Алуминиумска основа. Алуминиум

Алуминиум- елемент од главната подгрупа од третата група од третиот период на периодичниот систем на хемиски елементи на Д.И.Менделеев, атомски број 13. Означено со симболот Al (Алуминиум). Припаѓа на групата лесни метали. Најчестиот метал и трет најзастапен (по кислородот и силициумот) хемиски елемент во земјината кора.

Едноставната супстанција алуминиум (CAS број: 7429-90-5) е лесен, парамагнетски сребрено-бел метал кој лесно може да се формира, лие и обработува. Алуминиумот има висока топлинска и електрична спроводливост и отпорност на корозија поради брзото формирање на силни оксидни филмови кои ја штитат површината од понатамошна интеракција.

Според некои биолошки студии, внесувањето на алуминиум во човечкото тело се сметало за фактор за развој на Алцхајмеровата болест, но овие студии подоцна биле критикувани и заклучокот за поврзаноста меѓу едното и другото бил побиен.

Приказна

Алуминиумот првпат бил добиен од Ханс Оерстед во 1825 година со дејство на калиум амалгам на алуминиум хлорид проследено со дестилација на жива.

Потврда

Современиот метод на производство е развиен независно од Американецот Чарлс Хол и Французинот Пол Еру. Се состои од растворање на алуминиум оксид Al 2 O 3 во топење на криолит Na 3 AlF 6 проследено со електролиза со помош на графитни електроди. Овој метод на производство бара многу електрична енергија и затоа стана популарен дури во 20 век.

За производство на 1 тон суров алуминиум, потребни се 1.920 тони алумина, 0.065 тони криолит, 0.035 тони алуминиум флуорид, 0.600 тони анодна маса и 17 илјади kWh DC електрична енергија.

Физички својства

Металот е сребрено-бел по боја, светлина, густина - 2,7 g/cm³, точка на топење за технички алуминиум - 658 °C, за алуминиум со висока чистота - 660 °C, специфична топлина на фузија - 390 kJ/kg, точка на вриење - 2500 ° C, специфична топлина на испарување - 10,53 MJ/kg, привремена отпорност на лиен алуминиум - 10-12 kg/mm², деформабилна - 18-25 kg/mm², легури - 38-42 kg/mm².

Тврдоста на Бринел е 24-32 kgf/mm², висока еластичност: техничка - 35%, чиста - 50%, валани во тенки листови, па дури и фолија.

Алуминиумот има висока електрична и топлинска спроводливост, 65% од електричната спроводливост на бакарот и има висока рефлексивност на светлината.

Алуминиумот формира легури со речиси сите метали.

Да се ​​биде во природа

Природниот алуминиум речиси целосно се состои од еден стабилен изотоп, 27Al, со траги од 26Al, радиоактивен изотоп со полуживот од 720.000 години произведен во атмосферата со бомбардирање на јадра. аргонпротони на космичкиот зрак.

Во однос на распространетоста во природата, тој е рангиран на прво место меѓу металите и на трето место меѓу елементите, второ само по кислородот и силициумот. Процентот на содржината на алуминиум во земјината кора, според различни истражувачи, се движи од 7,45 до 8,14% од масата на земјината кора.

Во природата, алуминиумот се наоѓа само во соединенија (минерали). Некои од нив:

• Боксит - Al 2 O 3. H 2 O (со нечистотии SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Нефелини - KNa 3 4
• Алунити - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH) 3
• Алумина (мешавини на каолини со песок SiO 2, варовник CaCO 3, магнезит MgCO 3)
• Корунд - Al 2 O 3
• Фелдспат (ортоклаза) - K 2 O × Al 2 O 3 × 6 SiO 2
• Каолинит - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Алунит - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3
• Берил - 3BeO. Ал 2 О 3 . 6SiO2

Природните води содржат алуминиум во форма на ниско-токсични хемиски соединенија, на пример, алуминиум флуорид. Типот на катјон или анјон зависи, пред сè, од киселоста на водната средина. Концентрациите на алуминиум во површинските водни тела во Русија се движат од 0,001 до 10 mg/l.

Хемиски својства

Алуминиум хидроксид

Во нормални услови, алуминиумот е покриен со тенок и издржлив оксиден филм и затоа не реагира со класичните оксидирачки агенси: со H 2 O (t°); O 2, HNO 3 (без загревање). Благодарение на ова, алуминиумот практично не е подложен на корозија и затоа е широко баран во модерната индустрија. Меѓутоа, кога оксидната фолија е уништена (на пример, при контакт со раствори на соли на амониум NH 4 +, топли алкали или како резултат на соединување), алуминиумот делува како активен редуцирачки метал.

Лесно реагира со едноставни супстанции:

• со кислород: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• со халогени: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• реагира со други неметали кога се загрева:
  • со сулфур, формирајќи алуминиум сулфид: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • со азот, формирајќи алуминиум нитрид: 2Al + N 2 = 2AlN
  • со јаглерод, формирајќи алуминиум карбид: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Методот, измислен речиси истовремено од Чарлс Хол во Франција и Пол Еру во САД во 1886 година и врз основа на производство на алуминиум со електролиза на алумина растворена во стопен криолит, ја постави основата за современиот метод на производство на алуминиум. Оттогаш, поради подобрувањата во електротехниката, производството на алуминиум е подобрено. Забележителен придонес во развојот на производството на алумина дадоа руските научници К. И. Баер, Д. А. Пењаков, А. Н. Кузнецов, Е. И. Жуковски, А. А. Јаковкин и други.

Првата фабрика за алуминиум во Русија била изградена во 1932 година во Волхов. Металуршката индустрија на СССР во 1939 година произведе 47,7 илјади тони алуминиум, увезени се уште 2,2 илјади тони.

Во Русија, де факто монопол во производството на алуминиум е Руски Алуминиум ОЈСЦ, кој сочинува околу 13% од светскиот пазар на алуминиум и 16% од алумина.

Светските резерви на боксит се практично неограничени, односно се непропорционални со динамиката на побарувачката. Постојните капацитети можат да произведат до 44,3 милиони тони примарен алуминиум годишно. Исто така, треба да се земе предвид дека во иднина некои од апликациите на алуминиумот може да се преориентираат на употреба на, на пример, композитни материјали.

Апликација

Парче алуминиум и американска паричка.

Широко се користи како градежен материјал. Главните предности на алуминиумот во овој квалитет се леснотија, податливост за печат, отпорност на корозија (во воздухот, алуминиумот веднаш се покрива со издржлив филм од Al 2 O 3, што ја спречува неговата понатамошна оксидација), висока топлинска спроводливост и нетоксичност. од неговите соединенија. Особено, овие својства го направија алуминиумот исклучително популарен во производството на садови за готвење, алуминиумска фолија во прехранбената индустрија и за пакување.

Главниот недостаток на алуминиумот како структурен материјал е неговата мала цврстина, па затоа обично се легира со мала количина бакар и магнезиум - легура на дуралумин.

Електричната спроводливост на алуминиумот е само 1,7 пати помала од онаа на бакарот, додека алуминиумот е приближно 2 пати поевтин. Затоа, широко се користи во електротехниката за производство на жици, нивно заштитување, па дури и во микроелектрониката за производство на проводници во чипови. Пониската електрична спроводливост на алуминиумот (37 1/ohm) во споредба со бакарот (63 1/ohm) се компензира со зголемување на пресекот на алуминиумските проводници. Недостаток на алуминиумот како електричен материјал е неговата силна оксидна фолија, што го отежнува лемењето.

• Поради својот комплекс на својства, широко се користи во опремата за греење.
• Алуминиумот и неговите легури ја задржуваат силата на ултра ниски температури. Поради ова, широко се користи во криогената технологија.
• Високата рефлексивност, во комбинација со ниската цена и леснотијата на таложење, го прави алуминиумот идеален материјал за правење огледала.
• Во производството на градежни материјали како средство за формирање гас.
• Алуминизирањето дава отпорност на корозија и бигор на челик и други легури, како што се клипните вентили на моторот со внатрешно согорување, лопатките на турбината, платформите за масло, опремата за размена на топлина, а исто така го заменува и галванизирањето.
• Алуминиум сулфид се користи за производство на водород сулфид.
• Во тек е истражување за да се развие пенлив алуминиум како особено силен и лесен материјал.

Како средство за намалување

• Како компонента на термит, мешавини за алуминотермија
• Алуминиумот се користи за враќање на ретки метали од нивните оксиди или халиди.

Алуминиумски легури

Структурниот материјал што обично се користи не е чист алуминиум, туку разни легури врз основа на него.

— Алуминиум-магнезиумските легури имаат висока отпорност на корозија и се добро заварени; Тие се користат, на пример, за изработка на трупови на бродови со голема брзина.

- Легурите од алуминиум-манган се на многу начини слични на легурите на алуминиум-магнезиум.

- Легурите од алуминиум-бакар (особено, дуралумин) можат да бидат подложени на термичка обработка, што во голема мера ја зголемува нивната цврстина. За жал, термички обработените материјали не можат да се заваруваат, па деловите на авионите сè уште се поврзани со нитни. Легурата со поголема содржина на бакар е многу слична по боја со златото, а понекогаш се користи за да се имитира второто.

— Алуминиум-силициумските легури (силумини) се најпогодни за лиење. Од нив често се фрлаат случаи на различни механизми.

— Комплексни легури базирани на алуминиум: птичји.

— Алуминиумот оди во суперспроводлива состојба на температура од 1,2 Келвини.

Алуминиум како додаток на други легури

Алуминиумот е важна компонента на многу легури. На пример, во алуминиумските бронзи главните компоненти се бакар и алуминиум. Во легурите на магнезиум, алуминиумот најчесто се користи како додаток. За производство на спирали во електрични уреди за греење, се користи фехрал (Fe, Cr, Al) (заедно со други легури).

Накит

Кога алуминиумот беше многу скап, од него се правеше разновиден накит. Модата кај нив веднаш помина кога се појавија нови технологии за негово производство, кои многукратно ги намалија трошоците. Во денешно време, алуминиумот понекогаш се користи во производството на костим накит.

Изработка на стакло

Во производството на стакло се користат флуорид, фосфат и алуминиум оксид.

Прехранбената индустрија

Алуминиумот е регистриран како додаток на храна E173.

Алуминиум и неговите соединенија во ракетната технологија

Алуминиумот и неговите соединенија се користат како високо ефикасно погонско гориво во ракетните погони со две горива и како запалива компонента во цврстите ракетни погони. Следниве алуминиумски соединенија се од најголем практичен интерес како ракетно гориво:

— Алуминиум: гориво во ракетни горива. Се користи во форма на прав и суспензии во јаглеводороди итн.
- Алуминиум хидрид
- Алуминиум боранат
- триметиалуминиум
- Триетиалуминиум
- Трипропилауминиум

Теоретски карактеристики на горивата формирани од алуминиум хидрид со различни оксидатори.

Алуминиумот во светската култура

Поетот Андреј Вознесенски ја напишал песната „Есен“ во 1959 година, во која користел алуминиум како уметничка слика:
...И зад прозорецот во младиот мраз
има полиња со алуминиум...

Виктор Цои ја напиша песната „Алуминумски краставици“ со хорот:
Садење алуминиумски краставици
На поле со церада
Јас засадувам алуминиумски краставици
На поле со церада

Токсичност

Има благо токсично дејство, но многу неоргански алуминиумски соединенија растворливи во вода остануваат во растворена состојба долго време и можат да имаат штетно влијание врз луѓето и топлокрвните животни преку водата за пиење. Најтоксични се хлоридите, нитратите, ацетатите, сулфатите итн. За луѓето, следните дози на алуминиумски соединенија (mg/kg телесна тежина) имаат токсичен ефект при внесување: алуминиум ацетат - 0,2-0,4; алуминиум хидроксид - 3,7-7,3; алуминиумски стипса - 2,9. Првенствено влијае на нервниот систем (се акумулира во нервното ткиво, што доведува до тешки нарушувања на централниот нервен систем). Сепак, невротоксичноста на алуминиумот се проучува од средината на 1960-тите, бидејќи акумулацијата на металот во човечкото тело е спречена со механизмот за елиминација. Во нормални услови, до 15 mg од елементот дневно може да се излачува во урината. Соодветно на тоа, најголем негативен ефект е забележан кај луѓе со нарушена бубрежна екскреторна функција.

дополнителни информации

- Алуминиум хидроксид
- Енциклопедија за алуминиум
— Алуминиумски врски
- Меѓународен институт за алуминиум

Алуминиум, алуминиум, Ал (13)

Врзива кои содржат алуминиум се познати уште од античко време. Како и да е, стипсата (латински Alumen или Alumin, германски Alaun), која е спомната, особено, од Плиниј, во античко време и во средниот век се сфаќала како различни супстанции. Во Руландовиот алхемиски речник, зборот Алумен, со додавање на различни дефиниции, е даден во 34 значења. Конкретно значеше антимон, Alumen alafuri - алкална сол, Alumen Alcori - нитрум или алкална стипса, Alumen creptum - забен камен (забен камен) од добро вино, Alumen fascioli - алкали, Alumen odig - амонијак, Alumen scoriole - гипс итн. , авторот на познатиот „Речник на едноставни фармацевтски производи“ (1716), обезбедува и голема листа на сорти на стипса.

До 18 век алуминиумските соединенија (стипса и оксид) не можеа да се разликуваат од другите соединенија слични по изглед. Лемери ја опишува стипсата на следниов начин: „Во 1754 година. Маргграф изолирал од раствор од стипса (со дејство на алкали) талог од алуминиум оксид, кој го нарекол „стипса земја“ (Alaunerde) и ја утврдил неговата разлика од другите земји. Наскоро стипса земјата го доби името алумина (Алумина или Алумина). Во 1782 година, Лавоазие ја изразил идејата дека алуминиумот е оксид на непознат елемент. Во својата Табела на едноставни тела, Лавоазие го сместил Алуминот меѓу „едноставните тела, земјени што формираат сол“. Еве синоними за името алумина: аргиле, стипса. земја, основа на стипса. Зборот аргила или аргила, како што истакнува Лемери во неговиот речник, доаѓа од грчкиот јазик. грнчарска глина. Далтон во својот „Нов систем на хемиска филозофија“ дава посебен знак за алуминиум и дава сложена структурна (!) формула за стипса.

По откривањето на алкалните метали користејќи галвански електрицитет, Дејви и Берзелиус неуспешно се обиделе да изолираат метален алуминиум од алумина на ист начин. Само во 1825 година проблемот бил решен од данскиот физичар Оерстед користејќи хемиски метод. Тој помина хлор низ топла мешавина од алуминиум и јаглен, а добиениот безводен алуминиум хлорид беше загреан со калиум амалгам. По испарувањето на живата, пишува Оерстед, се добил метал сличен по изглед на калај. Конечно, во 1827 година, Wöhler изолирал алуминиум метал на поефикасен начин - со загревање на безводен алуминиум хлорид со калиум метал.

Околу 1807 година, Дејви, кој се обидувал да изврши електролиза на алумина, го дал името на металот што треба да го содржи алуминиум (Алуминиум) или алуминиум (Алумина). Последното име оттогаш стана вообичаено во САД, додека во Англија и други земји беше усвоено името Алуминиум, подоцна предложено од истиот Дејви. Сосема е јасно дека сите овие имиња потекнуваат од латинскиот збор alum (Alumen), за чие потекло постојат различни мислења, врз основа на доказите на различни автори, кои датираат уште од антиката.

А. М. Василиев, забележувајќи го нејасното потекло на овој збор, го наведува мислењето на извесен Исидор (очигледно Исидор Севилски, епископ кој живеел во 560 - 636 година, енциклопедист кој се занимавал, особено, со етимолошки истражувања): „Алумен е наречен лумен, па како им дава лумен (светлина, осветленост) на боите кога се додаваат за време на боење“. Меѓутоа, ова објаснување, иако многу старо, не докажува дека зборот алумен има токму такво потекло. Овде, сосема е веројатна само случајна тавтологија. Лемери (1716) пак истакнува дека зборот алумен е поврзан со грчкиот (халми), што значи соленост, саламура, саламура итн.

Руски имиња за алуминиум во првите децении на 19 век. доста разновидна. Секој од авторите на книгите за хемија од овој период очигледно се обидел да предложи свој наслов. Така, Захаров го нарекува алуминиум алумина (1810), Гизе - алуминиум (1813), Страхов - стипса (1825), Јовски - глина, Шчеглов - алумина (1830). Во продавницата на Двигубски (1822 - 1830), алумината се нарекува алумина, алумина, алумина (на пример, алумина од фосфорна киселина), а металот се нарекува алуминиум и алуминиум (1824). Хес во првото издание на „Основи на чиста хемија“ (1831) го користи името алумина (Алумина), а во петтото издание (1840) - глина. Сепак, тој формира имиња за соли врз основа на терминот алумина, на пример, алумина сулфат. Менделеев во првото издание на „Основи на хемијата“ (1871) ги користи имињата алуминиум и глина, а во следните изданија зборот глина повеќе не се појавува.

Како најлесниот и најносливиот метал, има широк спектар на намени. Отпорен е на корозија, има висока електрична спроводливост и лесно може да издржи нагли температурни флуктуации. Друга карактеристика е што при контакт со воздух, на неговата површина се појавува посебен филм, кој го штити металот.

Сите овие, како и другите карактеристики, придонесоа за неговата активна употреба. Значи, ајде да дознаеме подетално кои се употребите на алуминиумот.

Овој структурен метал е широко користен. Конкретно, токму со неговата употреба ја започнаа својата работа производството на авиони, ракетната наука, прехранбената индустрија и производството на садови. Благодарение на неговите својства, алуминиумот овозможува подобрена маневрирање на бродовите поради неговата помала тежина.

Алуминиумските конструкции се во просек 50% полесни од сличните челични производи.

Одделно, вреди да се спомене способноста на металот да спроведува струја. Оваа карактеристика ѝ овозможи да стане нејзин главен конкурент. Активно се користи во производството на микроциркути и воопшто во областа на микроелектрониката.

Најпопуларните области на употреба вклучуваат:

• Производство на авиони: пумпи, мотори, куќишта и други елементи;
• Ракетна наука: како запалива компонента за ракетно гориво;
• Изградба на бродови: надградби на трупови и палуби;
• Електроника: жици, кабли, исправувачи;
• Производство на одбрана: митралези, тенкови, авиони, разни инсталации;
• Изградба: скали, рамки, завршна обработка;
• Железничка област: резервоари за нафтени деривати, делови, рамки за автомобили;
• Автомобилска индустрија: браници, радијатори;
• Домаќинство: фолија, садови, огледала, мали апарати;

Неговата широка дистрибуција се објаснува со предностите на металот, но има и значителен недостаток - мала јачина. За да се минимизира, во металот се додава и магнезиум.

Како што веќе разбравте, алуминиумот и неговите соединенија главно се користат во електротехниката (и едноставно технологијата), секојдневниот живот, индустријата, машинското инженерство и авијацијата. Сега ќе зборуваме за употребата на алуминиумски метал во градежништвото.

Ова видео ќе ви каже за употребата на алуминиум и неговите легури:

Употреба во градежништвото

Употребата на алуминиум од страна на луѓето во областа на градежништвото е одредена од неговата отпорност на корозија.Ова овозможува да се направат структури од него кои се планирани да се користат во агресивни средини, како и на отворено.

Материјали за покриви

Алуминиумот активно се користи за. Овој лим материјал, покрај добрите украсни, носечки и оградувачки карактеристики, има и прифатлива цена во споредба со другите покривни материјали. Покрај тоа, таков покрив не бара превентивна проверка или поправка, а неговиот работен век надминува многу постоечки материјали.

Со додавање на други метали во чист алуминиум, можете да добиете апсолутно какви било декоративни карактеристики. Овој покрив ви овозможува да имате широк спектар на бои кои совршено се вклопуваат во целокупниот стил.

Појаси на прозорци

Можете да најдете алуминиум меѓу фенери и прозорски рамки. Доколку се користи за слична намена, ќе се покаже како несигурен и краткотраен материјал.

Челикот брзо ќе се покрие со корозија, ќе има голема врзувачка тежина и ќе биде незгодно да се отвори. За возврат, алуминиумските конструкции немаат такви недостатоци.

Видеото подолу ќе ви каже за својствата и употребата на алуминиумот:

Ѕидни панели

Алуминиумските панели се направени од легури на овој метал и се користат за надворешна декорација на куќи. Тие можат да бидат во форма на обични печатени листови или готови оградувачки панели кои се состојат од листови, изолација и обложување. Во секој случај, тие ја задржуваат топлината во куќата колку што е можно повеќе и, со мала тежина, не го поднесуваат товарот на основата.

Секој хемиски елемент може да се разгледува од гледна точка на три науки: физика, хемија и биологија. И во оваа статија ќе се обидеме да го карактеризираме алуминиумот што е можно попрецизно. Ова е хемиски елемент кој се наоѓа во третата група и третиот период, според периодниот систем. Алуминиумот е метал кој има просечна хемиска реактивност. Во неговите соединенија може да се забележат и амфотерични својства. Атомската маса на алуминиум е дваесет и шест грама на мол.

Физички карактеристики на алуминиум

Во нормални услови тоа е солидна. Формулата на алуминиум е многу едноставна. Се состои од атоми (не комбинирани во молекули), кои се распоредени со помош на кристална решетка во цврста супстанција. Алуминиумската боја е сребрено-бела. Покрај тоа, има метален сјај, како и сите други супстанции од оваа група. Бојата на алуминиумот што се користи во индустријата може да варира поради присуството на нечистотии во легурата. Ова е прилично лесен метал.

Неговата густина е 2,7 g/cm3, односно е приближно три пати полесна од железото. Во ова може да биде само инфериорен во однос на магнезиумот, кој е дури и полесен од металот за кој станува збор. Цврстината на алуминиумот е прилично мала. Во него е инфериорен во однос на повеќето метали. Тврдоста на алуминиумот е само две.Затоа, за да се зајакне, се додаваат поцврсти во легурите на база на овој метал.

Алуминиумот се топи на температура од само 660 степени Целзиусови. И врие кога ќе се загрее на температура од две илјади четиристотини и педесет и два Целзиусови степени. Тоа е многу еластичен и топилив метал. Физичките карактеристики на алуминиумот не завршуваат тука. Исто така, би сакал да забележам дека овој метал има најдобра електрична спроводливост по бакар и сребро.

Преваленца во природата

Алуминиумот, чии технички карактеристики штотуку ги разгледавме, е доста вообичаен во околината. Може да се забележи во составот на многу минерали. Елементот алуминиум е четвртиот најзастапен елемент во природата. Тоа е речиси девет проценти во земјината кора. Главните минерали што ги содржат неговите атоми се боксит, корунд и криолит. Првата е карпа која се состои од оксиди на железо, силициум и предметниот метал, а во структурата има и молекули на вода. Има хетерогена боја: фрагменти од сива, црвено-кафеава и други бои, кои зависат од присуството на разни нечистотии. Од триесет до шеесет проценти од оваа карпа е алуминиум, чија фотографија може да се види погоре. Покрај тоа, корундот е многу чест минерал во природата.

Ова е алуминиум оксид. Неговата хемиска формула е Al2O3. Може да биде црвена, жолта, сина или кафеава. Неговата цврстина на скалата Мохс е девет. Сорти на корунд ги вклучуваат добро познатите сафири и рубини, леукосафири, како и падпарадша (жолт сафир).

Криолитот е минерал со посложена хемиска формула. Се состои од алуминиум и натриум флуориди - AlF3.3NaF. Се појавува како безбоен или сивкав камен со мала цврстина од само три на Мохсовата скала. Во современиот свет се синтетизира вештачки во лабораториски услови. Се користи во металургијата.

Алуминиумот во природата може да се најде и во глини, чии главни компоненти се оксидите на силициумот и предметниот метал, поврзани со молекулите на водата. Покрај тоа, овој хемиски елемент може да се забележи во составот на нефелините, чија хемиска формула е следна: KNa34.

Потврда

Карактеристиките на алуминиумот вклучуваат разгледување на методи за негова синтеза. Постојат неколку методи. Производството на алуминиум со помош на првиот метод се случува во три фази. Последната од нив е постапката на електролиза на катодата и јаглеродната анода. За да се спроведе таков процес, потребен е алуминиум оксид, како и помошни материи како што се криолит (формула - Na3AlF6) и калциум флуорид (CaF2). За да дојде до процесот на разградување на алуминиум оксид растворен во вода, потребно е тој заедно со стопениот криолит и калциум флуорид да се загрее на температура од најмалку деветстотини и педесет степени Целзиусови, а потоа да се помине струја од осумдесет илјади ампери и напон од пет низ овие супстанции.осум волти. Така, како резултат на овој процес, алуминиумот ќе се депонира на катодата, а на анодата ќе се соберат молекули на кислород, кои, пак, ја оксидираат анодата и ја претвораат во јаглерод диоксид. Пред оваа постапка, бокситот, во форма на кој се ископува алуминиум оксид, прво се прочистува од нечистотии, а исто така се подложува на процес на дехидрација.

Производството на алуминиум со методот опишан погоре е многу честа појава во металургијата. Постои и метод измислен во 1827 година од Ф. Волер. Тоа лежи во фактот дека алуминиумот може да се екстрахира со хемиска реакција помеѓу неговиот хлорид и калиум. Таков процес може да се спроведе само со создавање посебни услови во форма на многу висока температура и вакуум. Значи, од еден мол хлорид и ист волумен на калиум, може да се добие еден мол алуминиум и три молови како нуспроизвод. Оваа реакција може да се запише во форма на следнава равенка: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Овој метод не се здоби со голема популарност во металургијата.

Карактеристики на алуминиумот од хемиска гледна точка

Како што споменавме погоре, ова е едноставна супстанција која се состои од атоми кои не се комбинираат во молекули. Речиси сите метали формираат слични структури. Алуминиумот има прилично висока хемиска активност и силни намалувачки својства. Хемиската карактеризација на алуминиумот ќе започне со опис на неговите реакции со други едноставни супстанции, а потоа ќе бидат опишани интеракциите со сложените неоргански соединенија.

Алуминиум и едноставни материи

Тие вклучуваат, пред сè, кислород - најчестото соединение на планетата. Дваесет и еден процент од атмосферата на Земјата се состои од неа. Реакцијата на дадена супстанција со која било друга се нарекува оксидација или согорување. Најчесто се јавува на високи температури. Но, во случај на алуминиум, оксидацијата е можна во нормални услови - вака се формира оксиден филм. Ако овој метал се смачка, тој ќе изгори, ослободувајќи голема количина на енергија во форма на топлина. За да се изврши реакцијата помеѓу алуминиум и кислород, потребни се овие компоненти во моларен сооднос од 4:3, што резултира со два дела од оксидот.

Оваа хемиска интеракција се изразува во форма на следната равенка: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Можни се и реакции на алуминиум со халогени, кои вклучуваат флуор, јод, бром и хлор. Имињата на овие процеси потекнуваат од имињата на соодветните халогени: флуорирање, јодирање, бромирање и хлорирање. Ова се типични реакции на додавање.

Како пример, да ја разгледаме интеракцијата на алуминиум со хлор. Овој вид на процес може да се случи само на студ.

Значи, земајќи два молови алуминиум и три молови хлор, резултатот е два молови хлорид на предметниот метал. Равенката за оваа реакција е следна: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. На ист начин можете да добиете алуминиум флуорид, неговиот бромид и јодид.

Предметната супстанција реагира со сулфур само кога се загрева. За да се изврши реакцијата помеѓу овие две соединенија, треба да ги земете во моларни пропорции од два до три, и се формира еден дел од алуминиум сулфид. Равенката на реакцијата изгледа вака: 2Al + 3S = Al2S3.

Покрај тоа, на високи температури, алуминиумот реагира и со јаглерод, формирајќи карбид и со азот, формирајќи нитрид. Како пример може да се наведат следните равенки на хемиски реакции: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Интеракција со сложени супстанции

Тие вклучуваат вода, соли, киселини, бази, оксиди. Алуминиумот реагира поинаку со сите овие хемиски соединенија. Ајде внимателно да го разгледаме секој случај.

Реакција со вода

Алуминиумот реагира со најчестата сложена супстанција на Земјата кога се загрева. Ова се случува само ако прво се отстрани оксидниот филм. Како резултат на интеракцијата, се формира амфотеричен хидроксид, а водородот исто така се ослободува во воздухот. Земајќи два дела алуминиум и шест дела вода, добиваме хидроксид и водород во моларни пропорции од два до три. Равенката за оваа реакција е напишана на следниов начин: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Интеракција со киселини, бази и оксиди

Како и другите активни метали, алуминиумот е способен да претрпи реакции на супституција. Притоа, може да го измести водородот од киселината или катјон на попасивен метал од неговата сол. Како резултат на таквите интеракции, се формира алуминиумска сол, а исто така се ослободува водород (во случај на киселина) или се таложи чист метал (оној што е помалку активен од оној за кој станува збор). Во вториот случај, се појавуваат ресторативните својства споменати погоре. Пример е интеракцијата на алуминиумот со кој се формира алуминиум хлорид и се ослободува водород во воздухот. Овој вид на реакција се изразува во форма на следнава равенка: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Пример за интеракцијата на алуминиумот со солта е неговата реакција со Земајќи ги овие две компоненти, на крајот ќе добиеме чист бакар, кој ќе таложи. Алуминиумот реагира на уникатен начин со киселини како сулфурна и азотна. На пример, кога се додава алуминиум во разреден раствор на нитратна киселина во моларен сооднос од осум делови до триесет, се формираат осум делови од нитрат од предметниот метал, три дела азотен оксид и петнаесет вода. Равенката за оваа реакција е напишана на следниов начин: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Овој процес се случува само во присуство на висока температура.

Ако измешаме алуминиум и слаб раствор на сулфатна киселина во моларни пропорции од два до три, ќе добиеме сулфат од предметниот метал и водород во сооднос од еден до три. Односно, ќе се случи обична реакција на супституција, како што е случајот со другите киселини. За јасност, ја прикажуваме равенката: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Меѓутоа, со концентриран раствор на истата киселина, сè е покомплицирано. Овде, исто како и во случајот со нитратот, се формира нуспроизвод, но не во форма на оксид, туку во форма на сулфур и вода. Ако ги земеме двете компоненти што ни се потребни во моларен сооднос од два до четири, тогаш резултатот ќе биде по еден дел од солта на предметниот метал и сулфур, како и четири дела вода. Оваа хемиска интеракција може да се изрази со помош на следната равенка: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Покрај тоа, алуминиумот е способен да реагира со алкални раствори. За да извршите таква хемиска интеракција, треба да земете два молови од предметниот метал, исто количество калиум, а исто така и шест молови вода. Како резултат на тоа, се формираат супстанции како што се натриум или калиум тетрахидроксиалумат, како и водород, кој се ослободува во форма на гас со лут мирис во моларни пропорции од два до три. Оваа хемиска реакција може да се претстави во форма на следнава равенка: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

И последното нешто што треба да се земе предвид е моделите на интеракција на алуминиумот со одредени оксиди. Најчест и користен случај е Бекетовската реакција. Тој, како и многу други дискутирани погоре, се јавува само на високи температури. Значи, за да го спроведете, треба да земете два молови алуминиум и еден мол ферум оксид. Како резултат на интеракцијата на овие две супстанции, добиваме алуминиум оксид и слободно железо во количини од еден и два молови, соодветно.

Употреба на предметниот метал во индустријата

Имајте на ум дека употребата на алуминиум е многу честа појава. Пред се, тоа и е потребно на воздухопловната индустрија. Заедно со ова, се користат и легури врз основа на предметниот метал. Можеме да кажеме дека просечниот авион се состои од 50% алуминиумски легури, а неговиот мотор - 25%. Алуминиумот се користи и во производството на жици и кабли поради одличната електрична спроводливост. Покрај тоа, овој метал и неговите легури се широко користени во автомобилската индустрија. Од овие материјали се направени тела на автомобили, автобуси, тролејбуси, некои трамваи, како и конвенционални и електрични вагони.

Се користи и за помали цели, на пример, за производство на амбалажа за храна и други производи и јадења. За да направите сребрена боја, потребен ви е прашок од предметниот метал. Оваа боја е потребна за заштита на железото од корозија. Можеме да кажеме дека алуминиумот е вториот најчесто користен метал во индустријата по ферумот. Неговите соединенија и самите себе често се користат во хемиската индустрија. Ова се објаснува со посебните хемиски својства на алуминиумот, вклучувајќи ги неговите намалувачки својства и амфотерските својства на неговите соединенија. Хидроксидот на предметниот хемиски елемент е неопходен за прочистување на водата. Покрај тоа, се користи во медицината во процесот на производство на вакцини. Може да се најде и во некои видови пластика и други материјали.

Улога во природата

Како што веќе беше напишано погоре, алуминиумот се наоѓа во големи количини во земјината кора. Тоа е особено важно за живите организми. Алуминиумот е вклучен во регулирањето на процесите на раст, формира сврзни ткива како што се коските, лигаментите и други. Благодарение на овој микроелемент, процесите на регенерација на телесните ткива се спроведуваат побрзо. Неговиот недостаток се карактеризира со следните симптоми: нарушен развој и раст кај децата; кај возрасни - хроничен замор, намалени перформанси, нарушена координација на движењата, намалени стапки на регенерација на ткивата, слабеење на мускулите, особено на екстремитетите. Овој феномен може да се случи ако јадете премалку храна што го содржи овој микроелемент.

Сепак, почест проблем е вишокот алуминиум во телото. Во овој случај често се забележуваат следните симптоми: нервоза, депресија, пореметување на спиењето, намалена меморија, отпорност на стрес, омекнување на мускулно-скелетниот систем, што може да доведе до чести скршеници и исчашувања. Со долгорочен вишок на алуминиум во телото, често се јавуваат проблеми во функционирањето на речиси секој органски систем.

Голем број причини може да доведат до овој феномен. Како прво, научниците одамна докажаа дека приборот направен од предметниот метал е несоодветен за готвење храна во нив, бидејќи на високи температури дел од алуминиумот влегува во храната и како резултат на тоа, трошите многу повеќе од овој микроелемент отколку му треба на телото.

Втората причина е редовната употреба на козметика што го содржи предметниот метал или неговите соли. Пред да користите кој било производ, треба внимателно да го прочитате неговиот состав. Козметиката не е исклучок.

Третата причина е земање лекови кои содржат многу алуминиум долго време. Како и неправилна употреба на витамини и прехранбени адитиви кои го содржат овој микроелемент.

Сега да откриеме кои производи содржат алуминиум за да ја регулирате вашата исхрана и правилно да го организирате вашето мени. Пред сè, тоа се моркови, преработени сирења, пченица, стипса, компири. Авокадото и праските се препорачуваат овошје. Покрај тоа, белата зелка, оризот и многу лековити билки се богати со алуминиум. Исто така, катјоните на предметниот метал може да бидат содржани во водата за пиење. За да избегнете високи или ниски нивоа на алуминиум во телото (како и кој било друг микроелемент), треба внимателно да ја следите вашата исхрана и да се обидете да ја направите што е можно побалансирана.

Во земјината кора има многу алуминиум: 8,6% по маса. Тој е рангиран на прво место меѓу сите метали и трето меѓу другите елементи (по кислород и силициум). Има двојно повеќе алуминиум од железо, а 350 пати повеќе од бакар, цинк, хром, калај и олово заедно! Како што напишал пред повеќе од 100 години во својот класичен учебник Основи на хемијатаД.И. Менделеев, од сите метали, „алуминиумот е најзастапен во природата; Доволно е да се истакне дека е дел од глина за да се разјасни универзалната дистрибуција на алуминиумот во земјината кора. Алуминиумот, или металот од стипса (алумен), се нарекува и глина затоа што се наоѓа во глина“.

Најважниот минерал на алуминиумот е бокситот, мешавина од основниот оксид AlO(OH) и хидроксид Al(OH) 3. Најголемите наоѓалишта на боксит се наоѓаат во Австралија, Бразил, Гвинеја и Јамајка; индустриското производство се врши и во други земји. Алунит (камен од стипса) (Na,K) 2 SO 4 · Al 2 (SO 4) 3 · 4Al (OH) 3 и нефелин (Na, K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 се исто така богати со алуминиум. Вкупно се познати повеќе од 250 минерали кои содржат алуминиум; повеќето од нив се алумосиликати, од кои главно се формира земјината кора. Кога ќе поминат, се формира глина, чија основа е минералот каолинит Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Железните нечистотии обично ја обојуваат глината кафеава, но има и бела глина - каолин, од која се прави порцелан и глинени производи.

Повремено, се наоѓа исклучително тврд (втор по дијамант) минерал корунд - кристален оксид Al 2 O 3, често обоен со нечистотии во различни бои. Неговата сина сорта (примеса на титаниум и железо) се нарекува сафир, црвената (примеса на хром) се нарекува рубин. Различни нечистотии можат да го обојат таканаречениот благороден корунд зелен, жолт, портокалова, виолетова и други бои и нијанси.

До неодамна се веруваше дека алуминиумот, како високо активен метал, не може да се појави во природата во слободна состојба, но во 1978 година, мајчин алуминиум беше откриен во карпите на Сибирската платформа - само во форма на кристали слични на нишки. Должина 0,5 mm (со дебелина на конецот од неколку микрометри). Домашниот алуминиум бил откриен и во лунарната почва донесена на Земјата од регионите на морињата на кризи и изобилство. Се верува дека алуминиумскиот метал може да се формира со кондензација од гас. Познато е дека кога алуминиумските халиди - хлорид, бромид, флуорид - се загреваат, тие можат да испарат со поголема или помала леснотија (на пример, AlCl 3 се сублимира веќе на 180 ° C). Со силно зголемување на температурата, алуминиумските халиди се распаѓаат, претворајќи се во состојба со помала метална валентност, на пример, AlCl. Кога таквото соединение се кондензира со намалување на температурата и отсуство на кислород, во цврстата фаза се јавува реакција на диспропорција: некои од атомите на алуминиум се оксидираат и преминуваат во вообичаената тривалентна состојба, а некои се намалуваат. Монивалентен алуминиум може да се сведе само на метал: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Оваа претпоставка е поддржана и од обликот на нишките на природните алуминиумски кристали. Типично, кристалите од оваа структура се формираат поради брзиот раст од гасната фаза. Веројатно е дека микроскопските алуминиумски грутки во лунарната почва биле формирани на сличен начин.

Името алуминиум доаѓа од латинскиот alumen (род aluminis). Ова беше името на стипса, двоен калиум-алуминиум сулфат KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), кој се користел како мрсна за боење ткаенини. Латинското име веројатно се враќа на грчкото „халме“ - саламура, раствор на сол. Интересно е што во Англија алуминиумот е алуминиум, а во САД е алуминиум.

Многу популарни книги за хемија содржат легенда дека извесен пронаоѓач, чие име не е зачувано во историјата, му го донел на императорот Тибериј, кој владеел со Рим во 14–27 н.е., сад направен од метал кој личи на сребрена боја, но полесни. Овој подарок го чинел мајсторот живот: Тибериј наредил негово погубување и уништување на работилницата, бидејќи се плашел дека новиот метал може да ја намали вредноста на среброто во царската ризница.

Оваа легенда е заснована на приказна на Плиниј Постариот, римски писател и научник, автор Природна историја– енциклопедија на природни науки сознанија од античко време. Според Плиниј, новиот метал е добиен од „глинеста земја“. Но, глината содржи алуминиум.

Современите автори речиси секогаш прават резерва дека целата оваа приказна не е ништо повеќе од убава бајка. И тоа не е изненадувачки: алуминиумот во карпите е исклучително цврсто врзан за кислородот и мора да се потроши многу енергија за да се ослободи. Меѓутоа, неодамна се појавија нови податоци за основната можност за добивање метален алуминиум во античко време. Како што покажа спектралната анализа, украсите на гробот на кинескиот командант Џоу-Жу, кој почина на почетокот на 3 век. АД, се направени од легура составена од 85% алуминиум. Дали древните луѓе можеле да добијат бесплатен алуминиум? Сите познати методи (електролиза, редукција со метален натриум или калиум) автоматски се елиминираат. Дали во античко време можел да се најде мајчин алуминиум, како, на пример, грутки од злато, сребро и бакар? Ова е исто така исклучено: родниот алуминиум е редок минерал кој се наоѓа во незначителни количини, така што древните занаетчии не можеле да најдат и соберат такви грутки во потребната количина.

Сепак, можно е друго објаснување за приказната на Плиниј. Алуминиумот може да се извлече од рудите не само со помош на електрична енергија и алкални метали. Постои средство за намалување на располагање и широко користено уште од античко време - јаглен, со помош на кој оксидите на многу метали се сведуваат на слободни метали кога се загреваат. Во доцните 1970-ти, германските хемичари одлучија да тестираат дали алуминиумот можел да се произведува во античко време со редукција со јаглен. Тие загреаа мешавина од глина со јаглен во прав и кујнска сол или поташа (калиум карбонат) во глинена тава на црвена топлина. Солта се добивала од морската вода, а поташата од растителниот пепел, за да се користат само оние супстанции и методи кои биле достапни во античко време. По некое време, згура со алуминиумски топчиња исплива на површината на садот! Приносот на металот бил мал, но можно е на тој начин античките металурзи да го добијат „металот на 20 век“.

Својства на алуминиум.

Бојата на чистиот алуминиум наликува на сребро, тој е многу лесен метал: неговата густина е само 2,7 g/cm 3 . Единствените метали полесни од алуминиумот се алкалните и земноалкалните метали (освен бариум), берилиумот и магнезиумот. Алуминиумот исто така лесно се топи - на 600 ° C (тенка алуминиумска жица може да се стопи на обичен кујнски горилник), но врие само на 2452 ° C. Во однос на електричната спроводливост, алуминиумот е на 4-то место, втор по среброто (тоа е на прво место), бакар и злато, што со оглед на евтиноста на алуминиумот е од големо практично значење. Топлинската спроводливост на металите се менува по истиот редослед. Лесно е да се потврди високата топлинска спроводливост на алуминиумот со потопување на алуминиумска лажица во топол чај. И уште една извонредна карактеристика на овој метал: неговата мазна, сјајна површина совршено ја рефлектира светлината: од 80 до 93% во видливиот регион на спектарот, во зависност од брановата должина. Во ултравиолетовиот регион, алуминиумот нема рамен во овој поглед, а само во црвениот регион е малку инфериорен во однос на среброто (во ултравиолетовото, среброто има многу мала рефлексивност).

Чистиот алуминиум е прилично мек метал - речиси три пати помек од бакар, така што дури и релативно дебели алуминиумски плочи и прачки лесно се свиткуваат, но кога алуминиумот формира легури (има огромен број од нив), неговата цврстина може да се зголеми десет пати.

Карактеристичната оксидациска состојба на алуминиумот е +3, но поради присуството на ненаполнета 3 Р- и 3 г-орбитали, атомите на алуминиум можат да формираат дополнителни донорски-акцепторски врски. Затоа, јонот Al 3+ со мал радиус е многу склон кон формирање на комплекси, формирајќи различни катјонски и анјонски комплекси: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – и многу други. Познати се и комплексите со органски соединенија.

Хемиската активност на алуминиумот е многу висока; во низата електродни потенцијали стои веднаш зад магнезиумот. На прв поглед, таквата изјава може да изгледа чудна: на крајот на краиштата, алуминиумската тава или лажица е прилично стабилна во воздухот и не се колабира во врела вода. Алуминиумот, за разлика од железото, не 'рѓа. Излегува дека кога е изложен на воздух, металот е покриен со безбоен, тенок, но издржлив „оклоп“ од оксид, кој го штити металот од оксидација. Значи, ако внесете дебела алуминиумска жица или плоча со дебелина од 0,5–1 mm во пламенот на горилникот, металот се топи, но алуминиумот не тече, бидејќи останува во вреќа со својот оксид. Ако го лишите алуминиумот од неговата заштитна фолија или го ослободите (на пример, потопувајќи го во раствор од жива соли), алуминиумот веднаш ќе ја открие својата вистинска суштина: веќе на собна температура ќе почне енергично да реагира со вода, ослободувајќи водород. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H2. Во воздухот, алуминиумот, лишен од неговата заштитна фолија, се претвора во прашок од лабав оксид веднаш пред нашите очи: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Алуминиумот е особено активен во ситно смачкана состојба; Кога ќе се разнесе во пламен, алуминиумската прашина веднаш гори. Ако измешате алуминиумска прашина со натриум пероксид на керамичка чинија и капнете вода врз смесата, алуминиумот исто така се разгорува и гори со бел пламен.

Многу високиот афинитет на алуминиумот за кислород му овозможува да го „одземе“ кислородот од оксидите на голем број други метали, намалувајќи ги (метод на алуминотермија). Најпознат пример е смесата од термит, која при согорување ослободува толку многу топлина што добиеното железо се топи: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Оваа реакција беше откриена во 1856 година од Н.Н.Бекетов. На овој начин, Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO и голем број други оксиди можат да се редуцираат во метали. При редуцирање на Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 со алуминиум, топлината на реакцијата не е доволна за загревање на производите на реакцијата над нивната точка на топење.

Алуминиумот лесно се раствора во разредени минерални киселини за да формира соли. Концентрирана азотна киселина, оксидирајќи ја површината на алуминиум, промовира задебелување и зајакнување на оксидниот филм (т.н. пасивација на металот). Вака обработениот алуминиум не реагира ниту со хлороводородна киселина. Со помош на електрохемиска анодна оксидација (анодизирање), на површината од алуминиум може да се создаде дебел филм, кој лесно може да се обои во различни бои.

Поместувањето на помалку активни метали од алуминиум од раствори на соли често е попречено од заштитна фолија на површината на алуминиум. Овој филм брзо се уништува со бакар хлорид, па лесно се јавува реакцијата 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu, што е придружено со силно загревање. Во силните алкални раствори, алуминиумот лесно се раствора со ослободување на водород: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (се формираат и други анјонски хидрокс комплекси). Амфотеричната природа на алуминиумските соединенија се манифестира и во лесното растворање на неговиот свежо таложен оксид и хидроксид во алкалите. Кристалниот оксид (корунд) е многу отпорен на киселини и алкалии. Кога се спојуваат со алкалии, се формираат безводни алуминати: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Магнезиум алуминат Mg(AlO 2) 2 е полускапоцен камен спинел, обично обоен со нечистотии во широк спектар на бои .

Реакцијата на алуминиум со халогени се случува брзо. Ако во епрувета со 1 ml бром се внесе тенка алуминиумска жица, тогаш по кратко време алуминиумот се запали и гори со силен пламен. Реакцијата на мешавина од алуминиум и јод во прав се иницира со капка вода (водата со јод формира киселина која ја уништува оксидната фолија), по што се појавува силен пламен со облаци од виолетова јодна пареа. Алуминиумските халиди во водени раствори имаат кисела реакција поради хидролиза: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Реакцијата на алуминиум со азот се јавува само над 800 ° C со формирање на нитрид AlN, со сулфур - на 200 ° C (се формира сулфид Al 2 S 3), со фосфор - на 500 ° C (фосфид AlP се формира). Кога се додава бор во стопениот алуминиум, се формираат бориди од составот AlB 2 и AlB 12 - огноотпорни соединенија отпорни на киселини. Хидрид (AlH) x (x = 1,2) се формира само во вакуум при ниски температури во реакцијата на атомскиот водород со алуминиумска пареа. AlH 3 хидрид, стабилен во отсуство на влага на собна температура, се добива во раствор од безводен етер: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Со вишок на LiH, се формира литиум алуминиум хидрид LiAlH 4 сличен на сол - многу силен редукционен агенс што се користи во органските синтези. Веднаш се распаѓа со вода: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Производство на алуминиум.

Документираното откритие на алуминиум се случило во 1825 година. Овој метал првпат го добил данскиот физичар Ханс Кристијан Оерстед, кога го изолирал со дејство на калиумовиот амалгам на безводен алуминиум хлорид (добиен со поминување на хлор низ топла мешавина од алуминиум оксид и јаглен ). Откако ја дестилираше живата, Оерстед доби алуминиум, иако тој беше загаден со нечистотии. Во 1827 година, германскиот хемичар Фридрих Волер добил алуминиум во форма на прав со редуцирање на хексафлуороалуминатот со калиум:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Подоцна успеал да добие алуминиум во форма на сјајни метални топчиња. Во 1854 година, францускиот хемичар Анри Етјен Сен-Клер Девил го развил првиот индустриски метод за производство на алуминиум - со намалување на топењето на тетрахлороалуминатот со натриум: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Сепак, алуминиумот продолжи да биде исклучително редок и скап метал; не беше многу поевтин од златото и 1500 пати поскап од железото (сега само три пати). За синот на францускиот император Наполеон III, во 1850-тите години е направен штракач од злато, алуминиум и скапоцени камења. Кога голем ингот од алуминиум произведен со нов метод беше изложен на Светската изложба во Париз во 1855 година, на него се гледаше како да е скапоцен камен. Горниот дел (во форма на пирамида) на споменикот Вашингтон во главниот град на САД е направен од скапоцен алуминиум. Во тоа време, алуминиумот не беше многу поевтин од среброто: во САД, на пример, во 1856 година се продаваше по цена од 12 долари за фунта (454 g), а среброто за 15 долари. Во првиот том на познатиот Енциклопедискиот речник Брокхаус објавен во 1890 година, Ефрон рече дека „алуминиумот сè уште се користи првенствено за производство на... луксузни стоки“. Дотогаш годишно ширум светот се ископуваа само 2,5 тони метал. Дури кон крајот на 19 век, кога е развиен електролитски метод за производство на алуминиум, неговото годишно производство започнува да изнесува илјадници тони, а во 20 век. - милиони тони. Ова го трансформира алуминиумот од полускапоцен метал во широко достапен метал.

Современиот метод за производство на алуминиум бил откриен во 1886 година од младиот американски истражувач Чарлс Мартин Хол. Тој се заинтересирал за хемијата уште како дете. Откако го пронашол стариот учебник по хемија на својот татко, тој почнал ревносно да го проучува и да спроведува експерименти, а еднаш дури и добил кара од мајка му за оштетување на чаршафот за вечера. И 10 години подоцна тој направи извонредно откритие што го направи познат низ целиот свет.

Како студент на 16-годишна возраст, Хол слушнал од својот учител Ф. Џевет знаеше што зборува: претходно тренираше во Германија, работеше со Волер и разговараше со него за проблемите со производството на алуминиум. Џевет со себе донел и примерок од реткиот метал во Америка, кој им го покажал на своите студенти. Одеднаш Хол јавно изјави: „Ќе го добијам овој метал!

Шест години напорна работа продолжи. Хол се обиде да добие алуминиум користејќи различни методи, но безуспешно. Конечно, тој се обидел да го извлече овој метал со електролиза. Во тоа време немаше електрани; струјата мораше да се генерира со помош на големи домашни батерии од јаглен, цинк, азотна и сулфурна киселина. Хол работел во штала каде што поставил мала лабораторија. Му помогнала неговата сестра Јулија, која била многу заинтересирана за експериментите на нејзиниот брат. Таа ги зачувала сите негови писма и работни списанија, кои овозможуваат буквално да се следи историјата на откритието од ден на ден. Еве извадок од нејзините мемоари:

„Чарлс секогаш беше во добро расположение, па дури и во најлошите денови можеше да се смее на судбината на несреќните пронаоѓачи. Во време на неуспех, утеха наоѓаше во нашиот стар пијано. Во својата домашна лабораторија работеше долги часови без пауза; и кога ќе можеше да ја напушти гарнитурата на кратко, ќе брзаше низ нашата долга куќа да си поигра малку... Знаев дека, играјќи со таков шарм и чувство, постојано размислуваше за својата работа. И музиката му помогна во тоа“.

Најтешко беше да се избере електролит и да се заштити алуминиумот од оксидација. По шест месеци напорна работа, неколку мали сребрени топчиња конечно се појавија во садот. Хол веднаш се стрча кај својот поранешен учител за да му каже за неговиот успех. „Професоре, сфатив!“ извика тој, подадејќи ја раката: во неговата дланка лежеа десетина мали алуминиумски топчиња. Ова се случи на 23 февруари 1886 година. И точно два месеци подоцна, на 23 април истата година, Французинот Пол Еру извади патент за сличен изум, кој го направи самостојно и речиси истовремено (впечатливи се и две други коинциденции: и Хол и Херу се родени во 1863 година и починале во 1914 година).

Сега првите алуминиумски топки произведени од Хол се чуваат во Американската компанија за алуминиум во Питсбург како национална реликвија, а на неговиот колеџ има споменик на Хол, излеан од алуминиум. Џевет потоа напиша: „Моето најважно откритие беше откривањето на човекот. Чарлс М. Хол беше тој што на 21-годишна возраст откри метод за редуцирање на алуминиумот од руда и на тој начин го направи алуминиумот тој прекрасен метал кој сега е широко користен низ целиот свет“. Пророштвото на Џевет се оствари: Хол доби широко признание и стана почесен член на многу научни здруженија. Но, неговиот личен живот беше неуспешен: невестата не сакаше да се помири со фактот дека нејзиниот вереник целото време го поминува во лабораторија и ја раскина свршувачката. Хол најде утеха во родниот колеџ, каде што работеше до крајот на својот живот. Како што напиша братот на Чарлс, „Колеџот беше неговата сопруга, неговите деца и сè друго - целиот негов живот“. Поголемиот дел од своето наследство Хол го оставил на колеџот – 5 милиони долари.Хол починал од леукемија на 51-годишна возраст.

Методот на Хол овозможи да се произведе релативно евтин алуминиум во големи размери користејќи електрична енергија. Ако од 1855 до 1890 година се добиени само 200 тони алуминиум, тогаш во текот на следната деценија, со методот на Хол, веќе се добиени 28.000 тони од овој метал ширум светот! До 1930 година, глобалното годишно производство на алуминиум достигна 300 илјади тони. Сега годишно се произведуваат повеќе од 15 милиони тони алуминиум. Во посебни бањи на температура од 960–970 ° C, се подложува раствор од алуминиум (технички Al 2 O 3) во стопен криолит Na 3 AlF 6, кој е делумно ископан во форма на минерал, а делумно специјално синтетизиран. до електролиза. Течниот алуминиум се акумулира на дното на бањата (катода), кислородот се ослободува на јаглеродните аноди, кои постепено горат. При низок напон (околу 4,5 V), електролизерите трошат огромни струи - до 250.000 А! Еден електролизатор произведува околу еден тон алуминиум дневно. Производството бара многу електрична енергија: потребни се 15.000 киловат-часови електрична енергија за да се произведе 1 тон метал. Оваа количина на струја цел месец ја троши голема зграда од 150 станови. Производството на алуминиум е еколошки опасно, бидејќи атмосферскиот воздух е загаден со испарливи соединенија на флуор.

Примена на алуминиум.

Дури и Д.И. Менделеев напиша дека „металниот алуминиум, кој има голема леснотија и сила и мала варијабилност во воздухот, е многу погоден за некои производи“. Алуминиумот е еден од најчестите и најевтините метали. Тешко е да се замисли модерниот живот без него. Не е ни чудо што алуминиумот се нарекува метал на 20 век. Добро одговара за обработка: ковање, печат, тркалање, цртање, пресување. Чистиот алуминиум е прилично мек метал; Се користи за изработка на електрични жици, структурни делови, фолија за храна, кујнски прибор и „сребрена“ боја. Овој убав и лесен метал е широко користен во градежништвото и авијациската технологија. Алуминиумот многу добро ја рефлектира светлината. Затоа, се користи за изработка на огледала со методот на таложење на метал во вакуум.

Во авиони и машинско инженерство, во производството на градежни конструкции, се користат многу поцврсти алуминиумски легури. Една од најпознатите е легура на алуминиум со бакар и магнезиум (дуралумин, или едноставно „дуралумин“; името доаѓа од германскиот град Дурен). По стврднувањето, оваа легура добива посебна цврстина и станува приближно 7 пати посилна од чистиот алуминиум. Во исто време, тој е речиси три пати полесен од железото. Се добива со легирање на алуминиум со мали додатоци на бакар, магнезиум, манган, силициум и железо. Широко се користат силумини - лиење легури од алуминиум и силициум. Се произведуваат и легури со висока јачина, криогени (отпорни на мраз) и отпорни на топлина. Заштитни и декоративни премази лесно се нанесуваат на производи направени од легури на алуминиум. Леснотијата и јачината на алуминиумските легури се особено корисни во воздухопловната технологија. На пример, роторите за хеликоптери се направени од легура на алуминиум, магнезиум и силициум. Релативно евтината алуминиумска бронза (до 11% Al) има високи механички својства, стабилна е во морска вода, па дури и во разредена хлороводородна киселина. Од 1926 до 1957 година, монетите во апоени од 1, 2, 3 и 5 копејки биле ковани од алуминиумска бронза во СССР.

Во моментов четвртина од целиот алуминиум се користи за градежни потреби, исто толку троши транспортно инженерство, приближно 17% се троши на материјали за пакување и лименки, а 10% во електротехника.

Многу запаливи и експлозивни мешавини исто така содржат алуминиум. Алумотол, лиена мешавина од тринитротолуен и алуминиумски прав, е еден од најмоќните индустриски експлозиви. Амонал е експлозивна материја која се состои од амониум нитрат, тринитротолуен и алуминиумски прав. Запаливите композиции содржат алуминиум и оксидирачки агенс - нитрат, перхлорат. Пиротехничките композиции Звездочка исто така содржат алуминиум во прав.

Мешавина од алуминиумски прав со метални оксиди (термит) се користи за производство на одредени метали и легури, за шини за заварување и за запалива муниција.

Алуминиумот најде и практична употреба како ракетно гориво. За целосно согорување на 1 кг алуминиум, потребен е речиси четири пати помалку кислород отколку за 1 кг керозин. Покрај тоа, алуминиумот може да се оксидира не само со слободен кислород, туку и со врзан кислород, кој е дел од вода или јаглерод диоксид. Кога алуминиумот „гори“ во вода, се ослободуваат 8800 kJ на 1 kg производи; ова е 1,8 пати помалку отколку при согорување на метал во чист кислород, но 1,3 пати повеќе отколку при согорување во воздух. Тоа значи дека наместо опасни и скапи соединенија, едноставна вода може да се користи како оксидатор за такво гориво. Идејата за користење на алуминиум како гориво беше предложена уште во 1924 година од домашниот научник и пронаоѓач Ф.А.Цандер. Според неговиот план, можно е да се користат алуминиумски елементи на летало како дополнително гориво. Овој храбар проект сè уште не е практично имплементиран, но повеќето моментално познати цврсти ракетни горива содржат метален алуминиум во форма на фин прав. Додавањето 15% алуминиум на горивото може да ја зголеми температурата на производите од согорувањето за илјада степени (од 2200 на 3200 К); Стапката на проток на производи за согорување од млазницата на моторот, исто така, значително се зголемува - главниот индикатор за енергија што ја одредува ефикасноста на ракетното гориво. Во овој поглед, само литиумот, берилиумот и магнезиумот можат да се натпреваруваат со алуминиумот, но сите тие се многу поскапи од алуминиумот.

Широко се користат и алуминиумските соединенија. Алуминиум оксидот е огноотпорен и абразивен (шмиргла) материјал, суровина за производство на керамика. Се користи и за изработка на ласерски материјали, лежишта за часовници и камења за накит (вештачки рубини). Калцинираниот алуминиум оксид е адсорбент за прочистување на гасови и течности и катализатор за голем број органски реакции. Безводен алуминиум хлорид е катализатор во органската синтеза (реакција на Фридел-Крафтс), почетен материјал за производство на алуминиум со висока чистота. Алуминиум сулфат се користи за прочистување на водата; реагирајќи со калциум бикарбонат што го содржи:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, формира снегулки од оксид-хидроксид, кои, таложејќи се, заробуваат и исто така ги сорбираат на површината оние во суспендирани нечистотии, па дури и микроорганизми во водата. Дополнително, алуминиум сулфат се користи како средство за боење ткаенини, штавење кожа, зачувување на дрво и големина на хартија. Калциум алуминатот е компонента на цементни материјали, вклучувајќи го и Портланд цементот. Итриум алуминиумски гранат (YAG) YAlO 3 е ласерски материјал. Алуминиум нитрид е огноотпорен материјал за електрични печки. Синтетичките зеолити (тие припаѓаат на алумосиликати) се адсорбенти во хроматографијата и катализаторите. Органоалуминиумските соединенија (на пример, триетиалуминиум) се компоненти на катализаторите Ziegler-Natta, кои се користат за синтеза на полимери, вклучително и висококвалитетна синтетичка гума.

Илја Ленсон

Литература:

Тихонов В.Н. Аналитичка хемија на алуминиум. М., „Наука“, 1971 година
Популарна библиотека на хемиски елементи. М., „Наука“, 1983 година
Крег Н.Ц. Чарлс Мартин Хол и неговиот метал. J.Chem.Educ. 1986 година, кн. 63, бр.7
Кумар В., Милевски Л. Чарлс Мартин Хол и Големата алуминиумска револуција. J.Chem.Educ., 1987, кн. 64, бр.8

Во земјината кора има многу алуминиум: 8,6% по маса. Тој е рангиран на прво место меѓу сите метали и трето меѓу другите елементи (по кислород и силициум). Има двојно повеќе алуминиум од железо, а 350 пати повеќе од бакар, цинк, хром, калај и олово заедно! Како што напишал пред повеќе од 100 години во својот класичен учебник Основи на хемијатаД.И. Менделеев, од сите метали, „алуминиумот е најзастапен во природата; Доволно е да се истакне дека е дел од глина за да се разјасни универзалната дистрибуција на алуминиумот во земјината кора. Алуминиумот, или металот од стипса (алумен), се нарекува и глина затоа што се наоѓа во глина“.

Најважниот минерал на алуминиумот е бокситот, мешавина од основниот оксид AlO(OH) и хидроксид Al(OH) 3. Најголемите наоѓалишта на боксит се наоѓаат во Австралија, Бразил, Гвинеја и Јамајка; индустриското производство се врши и во други земји. Алунит (камен од стипса) (Na,K) 2 SO 4 · Al 2 (SO 4) 3 · 4Al (OH) 3 и нефелин (Na, K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 се исто така богати со алуминиум. Вкупно се познати повеќе од 250 минерали кои содржат алуминиум; повеќето од нив се алумосиликати, од кои главно се формира земјината кора. Кога ќе поминат, се формира глина, чија основа е минералот каолинит Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Железните нечистотии обично ја обојуваат глината кафеава, но има и бела глина - каолин, од која се прави порцелан и глинени производи.

Повремено, се наоѓа исклучително тврд (втор по дијамант) минерал корунд - кристален оксид Al 2 O 3, често обоен со нечистотии во различни бои. Неговата сина сорта (примеса на титаниум и железо) се нарекува сафир, црвената (примеса на хром) се нарекува рубин. Различни нечистотии можат да го обојат таканаречениот благороден корунд зелен, жолт, портокалова, виолетова и други бои и нијанси.

До неодамна се веруваше дека алуминиумот, како високо активен метал, не може да се појави во природата во слободна состојба, но во 1978 година, мајчин алуминиум беше откриен во карпите на Сибирската платформа - само во форма на кристали слични на нишки. Должина 0,5 mm (со дебелина на конецот од неколку микрометри). Домашниот алуминиум бил откриен и во лунарната почва донесена на Земјата од регионите на морињата на кризи и изобилство. Се верува дека алуминиумскиот метал може да се формира со кондензација од гас. Познато е дека кога алуминиумските халиди - хлорид, бромид, флуорид - се загреваат, тие можат да испарат со поголема или помала леснотија (на пример, AlCl 3 се сублимира веќе на 180 ° C). Со силно зголемување на температурата, алуминиумските халиди се распаѓаат, претворајќи се во состојба со помала метална валентност, на пример, AlCl. Кога таквото соединение се кондензира со намалување на температурата и отсуство на кислород, во цврстата фаза се јавува реакција на диспропорција: некои од атомите на алуминиум се оксидираат и преминуваат во вообичаената тривалентна состојба, а некои се намалуваат. Монивалентен алуминиум може да се сведе само на метал: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Оваа претпоставка е поддржана и од обликот на нишките на природните алуминиумски кристали. Типично, кристалите од оваа структура се формираат поради брзиот раст од гасната фаза. Веројатно е дека микроскопските алуминиумски грутки во лунарната почва биле формирани на сличен начин.

Името алуминиум доаѓа од латинскиот alumen (род aluminis). Ова беше името на стипса, двоен калиум-алуминиум сулфат KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), кој се користел како мрсна за боење ткаенини. Латинското име веројатно се враќа на грчкото „халме“ - саламура, раствор на сол. Интересно е што во Англија алуминиумот е алуминиум, а во САД е алуминиум.

Многу популарни книги за хемија содржат легенда дека извесен пронаоѓач, чие име не е зачувано во историјата, му го донел на императорот Тибериј, кој владеел со Рим во 14–27 н.е., сад направен од метал кој личи на сребрена боја, но полесни. Овој подарок го чинел мајсторот живот: Тибериј наредил негово погубување и уништување на работилницата, бидејќи се плашел дека новиот метал може да ја намали вредноста на среброто во царската ризница.

Оваа легенда е заснована на приказна на Плиниј Постариот, римски писател и научник, автор Природна историја– енциклопедија на природни науки сознанија од античко време. Според Плиниј, новиот метал е добиен од „глинеста земја“. Но, глината содржи алуминиум.

Современите автори речиси секогаш прават резерва дека целата оваа приказна не е ништо повеќе од убава бајка. И тоа не е изненадувачки: алуминиумот во карпите е исклучително цврсто врзан за кислородот и мора да се потроши многу енергија за да се ослободи. Меѓутоа, неодамна се појавија нови податоци за основната можност за добивање метален алуминиум во античко време. Како што покажа спектралната анализа, украсите на гробот на кинескиот командант Џоу-Жу, кој почина на почетокот на 3 век. АД, се направени од легура составена од 85% алуминиум. Дали древните луѓе можеле да добијат бесплатен алуминиум? Сите познати методи (електролиза, редукција со метален натриум или калиум) автоматски се елиминираат. Дали во античко време можел да се најде мајчин алуминиум, како, на пример, грутки од злато, сребро и бакар? Ова е исто така исклучено: родниот алуминиум е редок минерал кој се наоѓа во незначителни количини, така што древните занаетчии не можеле да најдат и соберат такви грутки во потребната количина.

Сепак, можно е друго објаснување за приказната на Плиниј. Алуминиумот може да се извлече од рудите не само со помош на електрична енергија и алкални метали. Постои средство за намалување на располагање и широко користено уште од античко време - јаглен, со помош на кој оксидите на многу метали се сведуваат на слободни метали кога се загреваат. Во доцните 1970-ти, германските хемичари одлучија да тестираат дали алуминиумот можел да се произведува во античко време со редукција со јаглен. Тие загреаа мешавина од глина со јаглен во прав и кујнска сол или поташа (калиум карбонат) во глинена тава на црвена топлина. Солта се добивала од морската вода, а поташата од растителниот пепел, за да се користат само оние супстанции и методи кои биле достапни во античко време. По некое време, згура со алуминиумски топчиња исплива на површината на садот! Приносот на металот бил мал, но можно е на тој начин античките металурзи да го добијат „металот на 20 век“.

Својства на алуминиум.

Бојата на чистиот алуминиум наликува на сребро, тој е многу лесен метал: неговата густина е само 2,7 g/cm 3 . Единствените метали полесни од алуминиумот се алкалните и земноалкалните метали (освен бариум), берилиумот и магнезиумот. Алуминиумот исто така лесно се топи - на 600 ° C (тенка алуминиумска жица може да се стопи на обичен кујнски горилник), но врие само на 2452 ° C. Во однос на електричната спроводливост, алуминиумот е на 4-то место, втор по среброто (тоа е на прво место), бакар и злато, што со оглед на евтиноста на алуминиумот е од големо практично значење. Топлинската спроводливост на металите се менува по истиот редослед. Лесно е да се потврди високата топлинска спроводливост на алуминиумот со потопување на алуминиумска лажица во топол чај. И уште една извонредна карактеристика на овој метал: неговата мазна, сјајна површина совршено ја рефлектира светлината: од 80 до 93% во видливиот регион на спектарот, во зависност од брановата должина. Во ултравиолетовиот регион, алуминиумот нема рамен во овој поглед, а само во црвениот регион е малку инфериорен во однос на среброто (во ултравиолетовото, среброто има многу мала рефлексивност).

Чистиот алуминиум е прилично мек метал - речиси три пати помек од бакар, така што дури и релативно дебели алуминиумски плочи и прачки лесно се свиткуваат, но кога алуминиумот формира легури (има огромен број од нив), неговата цврстина може да се зголеми десет пати.

Карактеристичната оксидациска состојба на алуминиумот е +3, но поради присуството на ненаполнета 3 Р- и 3 г-орбитали, атомите на алуминиум можат да формираат дополнителни донорски-акцепторски врски. Затоа, јонот Al 3+ со мал радиус е многу склон кон формирање на комплекси, формирајќи различни катјонски и анјонски комплекси: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – и многу други. Познати се и комплексите со органски соединенија.

Хемиската активност на алуминиумот е многу висока; во низата електродни потенцијали стои веднаш зад магнезиумот. На прв поглед, таквата изјава може да изгледа чудна: на крајот на краиштата, алуминиумската тава или лажица е прилично стабилна во воздухот и не се колабира во врела вода. Алуминиумот, за разлика од железото, не 'рѓа. Излегува дека кога е изложен на воздух, металот е покриен со безбоен, тенок, но издржлив „оклоп“ од оксид, кој го штити металот од оксидација. Значи, ако внесете дебела алуминиумска жица или плоча со дебелина од 0,5–1 mm во пламенот на горилникот, металот се топи, но алуминиумот не тече, бидејќи останува во вреќа со својот оксид. Ако го лишите алуминиумот од неговата заштитна фолија или го ослободите (на пример, потопувајќи го во раствор од жива соли), алуминиумот веднаш ќе ја открие својата вистинска суштина: веќе на собна температура ќе почне енергично да реагира со вода, ослободувајќи водород. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H2. Во воздухот, алуминиумот, лишен од неговата заштитна фолија, се претвора во прашок од лабав оксид веднаш пред нашите очи: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Алуминиумот е особено активен во ситно смачкана состојба; Кога ќе се разнесе во пламен, алуминиумската прашина веднаш гори. Ако измешате алуминиумска прашина со натриум пероксид на керамичка чинија и капнете вода врз смесата, алуминиумот исто така се разгорува и гори со бел пламен.

Многу високиот афинитет на алуминиумот за кислород му овозможува да го „одземе“ кислородот од оксидите на голем број други метали, намалувајќи ги (метод на алуминотермија). Најпознат пример е смесата од термит, која при согорување ослободува толку многу топлина што добиеното железо се топи: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Оваа реакција беше откриена во 1856 година од Н.Н.Бекетов. На овој начин, Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO и голем број други оксиди можат да се редуцираат во метали. При редуцирање на Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 со алуминиум, топлината на реакцијата не е доволна за загревање на производите на реакцијата над нивната точка на топење.

Алуминиумот лесно се раствора во разредени минерални киселини за да формира соли. Концентрирана азотна киселина, оксидирајќи ја површината на алуминиум, промовира задебелување и зајакнување на оксидниот филм (т.н. пасивација на металот). Вака обработениот алуминиум не реагира ниту со хлороводородна киселина. Со помош на електрохемиска анодна оксидација (анодизирање), на површината од алуминиум може да се создаде дебел филм, кој лесно може да се обои во различни бои.

Поместувањето на помалку активни метали од алуминиум од раствори на соли често е попречено од заштитна фолија на површината на алуминиум. Овој филм брзо се уништува со бакар хлорид, па лесно се јавува реакцијата 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu, што е придружено со силно загревање. Во силните алкални раствори, алуминиумот лесно се раствора со ослободување на водород: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (се формираат и други анјонски хидрокс комплекси). Амфотеричната природа на алуминиумските соединенија се манифестира и во лесното растворање на неговиот свежо таложен оксид и хидроксид во алкалите. Кристалниот оксид (корунд) е многу отпорен на киселини и алкалии. Кога се спојуваат со алкалии, се формираат безводни алуминати: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Магнезиум алуминат Mg(AlO 2) 2 е полускапоцен камен спинел, обично обоен со нечистотии во широк спектар на бои .

Реакцијата на алуминиум со халогени се случува брзо. Ако во епрувета со 1 ml бром се внесе тенка алуминиумска жица, тогаш по кратко време алуминиумот се запали и гори со силен пламен. Реакцијата на мешавина од алуминиум и јод во прав се иницира со капка вода (водата со јод формира киселина која ја уништува оксидната фолија), по што се појавува силен пламен со облаци од виолетова јодна пареа. Алуминиумските халиди во водени раствори имаат кисела реакција поради хидролиза: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Реакцијата на алуминиум со азот се јавува само над 800 ° C со формирање на нитрид AlN, со сулфур - на 200 ° C (се формира сулфид Al 2 S 3), со фосфор - на 500 ° C (фосфид AlP се формира). Кога се додава бор во стопениот алуминиум, се формираат бориди од составот AlB 2 и AlB 12 - огноотпорни соединенија отпорни на киселини. Хидрид (AlH) x (x = 1,2) се формира само во вакуум при ниски температури во реакцијата на атомскиот водород со алуминиумска пареа. AlH 3 хидрид, стабилен во отсуство на влага на собна температура, се добива во раствор од безводен етер: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Со вишок на LiH, се формира литиум алуминиум хидрид LiAlH 4 сличен на сол - многу силен редукционен агенс што се користи во органските синтези. Веднаш се распаѓа со вода: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Производство на алуминиум.

Документираното откритие на алуминиум се случило во 1825 година. Овој метал првпат го добил данскиот физичар Ханс Кристијан Оерстед, кога го изолирал со дејство на калиумовиот амалгам на безводен алуминиум хлорид (добиен со поминување на хлор низ топла мешавина од алуминиум оксид и јаглен ). Откако ја дестилираше живата, Оерстед доби алуминиум, иако тој беше загаден со нечистотии. Во 1827 година, германскиот хемичар Фридрих Волер добил алуминиум во форма на прав со редуцирање на хексафлуороалуминатот со калиум:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Подоцна успеал да добие алуминиум во форма на сјајни метални топчиња. Во 1854 година, францускиот хемичар Анри Етјен Сен-Клер Девил го развил првиот индустриски метод за производство на алуминиум - со намалување на топењето на тетрахлороалуминатот со натриум: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Сепак, алуминиумот продолжи да биде исклучително редок и скап метал; не беше многу поевтин од златото и 1500 пати поскап од железото (сега само три пати). За синот на францускиот император Наполеон III, во 1850-тите години е направен штракач од злато, алуминиум и скапоцени камења. Кога голем ингот од алуминиум произведен со нов метод беше изложен на Светската изложба во Париз во 1855 година, на него се гледаше како да е скапоцен камен. Горниот дел (во форма на пирамида) на споменикот Вашингтон во главниот град на САД е направен од скапоцен алуминиум. Во тоа време, алуминиумот не беше многу поевтин од среброто: во САД, на пример, во 1856 година се продаваше по цена од 12 долари за фунта (454 g), а среброто за 15 долари. Во првиот том на познатиот Енциклопедискиот речник Брокхаус објавен во 1890 година, Ефрон рече дека „алуминиумот сè уште се користи првенствено за производство на... луксузни стоки“. Дотогаш годишно ширум светот се ископуваа само 2,5 тони метал. Дури кон крајот на 19 век, кога е развиен електролитски метод за производство на алуминиум, неговото годишно производство започнува да изнесува илјадници тони, а во 20 век. - милиони тони. Ова го трансформира алуминиумот од полускапоцен метал во широко достапен метал.

Современиот метод за производство на алуминиум бил откриен во 1886 година од младиот американски истражувач Чарлс Мартин Хол. Тој се заинтересирал за хемијата уште како дете. Откако го пронашол стариот учебник по хемија на својот татко, тој почнал ревносно да го проучува и да спроведува експерименти, а еднаш дури и добил кара од мајка му за оштетување на чаршафот за вечера. И 10 години подоцна тој направи извонредно откритие што го направи познат низ целиот свет.

Како студент на 16-годишна возраст, Хол слушнал од својот учител Ф. Џевет знаеше што зборува: претходно тренираше во Германија, работеше со Волер и разговараше со него за проблемите со производството на алуминиум. Џевет со себе донел и примерок од реткиот метал во Америка, кој им го покажал на своите студенти. Одеднаш Хол јавно изјави: „Ќе го добијам овој метал!

Шест години напорна работа продолжи. Хол се обиде да добие алуминиум користејќи различни методи, но безуспешно. Конечно, тој се обидел да го извлече овој метал со електролиза. Во тоа време немаше електрани; струјата мораше да се генерира со помош на големи домашни батерии од јаглен, цинк, азотна и сулфурна киселина. Хол работел во штала каде што поставил мала лабораторија. Му помогнала неговата сестра Јулија, која била многу заинтересирана за експериментите на нејзиниот брат. Таа ги зачувала сите негови писма и работни списанија, кои овозможуваат буквално да се следи историјата на откритието од ден на ден. Еве извадок од нејзините мемоари:

„Чарлс секогаш беше во добро расположение, па дури и во најлошите денови можеше да се смее на судбината на несреќните пронаоѓачи. Во време на неуспех, утеха наоѓаше во нашиот стар пијано. Во својата домашна лабораторија работеше долги часови без пауза; и кога ќе можеше да ја напушти гарнитурата на кратко, ќе брзаше низ нашата долга куќа да си поигра малку... Знаев дека, играјќи со таков шарм и чувство, постојано размислуваше за својата работа. И музиката му помогна во тоа“.

Најтешко беше да се избере електролит и да се заштити алуминиумот од оксидација. По шест месеци напорна работа, неколку мали сребрени топчиња конечно се појавија во садот. Хол веднаш се стрча кај својот поранешен учител за да му каже за неговиот успех. „Професоре, сфатив!“ извика тој, подадејќи ја раката: во неговата дланка лежеа десетина мали алуминиумски топчиња. Ова се случи на 23 февруари 1886 година. И точно два месеци подоцна, на 23 април истата година, Французинот Пол Еру извади патент за сличен изум, кој го направи самостојно и речиси истовремено (впечатливи се и две други коинциденции: и Хол и Херу се родени во 1863 година и починале во 1914 година).

Сега првите алуминиумски топки произведени од Хол се чуваат во Американската компанија за алуминиум во Питсбург како национална реликвија, а на неговиот колеџ има споменик на Хол, излеан од алуминиум. Џевет потоа напиша: „Моето најважно откритие беше откривањето на човекот. Чарлс М. Хол беше тој што на 21-годишна возраст откри метод за редуцирање на алуминиумот од руда и на тој начин го направи алуминиумот тој прекрасен метал кој сега е широко користен низ целиот свет“. Пророштвото на Џевет се оствари: Хол доби широко признание и стана почесен член на многу научни здруженија. Но, неговиот личен живот беше неуспешен: невестата не сакаше да се помири со фактот дека нејзиниот вереник целото време го поминува во лабораторија и ја раскина свршувачката. Хол најде утеха во родниот колеџ, каде што работеше до крајот на својот живот. Како што напиша братот на Чарлс, „Колеџот беше неговата сопруга, неговите деца и сè друго - целиот негов живот“. Поголемиот дел од своето наследство Хол го оставил на колеџот – 5 милиони долари.Хол починал од леукемија на 51-годишна возраст.

Методот на Хол овозможи да се произведе релативно евтин алуминиум во големи размери користејќи електрична енергија. Ако од 1855 до 1890 година се добиени само 200 тони алуминиум, тогаш во текот на следната деценија, со методот на Хол, веќе се добиени 28.000 тони од овој метал ширум светот! До 1930 година, глобалното годишно производство на алуминиум достигна 300 илјади тони. Сега годишно се произведуваат повеќе од 15 милиони тони алуминиум. Во посебни бањи на температура од 960–970 ° C, се подложува раствор од алуминиум (технички Al 2 O 3) во стопен криолит Na 3 AlF 6, кој е делумно ископан во форма на минерал, а делумно специјално синтетизиран. до електролиза. Течниот алуминиум се акумулира на дното на бањата (катода), кислородот се ослободува на јаглеродните аноди, кои постепено горат. При низок напон (околу 4,5 V), електролизерите трошат огромни струи - до 250.000 А! Еден електролизатор произведува околу еден тон алуминиум дневно. Производството бара многу електрична енергија: потребни се 15.000 киловат-часови електрична енергија за да се произведе 1 тон метал. Оваа количина на струја цел месец ја троши голема зграда од 150 станови. Производството на алуминиум е еколошки опасно, бидејќи атмосферскиот воздух е загаден со испарливи соединенија на флуор.

Примена на алуминиум.

Дури и Д.И. Менделеев напиша дека „металниот алуминиум, кој има голема леснотија и сила и мала варијабилност во воздухот, е многу погоден за некои производи“. Алуминиумот е еден од најчестите и најевтините метали. Тешко е да се замисли модерниот живот без него. Не е ни чудо што алуминиумот се нарекува метал на 20 век. Добро одговара за обработка: ковање, печат, тркалање, цртање, пресување. Чистиот алуминиум е прилично мек метал; Се користи за изработка на електрични жици, структурни делови, фолија за храна, кујнски прибор и „сребрена“ боја. Овој убав и лесен метал е широко користен во градежништвото и авијациската технологија. Алуминиумот многу добро ја рефлектира светлината. Затоа, се користи за изработка на огледала со методот на таложење на метал во вакуум.

Во авиони и машинско инженерство, во производството на градежни конструкции, се користат многу поцврсти алуминиумски легури. Една од најпознатите е легура на алуминиум со бакар и магнезиум (дуралумин, или едноставно „дуралумин“; името доаѓа од германскиот град Дурен). По стврднувањето, оваа легура добива посебна цврстина и станува приближно 7 пати посилна од чистиот алуминиум. Во исто време, тој е речиси три пати полесен од железото. Се добива со легирање на алуминиум со мали додатоци на бакар, магнезиум, манган, силициум и железо. Широко се користат силумини - лиење легури од алуминиум и силициум. Се произведуваат и легури со висока јачина, криогени (отпорни на мраз) и отпорни на топлина. Заштитни и декоративни премази лесно се нанесуваат на производи направени од легури на алуминиум. Леснотијата и јачината на алуминиумските легури се особено корисни во воздухопловната технологија. На пример, роторите за хеликоптери се направени од легура на алуминиум, магнезиум и силициум. Релативно евтината алуминиумска бронза (до 11% Al) има високи механички својства, стабилна е во морска вода, па дури и во разредена хлороводородна киселина. Од 1926 до 1957 година, монетите во апоени од 1, 2, 3 и 5 копејки биле ковани од алуминиумска бронза во СССР.

Во моментов четвртина од целиот алуминиум се користи за градежни потреби, исто толку троши транспортно инженерство, приближно 17% се троши на материјали за пакување и лименки, а 10% во електротехника.

Многу запаливи и експлозивни мешавини исто така содржат алуминиум. Алумотол, лиена мешавина од тринитротолуен и алуминиумски прав, е еден од најмоќните индустриски експлозиви. Амонал е експлозивна материја која се состои од амониум нитрат, тринитротолуен и алуминиумски прав. Запаливите композиции содржат алуминиум и оксидирачки агенс - нитрат, перхлорат. Пиротехничките композиции Звездочка исто така содржат алуминиум во прав.

Мешавина од алуминиумски прав со метални оксиди (термит) се користи за производство на одредени метали и легури, за шини за заварување и за запалива муниција.

Алуминиумот најде и практична употреба како ракетно гориво. За целосно согорување на 1 кг алуминиум, потребен е речиси четири пати помалку кислород отколку за 1 кг керозин. Покрај тоа, алуминиумот може да се оксидира не само со слободен кислород, туку и со врзан кислород, кој е дел од вода или јаглерод диоксид. Кога алуминиумот „гори“ во вода, се ослободуваат 8800 kJ на 1 kg производи; ова е 1,8 пати помалку отколку при согорување на метал во чист кислород, но 1,3 пати повеќе отколку при согорување во воздух. Тоа значи дека наместо опасни и скапи соединенија, едноставна вода може да се користи како оксидатор за такво гориво. Идејата за користење на алуминиум како гориво беше предложена уште во 1924 година од домашниот научник и пронаоѓач Ф.А.Цандер. Според неговиот план, можно е да се користат алуминиумски елементи на летало како дополнително гориво. Овој храбар проект сè уште не е практично имплементиран, но повеќето моментално познати цврсти ракетни горива содржат метален алуминиум во форма на фин прав. Додавањето 15% алуминиум на горивото може да ја зголеми температурата на производите од согорувањето за илјада степени (од 2200 на 3200 К); Стапката на проток на производи за согорување од млазницата на моторот, исто така, значително се зголемува - главниот индикатор за енергија што ја одредува ефикасноста на ракетното гориво. Во овој поглед, само литиумот, берилиумот и магнезиумот можат да се натпреваруваат со алуминиумот, но сите тие се многу поскапи од алуминиумот.

Широко се користат и алуминиумските соединенија. Алуминиум оксидот е огноотпорен и абразивен (шмиргла) материјал, суровина за производство на керамика. Се користи и за изработка на ласерски материјали, лежишта за часовници и камења за накит (вештачки рубини). Калцинираниот алуминиум оксид е адсорбент за прочистување на гасови и течности и катализатор за голем број органски реакции. Безводен алуминиум хлорид е катализатор во органската синтеза (реакција на Фридел-Крафтс), почетен материјал за производство на алуминиум со висока чистота. Алуминиум сулфат се користи за прочистување на водата; реагирајќи со калциум бикарбонат што го содржи:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, формира снегулки од оксид-хидроксид, кои, таложејќи се, заробуваат и исто така ги сорбираат на површината оние во суспендирани нечистотии, па дури и микроорганизми во водата. Дополнително, алуминиум сулфат се користи како средство за боење ткаенини, штавење кожа, зачувување на дрво и големина на хартија. Калциум алуминатот е компонента на цементни материјали, вклучувајќи го и Портланд цементот. Итриум алуминиумски гранат (YAG) YAlO 3 е ласерски материјал. Алуминиум нитрид е огноотпорен материјал за електрични печки. Синтетичките зеолити (тие припаѓаат на алумосиликати) се адсорбенти во хроматографијата и катализаторите. Органоалуминиумските соединенија (на пример, триетиалуминиум) се компоненти на катализаторите Ziegler-Natta, кои се користат за синтеза на полимери, вклучително и висококвалитетна синтетичка гума.

Илја Ленсон

Литература:

Тихонов В.Н. Аналитичка хемија на алуминиум. М., „Наука“, 1971 година
Популарна библиотека на хемиски елементи. М., „Наука“, 1983 година
Крег Н.Ц. Чарлс Мартин Хол и неговиот метал. J.Chem.Educ. 1986 година, кн. 63, бр.7
Кумар В., Милевски Л. Чарлс Мартин Хол и Големата алуминиумска револуција. J.Chem.Educ., 1987, кн. 64, бр.8