mesin juga meningkat secara nyata - indikator energi utama yang menentukan efisiensi bahan bakar roket. Dalam hal ini, hanya litium, berilium, dan magnesium yang dapat bersaing dengan aluminium, tetapi semuanya jauh lebih mahal daripada aluminium.

Senyawa aluminium juga banyak digunakan. Aluminium oksida merupakan bahan tahan api dan abrasif (ampelas), bahan baku produksi keramik. Ia juga digunakan untuk membuat bahan laser, bantalan jam tangan, dan batu perhiasan (rubi buatan). Aluminium oksida yang dikalsinasi adalah adsorben untuk memurnikan gas dan cairan serta katalis untuk sejumlah reaksi organik. Aluminium klorida anhidrat adalah katalis dalam sintesis organik (reaksi Friedel-Crafts), bahan awal untuk produksi aluminium dengan kemurnian tinggi. Aluminium sulfat digunakan untuk pemurnian air; bereaksi dengan kalsium bikarbonat yang dikandungnya:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, membentuk serpihan oksida-hidroksida, yang mengendap, menangkap dan juga menyerap pada permukaan yang ada di dalamnya. kotoran tersuspensi dan bahkan mikroorganisme dalam air. Selain itu, aluminium sulfat digunakan sebagai mordan untuk mewarnai kain, penyamakan kulit, mengawetkan kayu, dan mengukur kertas. Kalsium aluminat merupakan komponen bahan semen, termasuk semen Portland. Yttrium aluminium garnet (YAG) YAlO 3 adalah bahan laser. Aluminium nitrida adalah bahan tahan api untuk tungku listrik. Zeolit ​​​​sintetis (termasuk aluminosilikat) adalah adsorben dalam kromatografi dan katalis. Senyawa organoaluminum (misalnya trietilaluminum) merupakan komponen katalis Ziegler-Natta, yang digunakan untuk sintesis polimer, termasuk karet sintetis berkualitas tinggi.

Ilya Leenson

Literatur:

Tikhonov V.N. Kimia analitik aluminium. M., “Ilmu Pengetahuan”, 1971
Perpustakaan unsur kimia yang populer. M., “Ilmu Pengetahuan”, 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall dan Metalnya. J.Chem.Educ. 1986, jilid. 63, no.7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall dan Revolusi Aluminium Besar. J.Chem.Educ., 1987, jilid. 64, no.8