Msingi wa alumini. Alumini

Alumini- kipengele cha kikundi kikuu cha kikundi cha tatu cha kipindi cha tatu cha mfumo wa mara kwa mara wa vipengele vya kemikali vya D.I. Mendeleev, nambari ya atomiki 13. Inaonyeshwa na ishara Al (Aluminium). Ni ya kundi la metali nyepesi. Metali ya kawaida na ya tatu kwa wingi (baada ya oksijeni na silicon) kipengele cha kemikali katika ukoko wa dunia.

Alumini ya dutu rahisi (Nambari ya CAS: 7429-90-5) ni metali nyepesi, ya paramagnetic ya fedha-nyeupe ambayo inaweza kuunda, kutupwa, na kutengenezwa kwa urahisi. Alumini ina conductivity ya juu ya mafuta na umeme na upinzani dhidi ya kutu kutokana na malezi ya haraka ya filamu kali za oksidi zinazolinda uso kutokana na mwingiliano zaidi.

Kulingana na tafiti zingine za kibaolojia, ulaji wa alumini katika mwili wa mwanadamu ulionekana kuwa sababu ya ukuaji wa ugonjwa wa Alzheimer's, lakini tafiti hizi zilikosolewa baadaye na hitimisho juu ya uhusiano kati ya moja na nyingine ilikataliwa.

Hadithi

Alumini ilipatikana kwa mara ya kwanza na Hans Oersted mnamo 1825 kwa kitendo cha amalgam ya potasiamu kwenye kloridi ya alumini na kufuatiwa na kunereka kwa zebaki.

Risiti

Njia ya kisasa ya uzalishaji ilitengenezwa kwa kujitegemea na Marekani Charles Hall na Mfaransa Paul Héroult. Inajumuisha kuyeyusha oksidi ya alumini ya Al 2 O 3 katika kuyeyuka kwa cryolite Na 3 AlF 6 ikifuatiwa na electrolysis kwa kutumia elektrodi za grafiti. Njia hii ya uzalishaji inahitaji umeme mwingi, na kwa hivyo ikawa maarufu tu katika karne ya 20.

Ili kuzalisha tani 1 ya alumini ghafi, tani 1.920 za alumina, tani 0.065 za cryolite, tani 0.035 za fluoride ya alumini, tani 0.600 za molekuli ya anode na kWh 17,000 za umeme wa DC zinahitajika.

Tabia za kimwili

Metali ni nyeupe-fedha kwa rangi, mwanga, msongamano - 2.7 g/cm³, kiwango myeyuko kwa alumini ya kiufundi - 658 °C, kwa alumini ya usafi wa juu - 660 °C, joto maalum la muunganisho - 390 kJ/kg, kiwango cha kuchemsha. - 2500 ° C, joto maalum la uvukizi - 10.53 MJ/kg, upinzani wa muda wa alumini ya kutupwa - 10-12 kg/mm², deformable - 18-25 kg/mm², aloi - 38-42 kg/mm².

Ugumu wa Brinell ni 24-32 kgf/mm², ductility ya juu: kiufundi - 35%, safi - 50%, imevingirwa kwenye karatasi nyembamba na hata foil.

Alumini ina conductivity ya juu ya umeme na mafuta, 65% ya conductivity ya umeme ya shaba, na ina mwanga wa juu wa kutafakari.

Alumini huunda aloi na karibu metali zote.

Kuwa katika asili

Alumini ya asili ina karibu isotopu moja thabiti, 27Al, yenye athari za 26Al, isotopu ya mionzi yenye nusu ya maisha ya miaka 720,000 inayozalishwa angani kwa milipuko ya nuclei. argon protoni za mionzi ya cosmic.

Kwa suala la kuenea kwa asili, inachukua nafasi ya 1 kati ya metali na ya 3 kati ya vipengele, pili kwa oksijeni na silicon. Asilimia ya maudhui ya aluminium kwenye ukoko wa dunia, kulingana na watafiti mbalimbali, ni kati ya 7.45 hadi 8.14% ya uzito wa ukoko wa dunia.

Kwa asili, alumini hupatikana tu katika misombo (madini). Baadhi yao:

• Bauxite - Al 2 O 3. H 2 O (pamoja na uchafu SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)
• Nephelines - KNa 3 4
• Alunites - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH) 3
• Alumina (mchanganyiko wa kaolini na mchanga SiO 2, chokaa CaCO 3, magnesite MgCO 3)
• Corundum - Al 2 O 3
• Feldspar (orthoclase) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2
• Kaolinite - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Alunite - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3
• Beryl - 3BeO. Al 2 O 3 . 6SiO2

Maji ya asili yana alumini kwa namna ya misombo ya chini ya sumu ya kemikali, kwa mfano, fluoride ya alumini. Aina ya cation au anion inategemea, kwanza kabisa, juu ya asidi ya kati ya maji. Mkusanyiko wa alumini katika miili ya maji ya uso nchini Urusi huanzia 0.001 hadi 10 mg / l.

Tabia za kemikali

Alumini hidroksidi

Katika hali ya kawaida, alumini inafunikwa na filamu nyembamba na ya kudumu ya oksidi na kwa hiyo haifanyi na mawakala wa vioksidishaji wa classical: na H 2 O (t °); O 2, HNO 3 (bila inapokanzwa). Shukrani kwa hili, alumini ni kivitendo si chini ya kutu na kwa hiyo inahitajika sana katika sekta ya kisasa. Walakini, filamu ya oksidi inapoharibiwa (kwa mfano, inapogusana na suluhisho za chumvi za amonia NH 4 +, alkali za moto au kama matokeo ya kuunganishwa), alumini hufanya kama chuma kinachopunguza.

Humenyuka kwa urahisi na vitu rahisi:

• na oksijeni: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• yenye halojeni: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• humenyuka pamoja na zisizo za metali nyingine inapokanzwa:
  • na salfa, kutengeneza sulfidi ya alumini: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • na nitrojeni, kutengeneza nitridi ya alumini: 2Al + N 2 = 2AlN
  • na kaboni, kutengeneza CARBIDI ya alumini: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Njia hiyo, iliyovumbuliwa karibu wakati huo huo na Charles Hall huko Ufaransa na Paul Héroux huko USA mnamo 1886 na kwa msingi wa utengenezaji wa alumini kwa kutumia umeme wa alumina iliyoyeyushwa katika cryolite iliyoyeyuka, iliweka msingi wa njia ya kisasa ya utengenezaji wa alumini. Tangu wakati huo, kutokana na uboreshaji wa uhandisi wa umeme, uzalishaji wa alumini umeboreshwa. Mchango mkubwa katika maendeleo ya uzalishaji wa alumina ulifanywa na wanasayansi wa Kirusi K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin na wengine.

Kinu cha kwanza cha alumini nchini Urusi kilijengwa mnamo 1932 huko Volkhov. Sekta ya madini ya USSR mnamo 1939 ilizalisha tani elfu 47.7 za alumini, tani zingine elfu 2.2 ziliingizwa.

Katika Urusi, monopolist de facto katika uzalishaji wa alumini ni Kirusi Aluminium OJSC, ambayo inachukua karibu 13% ya soko la dunia la aluminium na 16% ya alumina.

Akiba ya dunia ya bauxite haina kikomo, yaani, hailingani na mienendo ya mahitaji. Vifaa vilivyopo vinaweza kutoa hadi tani milioni 44.3 za alumini ya msingi kwa mwaka. Inapaswa pia kuzingatiwa kuwa katika siku zijazo baadhi ya maombi ya alumini yanaweza kuelekezwa kwa matumizi ya, kwa mfano, vifaa vya composite.

Maombi

Kipande cha alumini na sarafu ya Marekani.

Inatumika sana kama nyenzo ya ujenzi. Faida kuu za alumini katika ubora huu ni wepesi, urahisi wa kukanyaga, upinzani wa kutu (kwenye hewa, alumini hufunikwa mara moja na filamu ya kudumu ya Al 2 O 3, ambayo inazuia oxidation yake zaidi), conductivity ya juu ya mafuta, na isiyo ya sumu. ya misombo yake. Hasa, mali hizi zimefanya alumini kuwa maarufu sana katika utengenezaji wa cookware, foil ya alumini katika tasnia ya chakula na kwa ufungaji.

Ubaya kuu wa alumini kama nyenzo ya kimuundo ni nguvu yake ya chini, kwa hivyo kawaida hutiwa na kiasi kidogo cha shaba na magnesiamu - aloi ya duralumin.

Conductivity ya umeme ya alumini ni mara 1.7 tu chini ya ile ya shaba, wakati alumini ni takriban mara 2 nafuu. Kwa hiyo, hutumiwa sana katika uhandisi wa umeme kwa ajili ya utengenezaji wa waya, ngao zao, na hata katika microelectronics kwa ajili ya utengenezaji wa conductors katika chips. Upitishaji wa umeme wa chini wa alumini (37 1/ohm) ikilinganishwa na shaba (63 1/ohm) hulipwa kwa kuongeza sehemu ya msalaba ya vikondakta vya alumini. Hasara ya alumini kama nyenzo ya umeme ni filamu yake yenye nguvu ya oksidi, ambayo inafanya soldering kuwa ngumu.

• Kutokana na ugumu wake wa mali, hutumiwa sana katika vifaa vya kupokanzwa.
• Alumini na aloi zake huhifadhi nguvu katika halijoto ya chini kabisa. Kutokana na hili, hutumiwa sana katika teknolojia ya cryogenic.
• Uakisi wa hali ya juu, pamoja na gharama ya chini na urahisi wa uwekaji, hufanya alumini kuwa nyenzo bora ya kutengeneza vioo.
• Katika utengenezaji wa vifaa vya ujenzi kama wakala wa kutengeneza gesi.
• Aluminizing hutoa kutu na upinzani wa kiwango kwa chuma na aloi zingine, kama vile vali za injini za mwako za ndani za pistoni, blau za turbine, majukwaa ya mafuta, vifaa vya kubadilishana joto, na pia kuchukua nafasi ya mabati.
• Sulfidi ya alumini hutumiwa kutengeneza sulfidi hidrojeni.
• Utafiti unaendelea kutengeneza alumini yenye povu kama nyenzo kali na nyepesi.

Kama wakala wa kupunguza

• Kama sehemu ya thermite, mchanganyiko wa aluminothermy
• Alumini hutumiwa kurejesha metali adimu kutoka kwa oksidi zao au halidi.

Aloi za alumini

Nyenzo za kimuundo kawaida hutumiwa sio alumini safi, lakini aloi anuwai kulingana na hiyo.

- Aloi za alumini-magnesiamu zina upinzani wa juu wa kutu na zina svetsade vizuri; Zinatumika, kwa mfano, kutengeneza vibanda vya meli za kasi kubwa.

- Aloi za alumini-manganese kwa njia nyingi zinafanana na aloi za alumini-magnesiamu.

- Aloi za alumini-shaba (hasa, duralumin) zinaweza kufanyiwa matibabu ya joto, ambayo huongeza sana nguvu zao. Kwa bahati mbaya, vifaa vya kutibiwa joto haviwezi kuunganishwa, hivyo sehemu za ndege bado zimeunganishwa na rivets. Aloi yenye maudhui ya juu ya shaba ni sawa na rangi ya dhahabu, na wakati mwingine hutumiwa kuiga mwisho.

— Aloi za Alumini-silicon (silumini) zinafaa zaidi kwa kutupwa. Kesi za taratibu mbalimbali mara nyingi hutupwa kutoka kwao.

- Aloi ngumu kulingana na alumini: avial.

- Alumini huenda katika hali ya superconducting kwa joto la 1.2 Kelvin.

Alumini kama nyongeza ya aloi zingine

Alumini ni sehemu muhimu ya aloi nyingi. Kwa mfano, katika shaba za alumini vipengele vikuu ni shaba na alumini. Katika aloi za magnesiamu, alumini hutumiwa mara nyingi kama nyongeza. Kwa ajili ya utengenezaji wa spirals katika vifaa vya kupokanzwa umeme, fechral (Fe, Cr, Al) hutumiwa (pamoja na aloi nyingine).

Kujitia

Wakati alumini ilikuwa ghali sana, aina mbalimbali za kujitia zilifanywa kutoka humo. Mtindo kwao mara moja ulipita wakati teknolojia mpya za uzalishaji wake zilionekana, ambazo zilipunguza gharama mara nyingi. Siku hizi, alumini wakati mwingine hutumiwa katika utengenezaji wa vito vya mapambo.

Utengenezaji wa glasi

Fluoride, fosforasi na oksidi ya alumini hutumiwa katika utengenezaji wa glasi.

Sekta ya chakula

Aluminium imesajiliwa kama nyongeza ya chakula E173.

Aluminium na misombo yake katika teknolojia ya roketi

Alumini na viambajengo vyake hutumika kama kichochezi chenye ufanisi wa hali ya juu katika vichochezi vya roketi endeshi viwili na kama sehemu inayoweza kuwaka katika vichochezi dhabiti vya roketi. Michanganyiko ifuatayo ya alumini ni ya kuvutia sana kimatendo kama mafuta ya roketi:

- Alumini: mafuta katika mafuta ya roketi. Inatumika kwa namna ya poda na kusimamishwa katika hidrokaboni, nk.
- Alumini hidridi
- Alumini boranate
- Trimethylaluminium
- Triethyl alumini
- Tripropylaluminium

Tabia za kinadharia za mafuta yaliyoundwa na hidridi ya alumini na vioksidishaji mbalimbali.

Alumini katika utamaduni wa ulimwengu

Mshairi Andrei Voznesensky aliandika shairi "Autumn" mnamo 1959, ambamo alitumia alumini kama picha ya kisanii:
...Na nyuma ya dirisha kwenye baridi changa
kuna mashamba ya alumini...

Viktor Tsoi aliandika wimbo "Matango ya Aluminium" na kwaya:
Kupanda matango ya alumini
Kwenye uwanja wa turubai
Ninapanda matango ya alumini
Kwenye uwanja wa turubai

Sumu

Ina athari kidogo ya sumu, lakini misombo mingi ya aluminium isokaboni ya maji hubakia katika hali ya kufutwa kwa muda mrefu na inaweza kuwa na athari mbaya kwa wanadamu na wanyama wenye damu ya joto kupitia maji ya kunywa. Sumu zaidi ni kloridi, nitrati, acetates, sulfates, nk Kwa wanadamu, vipimo vifuatavyo vya misombo ya alumini (mg/kg uzito wa mwili) vina athari ya sumu wakati wa kumeza: acetate ya alumini - 0.2-0.4; hidroksidi ya alumini - 3.7-7.3; alumini alum - 2.9. Hasa huathiri mfumo wa neva (hukusanya katika tishu za neva, na kusababisha matatizo makubwa ya mfumo mkuu wa neva). Hata hivyo, neurotoxicity ya alumini imesomwa tangu katikati ya miaka ya 1960, tangu mkusanyiko wa chuma katika mwili wa binadamu unazuiwa na utaratibu wake wa kuondoa. Katika hali ya kawaida, hadi 15 mg ya kipengele kwa siku inaweza kutolewa kwenye mkojo. Ipasavyo, athari mbaya zaidi huzingatiwa kwa watu walio na kazi ya figo iliyoharibika.

Taarifa za ziada

- Alumini hidroksidi
- Encyclopedia kuhusu alumini
- Viunganisho vya alumini
- Taasisi ya Kimataifa ya Aluminium

Alumini, Alumini, Al (13)

Binders zenye alumini zimejulikana tangu nyakati za kale. Walakini, alum (Kilatini Alumen au Alumin, Alaun wa Kijerumani), ambayo imetajwa, haswa, na Pliny, ilieleweka katika nyakati za zamani na katika Zama za Kati kama vitu anuwai. Katika Kamusi ya Alkemikali ya Ruland, neno Alumen, pamoja na nyongeza ya fasili mbalimbali, limetolewa katika maana 34. Hasa, ilimaanisha antimoni, Alumen alafuri - chumvi ya alkali, Alumen Alcori - nitrum au alkali alum, Alumen creptum - tartar (tartar) ya divai nzuri, Alumen fascioli - alkali, Alumen odig - amonia, Alumen scoriole - jasi, nk Lemery , mwandishi wa "Kamusi maarufu ya Bidhaa Rahisi za Madawa" (1716), pia hutoa orodha kubwa ya aina za alum.

Hadi karne ya 18 misombo ya alumini (alum na oksidi) haikuweza kutofautishwa kutoka kwa misombo mingine inayofanana kwa kuonekana. Lemery anaelezea alum kama ifuatavyo: "Mnamo 1754 r. Marggraf alijitenga na suluhisho la alum (kwa hatua ya alkali) mvua ya oksidi ya alumini, ambayo aliiita "ardhi ya alum" (Alaunerde), na kuanzisha tofauti yake na dunia nyingine. Hivi karibuni alum earth ilipokea jina la alumina (Alumina au Alumine). Mnamo 1782, Lavoisier alionyesha wazo kwamba alumini ni oksidi ya kitu kisichojulikana. Katika Jedwali lake la Miili Rahisi, Lavoisier aliweka Alumini miongoni mwa “miili sahili, inayotengeneza chumvi, ya udongo.” Hapa kuna visawe vya jina alumina: argile, alum. ardhi, msingi wa alum. Neno argilla, au argilla, kama Lemery anavyoonyesha katika kamusi yake, linatokana na Kigiriki. udongo wa udongo. Dalton katika "Mfumo Mpya wa Falsafa ya Kemikali" anatoa ishara maalum kwa alumini na anatoa fomula tata ya kimuundo (!) kwa alum.

Baada ya ugunduzi wa metali za alkali kwa kutumia umeme wa galvanic, Davy na Berzelius walijaribu kutenganisha alumini ya metali kutoka kwa alumina kwa njia sawa bila mafanikio. Ni mwaka wa 1825 tu ndipo tatizo lilitatuliwa na mwanafizikia wa Denmark Oersted kwa kutumia njia ya kemikali. Alipitisha klorini kupitia mchanganyiko wa moto wa alumina na makaa ya mawe, na kloridi ya alumini isiyo na maji iliyosababishwa ilipashwa kwa amalgam ya potasiamu. Baada ya kuyeyuka kwa zebaki, anaandika Oersted, chuma kinachofanana na bati kilipatikana. Hatimaye, mwaka wa 1827, Wöhler alitenga chuma cha alumini kwa njia ya ufanisi zaidi - kwa kupasha joto kloridi ya alumini isiyo na maji na chuma cha potasiamu.

Karibu mwaka wa 1807, Davy, ambaye alikuwa akijaribu kutekeleza electrolysis ya alumina, alitoa jina kwa chuma kinachopaswa kuwa na aluminium (Alumium) au alumini (Alumini). Jina la mwisho tangu wakati huo limekuwa la kawaida huko USA, wakati huko Uingereza na nchi zingine jina la Aluminium, ambalo baadaye lilipendekezwa na Davy huyo huyo, limepitishwa. Ni wazi kabisa kwamba majina haya yote yanatoka kwa neno la Kilatini alum (Alumen), kuhusu asili ambayo kuna maoni tofauti, kulingana na ushahidi wa waandishi mbalimbali, wa zamani.

A. M. Vasiliev, akigundua asili isiyoeleweka ya neno hili, anatoa maoni ya Isidore fulani (dhahiri Isidore wa Seville, askofu aliyeishi mnamo 560 - 636, encyclopedist ambaye alikuwa akijishughulisha, haswa, katika utafiti wa etymological): "Alumen inayoitwa lumen, kwa hivyo jinsi inavyotoa lumen (mwanga, mwangaza) kwa rangi inapoongezwa wakati wa kupaka rangi." Walakini, maelezo haya, ingawa ni ya zamani sana, hayathibitishi kwamba neno alumini lina asili kama hiyo. Hapa, tautolojia tu ya bahati mbaya inawezekana kabisa. Lemery (1716) naye anaeleza kwamba neno alumen linahusiana na Kigiriki ( halmi ), likimaanisha chumvi, brine, brine, nk.

Majina ya Kirusi kwa alumini katika miongo ya kwanza ya karne ya 19. tofauti kabisa. Kila mmoja wa waandishi wa vitabu juu ya kemia wa kipindi hiki ni wazi alitaka kupendekeza kichwa chake. Hivyo, Zakharov wito alumini alumini (1810), Giese - alumini (1813), Strakhov - alum (1825), Iovsky - udongo, Shcheglov - alumina (1830). Katika Duka la Dvigubsky (1822 - 1830), alumina inaitwa alumina, alumina, alumina (kwa mfano, asidi ya fosforasi alumina), na chuma inaitwa alumini na alumini (1824). Hess katika toleo la kwanza la "Misingi ya Kemia Safi" (1831) anatumia jina la alumina (Aluminium), na katika toleo la tano (1840) - udongo. Walakini, huunda majina ya chumvi kulingana na neno alumina, kwa mfano, sulfate ya alumina. Mendeleev katika toleo la kwanza la “Misingi ya Kemia” (1871) anatumia majina ya alumini na udongo.Katika matoleo yaliyofuata neno udongo halionekani tena.

Kama chuma chepesi na chenye ductile, ina anuwai ya matumizi. Ni sugu kwa kutu, ina conductivity ya juu ya umeme, na inaweza kuhimili mabadiliko ya ghafla ya joto. Kipengele kingine ni kwamba wakati wa kuwasiliana na hewa, filamu maalum inaonekana juu ya uso wake, ambayo inalinda chuma.

Haya yote, pamoja na vipengele vingine, vilichangia matumizi yake ya kazi. Kwa hivyo, hebu tujue kwa undani zaidi matumizi ya alumini ni nini.

Chuma hiki cha miundo kinatumika sana. Hasa, ilikuwa ni kwa matumizi yake kwamba utengenezaji wa ndege, sayansi ya roketi, tasnia ya chakula na utengenezaji wa meza ilianza kazi yao. Shukrani kwa mali yake, alumini inaruhusu uendeshaji bora wa meli kutokana na uzito wake wa chini.

Miundo ya alumini ni wastani wa 50% nyepesi kuliko bidhaa sawa za chuma.

Kwa kando, inafaa kutaja uwezo wa chuma kufanya sasa. Kipengele hiki kiliiruhusu kuwa mshindani wake mkuu. Inatumika kikamilifu katika uzalishaji wa microcircuits na katika uwanja wa microelectronics kwa ujumla.

Maeneo maarufu zaidi ya matumizi ni pamoja na:

• Utengenezaji wa ndege: pampu, injini, nyumba na vitu vingine;
• Sayansi ya roketi: kama sehemu inayoweza kuwaka kwa mafuta ya roketi;
• Ujenzi wa meli: vibanda na miundo bora ya sitaha;
• Elektroniki: waya, nyaya, rectifiers;
• Uzalishaji wa ulinzi: bunduki za mashine, mizinga, ndege, mitambo mbalimbali;
• Ujenzi: ngazi, muafaka, kumaliza;
• Eneo la reli: mizinga ya bidhaa za petroli, sehemu, muafaka wa magari;
• Sekta ya magari: bumpers, radiators;
• Kaya: foil, sahani, vioo, vifaa vidogo;

Usambazaji wake mkubwa unaelezewa na faida za chuma, lakini pia ina drawback muhimu - nguvu ndogo. Ili kuipunguza, magnesiamu pia huongezwa kwa chuma.

Kama unavyoelewa tayari, alumini na misombo yake hutumiwa sana katika uhandisi wa umeme (na teknolojia tu), maisha ya kila siku, tasnia, uhandisi wa mitambo, na anga. Sasa tutazungumzia kuhusu matumizi ya chuma cha alumini katika ujenzi.

Video hii itakuambia juu ya matumizi ya alumini na aloi zake:

Tumia katika ujenzi

Matumizi ya alumini na wanadamu katika uwanja wa ujenzi imedhamiriwa na upinzani wake kwa kutu. Hii inafanya uwezekano wa kufanya miundo kutoka kwake ambayo imepangwa kutumika katika mazingira ya fujo, pamoja na nje.

Nyenzo za paa

Alumini hutumiwa kikamilifu kwa. Nyenzo hii ya karatasi, pamoja na sifa zake nzuri za mapambo, kubeba mzigo na enclosing, pia ina bei ya bei nafuu ikilinganishwa na vifaa vingine vya paa. Aidha, paa hiyo haihitaji ukaguzi wa kuzuia au ukarabati, na maisha yake ya huduma huzidi vifaa vingi vilivyopo.

Kwa kuongeza metali nyingine kwa alumini safi, unaweza kupata vipengele vyovyote vya mapambo. Paa hii inakuwezesha kuwa na rangi mbalimbali ambazo zinafaa kikamilifu katika mtindo wa jumla.

Mikanda ya dirisha

Unaweza kupata alumini kati ya taa na muafaka wa dirisha. Ikiwa hutumiwa kwa madhumuni sawa, itathibitisha kuwa nyenzo zisizoaminika na za muda mfupi.

Chuma kitafunikwa haraka na kutu, kitakuwa na uzito mkubwa wa kumfunga na itakuwa ngumu kufungua. Kwa upande wake, miundo ya alumini haina hasara hizo.

Video hapa chini itakuambia juu ya mali na matumizi ya alumini:

Paneli za ukuta

Paneli za alumini zinafanywa kutoka kwa aloi za chuma hiki na hutumiwa kwa ajili ya mapambo ya nje ya nyumba. Wanaweza kuchukua fomu ya karatasi za kawaida zilizopigwa mhuri au paneli zilizowekwa tayari zinazojumuisha shuka, insulation na kufunika. Kwa hali yoyote, huhifadhi joto ndani ya nyumba iwezekanavyo na, kwa kuwa na uzito mdogo, usichukue mzigo kwenye msingi.

Kila kipengele cha kemikali kinaweza kuzingatiwa kutoka kwa mtazamo wa sayansi tatu: fizikia, kemia na biolojia. Na katika makala hii tutajaribu kuashiria alumini kwa usahihi iwezekanavyo. Hii ni kipengele cha kemikali kilicho katika kundi la tatu na kipindi cha tatu, kulingana na meza ya mara kwa mara. Alumini ni chuma ambacho kina reactivity ya wastani ya kemikali. Mali ya amphoteric pia yanaweza kuzingatiwa katika misombo yake. Uzito wa atomiki ya alumini ni gramu ishirini na sita kwa mole.

Tabia za kimwili za alumini

Katika hali ya kawaida ni imara. Fomu ya alumini ni rahisi sana. Inajumuisha atomi (zisizounganishwa katika molekuli), ambazo zimepangwa kwa kutumia kimiani ya kioo katika dutu ngumu. Rangi ya alumini ni fedha-nyeupe. Kwa kuongeza, ina luster ya metali, kama vitu vingine vyote katika kundi hili. Rangi ya alumini kutumika katika sekta inaweza kutofautiana kutokana na kuwepo kwa uchafu katika alloy. Hii ni chuma nyepesi.

Uzito wake ni 2.7 g/cm3, yaani, ni takriban mara tatu nyepesi kuliko chuma. Katika hili inaweza tu kuwa duni kwa magnesiamu, ambayo ni nyepesi hata kuliko chuma katika swali. Ugumu wa alumini ni mdogo sana. Ndani yake ni duni kwa metali nyingi. Ugumu wa alumini ni mbili tu.Kwa hiyo, ili kuimarisha, ngumu zaidi huongezwa kwa aloi kulingana na chuma hiki.

Alumini inayeyuka kwa joto la nyuzi 660 tu. Na huchemka ikipashwa joto hadi nyuzi joto elfu mbili mia nne hamsini na mbili. Ni chuma chenye ductile na fusible sana. Tabia za kimwili za alumini haziishii hapo. Ningependa pia kutambua kwamba chuma hiki kina conductivity bora ya umeme baada ya shaba na fedha.

Kuenea kwa asili

Alumini, sifa za kiufundi ambazo tumepitia upya, ni kawaida kabisa katika mazingira. Inaweza kuzingatiwa katika utungaji wa madini mengi. Alumini ya kipengele ni kipengele cha nne kwa wingi zaidi katika asili. Iko karibu asilimia tisa katika ukoko wa dunia. Madini kuu yaliyo na atomi zake ni bauxite, corundum, na cryolite. Ya kwanza ni mwamba unaojumuisha oksidi za chuma, silicon na chuma katika swali, na molekuli za maji pia zipo katika muundo. Ina rangi tofauti: vipande vya kijivu, nyekundu-kahawia na rangi nyingine, ambayo inategemea uwepo wa uchafu mbalimbali. Kutoka asilimia thelathini hadi sitini ya mwamba huu ni alumini, picha ambayo inaweza kuonekana hapo juu. Kwa kuongeza, corundum ni madini ya kawaida sana katika asili.

Hii ni oksidi ya alumini. Muundo wake wa kemikali ni Al2O3. Inaweza kuwa nyekundu, njano, bluu au kahawia. Ugumu wake kwenye mizani ya Mohs ni tisa. Aina mbalimbali za corundum ni pamoja na samafi na rubi zinazojulikana, leucosapphires, pamoja na padparadscha (sapphire ya njano).

Cryolite ni madini yenye fomula ngumu zaidi ya kemikali. Inajumuisha alumini na floridi za sodiamu - AlF3.3NaF. Inaonekana kama jiwe lisilo na rangi au kijivu na ugumu wa chini wa tatu tu kwenye mizani ya Mohs. Katika ulimwengu wa kisasa, ni synthesized artificially katika hali ya maabara. Inatumika katika metallurgy.

Alumini pia inaweza kupatikana katika asili katika udongo, sehemu kuu ambazo ni oksidi za silicon na chuma kinachohusika, kinachohusishwa na molekuli za maji. Kwa kuongeza, kipengele hiki cha kemikali kinaweza kuzingatiwa katika muundo wa nephelines, formula ya kemikali ambayo ni kama ifuatavyo: KNa34.

Risiti

Tabia za alumini ni pamoja na kuzingatia njia za usanisi wake. Kuna mbinu kadhaa. Uzalishaji wa alumini kwa kutumia njia ya kwanza hutokea katika hatua tatu. Ya mwisho ya haya ni utaratibu wa electrolysis kwenye cathode na anode ya kaboni. Ili kutekeleza mchakato huo, oksidi ya alumini inahitajika, pamoja na vitu vya msaidizi kama vile cryolite (formula - Na3AlF6) na fluoride ya kalsiamu (CaF2). Ili mchakato wa mtengano wa oksidi ya alumini iliyoyeyushwa katika maji kutokea, ni muhimu kuipasha moto, pamoja na cryolite iliyoyeyuka na fluoride ya kalsiamu, kwa joto la angalau digrii mia tisa na hamsini, na kisha kupitisha mkondo wa joto. ampere elfu themanini na voltage ya tano kupitia vitu hivi.Volts nane. Kwa hivyo, kama matokeo ya mchakato huu, alumini itaweka kwenye cathode, na molekuli za oksijeni zitakusanya kwenye anode, ambayo, kwa upande wake, huimarisha anode na kuibadilisha kuwa dioksidi kaboni. Kabla ya utaratibu huu, bauxite, kwa namna ambayo oksidi ya alumini hupigwa, kwanza hutakaswa na uchafu, na pia hupitia mchakato wa kutokomeza maji mwilini.

Uzalishaji wa alumini kwa njia iliyoelezwa hapo juu ni ya kawaida sana katika metallurgy. Pia kuna njia iliyovumbuliwa mwaka wa 1827 na F. Wöhler. Ipo katika ukweli kwamba alumini inaweza kutolewa kwa kutumia mmenyuko wa kemikali kati ya kloridi yake na potasiamu. Utaratibu huo unaweza kufanyika tu kwa kuunda hali maalum kwa namna ya joto la juu sana na utupu. Kwa hivyo, kutoka mole moja ya kloridi na kiasi sawa cha potasiamu, mole moja ya alumini na moles tatu kama bidhaa ya ziada inaweza kupatikana. Majibu haya yanaweza kuandikwa kwa namna ya mlinganyo ufuatao: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Njia hii haijapata umaarufu mkubwa katika madini.

Tabia za alumini kutoka kwa mtazamo wa kemikali

Kama ilivyoelezwa hapo juu, hii ni dutu rahisi ambayo ina atomi ambazo hazijaunganishwa kuwa molekuli. Karibu metali zote huunda miundo sawa. Alumini ina shughuli nyingi za kemikali na sifa za kupunguza nguvu. Tabia ya kemikali ya alumini itaanza na maelezo ya athari zake na vitu vingine rahisi, na kisha mwingiliano na misombo tata ya isokaboni itaelezewa.

Alumini na vitu rahisi

Hizi ni pamoja na, kwanza kabisa, oksijeni - kiwanja cha kawaida kwenye sayari. Asilimia ishirini na moja ya angahewa ya Dunia inajumuisha. Mwitikio wa dutu fulani na nyingine yoyote inaitwa oxidation au mwako. Kawaida hutokea kwa joto la juu. Lakini katika kesi ya alumini, oxidation inawezekana chini ya hali ya kawaida - hii ndio jinsi filamu ya oksidi inavyoundwa. Ikiwa chuma hiki kinavunjwa, kitawaka, ikitoa kiasi kikubwa cha nishati kwa namna ya joto. Ili kutekeleza majibu kati ya alumini na oksijeni, vipengele hivi vinahitajika kwa uwiano wa molar wa 4: 3, na kusababisha sehemu mbili za oksidi.

Mwingiliano huu wa kemikali unaonyeshwa kwa namna ya equation ifuatayo: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Mitikio ya alumini na halojeni, ambayo ni pamoja na fluorine, iodini, bromini na klorini, pia inawezekana. Majina ya michakato hii hutoka kwa majina ya halojeni zinazofanana: fluorination, iodini, bromination na klorini. Hizi ni athari za kawaida za kuongeza.

Kwa mfano, hebu tuzingatie mwingiliano wa alumini na klorini. Utaratibu kama huo unaweza kutokea tu wakati wa baridi.

Kwa hivyo, kuchukua moles mbili za alumini na moles tatu za klorini, matokeo yake ni moles mbili za kloridi ya chuma inayohusika. Mlinganyo wa majibu haya ni kama ifuatavyo: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Kwa njia hiyo hiyo unaweza kupata floridi ya alumini, bromidi yake na iodidi.

Dutu hii humenyuka pamoja na salfa inapokanzwa tu. Ili kutekeleza majibu kati ya misombo hii miwili, unahitaji kuwachukua kwa uwiano wa molar wa mbili hadi tatu, na sehemu moja ya sulfidi ya alumini huundwa. Mlinganyo wa majibu inaonekana kama hii: 2Al + 3S = Al2S3.

Kwa kuongeza, kwa joto la juu, alumini humenyuka na kaboni zote mbili, kutengeneza carbudi, na kwa nitrojeni, kutengeneza nitridi. Equations zifuatazo za athari za kemikali zinaweza kutajwa kama mfano: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Mwingiliano na vitu ngumu

Hizi ni pamoja na maji, chumvi, asidi, besi, oksidi. Alumini humenyuka kwa njia tofauti na misombo hii yote ya kemikali. Hebu tuangalie kwa karibu kila kesi.

Mmenyuko na maji

Alumini humenyuka pamoja na dutu changamano inayojulikana zaidi Duniani inapokanzwa. Hii hutokea tu ikiwa filamu ya oksidi imeondolewa kwanza. Kama matokeo ya mwingiliano, hidroksidi ya amphoteric huundwa, na hidrojeni pia hutolewa angani. Kuchukua sehemu mbili za alumini na sehemu sita za maji, tunapata hidroksidi na hidrojeni kwa uwiano wa molar wa mbili hadi tatu. Mlinganyo wa majibu haya umeandikwa kama ifuatavyo: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Mwingiliano na asidi, besi na oksidi

Kama metali zingine zinazofanya kazi, alumini ina uwezo wa kupata athari za uingizwaji. Kwa kufanya hivyo, inaweza kuondoa hidrojeni kutoka kwa asidi au cation ya chuma cha passi zaidi kutoka kwa chumvi yake. Kama matokeo ya mwingiliano kama huo, chumvi ya alumini huundwa, na hidrojeni pia hutolewa (katika kesi ya asidi) au chuma safi (kinachofanya kazi kidogo kuliko ile inayohusika) hutiririka. Katika kesi ya pili, mali ya kurejesha iliyotajwa hapo juu inaonekana. Mfano ni mwingiliano wa alumini ambayo kloridi ya alumini huundwa na hidrojeni hutolewa angani. Aina hii ya majibu inaonyeshwa kwa namna ya equation ifuatayo: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Mfano wa mwingiliano wa alumini na chumvi ni mmenyuko wake kwa Kuchukua vipengele hivi viwili, hatimaye tutapata shaba safi, ambayo itapungua. Alumini humenyuka kwa njia ya kipekee ikiwa na asidi kama vile salfa na nitriki. Kwa mfano, wakati alumini inaongezwa kwa suluhisho la kuondokana na asidi ya nitrati katika uwiano wa molar wa sehemu nane hadi thelathini, sehemu nane za nitrati ya chuma katika swali huundwa, sehemu tatu za oksidi ya nitriki na kumi na tano ya maji. Mlinganyo wa majibu haya umeandikwa kama ifuatavyo: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Utaratibu huu hutokea tu mbele ya joto la juu.

Ikiwa tunachanganya alumini na ufumbuzi dhaifu wa asidi ya sulfate katika uwiano wa molar wa mbili hadi tatu, tunapata sulfate ya chuma katika swali na hidrojeni kwa uwiano wa moja hadi tatu. Hiyo ni, athari ya kawaida ya uingizwaji itatokea, kama ilivyo kwa asidi zingine. Kwa uwazi, tunawasilisha equation: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Hata hivyo, kwa ufumbuzi uliojilimbikizia wa asidi sawa, kila kitu ni ngumu zaidi. Hapa, kama ilivyo katika nitrati, bidhaa hutengenezwa, lakini si kwa namna ya oksidi, lakini kwa namna ya sulfuri na maji. Ikiwa tunachukua vipengele viwili tunavyohitaji kwa uwiano wa molar wa mbili hadi nne, basi matokeo yatakuwa sehemu moja ya kila chumvi ya chuma katika swali na sulfuri, pamoja na sehemu nne za maji. Mwingiliano huu wa kemikali unaweza kuonyeshwa kwa kutumia mlinganyo ufuatao: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Kwa kuongeza, alumini ina uwezo wa kukabiliana na ufumbuzi wa alkali. Ili kutekeleza mwingiliano huo wa kemikali, unahitaji kuchukua moles mbili za chuma katika swali, kiasi sawa cha potasiamu, na pia moles sita za maji. Kama matokeo, vitu kama vile tetrahydroxyaluminate ya sodiamu au potasiamu huundwa, pamoja na hidrojeni, ambayo hutolewa kwa namna ya gesi yenye harufu kali katika uwiano wa molar wa mbili hadi tatu. Mmenyuko huu wa kemikali unaweza kuwakilishwa kwa namna ya equation ifuatayo: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

Na jambo la mwisho ambalo linahitajika kuzingatiwa ni mifumo ya mwingiliano wa alumini na oksidi fulani. Kesi ya kawaida na inayotumiwa ni mmenyuko wa Beketov. Ni, kama wengine wengi waliojadiliwa hapo juu, hutokea tu kwa joto la juu. Kwa hivyo, ili kutekeleza, unahitaji kuchukua moles mbili za alumini na mole moja ya oksidi ya feri. Kutokana na mwingiliano wa vitu hivi viwili, tunapata oksidi ya alumini na chuma cha bure kwa wingi wa moles moja na mbili, kwa mtiririko huo.

Matumizi ya chuma kinachohusika katika tasnia

Kumbuka kwamba matumizi ya alumini ni tukio la kawaida sana. Kwanza kabisa, sekta ya anga inaihitaji. Pamoja na hili, aloi kulingana na chuma katika swali hutumiwa pia. Tunaweza kusema kwamba ndege ya wastani ina aloi 50% ya alumini, na injini yake - 25%. Alumini pia hutumiwa katika utengenezaji wa waya na nyaya kutokana na upitishaji wake bora wa umeme. Aidha, chuma hiki na aloi zake hutumiwa sana katika sekta ya magari. Miili ya magari, mabasi, trolleybus, baadhi ya tramu, pamoja na magari ya kawaida na ya umeme ya treni hufanywa kutoka kwa nyenzo hizi.

Pia hutumiwa kwa madhumuni madogo, kwa mfano, kwa ajili ya uzalishaji wa ufungaji wa chakula na bidhaa nyingine, na sahani. Ili kufanya rangi ya fedha, unahitaji poda ya chuma inayohusika. Rangi hii inahitajika ili kulinda chuma kutokana na kutu. Tunaweza kusema kwamba alumini ni chuma cha pili kinachotumiwa zaidi katika sekta baada ya ferrum. Misombo yake na yenyewe hutumiwa mara nyingi katika tasnia ya kemikali. Hii inafafanuliwa na mali maalum ya kemikali ya alumini, ikiwa ni pamoja na mali yake ya kupunguza na mali ya amphoteric ya misombo yake. Hidroksidi ya kipengele cha kemikali katika swali ni muhimu kwa utakaso wa maji. Kwa kuongeza, hutumiwa katika dawa katika mchakato wa uzalishaji wa chanjo. Inaweza pia kupatikana katika aina fulani za plastiki na vifaa vingine.

Jukumu katika asili

Kama ilivyoandikwa hapo juu, alumini hupatikana kwa idadi kubwa kwenye ukoko wa dunia. Ni muhimu hasa kwa viumbe hai. Alumini inahusika katika udhibiti wa michakato ya ukuaji, huunda tishu zinazojumuisha kama mfupa, ligament na wengine. Shukrani kwa microelement hii, taratibu za kuzaliwa upya kwa tishu za mwili hufanyika kwa kasi. Upungufu wake unaonyeshwa na dalili zifuatazo: ukuaji duni na ukuaji wa watoto; kwa watu wazima - uchovu sugu, kupungua kwa utendaji, uratibu wa harakati, kupungua kwa viwango vya kuzaliwa upya kwa tishu, kudhoofika kwa misuli, haswa kwenye miisho. Jambo hili linaweza kutokea ikiwa unakula vyakula vichache vilivyo na microelement hii.

Hata hivyo, tatizo la kawaida zaidi ni alumini ya ziada katika mwili. Katika kesi hii, dalili zifuatazo mara nyingi huzingatiwa: woga, unyogovu, usumbufu wa usingizi, kumbukumbu iliyopungua, upinzani wa dhiki, laini ya mfumo wa musculoskeletal, ambayo inaweza kusababisha fractures mara kwa mara na sprains. Kwa ziada ya muda mrefu ya alumini katika mwili, matatizo mara nyingi hutokea katika utendaji wa karibu kila mfumo wa chombo.

Sababu kadhaa zinaweza kusababisha jambo hili. Kwanza kabisa, wanasayansi wamethibitisha kwa muda mrefu kuwa vyombo vilivyotengenezwa kutoka kwa chuma katika swali havifai kwa kupikia chakula ndani yao, kwani kwa joto la juu baadhi ya alumini huingia kwenye chakula, na kwa sababu hiyo, hutumia zaidi ya microelement hii kuliko. mwili unahitaji.

Sababu ya pili ni matumizi ya mara kwa mara ya vipodozi vyenye chuma husika au chumvi zake. Kabla ya kutumia bidhaa yoyote, unapaswa kusoma kwa uangalifu muundo wake. Vipodozi sio ubaguzi.

Sababu ya tatu ni kuchukua dawa ambazo zina alumini nyingi kwa muda mrefu. Pamoja na matumizi yasiyofaa ya vitamini na viongeza vya chakula ambavyo vina microelement hii.

Sasa hebu tuone ni bidhaa gani zina alumini ili kudhibiti lishe yako na kupanga menyu yako kwa usahihi. Awali ya yote, haya ni karoti, jibini kusindika, ngano, alum, viazi. Parachichi na peaches hupendekezwa matunda. Aidha, kabichi nyeupe, mchele, na mimea mingi ya dawa ni matajiri katika alumini. Pia, cations ya chuma katika swali inaweza kuwa zilizomo katika maji ya kunywa. Ili kuepuka viwango vya juu au vya chini vya alumini katika mwili (pamoja na kipengele kingine chochote cha kufuatilia), unahitaji kufuatilia kwa makini mlo wako na jaribu kuifanya kwa usawa iwezekanavyo.

Kuna alumini nyingi kwenye ukoko wa dunia: 8.6% kwa uzito. Inashika nafasi ya kwanza kati ya metali zote na ya tatu kati ya vipengele vingine (baada ya oksijeni na silicon). Kuna alumini mara mbili zaidi ya chuma, na mara 350 zaidi ya shaba, zinki, chromium, bati na risasi zikiunganishwa! Kama alivyoandika zaidi ya miaka 100 iliyopita katika kitabu chake cha kiada Misingi ya Kemia D.I. Mendeleev, kati ya metali zote, “alumini ndiyo ya kawaida zaidi katika asili; Inatosha kusema kwamba ni sehemu ya udongo ili kuweka wazi usambazaji wa aluminium katika ukanda wa dunia. Alumini, au chuma cha alum (alumeni), pia huitwa udongo kwa sababu hupatikana katika udongo.

Madini muhimu zaidi ya alumini ni bauxite, mchanganyiko wa oksidi ya msingi AlO(OH) na hidroksidi Al(OH) 3. Amana kubwa zaidi za bauxite ziko Australia, Brazili, Guinea na Jamaika; uzalishaji wa viwanda pia unafanywa katika nchi nyingine. Alunite (jiwe la alum) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 na nepheline (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 pia ni matajiri katika alumini. Kwa jumla, zaidi ya madini 250 yanajulikana ambayo yana alumini; wengi wao ni aluminosilicates, ambayo ukoko wa dunia huundwa hasa. Wakati hali ya hewa, udongo huundwa, msingi ambao ni madini ya kaolinite Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Uchafu wa chuma huwa rangi ya udongo wa udongo, lakini pia kuna udongo mweupe - kaolin, ambayo hutumiwa kufanya. bidhaa za porcelain na udongo.

Mara kwa mara, corundum ya madini ngumu sana (ya pili kwa almasi) hupatikana - oksidi ya fuwele Al 2 O 3, mara nyingi hupakwa rangi na uchafu katika rangi tofauti. Aina yake ya bluu (mchanganyiko wa titanium na chuma) inaitwa samafi, nyekundu (mchanganyiko wa chromium) inaitwa ruby. Uchafu mbalimbali unaweza pia rangi kinachojulikana vyeo corundum kijani, njano, machungwa, zambarau na rangi nyingine na vivuli.

Hadi hivi majuzi, iliaminika kuwa alumini, kama chuma kinachofanya kazi sana, haiwezi kutokea kwa asili katika hali ya bure, lakini mnamo 1978, alumini ya asili iligunduliwa kwenye miamba ya Jukwaa la Siberia - kwa namna ya fuwele kama nyuzi tu. Urefu wa 0.5 mm (pamoja na unene wa nyuzi wa micrometers kadhaa). Alumini ya asili pia iligunduliwa katika udongo wa mwezi ulioletwa duniani kutoka maeneo ya Bahari za Mgogoro na Wingi. Inaaminika kuwa chuma cha alumini kinaweza kuundwa kwa condensation kutoka gesi. Inajulikana kuwa wakati halidi za alumini - kloridi, bromidi, fluoride - zinapokanzwa, zinaweza kuyeyuka kwa urahisi zaidi au chini (kwa mfano, AlCl 3 sublimes tayari saa 180 ° C). Kwa ongezeko kubwa la joto, halidi za alumini hutengana, na kubadilika kuwa hali na valency ya chini ya chuma, kwa mfano, AlCl. Wakati kiwanja kama hicho kinapungua na kupungua kwa joto na ukosefu wa oksijeni, mmenyuko wa kutofautiana hutokea katika awamu imara: baadhi ya atomi za alumini hutiwa oksidi na hupita katika hali ya kawaida ya trivalent, na baadhi hupunguzwa. Alumini ya monivalent inaweza tu kupunguzwa hadi chuma: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Dhana hii pia inaungwa mkono na umbo-kama uzi wa fuwele za asili za alumini. Kwa kawaida, fuwele za muundo huu hutengenezwa kutokana na ukuaji wa haraka kutoka kwa awamu ya gesi. Kuna uwezekano kwamba nuggets za alumini za microscopic kwenye udongo wa mwezi ziliundwa kwa njia sawa.

Jina la alumini linatokana na alumini ya Kilatini (alumini ya jenasi). Hili lilikuwa jina la alum, salfati ya potasiamu-aluminiamu mara mbili KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), ambayo ilitumika kama mondo wa vitambaa vya kutia rangi. Jina la Kilatini labda linarudi kwa Kigiriki "halme" - brine, suluhisho la chumvi. Inashangaza kwamba huko Uingereza alumini ni alumini, na huko USA ni alumini.

Vitabu vingi maarufu vya kemia vina hadithi kwamba mvumbuzi fulani, ambaye jina lake halijahifadhiwa na historia, alileta kwa Mfalme Tiberio, ambaye alitawala Roma mnamo 14-27 AD, bakuli lililotengenezwa kwa chuma kinachofanana na rangi ya fedha, lakini. nyepesi. Zawadi hii iligharimu maisha ya bwana: Tiberio aliamuru kuuawa kwake na uharibifu wa karakana, kwa sababu aliogopa kwamba chuma kipya kinaweza kupunguza thamani ya fedha katika hazina ya kifalme.

Hadithi hii inatokana na hadithi ya Pliny Mzee, mwandishi wa Kirumi na msomi, mwandishi Historia ya asili- encyclopedia ya maarifa ya sayansi ya asili ya nyakati za zamani. Kulingana na Pliny, chuma kipya kilipatikana kutoka kwa "udongo wa udongo." Lakini udongo una alumini.

Waandishi wa kisasa karibu kila mara hufanya uhifadhi kwamba hadithi hii yote sio kitu zaidi ya hadithi nzuri ya hadithi. Na hii haishangazi: alumini kwenye miamba imefungwa sana kwa oksijeni, na nishati nyingi lazima itumike ili kuifungua. Walakini, hivi karibuni data mpya imeonekana juu ya uwezekano wa kimsingi wa kupata alumini ya metali katika nyakati za zamani. Kama uchambuzi wa spectral ulivyoonyesha, mapambo kwenye kaburi la kamanda wa China Zhou-Zhu, ambaye alikufa mwanzoni mwa karne ya 3. AD, hutengenezwa kwa aloi yenye 85% ya alumini. Je, watu wa kale wangeweza kupata alumini ya bure? Njia zote zinazojulikana (electrolysis, kupunguza na sodiamu ya metali au potasiamu) huondolewa moja kwa moja. Alumini ya asili inaweza kupatikana katika nyakati za zamani, kama, kwa mfano, nuggets za dhahabu, fedha, na shaba? Hii pia haijatengwa: alumini ya asili ni madini ya nadra ambayo hupatikana kwa kiasi kidogo, hivyo wafundi wa kale hawakuweza kupata na kukusanya nuggets vile kwa kiasi kinachohitajika.

Hata hivyo, maelezo mengine ya hadithi ya Pliny yanawezekana. Alumini inaweza kurejeshwa kutoka kwa ores si tu kwa msaada wa umeme na metali za alkali. Kuna wakala wa kupunguza inapatikana na kutumika sana tangu nyakati za kale - makaa ya mawe, kwa msaada ambao oksidi za metali nyingi hupunguzwa kwa metali za bure wakati wa joto. Mwishoni mwa miaka ya 1970, wanakemia wa Ujerumani waliamua kupima kama alumini ingeweza kuzalishwa katika nyakati za kale kwa kupunguzwa kwa makaa ya mawe. Walipasha moto mchanganyiko wa udongo na unga wa makaa ya mawe na chumvi ya meza au potashi (carbonate ya potasiamu) kwenye crucible ya udongo kwa joto nyekundu. Chumvi ilipatikana kutoka kwa maji ya bahari, na potashi kutoka kwa majivu ya mmea, ili kutumia tu vitu hivyo na njia ambazo zilipatikana katika nyakati za kale. Baada ya muda, slag na mipira ya alumini ilielea kwenye uso wa crucible! Mavuno ya chuma yalikuwa kidogo, lakini inawezekana kwamba ilikuwa kwa njia hii kwamba wataalam wa madini wa zamani wangeweza kupata "chuma cha karne ya 20."

Tabia za alumini.

Rangi ya alumini safi inafanana na fedha; ni chuma nyepesi sana: msongamano wake ni 2.7 g/cm 3 tu. Metali pekee nyepesi kuliko alumini ni madini ya alkali na alkali ya ardhini (isipokuwa bariamu), berili na magnesiamu. Alumini pia inayeyuka kwa urahisi - saa 600 ° C (waya nyembamba ya alumini inaweza kuyeyuka kwenye burner ya kawaida ya jikoni), lakini ina chemsha tu kwa 2452 ° C. Kwa upande wa conductivity ya umeme, alumini iko katika nafasi ya 4, pili kwa fedha (ni iko katika nafasi ya kwanza), shaba na dhahabu, ambayo, kutokana na bei nafuu ya alumini, ni ya umuhimu mkubwa wa vitendo. Conductivity ya mafuta ya metali hubadilika kwa utaratibu sawa. Ni rahisi kuthibitisha ubora wa juu wa mafuta ya alumini kwa kuchovya kijiko cha alumini kwenye chai ya moto. Na mali moja ya ajabu zaidi ya chuma hiki: uso wake laini, wenye shiny huonyesha kikamilifu mwanga: kutoka 80 hadi 93% katika eneo linaloonekana la wigo, kulingana na urefu wa wimbi. Katika eneo la ultraviolet, alumini haina sawa katika suala hili, na tu katika eneo nyekundu ni duni kidogo kwa fedha (katika ultraviolet, fedha ina reflectivity ya chini sana).

Alumini safi ni chuma laini - karibu mara tatu laini kuliko shaba, kwa hivyo hata sahani nene za alumini na vijiti ni rahisi kuinama, lakini wakati alumini huunda aloi (kuna idadi kubwa yao), ugumu wake unaweza kuongezeka mara kumi.

Tabia ya hali ya oxidation ya alumini ni +3, lakini kwa sababu ya uwepo wa 3 isiyojazwa R- na 3 d-orbitals, atomi za alumini zinaweza kuunda vifungo vya ziada vya kukubali wafadhili. Kwa hiyo, ioni ya Al 3+ yenye radius ndogo inakabiliwa sana na malezi tata, na kutengeneza aina mbalimbali za cationic na anionic complexes: AlCl 4 -, AlF 6 3-, 3+, Al(OH) 4 -, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – na wengine wengi. Complexes na misombo ya kikaboni pia inajulikana.

Shughuli ya kemikali ya alumini ni ya juu sana; katika mfululizo wa uwezo wa electrode inasimama mara moja nyuma ya magnesiamu. Kwa mtazamo wa kwanza, taarifa hiyo inaweza kuonekana kuwa ya ajabu: baada ya yote, sufuria ya alumini au kijiko ni imara kabisa katika hewa na haina kuanguka katika maji ya moto. Alumini, tofauti na chuma, haina kutu. Inabadilika kuwa inapofunuliwa na hewa, chuma hufunikwa na "silaha" isiyo na rangi, nyembamba lakini ya kudumu ya oksidi, ambayo inalinda chuma kutokana na oxidation. Kwa hivyo, ikiwa utaanzisha waya nene ya alumini au sahani 0.5-1 mm nene ndani ya moto wa burner, chuma huyeyuka, lakini alumini haina mtiririko, kwani inabaki kwenye mfuko wa oksidi yake. Ikiwa unanyima aluminium ya filamu yake ya kinga au kuifanya kuwa huru (kwa mfano, kwa kuiingiza kwenye suluhisho la chumvi za zebaki), alumini itafunua mara moja kiini chake cha kweli: tayari kwenye joto la kawaida itaanza kuguswa kwa nguvu na maji, ikitoa hidrojeni. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2. Katika hewa, alumini, kuondolewa kwa filamu yake ya kinga, inageuka kuwa poda ya oksidi huru mbele ya macho yetu: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Alumini ni kazi hasa katika hali iliyokandamizwa vizuri; Inapopulizwa kwenye mwali, vumbi la alumini huwaka papo hapo. Ikiwa unachanganya vumbi vya alumini na peroxide ya sodiamu kwenye sahani ya kauri na kuacha maji kwenye mchanganyiko, alumini pia huwaka na huwaka na moto mweupe.

Mshikamano wa juu sana wa alumini kwa oksijeni huruhusu "kuchukua" oksijeni kutoka kwa oksidi za idadi ya metali nyingine, kuzipunguza (njia ya aluminothermy). Mfano maarufu zaidi ni mchanganyiko wa thermite, ambayo, inapochomwa, hutoa joto nyingi kiasi kwamba chuma kinachosababishwa kinayeyuka: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Mmenyuko huu uligunduliwa mnamo 1856 na N.N. Beketov. Kwa njia hii, Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO, na idadi ya oksidi zingine zinaweza kupunguzwa kwa metali. Wakati wa kupunguza Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 na alumini, joto la mmenyuko haitoshi joto la bidhaa za majibu juu ya kiwango chao cha kuyeyuka.

Alumini huyeyuka kwa urahisi katika asidi ya madini ya dilute kuunda chumvi. Asidi ya nitriki iliyojilimbikizia, oksidi ya uso wa alumini, inakuza unene na uimarishaji wa filamu ya oksidi (kinachojulikana kama passivation ya chuma). Alumini iliyotibiwa kwa njia hii haifanyi hata kwa asidi hidrokloric. Kwa kutumia oxidation ya anodic ya electrochemical (anodizing), filamu yenye nene inaweza kuundwa kwenye uso wa alumini, ambayo inaweza kupakwa kwa urahisi katika rangi tofauti.

Uhamishaji wa metali ambazo hazifanyi kazi sana na alumini kutoka kwa miyeyusho ya chumvi mara nyingi huzuiwa na filamu ya kinga kwenye uso wa alumini. Filamu hii inaharibiwa haraka na kloridi ya shaba, hivyo majibu 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu hutokea kwa urahisi, ambayo yanafuatana na joto kali. Katika ufumbuzi wenye nguvu wa alkali, alumini hupasuka kwa urahisi na kutolewa kwa hidrojeni: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (complexes nyingine za anionic hydroxo pia huundwa). Asili ya amphoteric ya misombo ya alumini pia inadhihirishwa katika kuyeyushwa kwa urahisi kwa oksidi yake mpya na hidroksidi katika alkali. Oksidi ya fuwele (corundum) ni sugu sana kwa asidi na alkali. Inapounganishwa na alkali, alumini zisizo na maji huundwa: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesium aluminate Mg(AlO 2) 2 ni jiwe la uti wa mgongo la nusu ya thamani, kwa kawaida hupakwa rangi na uchafu katika aina mbalimbali za rangi. .

Mmenyuko wa alumini na halojeni hutokea haraka. Ikiwa waya nyembamba ya alumini huletwa kwenye tube ya mtihani na 1 ml ya bromini, kisha baada ya muda mfupi alumini huwaka na kuwaka kwa moto mkali. Mmenyuko wa mchanganyiko wa poda za alumini na iodini huanzishwa na tone la maji (maji yenye iodini huunda asidi ambayo huharibu filamu ya oksidi), baada ya hapo moto mkali unaonekana na mawingu ya mvuke ya iodini ya violet. Alumini halidi katika miyeyusho ya maji huwa na mmenyuko wa tindikali kutokana na hidrolisisi: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Mwitikio wa alumini na nitrojeni hutokea tu juu ya 800 ° C na malezi ya nitridi AlN, na sulfuri - saa 200 ° C (sulfidi Al 2 S 3 huundwa), na fosforasi - saa 500 ° C (phosphide AlP huundwa). Wakati boroni inapoongezwa kwa alumini iliyoyeyuka, borides ya muundo AlB 2 na AlB 12 huundwa - misombo ya kinzani inayopinga asidi. Hydride (AlH) x (x = 1.2) huundwa tu katika utupu kwa joto la chini katika mmenyuko wa hidrojeni ya atomiki na mvuke ya alumini. AlH 3 hidridi, imara kwa kutokuwepo kwa unyevu kwenye joto la kawaida, hupatikana katika suluhisho la ether isiyo na maji: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Kwa ziada ya LiH, hidridi ya alumini ya lithiamu ya chumvi-kama LiAlH 4 huundwa - wakala wa kupunguza nguvu sana unaotumiwa katika syntheses ya kikaboni. Hutengana papo hapo na maji: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Uzalishaji wa alumini.

Ugunduzi ulioandikwa wa alumini ulitokea mwaka wa 1825. Metali hii ilipatikana kwa mara ya kwanza na mwanafizikia wa Denmark Hans Christian Oersted, alipoitenga na hatua ya amalgam ya potasiamu kwenye kloridi ya alumini isiyo na maji (iliyopatikana kwa kupitisha klorini kupitia mchanganyiko wa joto wa oksidi ya alumini na makaa ya mawe. ) Baada ya kufuta zebaki, Oersted alipata alumini, ingawa ilikuwa imechafuliwa na uchafu. Mnamo 1827, mwanakemia wa Ujerumani Friedrich Wöhler alipata alumini katika umbo la poda kwa kupunguza hexafluoroaluminate na potasiamu:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Baadaye alifanikiwa kupata aluminium kwa namna ya mipira ya chuma yenye kung'aa. Mnamo 1854, mwanakemia Mfaransa Henri Etienne Saint-Clair Deville alitengeneza njia ya kwanza ya kiviwanda ya kutengeneza alumini - kwa kupunguza kuyeyuka kwa tetrakloroaluminate na sodiamu: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Hata hivyo, alumini iliendelea kuwa chuma cha nadra sana na cha gharama kubwa; haikuwa nafuu sana kuliko dhahabu na mara 1500 ghali zaidi kuliko chuma (sasa mara tatu tu). Kengele ilitengenezwa kutoka kwa dhahabu, alumini na vito vya thamani katika miaka ya 1850 kwa mtoto wa Mfalme wa Ufaransa Napoleon III. Wakati ingot kubwa ya alumini iliyotengenezwa kwa mbinu mpya ilipoonyeshwa kwenye Maonyesho ya Ulimwengu huko Paris mnamo 1855, ilionekana kana kwamba ni kito. Sehemu ya juu (kwa namna ya piramidi) ya Monument ya Washington katika mji mkuu wa Marekani ilifanywa kutoka kwa alumini ya thamani. Wakati huo, alumini haikuwa nafuu sana kuliko fedha: nchini Marekani, kwa mfano, mwaka wa 1856 iliuzwa kwa bei ya dola 12 kwa pound (454 g), na fedha kwa dola 15. Katika kiasi cha 1 cha maarufu. Kamusi ya Brockhaus Encyclopedic Dictionary iliyochapishwa mwaka wa 1890, Efron alisema kwamba “alumini bado inatumiwa hasa kwa ajili ya utengenezaji wa... bidhaa za anasa.” Kufikia wakati huo, tani 2.5 tu za chuma zilichimbwa kila mwaka ulimwenguni kote. Tu hadi mwisho wa karne ya 19, wakati njia ya kielektroniki ya kutengeneza alumini ilitengenezwa, uzalishaji wake wa kila mwaka ulianza kufikia maelfu ya tani, na katika karne ya 20. - tani milioni. Hii ilibadilisha alumini kutoka chuma cha nusu-thamani hadi chuma kinachopatikana kwa wingi.

Njia ya kisasa ya kutengeneza alumini iligunduliwa mnamo 1886 na mtafiti mchanga wa Amerika, Charles Martin Hall. Alianza kupendezwa na kemia akiwa mtoto. Baada ya kupata kitabu cha zamani cha kemia cha baba yake, alianza kukisoma kwa bidii na kufanya majaribio, mara moja hata akapokea karipio kutoka kwa mama yake kwa kuharibu kitambaa cha meza ya chakula cha jioni. Na miaka 10 baadaye alifanya ugunduzi bora ambao ulimfanya kuwa maarufu ulimwenguni kote.

Akiwa mwanafunzi katika umri wa miaka 16, Hall alisikia kutoka kwa mwalimu wake, F. F. Jewett, kwamba ikiwa mtu angeweza kutengeneza njia ya bei nafuu ya kutengeneza alumini, mtu huyo hangefanya tu huduma kubwa kwa wanadamu, bali pia kupata utajiri mkubwa. Jewett alijua alichokuwa akisema: hapo awali alikuwa amepata mafunzo nchini Ujerumani, alifanya kazi na Wöhler, na kujadiliana naye matatizo ya kuzalisha alumini. Jewett pia alileta sampuli ya chuma adimu pamoja naye hadi Amerika, ambayo aliwaonyesha wanafunzi wake. Ghafla Hall akatangaza hadharani: "Nitapata chuma hiki!"

Miaka sita ya kazi ngumu iliendelea. Hall alijaribu kupata alumini kwa kutumia njia tofauti, lakini bila mafanikio. Hatimaye, alijaribu kutoa chuma hiki kwa electrolysis. Wakati huo hapakuwa na mitambo ya kuzalisha umeme; sasa ilibidi kuzalishwa kwa kutumia betri kubwa za kujitengenezea nyumbani kutoka kwa makaa ya mawe, zinki, nitriki na asidi ya sulfuriki. Hall alifanya kazi katika ghala ambapo alianzisha maabara ndogo. Alisaidiwa na dada yake Julia, ambaye alipendezwa sana na majaribio ya kaka yake. Alihifadhi barua zake zote na majarida ya kazi, ambayo yanawezesha kufuatilia kihalisi historia ya ugunduzi huo siku baada ya siku. Hapa kuna nukuu kutoka kwa kumbukumbu zake:

"Charles alikuwa katika hali nzuri kila wakati, na hata katika siku mbaya zaidi aliweza kucheka hatima ya wavumbuzi wasio na bahati. Katika nyakati za kushindwa, alipata faraja kwenye piano yetu ya zamani. Katika maabara ya nyumbani kwake alifanya kazi kwa muda mrefu bila mapumziko; na wakati angeweza kuondoka kwenye seti kwa muda, angeweza kukimbilia kwenye nyumba yetu ndefu ili kucheza kidogo ... Nilijua kwamba, akicheza na haiba na hisia kama hizo, alikuwa akifikiria kila wakati juu ya kazi yake. Na muziki ulimsaidia katika hili.”

Jambo gumu zaidi lilikuwa kuchagua elektroliti na kulinda alumini kutoka kwa oxidation. Baada ya miezi sita ya kazi ya kuchosha, mipira kadhaa midogo ya fedha hatimaye ilionekana kwenye crucible. Hall mara moja alimkimbilia mwalimu wake wa zamani kumwambia kuhusu mafanikio yake. "Profesa, nimeipata!" alisema, akinyoosha mkono wake: kwenye kiganja chake kulikuwa na mipira kadhaa ndogo ya alumini. Hii ilitokea Februari 23, 1886. Na hasa miezi miwili baadaye, Aprili 23 ya mwaka huo huo, Mfaransa Paul Héroux alichukua patent kwa uvumbuzi sawa, ambayo alifanya kwa kujitegemea na karibu wakati huo huo (matukio mengine mawili pia yanashangaza: Hall na Héroux walizaliwa katika 1863 na walikufa katika 1914).

Sasa mipira ya kwanza ya alumini iliyotolewa na Hall inatunzwa katika Kampuni ya Aluminium ya Marekani huko Pittsburgh kama masalio ya kitaifa, na chuoni kwake kuna mnara wa Hall, uliotengenezwa kwa alumini. Jewett baadaye aliandika: “Ugunduzi wangu muhimu zaidi ulikuwa ugunduzi wa mwanadamu. Ni Charles M. Hall ambaye, akiwa na umri wa miaka 21, aligundua mbinu ya kupunguza alumini kutoka kwa madini, na hivyo kutengeneza alumini kuwa chuma hicho cha ajabu ambacho sasa kinatumiwa sana ulimwenguni pote.” Unabii wa Jewett ulitimia: Hall alipokea kutambuliwa kwa upana na kuwa mwanachama wa heshima wa jamii nyingi za kisayansi. Lakini maisha yake ya kibinafsi hayakufanikiwa: bi harusi hakutaka kukubaliana na ukweli kwamba mchumba wake hutumia wakati wake wote kwenye maabara, na akavunja uchumba. Hall alipata faraja katika chuo chake cha asili, ambapo alifanya kazi kwa maisha yake yote. Kama ndugu ya Charles alivyoandika, “Chuo kilikuwa mke wake, watoto wake, na kila kitu kingine—maisha yake yote.” Hall alirithisha urithi wake mwingi kwa chuo hicho - dola milioni 5. Hall alikufa kwa saratani ya damu akiwa na umri wa miaka 51.

Njia ya Hall ilifanya iwezekane kutoa alumini ya bei rahisi kwa kiwango kikubwa kwa kutumia umeme. Ikiwa kutoka 1855 hadi 1890 tu tani 200 za alumini zilipatikana, basi zaidi ya miaka kumi ijayo, kwa kutumia njia ya Hall, tani 28,000 za chuma hiki tayari zilipatikana duniani kote! Kufikia 1930, uzalishaji wa alumini wa kila mwaka wa kimataifa ulifikia tani 300,000. Sasa zaidi ya tani milioni 15 za alumini huzalishwa kila mwaka. Katika bafu maalum kwa joto la 960-970 ° C, suluhisho la alumina (kiufundi Al 2 O 3) katika cryolite iliyoyeyuka Na 3 AlF 6, ambayo huchimbwa kwa sehemu ya madini, na kutengenezwa kwa sehemu maalum. kwa electrolysis. Alumini ya kioevu hujilimbikiza chini ya umwagaji (cathode), oksijeni hutolewa kwenye anode za kaboni, ambazo huwaka hatua kwa hatua. Kwa voltage ya chini (karibu 4.5 V), elektroli hutumia mikondo mikubwa - hadi 250,000 A! Electrolizer moja hutoa takriban tani ya alumini kwa siku. Uzalishaji unahitaji umeme mwingi: inachukua saa za kilowati 15,000 za umeme kutoa tani 1 ya chuma. Kiasi hiki cha umeme kinatumiwa na jengo kubwa la ghorofa 150 kwa mwezi mzima. Uzalishaji wa alumini ni hatari kwa mazingira, kwani hewa ya anga inachafuliwa na misombo tete ya florini.

Utumiaji wa alumini.

Hata D.I. Mendeleev aliandika kwamba "alumini ya chuma, yenye wepesi mkubwa na nguvu na kutofautiana kidogo kwa hewa, inafaa sana kwa bidhaa fulani." Alumini ni moja ya metali ya kawaida na ya bei nafuu. Ni ngumu kufikiria maisha ya kisasa bila hiyo. Haishangazi alumini inaitwa chuma cha karne ya 20. Inajitolea vizuri kwa usindikaji: kughushi, kukanyaga, kukunja, kuchora, kushinikiza. Alumini safi ni chuma laini; Inatumika kutengeneza waya za umeme, sehemu za kimuundo, foil ya chakula, vyombo vya jikoni na rangi ya "fedha". Hii chuma nzuri na nyepesi hutumiwa sana katika ujenzi na teknolojia ya anga. Alumini huakisi mwanga vizuri sana. Kwa hiyo, hutumiwa kufanya vioo kwa kutumia njia ya utuaji wa chuma katika utupu.

Katika uhandisi wa ndege na mitambo, katika utengenezaji wa miundo ya jengo, aloi za alumini ngumu zaidi hutumiwa. Moja ya maarufu zaidi ni aloi ya alumini na shaba na magnesiamu (duralumin, au tu "duralumin"; jina linatokana na mji wa Ujerumani wa Duren). Baada ya ugumu, aloi hii hupata ugumu maalum na inakuwa takriban mara 7 nguvu kuliko alumini safi. Wakati huo huo, ni karibu mara tatu nyepesi kuliko chuma. Inapatikana kwa aloi ya alumini na nyongeza ndogo za shaba, magnesiamu, manganese, silicon na chuma. Silumini hutumiwa sana - aloi za aloi za alumini na silicon. Nguvu ya juu, cryogenic (sugu ya baridi) na aloi zinazostahimili joto pia hutolewa. Mipako ya kinga na mapambo hutumiwa kwa urahisi kwa bidhaa zilizofanywa kwa aloi za alumini. Wepesi na nguvu za aloi za alumini ni muhimu sana katika teknolojia ya anga. Kwa mfano, rotors ya helikopta hufanywa kutoka kwa aloi ya alumini, magnesiamu na silicon. Shaba ya alumini ya bei nafuu (hadi 11% Al) ina mali ya juu ya mitambo, ni thabiti katika maji ya bahari na hata katika asidi ya hidrokloric. Kuanzia 1926 hadi 1957, sarafu katika madhehebu ya kopecks 1, 2, 3 na 5 zilitengenezwa kutoka kwa shaba ya alumini huko USSR.

Hivi sasa, robo ya alumini yote hutumiwa kwa mahitaji ya ujenzi, kiasi sawa kinatumiwa na uhandisi wa usafiri, takriban 17% hutumiwa kwenye vifaa vya ufungaji na makopo, na 10% katika uhandisi wa umeme.

Michanganyiko mingi inayoweza kuwaka na inayolipuka pia ina alumini. Alumotol, mchanganyiko wa kutupwa wa trinitrotoluini na poda ya alumini, ni mojawapo ya vilipuzi vyenye nguvu zaidi vya viwandani. Ammoni ni dutu inayolipuka inayojumuisha nitrati ya ammoniamu, trinitrotoluini na poda ya alumini. Nyimbo za mchomaji zina alumini na wakala wa oksidi - nitrate, perchlorate. Nyimbo za Zvezdochka pyrotechnic pia zina alumini ya unga.

Mchanganyiko wa poda ya alumini na oksidi za chuma (thermite) hutumiwa kuzalisha metali fulani na aloi, kwa reli za kulehemu, na katika risasi za moto.

Alumini pia imepata matumizi ya vitendo kama mafuta ya roketi. Ili kuchoma kabisa kilo 1 ya alumini, karibu mara nne oksijeni inahitajika kuliko kwa kilo 1 ya mafuta ya taa. Aidha, alumini inaweza kuwa oxidized si tu kwa oksijeni ya bure, lakini pia kwa oksijeni iliyofungwa, ambayo ni sehemu ya maji au dioksidi kaboni. Wakati alumini "inachoma" katika maji, 8800 kJ inatolewa kwa kilo 1 ya bidhaa; hii ni mara 1.8 chini ya wakati wa mwako wa chuma katika oksijeni safi, lakini mara 1.3 zaidi kuliko wakati wa mwako katika hewa. Hii inamaanisha kuwa badala ya misombo hatari na ya gharama kubwa, maji rahisi yanaweza kutumika kama kioksidishaji cha mafuta kama hayo. Wazo la kutumia alumini kama mafuta lilipendekezwa nyuma mnamo 1924 na mwanasayansi wa ndani na mvumbuzi F.A. Tsander. Kulingana na mpango wake, inawezekana kutumia vitu vya alumini vya chombo cha anga kama mafuta ya ziada. Mradi huu shupavu bado haujatekelezwa kivitendo, lakini mafuta mengi ya roketi dhabiti yanayojulikana kwa sasa yana alumini ya metali katika mfumo wa unga laini. Kuongeza alumini 15% kwa mafuta inaweza kuongeza joto la bidhaa za mwako kwa digrii elfu (kutoka 2200 hadi 3200 K); Kiwango cha mtiririko wa bidhaa za mwako kutoka kwa pua ya injini pia huongezeka sana - kiashiria kikuu cha nishati ambacho huamua ufanisi wa mafuta ya roketi. Katika suala hili, tu lithiamu, berili na magnesiamu zinaweza kushindana na alumini, lakini zote ni ghali zaidi kuliko alumini.

Misombo ya alumini pia hutumiwa sana. Oksidi ya alumini ni nyenzo ya kinzani na abrasive (emery), malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa keramik. Pia hutumiwa kutengeneza vifaa vya leza, fani za saa, na vito vya kujitia (rubi bandia). Oksidi ya alumini iliyokokotwa ni adsorbent ya kutakasa gesi na vimiminiko na kichocheo cha idadi ya athari za kikaboni. Kloridi ya alumini isiyo na maji ni kichocheo katika usanisi wa kikaboni (Friedel-Crafts reaction), nyenzo ya kuanzia kwa utengenezaji wa alumini ya usafi wa hali ya juu. Sulfate ya alumini hutumiwa kwa utakaso wa maji; kuguswa na bicarbonate ya kalsiamu iliyo na:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, huunda flakes za oksidi-hidroksidi, ambazo, kutua, kukamata na pia kunyonya juu ya uso wale walio ndani. uchafu uliosimamishwa na hata microorganisms katika maji. Kwa kuongeza, sulfate ya alumini hutumiwa kama modant kwa vitambaa vya rangi, ngozi ya ngozi, kuhifadhi kuni, na karatasi ya kupima. Calcium aluminate ni sehemu ya vifaa vya saruji, ikiwa ni pamoja na saruji ya Portland. Yttrium alumini garnet (YAG) YAlO 3 ni nyenzo ya laser. Nitridi ya alumini ni nyenzo ya kinzani kwa tanuu za umeme. Zeolite za syntetisk (ni za aluminosilicates) ni adsorbents katika kromatografia na vichocheo. Misombo ya Organoaluminium (kwa mfano, triethylaluminum) ni vipengele vya vichocheo vya Ziegler-Natta, ambavyo hutumiwa kwa ajili ya awali ya polima, ikiwa ni pamoja na mpira wa synthetic wa ubora wa juu.

Ilya Leenson

Fasihi:

Tikhonov V.N. Kemia ya uchambuzi ya alumini. M., "Sayansi", 1971
Maktaba maarufu ya vipengele vya kemikali. M., "Sayansi", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall na Metal yake. J.Chem.Educ. 1986, juzuu ya. 63, nambari 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall na Mapinduzi Makuu ya Aluminium. J.Chem.Educ., 1987, juz. 64, nambari 8

Kuna alumini nyingi kwenye ukoko wa dunia: 8.6% kwa uzito. Inashika nafasi ya kwanza kati ya metali zote na ya tatu kati ya vipengele vingine (baada ya oksijeni na silicon). Kuna alumini mara mbili zaidi ya chuma, na mara 350 zaidi ya shaba, zinki, chromium, bati na risasi zikiunganishwa! Kama alivyoandika zaidi ya miaka 100 iliyopita katika kitabu chake cha kiada Misingi ya Kemia D.I. Mendeleev, kati ya metali zote, “alumini ndiyo ya kawaida zaidi katika asili; Inatosha kusema kwamba ni sehemu ya udongo ili kuweka wazi usambazaji wa aluminium katika ukanda wa dunia. Alumini, au chuma cha alum (alumeni), pia huitwa udongo kwa sababu hupatikana katika udongo.

Madini muhimu zaidi ya alumini ni bauxite, mchanganyiko wa oksidi ya msingi AlO(OH) na hidroksidi Al(OH) 3. Amana kubwa zaidi za bauxite ziko Australia, Brazili, Guinea na Jamaika; uzalishaji wa viwanda pia unafanywa katika nchi nyingine. Alunite (jiwe la alum) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 na nepheline (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 pia ni matajiri katika alumini. Kwa jumla, zaidi ya madini 250 yanajulikana ambayo yana alumini; wengi wao ni aluminosilicates, ambayo ukoko wa dunia huundwa hasa. Wakati hali ya hewa, udongo huundwa, msingi ambao ni madini ya kaolinite Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. Uchafu wa chuma huwa rangi ya udongo wa udongo, lakini pia kuna udongo mweupe - kaolin, ambayo hutumiwa kufanya. bidhaa za porcelain na udongo.

Mara kwa mara, corundum ya madini ngumu sana (ya pili kwa almasi) hupatikana - oksidi ya fuwele Al 2 O 3, mara nyingi hupakwa rangi na uchafu katika rangi tofauti. Aina yake ya bluu (mchanganyiko wa titanium na chuma) inaitwa samafi, nyekundu (mchanganyiko wa chromium) inaitwa ruby. Uchafu mbalimbali unaweza pia rangi kinachojulikana vyeo corundum kijani, njano, machungwa, zambarau na rangi nyingine na vivuli.

Hadi hivi majuzi, iliaminika kuwa alumini, kama chuma kinachofanya kazi sana, haiwezi kutokea kwa asili katika hali ya bure, lakini mnamo 1978, alumini ya asili iligunduliwa kwenye miamba ya Jukwaa la Siberia - kwa namna ya fuwele kama nyuzi tu. Urefu wa 0.5 mm (pamoja na unene wa nyuzi wa micrometers kadhaa). Alumini ya asili pia iligunduliwa katika udongo wa mwezi ulioletwa duniani kutoka maeneo ya Bahari za Mgogoro na Wingi. Inaaminika kuwa chuma cha alumini kinaweza kuundwa kwa condensation kutoka gesi. Inajulikana kuwa wakati halidi za alumini - kloridi, bromidi, fluoride - zinapokanzwa, zinaweza kuyeyuka kwa urahisi zaidi au chini (kwa mfano, AlCl 3 sublimes tayari saa 180 ° C). Kwa ongezeko kubwa la joto, halidi za alumini hutengana, na kubadilika kuwa hali na valency ya chini ya chuma, kwa mfano, AlCl. Wakati kiwanja kama hicho kinapungua na kupungua kwa joto na ukosefu wa oksijeni, mmenyuko wa kutofautiana hutokea katika awamu imara: baadhi ya atomi za alumini hutiwa oksidi na hupita katika hali ya kawaida ya trivalent, na baadhi hupunguzwa. Alumini ya monivalent inaweza tu kupunguzwa hadi chuma: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Dhana hii pia inaungwa mkono na umbo-kama uzi wa fuwele za asili za alumini. Kwa kawaida, fuwele za muundo huu hutengenezwa kutokana na ukuaji wa haraka kutoka kwa awamu ya gesi. Kuna uwezekano kwamba nuggets za alumini za microscopic kwenye udongo wa mwezi ziliundwa kwa njia sawa.

Jina la alumini linatokana na alumini ya Kilatini (alumini ya jenasi). Hili lilikuwa jina la alum, salfati ya potasiamu-aluminiamu mara mbili KAl(SO 4) 2 · 12H 2 O), ambayo ilitumika kama mondo wa vitambaa vya kutia rangi. Jina la Kilatini labda linarudi kwa Kigiriki "halme" - brine, suluhisho la chumvi. Inashangaza kwamba huko Uingereza alumini ni alumini, na huko USA ni alumini.

Vitabu vingi maarufu vya kemia vina hadithi kwamba mvumbuzi fulani, ambaye jina lake halijahifadhiwa na historia, alileta kwa Mfalme Tiberio, ambaye alitawala Roma mnamo 14-27 AD, bakuli lililotengenezwa kwa chuma kinachofanana na rangi ya fedha, lakini. nyepesi. Zawadi hii iligharimu maisha ya bwana: Tiberio aliamuru kuuawa kwake na uharibifu wa karakana, kwa sababu aliogopa kwamba chuma kipya kinaweza kupunguza thamani ya fedha katika hazina ya kifalme.

Hadithi hii inatokana na hadithi ya Pliny Mzee, mwandishi wa Kirumi na msomi, mwandishi Historia ya asili- encyclopedia ya maarifa ya sayansi ya asili ya nyakati za zamani. Kulingana na Pliny, chuma kipya kilipatikana kutoka kwa "udongo wa udongo." Lakini udongo una alumini.

Waandishi wa kisasa karibu kila mara hufanya uhifadhi kwamba hadithi hii yote sio kitu zaidi ya hadithi nzuri ya hadithi. Na hii haishangazi: alumini kwenye miamba imefungwa sana kwa oksijeni, na nishati nyingi lazima itumike ili kuifungua. Walakini, hivi karibuni data mpya imeonekana juu ya uwezekano wa kimsingi wa kupata alumini ya metali katika nyakati za zamani. Kama uchambuzi wa spectral ulivyoonyesha, mapambo kwenye kaburi la kamanda wa China Zhou-Zhu, ambaye alikufa mwanzoni mwa karne ya 3. AD, hutengenezwa kwa aloi yenye 85% ya alumini. Je, watu wa kale wangeweza kupata alumini ya bure? Njia zote zinazojulikana (electrolysis, kupunguza na sodiamu ya metali au potasiamu) huondolewa moja kwa moja. Alumini ya asili inaweza kupatikana katika nyakati za zamani, kama, kwa mfano, nuggets za dhahabu, fedha, na shaba? Hii pia haijatengwa: alumini ya asili ni madini ya nadra ambayo hupatikana kwa kiasi kidogo, hivyo wafundi wa kale hawakuweza kupata na kukusanya nuggets vile kwa kiasi kinachohitajika.

Hata hivyo, maelezo mengine ya hadithi ya Pliny yanawezekana. Alumini inaweza kurejeshwa kutoka kwa ores si tu kwa msaada wa umeme na metali za alkali. Kuna wakala wa kupunguza inapatikana na kutumika sana tangu nyakati za kale - makaa ya mawe, kwa msaada ambao oksidi za metali nyingi hupunguzwa kwa metali za bure wakati wa joto. Mwishoni mwa miaka ya 1970, wanakemia wa Ujerumani waliamua kupima kama alumini ingeweza kuzalishwa katika nyakati za kale kwa kupunguzwa kwa makaa ya mawe. Walipasha moto mchanganyiko wa udongo na unga wa makaa ya mawe na chumvi ya meza au potashi (carbonate ya potasiamu) kwenye crucible ya udongo kwa joto nyekundu. Chumvi ilipatikana kutoka kwa maji ya bahari, na potashi kutoka kwa majivu ya mmea, ili kutumia tu vitu hivyo na njia ambazo zilipatikana katika nyakati za kale. Baada ya muda, slag na mipira ya alumini ilielea kwenye uso wa crucible! Mavuno ya chuma yalikuwa kidogo, lakini inawezekana kwamba ilikuwa kwa njia hii kwamba wataalam wa madini wa zamani wangeweza kupata "chuma cha karne ya 20."

Tabia za alumini.

Rangi ya alumini safi inafanana na fedha; ni chuma nyepesi sana: msongamano wake ni 2.7 g/cm 3 tu. Metali pekee nyepesi kuliko alumini ni madini ya alkali na alkali ya ardhini (isipokuwa bariamu), berili na magnesiamu. Alumini pia inayeyuka kwa urahisi - saa 600 ° C (waya nyembamba ya alumini inaweza kuyeyuka kwenye burner ya kawaida ya jikoni), lakini ina chemsha tu kwa 2452 ° C. Kwa upande wa conductivity ya umeme, alumini iko katika nafasi ya 4, pili kwa fedha (ni iko katika nafasi ya kwanza), shaba na dhahabu, ambayo, kutokana na bei nafuu ya alumini, ni ya umuhimu mkubwa wa vitendo. Conductivity ya mafuta ya metali hubadilika kwa utaratibu sawa. Ni rahisi kuthibitisha ubora wa juu wa mafuta ya alumini kwa kuchovya kijiko cha alumini kwenye chai ya moto. Na mali moja ya ajabu zaidi ya chuma hiki: uso wake laini, wenye shiny huonyesha kikamilifu mwanga: kutoka 80 hadi 93% katika eneo linaloonekana la wigo, kulingana na urefu wa wimbi. Katika eneo la ultraviolet, alumini haina sawa katika suala hili, na tu katika eneo nyekundu ni duni kidogo kwa fedha (katika ultraviolet, fedha ina reflectivity ya chini sana).

Alumini safi ni chuma laini - karibu mara tatu laini kuliko shaba, kwa hivyo hata sahani nene za alumini na vijiti ni rahisi kuinama, lakini wakati alumini huunda aloi (kuna idadi kubwa yao), ugumu wake unaweza kuongezeka mara kumi.

Tabia ya hali ya oxidation ya alumini ni +3, lakini kwa sababu ya uwepo wa 3 isiyojazwa R- na 3 d-orbitals, atomi za alumini zinaweza kuunda vifungo vya ziada vya kukubali wafadhili. Kwa hiyo, ioni ya Al 3+ yenye radius ndogo inakabiliwa sana na malezi tata, na kutengeneza aina mbalimbali za cationic na anionic complexes: AlCl 4 -, AlF 6 3-, 3+, Al(OH) 4 -, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – na wengine wengi. Complexes na misombo ya kikaboni pia inajulikana.

Shughuli ya kemikali ya alumini ni ya juu sana; katika mfululizo wa uwezo wa electrode inasimama mara moja nyuma ya magnesiamu. Kwa mtazamo wa kwanza, taarifa hiyo inaweza kuonekana kuwa ya ajabu: baada ya yote, sufuria ya alumini au kijiko ni imara kabisa katika hewa na haina kuanguka katika maji ya moto. Alumini, tofauti na chuma, haina kutu. Inabadilika kuwa inapofunuliwa na hewa, chuma hufunikwa na "silaha" isiyo na rangi, nyembamba lakini ya kudumu ya oksidi, ambayo inalinda chuma kutokana na oxidation. Kwa hivyo, ikiwa utaanzisha waya nene ya alumini au sahani 0.5-1 mm nene ndani ya moto wa burner, chuma huyeyuka, lakini alumini haina mtiririko, kwani inabaki kwenye mfuko wa oksidi yake. Ikiwa unanyima aluminium ya filamu yake ya kinga au kuifanya kuwa huru (kwa mfano, kwa kuiingiza kwenye suluhisho la chumvi za zebaki), alumini itafunua mara moja kiini chake cha kweli: tayari kwenye joto la kawaida itaanza kuguswa kwa nguvu na maji, ikitoa hidrojeni. : 2Al + 6H 2 O ® 2Al(OH) 3 + 3H 2. Katika hewa, alumini, kuondolewa kwa filamu yake ya kinga, inageuka kuwa poda ya oksidi huru mbele ya macho yetu: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Alumini ni kazi hasa katika hali iliyokandamizwa vizuri; Inapopulizwa kwenye mwali, vumbi la alumini huwaka papo hapo. Ikiwa unachanganya vumbi vya alumini na peroxide ya sodiamu kwenye sahani ya kauri na kuacha maji kwenye mchanganyiko, alumini pia huwaka na huwaka na moto mweupe.

Mshikamano wa juu sana wa alumini kwa oksijeni huruhusu "kuchukua" oksijeni kutoka kwa oksidi za idadi ya metali nyingine, kuzipunguza (njia ya aluminothermy). Mfano maarufu zaidi ni mchanganyiko wa thermite, ambayo, inapochomwa, hutoa joto nyingi kiasi kwamba chuma kinachosababishwa kinayeyuka: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Mmenyuko huu uligunduliwa mnamo 1856 na N.N. Beketov. Kwa njia hii, Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO, na idadi ya oksidi zingine zinaweza kupunguzwa kwa metali. Wakati wa kupunguza Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 na alumini, joto la mmenyuko haitoshi joto la bidhaa za majibu juu ya kiwango chao cha kuyeyuka.

Alumini huyeyuka kwa urahisi katika asidi ya madini ya dilute kuunda chumvi. Asidi ya nitriki iliyojilimbikizia, oksidi ya uso wa alumini, inakuza unene na uimarishaji wa filamu ya oksidi (kinachojulikana kama passivation ya chuma). Alumini iliyotibiwa kwa njia hii haifanyi hata kwa asidi hidrokloric. Kwa kutumia oxidation ya anodic ya electrochemical (anodizing), filamu yenye nene inaweza kuundwa kwenye uso wa alumini, ambayo inaweza kupakwa kwa urahisi katika rangi tofauti.

Uhamishaji wa metali ambazo hazifanyi kazi sana na alumini kutoka kwa miyeyusho ya chumvi mara nyingi huzuiwa na filamu ya kinga kwenye uso wa alumini. Filamu hii inaharibiwa haraka na kloridi ya shaba, hivyo majibu 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu hutokea kwa urahisi, ambayo yanafuatana na joto kali. Katika ufumbuzi wenye nguvu wa alkali, alumini hupasuka kwa urahisi na kutolewa kwa hidrojeni: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (complexes nyingine za anionic hydroxo pia huundwa). Asili ya amphoteric ya misombo ya alumini pia inadhihirishwa katika kuyeyushwa kwa urahisi kwa oksidi yake mpya na hidroksidi katika alkali. Oksidi ya fuwele (corundum) ni sugu sana kwa asidi na alkali. Inapounganishwa na alkali, alumini zisizo na maji huundwa: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesium aluminate Mg(AlO 2) 2 ni jiwe la uti wa mgongo la nusu ya thamani, kwa kawaida hupakwa rangi na uchafu katika aina mbalimbali za rangi. .

Mmenyuko wa alumini na halojeni hutokea haraka. Ikiwa waya nyembamba ya alumini huletwa kwenye tube ya mtihani na 1 ml ya bromini, kisha baada ya muda mfupi alumini huwaka na kuwaka kwa moto mkali. Mmenyuko wa mchanganyiko wa poda za alumini na iodini huanzishwa na tone la maji (maji yenye iodini huunda asidi ambayo huharibu filamu ya oksidi), baada ya hapo moto mkali unaonekana na mawingu ya mvuke ya iodini ya violet. Alumini halidi katika miyeyusho ya maji huwa na mmenyuko wa tindikali kutokana na hidrolisisi: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Mwitikio wa alumini na nitrojeni hutokea tu juu ya 800 ° C na malezi ya nitridi AlN, na sulfuri - saa 200 ° C (sulfidi Al 2 S 3 huundwa), na fosforasi - saa 500 ° C (phosphide AlP huundwa). Wakati boroni inapoongezwa kwa alumini iliyoyeyuka, borides ya muundo AlB 2 na AlB 12 huundwa - misombo ya kinzani inayopinga asidi. Hydride (AlH) x (x = 1.2) huundwa tu katika utupu kwa joto la chini katika mmenyuko wa hidrojeni ya atomiki na mvuke ya alumini. AlH 3 hidridi, imara kwa kutokuwepo kwa unyevu kwenye joto la kawaida, hupatikana katika suluhisho la ether isiyo na maji: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Kwa ziada ya LiH, hidridi ya alumini ya lithiamu ya chumvi-kama LiAlH 4 huundwa - wakala wa kupunguza nguvu sana unaotumiwa katika syntheses ya kikaboni. Hutengana papo hapo na maji: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Uzalishaji wa alumini.

Ugunduzi ulioandikwa wa alumini ulitokea mwaka wa 1825. Metali hii ilipatikana kwa mara ya kwanza na mwanafizikia wa Denmark Hans Christian Oersted, alipoitenga na hatua ya amalgam ya potasiamu kwenye kloridi ya alumini isiyo na maji (iliyopatikana kwa kupitisha klorini kupitia mchanganyiko wa joto wa oksidi ya alumini na makaa ya mawe. ) Baada ya kufuta zebaki, Oersted alipata alumini, ingawa ilikuwa imechafuliwa na uchafu. Mnamo 1827, mwanakemia wa Ujerumani Friedrich Wöhler alipata alumini katika umbo la poda kwa kupunguza hexafluoroaluminate na potasiamu:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Baadaye alifanikiwa kupata aluminium kwa namna ya mipira ya chuma yenye kung'aa. Mnamo 1854, mwanakemia Mfaransa Henri Etienne Saint-Clair Deville alitengeneza njia ya kwanza ya kiviwanda ya kutengeneza alumini - kwa kupunguza kuyeyuka kwa tetrakloroaluminate na sodiamu: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Hata hivyo, alumini iliendelea kuwa chuma cha nadra sana na cha gharama kubwa; haikuwa nafuu sana kuliko dhahabu na mara 1500 ghali zaidi kuliko chuma (sasa mara tatu tu). Kengele ilitengenezwa kutoka kwa dhahabu, alumini na vito vya thamani katika miaka ya 1850 kwa mtoto wa Mfalme wa Ufaransa Napoleon III. Wakati ingot kubwa ya alumini iliyotengenezwa kwa mbinu mpya ilipoonyeshwa kwenye Maonyesho ya Ulimwengu huko Paris mnamo 1855, ilionekana kana kwamba ni kito. Sehemu ya juu (kwa namna ya piramidi) ya Monument ya Washington katika mji mkuu wa Marekani ilifanywa kutoka kwa alumini ya thamani. Wakati huo, alumini haikuwa nafuu sana kuliko fedha: nchini Marekani, kwa mfano, mwaka wa 1856 iliuzwa kwa bei ya dola 12 kwa pound (454 g), na fedha kwa dola 15. Katika kiasi cha 1 cha maarufu. Kamusi ya Brockhaus Encyclopedic Dictionary iliyochapishwa mwaka wa 1890, Efron alisema kwamba “alumini bado inatumiwa hasa kwa ajili ya utengenezaji wa... bidhaa za anasa.” Kufikia wakati huo, tani 2.5 tu za chuma zilichimbwa kila mwaka ulimwenguni kote. Tu hadi mwisho wa karne ya 19, wakati njia ya kielektroniki ya kutengeneza alumini ilitengenezwa, uzalishaji wake wa kila mwaka ulianza kufikia maelfu ya tani, na katika karne ya 20. - tani milioni. Hii ilibadilisha alumini kutoka chuma cha nusu-thamani hadi chuma kinachopatikana kwa wingi.

Njia ya kisasa ya kutengeneza alumini iligunduliwa mnamo 1886 na mtafiti mchanga wa Amerika, Charles Martin Hall. Alianza kupendezwa na kemia akiwa mtoto. Baada ya kupata kitabu cha zamani cha kemia cha baba yake, alianza kukisoma kwa bidii na kufanya majaribio, mara moja hata akapokea karipio kutoka kwa mama yake kwa kuharibu kitambaa cha meza ya chakula cha jioni. Na miaka 10 baadaye alifanya ugunduzi bora ambao ulimfanya kuwa maarufu ulimwenguni kote.

Akiwa mwanafunzi katika umri wa miaka 16, Hall alisikia kutoka kwa mwalimu wake, F. F. Jewett, kwamba ikiwa mtu angeweza kutengeneza njia ya bei nafuu ya kutengeneza alumini, mtu huyo hangefanya tu huduma kubwa kwa wanadamu, bali pia kupata utajiri mkubwa. Jewett alijua alichokuwa akisema: hapo awali alikuwa amepata mafunzo nchini Ujerumani, alifanya kazi na Wöhler, na kujadiliana naye matatizo ya kuzalisha alumini. Jewett pia alileta sampuli ya chuma adimu pamoja naye hadi Amerika, ambayo aliwaonyesha wanafunzi wake. Ghafla Hall akatangaza hadharani: "Nitapata chuma hiki!"

Miaka sita ya kazi ngumu iliendelea. Hall alijaribu kupata alumini kwa kutumia njia tofauti, lakini bila mafanikio. Hatimaye, alijaribu kutoa chuma hiki kwa electrolysis. Wakati huo hapakuwa na mitambo ya kuzalisha umeme; sasa ilibidi kuzalishwa kwa kutumia betri kubwa za kujitengenezea nyumbani kutoka kwa makaa ya mawe, zinki, nitriki na asidi ya sulfuriki. Hall alifanya kazi katika ghala ambapo alianzisha maabara ndogo. Alisaidiwa na dada yake Julia, ambaye alipendezwa sana na majaribio ya kaka yake. Alihifadhi barua zake zote na majarida ya kazi, ambayo yanawezesha kufuatilia kihalisi historia ya ugunduzi huo siku baada ya siku. Hapa kuna nukuu kutoka kwa kumbukumbu zake:

"Charles alikuwa katika hali nzuri kila wakati, na hata katika siku mbaya zaidi aliweza kucheka hatima ya wavumbuzi wasio na bahati. Katika nyakati za kushindwa, alipata faraja kwenye piano yetu ya zamani. Katika maabara ya nyumbani kwake alifanya kazi kwa muda mrefu bila mapumziko; na wakati angeweza kuondoka kwenye seti kwa muda, angeweza kukimbilia kwenye nyumba yetu ndefu ili kucheza kidogo ... Nilijua kwamba, akicheza na haiba na hisia kama hizo, alikuwa akifikiria kila wakati juu ya kazi yake. Na muziki ulimsaidia katika hili.”

Jambo gumu zaidi lilikuwa kuchagua elektroliti na kulinda alumini kutoka kwa oxidation. Baada ya miezi sita ya kazi ya kuchosha, mipira kadhaa midogo ya fedha hatimaye ilionekana kwenye crucible. Hall mara moja alimkimbilia mwalimu wake wa zamani kumwambia kuhusu mafanikio yake. "Profesa, nimeipata!" alisema, akinyoosha mkono wake: kwenye kiganja chake kulikuwa na mipira kadhaa ndogo ya alumini. Hii ilitokea Februari 23, 1886. Na hasa miezi miwili baadaye, Aprili 23 ya mwaka huo huo, Mfaransa Paul Héroux alichukua patent kwa uvumbuzi sawa, ambayo alifanya kwa kujitegemea na karibu wakati huo huo (matukio mengine mawili pia yanashangaza: Hall na Héroux walizaliwa katika 1863 na walikufa katika 1914).

Sasa mipira ya kwanza ya alumini iliyotolewa na Hall inatunzwa katika Kampuni ya Aluminium ya Marekani huko Pittsburgh kama masalio ya kitaifa, na chuoni kwake kuna mnara wa Hall, uliotengenezwa kwa alumini. Jewett baadaye aliandika: “Ugunduzi wangu muhimu zaidi ulikuwa ugunduzi wa mwanadamu. Ni Charles M. Hall ambaye, akiwa na umri wa miaka 21, aligundua mbinu ya kupunguza alumini kutoka kwa madini, na hivyo kutengeneza alumini kuwa chuma hicho cha ajabu ambacho sasa kinatumiwa sana ulimwenguni pote.” Unabii wa Jewett ulitimia: Hall alipokea kutambuliwa kwa upana na kuwa mwanachama wa heshima wa jamii nyingi za kisayansi. Lakini maisha yake ya kibinafsi hayakufanikiwa: bi harusi hakutaka kukubaliana na ukweli kwamba mchumba wake hutumia wakati wake wote kwenye maabara, na akavunja uchumba. Hall alipata faraja katika chuo chake cha asili, ambapo alifanya kazi kwa maisha yake yote. Kama ndugu ya Charles alivyoandika, “Chuo kilikuwa mke wake, watoto wake, na kila kitu kingine—maisha yake yote.” Hall alirithisha urithi wake mwingi kwa chuo hicho - dola milioni 5. Hall alikufa kwa saratani ya damu akiwa na umri wa miaka 51.

Njia ya Hall ilifanya iwezekane kutoa alumini ya bei rahisi kwa kiwango kikubwa kwa kutumia umeme. Ikiwa kutoka 1855 hadi 1890 tu tani 200 za alumini zilipatikana, basi zaidi ya miaka kumi ijayo, kwa kutumia njia ya Hall, tani 28,000 za chuma hiki tayari zilipatikana duniani kote! Kufikia 1930, uzalishaji wa alumini wa kila mwaka wa kimataifa ulifikia tani 300,000. Sasa zaidi ya tani milioni 15 za alumini huzalishwa kila mwaka. Katika bafu maalum kwa joto la 960-970 ° C, suluhisho la alumina (kiufundi Al 2 O 3) katika cryolite iliyoyeyuka Na 3 AlF 6, ambayo huchimbwa kwa sehemu ya madini, na kutengenezwa kwa sehemu maalum. kwa electrolysis. Alumini ya kioevu hujilimbikiza chini ya umwagaji (cathode), oksijeni hutolewa kwenye anode za kaboni, ambazo huwaka hatua kwa hatua. Kwa voltage ya chini (karibu 4.5 V), elektroli hutumia mikondo mikubwa - hadi 250,000 A! Electrolizer moja hutoa takriban tani ya alumini kwa siku. Uzalishaji unahitaji umeme mwingi: inachukua saa za kilowati 15,000 za umeme kutoa tani 1 ya chuma. Kiasi hiki cha umeme kinatumiwa na jengo kubwa la ghorofa 150 kwa mwezi mzima. Uzalishaji wa alumini ni hatari kwa mazingira, kwani hewa ya anga inachafuliwa na misombo tete ya florini.

Utumiaji wa alumini.

Hata D.I. Mendeleev aliandika kwamba "alumini ya chuma, yenye wepesi mkubwa na nguvu na kutofautiana kidogo kwa hewa, inafaa sana kwa bidhaa fulani." Alumini ni moja ya metali ya kawaida na ya bei nafuu. Ni ngumu kufikiria maisha ya kisasa bila hiyo. Haishangazi alumini inaitwa chuma cha karne ya 20. Inajitolea vizuri kwa usindikaji: kughushi, kukanyaga, kukunja, kuchora, kushinikiza. Alumini safi ni chuma laini; Inatumika kutengeneza waya za umeme, sehemu za kimuundo, foil ya chakula, vyombo vya jikoni na rangi ya "fedha". Hii chuma nzuri na nyepesi hutumiwa sana katika ujenzi na teknolojia ya anga. Alumini huakisi mwanga vizuri sana. Kwa hiyo, hutumiwa kufanya vioo kwa kutumia njia ya utuaji wa chuma katika utupu.

Katika uhandisi wa ndege na mitambo, katika utengenezaji wa miundo ya jengo, aloi za alumini ngumu zaidi hutumiwa. Moja ya maarufu zaidi ni aloi ya alumini na shaba na magnesiamu (duralumin, au tu "duralumin"; jina linatokana na mji wa Ujerumani wa Duren). Baada ya ugumu, aloi hii hupata ugumu maalum na inakuwa takriban mara 7 nguvu kuliko alumini safi. Wakati huo huo, ni karibu mara tatu nyepesi kuliko chuma. Inapatikana kwa aloi ya alumini na nyongeza ndogo za shaba, magnesiamu, manganese, silicon na chuma. Silumini hutumiwa sana - aloi za aloi za alumini na silicon. Nguvu ya juu, cryogenic (sugu ya baridi) na aloi zinazostahimili joto pia hutolewa. Mipako ya kinga na mapambo hutumiwa kwa urahisi kwa bidhaa zilizofanywa kwa aloi za alumini. Wepesi na nguvu za aloi za alumini ni muhimu sana katika teknolojia ya anga. Kwa mfano, rotors ya helikopta hufanywa kutoka kwa aloi ya alumini, magnesiamu na silicon. Shaba ya alumini ya bei nafuu (hadi 11% Al) ina mali ya juu ya mitambo, ni thabiti katika maji ya bahari na hata katika asidi ya hidrokloric. Kuanzia 1926 hadi 1957, sarafu katika madhehebu ya kopecks 1, 2, 3 na 5 zilitengenezwa kutoka kwa shaba ya alumini huko USSR.

Hivi sasa, robo ya alumini yote hutumiwa kwa mahitaji ya ujenzi, kiasi sawa kinatumiwa na uhandisi wa usafiri, takriban 17% hutumiwa kwenye vifaa vya ufungaji na makopo, na 10% katika uhandisi wa umeme.

Michanganyiko mingi inayoweza kuwaka na inayolipuka pia ina alumini. Alumotol, mchanganyiko wa kutupwa wa trinitrotoluini na poda ya alumini, ni mojawapo ya vilipuzi vyenye nguvu zaidi vya viwandani. Ammoni ni dutu inayolipuka inayojumuisha nitrati ya ammoniamu, trinitrotoluini na poda ya alumini. Nyimbo za mchomaji zina alumini na wakala wa oksidi - nitrate, perchlorate. Nyimbo za Zvezdochka pyrotechnic pia zina alumini ya unga.

Mchanganyiko wa poda ya alumini na oksidi za chuma (thermite) hutumiwa kuzalisha metali fulani na aloi, kwa reli za kulehemu, na katika risasi za moto.

Alumini pia imepata matumizi ya vitendo kama mafuta ya roketi. Ili kuchoma kabisa kilo 1 ya alumini, karibu mara nne oksijeni inahitajika kuliko kwa kilo 1 ya mafuta ya taa. Aidha, alumini inaweza kuwa oxidized si tu kwa oksijeni ya bure, lakini pia kwa oksijeni iliyofungwa, ambayo ni sehemu ya maji au dioksidi kaboni. Wakati alumini "inachoma" katika maji, 8800 kJ inatolewa kwa kilo 1 ya bidhaa; hii ni mara 1.8 chini ya wakati wa mwako wa chuma katika oksijeni safi, lakini mara 1.3 zaidi kuliko wakati wa mwako katika hewa. Hii inamaanisha kuwa badala ya misombo hatari na ya gharama kubwa, maji rahisi yanaweza kutumika kama kioksidishaji cha mafuta kama hayo. Wazo la kutumia alumini kama mafuta lilipendekezwa nyuma mnamo 1924 na mwanasayansi wa ndani na mvumbuzi F.A. Tsander. Kulingana na mpango wake, inawezekana kutumia vitu vya alumini vya chombo cha anga kama mafuta ya ziada. Mradi huu shupavu bado haujatekelezwa kivitendo, lakini mafuta mengi ya roketi dhabiti yanayojulikana kwa sasa yana alumini ya metali katika mfumo wa unga laini. Kuongeza alumini 15% kwa mafuta inaweza kuongeza joto la bidhaa za mwako kwa digrii elfu (kutoka 2200 hadi 3200 K); Kiwango cha mtiririko wa bidhaa za mwako kutoka kwa pua ya injini pia huongezeka sana - kiashiria kikuu cha nishati ambacho huamua ufanisi wa mafuta ya roketi. Katika suala hili, tu lithiamu, berili na magnesiamu zinaweza kushindana na alumini, lakini zote ni ghali zaidi kuliko alumini.

Misombo ya alumini pia hutumiwa sana. Oksidi ya alumini ni nyenzo ya kinzani na abrasive (emery), malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa keramik. Pia hutumiwa kutengeneza vifaa vya leza, fani za saa, na vito vya kujitia (rubi bandia). Oksidi ya alumini iliyokokotwa ni adsorbent ya kutakasa gesi na vimiminiko na kichocheo cha idadi ya athari za kikaboni. Kloridi ya alumini isiyo na maji ni kichocheo katika usanisi wa kikaboni (Friedel-Crafts reaction), nyenzo ya kuanzia kwa utengenezaji wa alumini ya usafi wa hali ya juu. Sulfate ya alumini hutumiwa kwa utakaso wa maji; kuguswa na bicarbonate ya kalsiamu iliyo na:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, huunda flakes za oksidi-hidroksidi, ambazo, kutua, kukamata na pia kunyonya juu ya uso wale walio ndani. uchafu uliosimamishwa na hata microorganisms katika maji. Kwa kuongeza, sulfate ya alumini hutumiwa kama modant kwa vitambaa vya rangi, ngozi ya ngozi, kuhifadhi kuni, na karatasi ya kupima. Calcium aluminate ni sehemu ya vifaa vya saruji, ikiwa ni pamoja na saruji ya Portland. Yttrium alumini garnet (YAG) YAlO 3 ni nyenzo ya laser. Nitridi ya alumini ni nyenzo ya kinzani kwa tanuu za umeme. Zeolite za syntetisk (ni za aluminosilicates) ni adsorbents katika kromatografia na vichocheo. Misombo ya Organoaluminium (kwa mfano, triethylaluminum) ni vipengele vya vichocheo vya Ziegler-Natta, ambavyo hutumiwa kwa ajili ya awali ya polima, ikiwa ni pamoja na mpira wa synthetic wa ubora wa juu.

Ilya Leenson

Fasihi:

Tikhonov V.N. Kemia ya uchambuzi ya alumini. M., "Sayansi", 1971
Maktaba maarufu ya vipengele vya kemikali. M., "Sayansi", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall na Metal yake. J.Chem.Educ. 1986, juzuu ya. 63, nambari 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall na Mapinduzi Makuu ya Aluminium. J.Chem.Educ., 1987, juz. 64, nambari 8