Alüminyum taban. Alüminyum

Alüminyum- D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin üçüncü periyodunun üçüncü grubunun ana alt grubunun bir elementi, atom numarası 13. Al (Alüminyum) sembolü ile gösterilir. Hafif metaller grubuna aittir. Yer kabuğunda en yaygın metal ve oksijen ve silikondan sonra en çok bulunan üçüncü kimyasal elementtir.

Basit bir madde olan alüminyum (CAS numarası: 7429-90-5), kolayca şekillendirilebilen, dökülebilen ve işlenebilen hafif, paramanyetik gümüş-beyaz bir metaldir. Alüminyum, yüzeyi daha fazla etkileşimden koruyan güçlü oksit filmlerinin hızla oluşması nedeniyle yüksek termal ve elektriksel iletkenliğe ve korozyona karşı dirence sahiptir.

Bazı biyolojik çalışmalara göre insan vücudunda alüminyum alımının Alzheimer hastalığının gelişiminde bir faktör olduğu düşünülüyordu, ancak bu çalışmalar daha sonra eleştirildi ve aralarındaki bağlantı hakkındaki sonuç çürütüldü.

Hikaye

Alüminyum ilk olarak 1825 yılında Hans Oersted tarafından potasyum amalgamın alüminyum klorür üzerindeki etkisi ve ardından cıvanın damıtılmasıyla elde edildi.

Fiş

Modern üretim yöntemi, Amerikalı Charles Hall ve Fransız Paul Héroux tarafından bağımsız olarak geliştirildi. Alüminyum oksit Al203'ün bir kriyolit Na3AlF6 eriyiğinde çözülmesinden ve ardından grafit elektrotlar kullanılarak elektrolizden oluşur. Bu üretim yöntemi çok fazla elektrik gerektirir ve bu nedenle ancak 20. yüzyılda popüler hale geldi.

1 ton ham alüminyum üretmek için 1.920 ton alümina, 0.065 ton kriyolit, 0.035 ton alüminyum florür, 0.600 ton anot kütlesi ve 17 bin kWh DC elektrik gerekmektedir.

Fiziki ozellikleri

Metal gümüş-beyaz renklidir, hafiftir, yoğunluğu - 2,7 g/cm³, teknik alüminyum için erime noktası - 658 °C, yüksek saflıkta alüminyum için - 660 °C, spesifik füzyon ısısı - 390 kJ/kg, kaynama noktası - 2500 ° C, özgül buharlaşma ısısı - 10,53 MJ/kg, dökme alüminyumun geçici direnci - 10-12 kg/mm², deforme olabilir - 18-25 kg/mm², alaşımlar - 38-42 kg/mm².

Brinell sertliği 24-32 kgf/mm², yüksek süneklik: teknik - %35, saf - %50, ince tabakalara ve hatta folyoya haddelenmiş.

Alüminyum, bakırın elektrik iletkenliğinin %65'i kadar yüksek elektrik ve ısı iletkenliğine sahiptir ve yüksek ışık yansıtma özelliğine sahiptir.

Alüminyum hemen hemen tüm metallerle alaşımlar oluşturur.

Doğada olmak

Doğal alüminyum neredeyse tamamen tek bir kararlı izotop olan 27Al'den oluşur ve eser miktarda 26Al, yarı ömrü 720.000 yıl olan radyoaktif bir izotop olup, çekirdeklerin bombardımanı ile atmosferde üretilir. argon kozmik ışın protonları.

Doğadaki yaygınlık açısından metaller arasında 1., elementler arasında ise 3., oksijen ve silikondan sonra ikinci sırada yer alır. Çeşitli araştırmacılara göre yer kabuğundaki alüminyum içeriğinin yüzdesi yer kabuğunun kütlesinin% 7,45 ila 8,14'ü arasında değişmektedir.

Doğada alüminyum yalnızca bileşiklerde (minerallerde) bulunur. Bazıları:

• Boksit - Al 2 O 3. H 2 O (SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3 safsızlıkları ile)
• Nefelinler - KNa 3 4
• Alunitler - KAl(SO 4) 2. 2Al(OH)3
• Alümina (kaolinlerin kum SiO 2, kireçtaşı CaCO 3, manyezit MgCO 3 ile karışımları)
• Korindon - Al 2 O 3
• Feldispat (ortoklaz) - K 2 O×Al 2 O 3 ×6SiO 2
• Kaolinit - Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O
• Alunit - (Na,K) 2 SO 4 ×Al 2 (SO 4) 3 ×4Al(OH) 3
• Beril - 3BeO. Al203. 6SiO2

Doğal sular, alüminyum florür gibi düşük toksik kimyasal bileşikler formunda alüminyum içerir. Katyon veya anyonun türü her şeyden önce sulu ortamın asitliğine bağlıdır. Rusya'daki yüzey suyu kütlelerindeki alüminyum konsantrasyonları 0,001 ile 10 mg/l arasında değişmektedir.

Kimyasal özellikler

Alüminyum hidroksit

Normal koşullar altında alüminyum, ince ve dayanıklı bir oksit filmle kaplanmıştır ve bu nedenle klasik oksitleyici maddelerle reaksiyona girmez: H2O (t°); O2, HNO3 (ısıtmadan). Bu sayede alüminyum pratikte korozyona uğramaz ve bu nedenle modern endüstride yaygın olarak talep görmektedir. Bununla birlikte, oksit filmi yok edildiğinde (örneğin, amonyum tuzları NH4 + çözeltileri, sıcak alkaliler veya amalgamasyonun bir sonucu olarak temas ettiğinde), alüminyum aktif bir indirgeyici metal görevi görür.

Basit maddelerle kolayca reaksiyona girer:

• oksijen ile: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
• halojenlerle: 2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3
• ısıtıldığında diğer metal olmayanlarla reaksiyona girer:
  • kükürt ile alüminyum sülfit oluşturan: 2Al + 3S = Al 2 S 3
  • nitrojen ile alüminyum nitrür oluşturur: 2Al + N 2 = 2AlN
  • karbonlu, alüminyum karbür oluşturan: 4Al + 3C = Al 4 C 3

Fransa'da Charles Hall ve ABD'de Paul Héroux tarafından 1886'da hemen hemen eş zamanlı olarak icat edilen ve erimiş kriyolit içinde çözünmüş alüminanın elektrolizi yoluyla alüminyum üretimine dayanan yöntem, modern alüminyum üretim yönteminin temelini attı. O zamandan beri elektrik mühendisliğindeki gelişmeler nedeniyle alüminyum üretimi gelişti. Alümina üretiminin gelişimine kayda değer bir katkı Rus bilim adamları K. I. Bayer, D. A. Penyakov, A. N. Kuznetsov, E. I. Zhukovsky, A. A. Yakovkin ve diğerleri tarafından yapıldı.

Rusya'daki ilk alüminyum izabe tesisi 1932'de Volkhov'da inşa edildi. SSCB'nin metalurji endüstrisi 1939'da 47,7 bin ton alüminyum üretti, 2,2 bin ton da ithal edildi.

Rusya'da alüminyum üretiminde fiili tekel, dünya alüminyum pazarının yaklaşık %13'ünü ve alüminanın %16'sını oluşturan Russian Aluminium OJSC'dir.

Dünyanın boksit rezervleri neredeyse sınırsızdır, yani talebin dinamikleriyle orantısızdır. Mevcut tesisler yılda 44,3 milyon tona kadar birincil alüminyum üretebilmektedir. Gelecekte alüminyumun bazı uygulamalarının, örneğin kompozit malzemelerin kullanımına yeniden yönlendirilebileceği de dikkate alınmalıdır.

Başvuru

Bir parça alüminyum ve bir Amerikan parası.

İnşaat malzemesi olarak yaygın olarak kullanılır. Alüminyumun bu kalitedeki ana avantajları hafiflik, damgalama için dövülebilirlik, korozyon direnci (havada alüminyum anında daha fazla oksidasyonu önleyen dayanıklı bir Al2O3 filmi ile kaplanır), yüksek ısı iletkenliği ve toksik olmamadır. bileşiklerinden oluşur. Özellikle bu özellikler alüminyumu pişirme kapları üretiminde, gıda endüstrisinde alüminyum folyoda ve ambalajlamada son derece popüler hale getirmiştir.

Alüminyumun yapısal bir malzeme olarak ana dezavantajı düşük mukavemetidir, bu nedenle genellikle az miktarda bakır ve magnezyum ile alaşımlanır. duralumin alaşımı.

Alüminyumun elektrik iletkenliği bakırınkinden yalnızca 1,7 kat daha azdır, alüminyum ise yaklaşık 2 kat daha ucuzdur. Bu nedenle, elektrik mühendisliğinde tellerin üretiminde, bunların ekranlanmasında ve hatta mikroelektronikte çiplerdeki iletkenlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyumun bakıra (63 1/ohm) kıyasla daha düşük elektrik iletkenliği (37 1/ohm), alüminyum iletkenlerin kesitinin arttırılmasıyla telafi edilir. Alüminyumun bir elektrik malzemesi olarak dezavantajı, lehimlemeyi zorlaştıran güçlü oksit filmidir.

• Özelliklerinin karmaşık olması nedeniyle ısıtma ekipmanlarında yaygın olarak kullanılır.
• Alüminyum ve alaşımları ultra düşük sıcaklıklarda mukavemetini korur. Bu nedenle kriyojenik teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Düşük maliyet ve kaplama kolaylığı ile birlikte yüksek yansıtma özelliği, alüminyumu ayna yapımında ideal bir malzeme haline getirir.
• Gaz oluşturucu madde olarak yapı malzemelerinin üretiminde.
• Alüminizasyon, pistonlu içten yanmalı motor valfleri, türbin kanatları, yağ platformları, ısı değişim ekipmanları gibi çelik ve diğer alaşımlara korozyon ve kireçlenme direnci kazandırır ve aynı zamanda galvanizlemenin yerini alır.
• Alüminyum sülfür, hidrojen sülfit üretmek için kullanılır.
• Özellikle güçlü ve hafif bir malzeme olarak köpüklü alüminyumun geliştirilmesine yönelik araştırmalar devam etmektedir.

İndirgeyici ajan olarak

• Termitin bir bileşeni olarak alüminotermi karışımları
• Alüminyum, nadir metalleri oksitlerinden veya halojenürlerinden kurtarmak için kullanılır.

Alüminyum alaşımları

Genellikle kullanılan yapı malzemesi saf alüminyum değil, buna dayalı çeşitli alaşımlardır.

— Alüminyum-magnezyum alaşımları yüksek korozyon direncine sahiptir ve iyi kaynaklanmıştır; Örneğin yüksek hızlı gemilerin gövdelerinin yapımında kullanılırlar.

— Alüminyum-manganez alaşımları birçok yönden alüminyum-magnezyum alaşımlarına benzer.

— Alüminyum-bakır alaşımları (özellikle duralumin), mukavemetlerini büyük ölçüde artıran ısıl işleme tabi tutulabilir. Ne yazık ki ısıl işlem görmüş malzemeler kaynaklanamadığından uçak parçaları hala perçinlerle birbirine bağlanıyor. Daha yüksek bakır içeriğine sahip bir alaşımın rengi altına çok benzer ve bazen ikincisini taklit etmek için kullanılır.

— Alüminyum-silikon alaşımları (siluminler) döküm için en uygun olanlardır. Çeşitli mekanizmaların vakaları genellikle onlardan dökülür.

— Alüminyum bazlı kompleks alaşımlar: avial.

— Alüminyum 1,2 Kelvin sıcaklıkta süper iletken duruma geçer.

Diğer alaşımlara katkı maddesi olarak alüminyum

Alüminyum birçok alaşımın önemli bir bileşenidir. Örneğin alüminyum bronzlarda ana bileşenler bakır ve alüminyumdur. Magnezyum alaşımlarında alüminyum çoğunlukla katkı maddesi olarak kullanılır. Elektrikli ısıtma cihazlarında spiral üretimi için fechral (Fe, Cr, Al) (diğer alaşımlarla birlikte) kullanılır.

Takı

Alüminyumun çok pahalı olduğu zamanlarda ondan çeşitli takılar yapıldı. Üretimi için yeni teknolojiler ortaya çıktığında, onlar için moda hemen geçti ve bu da maliyeti birçok kez düşürdü. Günümüzde kostüm takılarının üretiminde bazen alüminyum kullanılmaktadır.

Cam yapımı

Cam yapımında florür, fosfat ve alüminyum oksit kullanılır.

Gıda endüstrisi

Alüminyum gıda katkı maddesi E173 olarak kayıtlıdır.

Roket teknolojisinde alüminyum ve bileşikleri

Alüminyum ve bileşikleri, iki yakıtlı roket yakıtlarında yüksek verimli bir yakıt olarak ve katı roket yakıtlarında yanıcı bir bileşen olarak kullanılır. Aşağıdaki alüminyum bileşikleri roket yakıtı olarak en büyük pratik ilgi alanına sahiptir:

— Alüminyum: roket yakıtlarındaki yakıt. Hidrokarbonlar vb. içinde toz ve süspansiyon halinde kullanılır.
— Alüminyum hidrit
— Alüminyum boranat
— Trimetilalüminyum
— Trietilalüminyum
— Tripropilalüminyum

Alüminyum hidrürün çeşitli oksitleyicilerle oluşturduğu yakıtların teorik özellikleri.

Dünya kültüründe alüminyum

Şair Andrei Voznesensky, 1959'da alüminyumu sanatsal bir imge olarak kullandığı “Sonbahar” şiirini yazdı:
...Ve genç donda pencerenin arkasında
alüminyum tarlaları var...

Viktor Tsoi koroyla birlikte “Alüminyum Salatalıklar” şarkısını yazdı:
Alüminyum salatalık ekimi
Bir branda alanında
Alüminyum salatalık ekiyorum
Bir branda alanında

Toksisite

Hafif bir toksik etkiye sahiptir, ancak birçok suda çözünebilen inorganik alüminyum bileşiği uzun süre çözünmüş halde kalır ve içme suyu yoluyla insanlar ve sıcakkanlı hayvanlar üzerinde zararlı etki yaratabilir. En zehirli olanları klorürler, nitratlar, asetatlar, sülfatlar vb.'dir. İnsanlar için, aşağıdaki dozlardaki alüminyum bileşikleri (mg/kg vücut ağırlığı) yutulduğunda toksik etkiye sahiptir: alüminyum asetat - 0,2-0,4; alüminyum hidroksit - 3,7-7,3; alüminyum şap - 2,9. Öncelikle sinir sistemini etkiler (sinir dokusunda birikerek merkezi sinir sisteminde ciddi bozukluklara yol açar). Bununla birlikte, alüminyumun nörotoksisitesi, metalin insan vücudunda birikmesinin eliminasyon mekanizması tarafından engellenmesi nedeniyle 1960'ların ortalarından beri araştırılmaktadır. Normal koşullar altında günde 15 mg'a kadar element idrarla atılabilir. Buna göre en büyük olumsuz etki, böbrek boşaltım fonksiyonu bozulmuş kişilerde görülür.

Ek Bilgiler

— Alüminyum hidroksit
— Alüminyum hakkında ansiklopedi
— Alüminyum bağlantılar
— Uluslararası Alüminyum Enstitüsü

Alüminyum, Alüminyum, Al (13)

Alüminyum içeren bağlayıcılar eski çağlardan beri bilinmektedir. Ancak özellikle Pliny'nin bahsettiği şap (Latince Alumen veya Alumin, Almanca Alaun), eski çağlarda ve Orta Çağ'da çeşitli maddeler olarak anlaşılmıştır. Ruland'ın Simya Sözlüğünde Alumen kelimesi, çeşitli tanımların eklenmesiyle 34 anlamda verilmiştir. Özellikle, antimon, Alumen alafuri - alkalin tuz, Alumen Alcori - nitrum veya alkali şap, Alumen creptum - iyi şarabın tartarı (tartar), Alumen fascioli - alkali, Alumen odig - amonyak, Alumen scoriole - alçıtaşı, vb. anlamına geliyordu. Lemery Ünlü “Basit Eczacılık Ürünleri Sözlüğü” nün (1716) yazarı, aynı zamanda şap çeşitlerinin geniş bir listesini de sunmaktadır.

18. yüzyıla kadar alüminyum bileşikleri (şap ve oksit) görünüş olarak benzer diğer bileşiklerden ayırt edilememiştir. Lemery şapı şu şekilde tanımlıyor: “1754'te. Marggraf, bir şap çözeltisinden (alkali etkisiyle) "şap toprağı" (Alaunerde) adını verdiği bir alüminyum oksit çökeltisini izole etti ve diğer topraklardan farkını ortaya koydu. Yakında şap toprağı alümina (Alümina veya Alümin) adını aldı. 1782 yılında Lavoisier, alüminyumun bilinmeyen bir elementin oksiti olduğu fikrini ortaya attı. Lavoisier, Basit Cisimler Tablosunda Alümini "basit cisimler, tuz oluşturan, dünyevi" arasına yerleştirdi. İşte alümina isminin eşanlamlıları: argile, şap. toprak, şapın temeli. Lemery'nin sözlüğünde belirttiği gibi argilla veya argilla kelimesi Yunancadan gelmektedir. çömlek kili. Dalton, “Yeni Kimya Felsefesi Sistemi”nde alüminyuma özel bir işaret verir ve şap için karmaşık bir yapısal(!) formül verir.

Galvanik elektrik kullanılarak alkali metallerin keşfedilmesinden sonra Davy ve Berzelius, aynı şekilde metalik alüminyumu alüminadan ayırmayı başaramadılar. Sorun ancak 1825'te Danimarkalı fizikçi Oersted tarafından kimyasal bir yöntem kullanılarak çözüldü. Kloru sıcak bir alümina ve kömür karışımından geçirdi ve elde edilen susuz alüminyum klorür, potasyum amalgam ile ısıtıldı. Oersted, cıvanın buharlaşmasından sonra görünüş olarak kalay benzeri bir metal elde edildiğini yazıyor. Son olarak, 1827'de Wöhler, susuz alüminyum klorürü potasyum metali ile ısıtarak alüminyum metalini daha verimli bir şekilde izole etti.

1807 civarında alüminanın elektrolizini yapmaya çalışan Davy, içerdiği varsayılan metale alüminyum (Alüminyum) veya alüminyum (Alüminyum) adını verdi. İkinci isim o zamandan beri ABD'de yaygınlaşırken, İngiltere ve diğer ülkelerde daha sonra aynı Davy tarafından önerilen Alüminyum adı benimsendi. Tüm bu isimlerin kökeni hakkında çeşitli yazarların delillerine dayanarak antik çağlara kadar uzanan farklı görüşlerin olduğu Latince alum (Alumen) kelimesinden geldiği oldukça açıktır.

A. M. Vasiliev, bu kelimenin belirsiz kökenine dikkat çekerek, belirli bir Isidore'un (belli ki, 560 - 636'da yaşayan bir piskopos olan, özellikle etimolojik araştırmalarla uğraşan bir ansiklopedist olan Seville Isidore) görüşünden alıntı yapıyor: “Alümen lümen denir, peki boyama sırasında eklendiğinde boyalara nasıl lümen (ışık, parlaklık) verir." Ancak bu açıklama her ne kadar çok eski olsa da alumen kelimesinin tam olarak böyle bir kökene sahip olduğunu kanıtlamaz. Burada yalnızca tesadüfi bir totolojinin olması muhtemeldir. Lemery (1716) alümen kelimesinin Yunanca (halmi) kelimesiyle ilişkili olduğunu ve tuzluluk, tuzlu su, tuzlu su vb. anlamına geldiğini belirtir.

19. yüzyılın ilk on yıllarında alüminyumun Rusça isimleri. oldukça çeşitlidir. Bu dönemin kimya üzerine kitap yazarlarının her biri açıkça kendi başlığını önermeye çalıştı. Böylece, Zakharov alüminyum alümina (1810), Giese - alüminyum (1813), Strakhov - şap (1825), Iovsky - kil, Shcheglov - alümina (1830) adını verir. Dvigubsky Mağazasında (1822 - 1830), alüminaya alümina, alümina, alümina (örneğin, fosforik asit alümina) ve metale alüminyum ve alüminyum (1824) adı verilir. Hess, “Foundations of Pure Chemistry” (1831) kitabının ilk baskısında alümina (Alüminyum) adını ve beşinci baskısında (1840) kil adını kullanır. Bununla birlikte, alümina terimine, örneğin alümina sülfata dayalı olarak tuzlar için isimler oluşturur. Mendeleev “Fundamentals of Chemistry” (1871) kitabının ilk baskısında alüminyum ve kil isimlerini kullanmış, sonraki baskılarda ise kil kelimesi artık kullanılmamıştır.

En hafif ve en sünek metal olduğundan geniş bir kullanım alanına sahiptir. Korozyona karşı dayanıklıdır, elektrik iletkenliği yüksektir ve ani sıcaklık dalgalanmalarına kolaylıkla dayanabilir. Diğer bir özellik ise hava ile temas ettiğinde yüzeyinde metali koruyan özel bir filmin oluşmasıdır.

Tüm bunların yanı sıra diğer özellikler de aktif kullanımına katkıda bulundu. Öyleyse alüminyumun kullanım alanlarının ne olduğunu daha ayrıntılı olarak öğrenelim.

Bu yapısal metal yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle uçak imalatı, roket bilimi, gıda endüstrisi ve sofra takımı imalatı çalışmalarına başladı. Alüminyum, özellikleri sayesinde daha düşük ağırlığı nedeniyle gemilerin manevra kabiliyetinin artmasına olanak sağlar.

Alüminyum yapılar benzer çelik ürünlere göre ortalama %50 daha hafiftir.

Ayrı olarak, metalin akımı iletme yeteneğinden bahsetmeye değer. Bu özellik onun ana rakibi olmasını sağladı. Mikro devrelerin üretiminde ve genel olarak mikroelektronik alanında aktif olarak kullanılmaktadır.

En popüler kullanım alanları şunlardır:

• Uçak imalatı: pompalar, motorlar, muhafazalar ve diğer elemanlar;
• Roket bilimi: roket yakıtı için yanıcı bir bileşen olarak;
• Gemi yapımı: gövdeler ve güverte üst yapıları;
• Elektronik: teller, kablolar, redresörler;
• Savunma üretimi: makineli tüfekler, tanklar, uçaklar, çeşitli tesisler;
• İnşaat: merdivenler, çerçeveler, bitirme;
• Demiryolu alanı: petrol ürünleri için tanklar, parçalar, araba çerçeveleri;
• Otomotiv endüstrisi: tamponlar, radyatörler;
• Ev: folyo, tabaklar, aynalar, küçük aletler;

Geniş dağılımı metalin avantajlarıyla açıklanmaktadır, ancak aynı zamanda önemli bir dezavantajı da vardır - düşük mukavemet. Bunu en aza indirmek için metale magnezyum da eklenir.

Zaten anladığınız gibi, alüminyum ve bileşikleri esas olarak elektrik mühendisliğinde (ve basitçe teknolojide), günlük yaşamda, endüstride, makine mühendisliğinde ve havacılıkta kullanılmaktadır. Şimdi alüminyum metalin inşaatlarda kullanımından bahsedeceğiz.

Bu video size alüminyum ve alaşımlarının kullanımı hakkında bilgi verecektir:

İnşaatta kullanım

Alüminyumun insanlar tarafından inşaat alanında kullanımı, korozyona karşı dayanıklılığı ile belirlenir. Bu, agresif ortamlarda ve dış mekanlarda kullanılması planlanan yapıların yapılmasını mümkün kılar.

Çatı malzemeleri

Alüminyum aktif olarak kullanılmaktadır. Bu sac malzeme iyi dekoratif, taşıyıcı ve kapatıcı özelliklerinin yanı sıra diğer çatı kaplama malzemelerine göre uygun fiyata da sahiptir. Üstelik böyle bir çatı, önleyici muayene veya onarım gerektirmez ve hizmet ömrü mevcut birçok malzemeyi aşıyor.

Saf alüminyuma başka metaller ekleyerek kesinlikle her türlü dekoratif özelliği elde edebilirsiniz. Bu çatı kaplama, genel stile mükemmel uyum sağlayan geniş bir renk yelpazesine sahip olmanızı sağlar.

Pencere kanatları

Alüminyumu fenerler ve pencere çerçeveleri arasında bulabilirsiniz. Benzer bir amaçla kullanıldığında güvenilmez ve kısa ömürlü bir malzeme olduğu ortaya çıkacaktır.

Çelik hızla korozyonla kaplanacak, büyük bir bağlama ağırlığına sahip olacak ve açılması zahmetli olacaktır. Buna karşılık alüminyum yapıların bu tür dezavantajları yoktur.

Aşağıdaki video size alüminyumun özellikleri ve kullanımı hakkında bilgi verecektir:

duvar panelleri

Alüminyum paneller bu metalin alaşımlarından yapılır ve evlerin dış dekorasyonunda kullanılır. Sıradan damgalı levhalar veya levhalar, yalıtım ve kaplamadan oluşan hazır muhafaza panelleri şeklini alabilirler. Her durumda, ısıyı mümkün olduğu kadar evin içinde tutarlar ve hafif oldukları için temel üzerindeki yükü taşımazlar.

Her kimyasal element üç bilim açısından ele alınabilir: fizik, kimya ve biyoloji. Ve bu yazıda alüminyumu mümkün olduğunca doğru bir şekilde karakterize etmeye çalışacağız. Periyodik tabloya göre üçüncü grup ve üçüncü periyotta yer alan kimyasal bir elementtir. Alüminyum ortalama kimyasal reaktiviteye sahip bir metaldir. Bileşiklerinde amfoterik özellikler de gözlemlenebilir. Alüminyumun atom kütlesi mol başına yirmi altı gramdır.

Alüminyumun fiziksel özellikleri

Normal koşullar altında katıdır. Alüminyumun formülü çok basittir. Katı bir madde halinde bir kristal kafes kullanılarak düzenlenen atomlardan (moleküller halinde birleşmemiş) oluşur. Alüminyum rengi gümüş-beyazdır. Ayrıca bu gruptaki diğer tüm maddeler gibi metalik bir parlaklığa sahiptir. Endüstride kullanılan alüminyumun rengi, alaşımdaki yabancı maddelerin varlığına bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Bu oldukça hafif bir metaldir.

Yoğunluğu 2,7 g/cm3 olup demirden yaklaşık üç kat daha hafiftir. Bu konuda yalnızca söz konusu metalden bile daha hafif olan magnezyumdan daha aşağı olabilir. Alüminyumun sertliği oldukça düşüktür. İçinde çoğu metalden daha düşüktür. Alüminyumun sertliği sadece ikidir, bu nedenle onu güçlendirmek için bu metali esas alan alaşımlara daha sert olanlar eklenir.

Alüminyum yalnızca 660 santigrat derece sıcaklıkta erir. Ve iki bin dört yüz elli iki santigrat dereceye kadar ısıtıldığında kaynar. Oldukça sünek ve eriyebilir bir metaldir. Alüminyumun fiziksel özellikleri burada bitmiyor. Bu metalin bakır ve gümüşten sonra en iyi elektrik iletkenliğine sahip olduğunu da belirtmek isterim.

Doğada yaygınlık

Teknik özelliklerini biraz önce incelediğimiz alüminyum, çevrede oldukça yaygındır. Birçok mineralin bileşiminde gözlenebilir. Alüminyum elementi doğada en çok bulunan dördüncü elementtir. Yer kabuğunda neredeyse yüzde dokuzdur. Atomlarını içeren ana mineraller boksit, korindon ve kriyolittir. Birincisi demir, silikon ve söz konusu metalin oksitlerinden oluşan bir kayadır ve yapısında su molekülleri de mevcuttur. Heterojen bir renge sahiptir: çeşitli safsızlıkların varlığına bağlı olarak gri, kırmızımsı kahverengi ve diğer renk parçaları. Bu kayanın yüzde otuz ila altmışı alüminyumdan oluşuyor ve fotoğrafı yukarıda görülebiliyor. Ayrıca korindon doğada çok yaygın olarak bulunan bir mineraldir.

Bu alüminyum oksittir. Kimyasal formülü Al2O3'tür. Kırmızı, sarı, mavi veya kahverengi olabilir. Mohs ölçeğine göre sertliği dokuzdur. Korindon çeşitleri arasında iyi bilinen safirler ve yakutlar, leucosapphires ve padparadscha (sarı safir) bulunur.

Cryolite daha karmaşık bir kimyasal formüle sahip bir mineraldir. Alüminyum ve sodyum florürlerden oluşur - AlF3.3NaF. Mohs ölçeğine göre sertliği yalnızca üç olan, renksiz veya grimsi bir taş olarak görünür. Modern dünyada laboratuvar koşullarında yapay olarak sentezlenir. Metalurjide kullanılır.

Alüminyum ayrıca doğada, ana bileşenleri silikon oksitler ve su molekülleriyle ilişkili söz konusu metal olan kilde de bulunabilir. Ayrıca kimyasal formülü şu şekilde olan nefelinlerin bileşiminde de bu kimyasal element gözlenebilmektedir: KNa34.

Fiş

Alüminyumun özellikleri, sentezi için yöntemlerin dikkate alınmasını içerir. Birkaç yöntem var. Birinci yöntemle alüminyum üretimi üç aşamada gerçekleşir. Bunlardan sonuncusu katot ve karbon anot üzerinde yapılan elektroliz işlemidir. Böyle bir işlemi gerçekleştirmek için alüminyum oksitin yanı sıra kriyolit (formül - Na3AlF6) ve kalsiyum florür (CaF2) gibi yardımcı maddeler de gereklidir. Suda çözünmüş alüminyum oksidin ayrışma işleminin gerçekleşmesi için, erimiş kriyolit ve kalsiyum florür ile birlikte en az dokuz yüz elli santigrat derece sıcaklığa kadar ısıtılması ve ardından bir akım geçirilmesi gerekir. seksen bin amper ve bu maddelerden geçen beş voltaj, sekiz volt. Böylece, bu işlem sonucunda katot üzerinde alüminyum birikecek ve anot üzerinde oksijen molekülleri toplanacak ve bu da anodu oksitleyerek karbondioksite dönüştürecektir. Bu işlemden önce, alüminyum oksitin çıkarıldığı formdaki boksit, ilk olarak safsızlıklardan arındırılır ve ayrıca bir dehidrasyon işlemine tabi tutulur.

Yukarıda açıklanan yöntemle alüminyum üretimi metalurjide çok yaygındır. Bir de F. Wöhler'in 1827'de icat ettiği bir yöntem var. Alüminyumun, klorür ve potasyum arasındaki kimyasal reaksiyon kullanılarak ekstrakte edilebileceği gerçeğinde yatmaktadır. Böyle bir işlem ancak çok yüksek sıcaklık ve vakum şeklinde özel koşullar yaratılarak gerçekleştirilebilir. Böylece bir mol klorür ve aynı hacimde potasyumdan, bir mol alüminyum ve yan ürün olarak üç mol elde edilebilir. Bu reaksiyon aşağıdaki denklem formunda yazılabilir: АІСІ3 + 3К = АІ + 3КІ. Bu yöntem metalurjide pek popülerlik kazanmamıştır.

Alüminyumun kimyasal açıdan özellikleri

Yukarıda belirtildiği gibi bu, moleküller halinde birleştirilmeyen atomlardan oluşan basit bir maddedir. Hemen hemen tüm metaller benzer yapılar oluşturur. Alüminyum oldukça yüksek kimyasal aktiviteye ve güçlü indirgeme özelliklerine sahiptir. Alüminyumun kimyasal karakterizasyonu, diğer basit maddelerle olan reaksiyonlarının tanımlanmasıyla başlayacak ve daha sonra karmaşık inorganik bileşiklerle etkileşimleri anlatılacaktır.

Alüminyum ve basit maddeler

Bunlar, her şeyden önce, gezegendeki en yaygın bileşik olan oksijeni içerir. Dünya atmosferinin yüzde yirmi biri bundan oluşur. Belirli bir maddenin başka herhangi bir maddeyle reaksiyonuna oksidasyon veya yanma denir. Genellikle yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Ancak alüminyum söz konusu olduğunda normal koşullar altında oksidasyon mümkündür - oksit filmi bu şekilde oluşur. Bu metal ezilirse yanar ve büyük miktarda enerji ısı şeklinde açığa çıkar. Alüminyum ve oksijen arasındaki reaksiyonun gerçekleştirilmesi için bu bileşenlerin molar oranının 4:3 olması gerekir, bu da iki kısım oksit oluşturur.

Bu kimyasal etkileşim aşağıdaki denklem formunda ifade edilir: 4АІ + 3О2 = 2АІО3. Alüminyumun flor, iyot, brom ve klor içeren halojenlerle reaksiyonları da mümkündür. Bu proseslerin isimleri karşılık gelen halojenlerin isimlerinden gelmektedir: florlama, iyotlama, brominasyon ve klorlama. Bunlar tipik ekleme reaksiyonlarıdır.

Örnek olarak alüminyumun klor ile etkileşimini ele alalım. Bu tür bir süreç ancak soğukta gerçekleşebilir.

Yani, iki mol alüminyum ve üç mol klor alındığında, söz konusu metalin iki mol klorürü elde edilir. Bu reaksiyonun denklemi aşağıdaki gibidir: 2АІ + 3СІ = 2АІСІ3. Aynı şekilde alüminyum florürü, onun bromürünü ve iyodürünü de elde edebilirsiniz.

Söz konusu madde kükürt ile ancak ısıtıldığında reaksiyona girer. Bu iki bileşik arasındaki reaksiyonu gerçekleştirmek için bunları iki ila üç molar oranlarda almanız gerekir ve bir kısım alüminyum sülfür oluşur. Reaksiyon denklemi şuna benzer: 2Al + 3S = Al2S3.

Ek olarak, yüksek sıcaklıklarda alüminyum hem karbonla reaksiyona girerek karbür oluşturur, hem de nitrojenle reaksiyona girerek nitrit oluşturur. Örnek olarak aşağıdaki kimyasal reaksiyon denklemleri verilebilir: 4АІ + 3С = АІ4С3; 2Al + N2 = 2AlN.

Karmaşık maddelerle etkileşim

Bunlara su, tuzlar, asitler, bazlar, oksitler dahildir. Alüminyum tüm bu kimyasal bileşiklerle farklı tepki verir. Her duruma daha yakından bakalım.

Su ile reaksiyon

Alüminyum, ısıtıldığında dünyadaki en yaygın karmaşık maddeyle reaksiyona girer. Bu yalnızca oksit film ilk önce çıkarıldığında gerçekleşir. Etkileşim sonucunda amfoterik hidroksit oluşur ve hidrojen de havaya salınır. İki kısım alüminyum ve altı kısım su alarak, molar oranları iki ila üç olan hidroksit ve hidrojen elde ederiz. Bu reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılır: 2AI + 6H2O = 2AI(OH)3 + 3H2.

Asitler, bazlar ve oksitlerle etkileşim

Diğer aktif metaller gibi alüminyum da ikame reaksiyonlarına girebilmektedir. Bunu yaparken asitteki hidrojeni veya tuzundaki daha pasif bir metalin katyonunu değiştirebilir. Bu tür etkileşimlerin bir sonucu olarak, bir alüminyum tuzu oluşur ve ayrıca hidrojen açığa çıkar (bir asit durumunda) veya saf bir metal (söz konusu olandan daha az aktif olan) çökelir. İkinci durumda yukarıda bahsedilen onarıcı özellikler ortaya çıkar. Bir örnek, alüminyum klorürün oluştuğu ve hidrojenin havaya salındığı alüminyumun etkileşimidir. Bu tür bir reaksiyon aşağıdaki denklem formunda ifade edilir: 2АІ + 6НІ = 2АІСІ3 + 3Н2.

Alüminyumun tuzla etkileşimine bir örnek, bu iki bileşeni alarak sonuçta çökelecek olan saf bakır elde edeceğiz. Alüminyum, sülfürik ve nitrik gibi asitlerle benzersiz bir şekilde reaksiyona girer. Örneğin, sekiz kısıma otuz molar oranında seyreltik bir nitrat asit çözeltisine alüminyum eklendiğinde, söz konusu metalin sekiz kısmı nitrat, üç kısmı nitrik oksit ve on beş kısmı su oluşur. Bu reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılır: 8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O. Bu işlem yalnızca yüksek sıcaklığın varlığında gerçekleşir.

Alüminyumu ve zayıf bir sülfat asit çözeltisini iki ila üç molar oranlarda karıştırırsak, söz konusu metalin sülfatını ve bire üç oranında hidrojen elde ederiz. Yani diğer asitlerde olduğu gibi sıradan bir yer değiştirme reaksiyonu meydana gelecektir. Açıklık sağlamak için şu denklemi sunuyoruz: 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2. Ancak aynı asidin konsantre bir çözeltisiyle her şey daha karmaşıktır. Burada tıpkı nitratta olduğu gibi bir yan ürün oluşur, ancak oksit formunda değil, kükürt ve su formunda. İhtiyacımız olan iki bileşeni iki ila dört molar oranında alırsak, sonuç, söz konusu metalin tuzunun ve kükürtün her birinin bir kısmı ve ayrıca dört kısım su olacaktır. Bu kimyasal etkileşim aşağıdaki denklem kullanılarak ifade edilebilir: 2Al + 4H2SO4 = Al2(SO4)3 + S + 4H2O.

Ayrıca alüminyum alkali çözeltilerle reaksiyona girebilmektedir. Böyle bir kimyasal etkileşimi gerçekleştirmek için, söz konusu metalden iki mol, aynı miktarda potasyum ve ayrıca altı mol su almanız gerekir. Sonuç olarak, sodyum veya potasyum tetrahidroksialüminat gibi maddeler ve iki ila üç molar oranlarda keskin bir kokuya sahip bir gaz formunda salınan hidrojen oluşur. Bu kimyasal reaksiyon aşağıdaki denklem formunda temsil edilebilir: 2АІ + 2КОН + 6Н2О = 2К[АІ(ОН)4] + 3Н2.

Ve dikkate alınması gereken son şey, alüminyumun belirli oksitlerle etkileşim kalıplarıdır. En yaygın ve kullanılan durum Beketov reaksiyonudur. Yukarıda tartışılan diğerleri gibi bu da yalnızca yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Yani bunu uygulamak için iki mol alüminyum ve bir mol ferrum oksit almanız gerekir. Bu iki maddenin etkileşimi sonucunda sırasıyla bir ve iki mol miktarlarda alüminyum oksit ve serbest demir elde ederiz.

Söz konusu metalin sanayide kullanımı

Alüminyum kullanımının çok yaygın bir durum olduğunu unutmayın. Öncelikle havacılık sektörünün buna ihtiyacı var. Bununla birlikte söz konusu metali esas alan alaşımlar da kullanılmaktadır. Ortalama bir uçağın %50'sinin alüminyum alaşımlarından, motorunun ise %25'inden oluştuğunu söyleyebiliriz. Alüminyum, mükemmel elektrik iletkenliği nedeniyle tel ve kabloların imalatında da kullanılır. Ayrıca bu metal ve alaşımları otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Arabaların, otobüslerin, troleybüslerin, bazı tramvayların, konvansiyonel ve elektrikli tren vagonlarının gövdeleri bu malzemelerden yapılıyor.

Aynı zamanda daha küçük ölçekli amaçlar için de kullanılır; örneğin gıda ve diğer ürünlere yönelik ambalajların ve tabakların üretiminde. Gümüş boya yapmak için söz konusu metalin tozuna ihtiyacınız var. Demiri korozyondan korumak için bu boyaya ihtiyaç vardır. Alüminyumun sanayide ferrumdan sonra en çok kullanılan ikinci metal olduğunu söyleyebiliriz. Bileşikleri ve kendisi kimya endüstrisinde sıklıkla kullanılmaktadır. Bu, alüminyumun indirgeyici özellikleri ve bileşiklerinin amfoterik özellikleri de dahil olmak üzere özel kimyasal özellikleriyle açıklanmaktadır. Söz konusu kimyasal elementin hidroksiti suyun arıtılması için gereklidir. Ayrıca tıpta aşı üretim sürecinde de kullanılmaktadır. Ayrıca bazı plastik türlerinde ve diğer malzemelerde de bulunabilir.

Doğadaki rolü

Yukarıda yazıldığı gibi alüminyum yer kabuğunda büyük miktarlarda bulunur. Özellikle canlı organizmalar için önemlidir. Alüminyum büyüme süreçlerinin düzenlenmesinde rol oynar, kemik, bağ ve diğerleri gibi bağ dokularını oluşturur. Bu mikro element sayesinde vücut dokularının yenilenme süreçleri daha hızlı gerçekleştirilir. Eksikliği aşağıdaki semptomlarla karakterize edilir: çocuklarda gelişim ve büyümede bozulma; yetişkinlerde - kronik yorgunluk, performansta azalma, hareketlerin koordinasyonunda bozulma, doku yenilenme oranlarında azalma, özellikle ekstremitelerde kasların zayıflaması. Bu fenomen, bu mikro elementi içeren çok az yiyecek yerseniz ortaya çıkabilir.

Ancak daha sık görülen bir sorun vücutta fazla miktarda alüminyum bulunmasıdır. Bu durumda sıklıkla şu belirtiler gözlenir: sinirlilik, depresyon, uyku bozuklukları, hafıza azalması, stres direnci, kas-iskelet sisteminin yumuşaması, bu da sık sık kırıklara ve burkulmalara yol açabilir. Vücutta uzun süreli alüminyum fazlalığı nedeniyle, hemen hemen her organ sisteminin işleyişinde sıklıkla sorunlar ortaya çıkar.

Bu fenomene bir dizi neden yol açabilir. Her şeyden önce, bilim adamları, söz konusu metalden yapılan mutfak eşyalarının, içinde yemek pişirmek için uygun olmadığını uzun zamandır kanıtladılar, çünkü yüksek sıcaklıklarda alüminyumun bir kısmı yiyeceğe giriyor ve sonuç olarak, bu mikro elementten çok daha fazlasını tüketiyorsunuz. vücudun ihtiyacı var.

İkinci neden ise söz konusu metali veya tuzlarını içeren kozmetiklerin düzenli kullanımıdır. Herhangi bir ürünü kullanmadan önce bileşimini dikkatlice okumalısınız. Kozmetikler istisna değildir.

Üçüncü sebep ise bol miktarda alüminyum içeren ilaçları uzun süre kullanmaktır. Bu mikro elementi içeren vitaminlerin ve gıda katkı maddelerinin yanlış kullanılmasının yanı sıra.

Şimdi diyetinizi düzenlemek ve menünüzü doğru bir şekilde düzenlemek için hangi ürünlerin alüminyum içerdiğini bulalım. Öncelikle bunlar havuç, işlenmiş peynirler, buğday, şap, patates. Avokado ve şeftali tavsiye edilen meyvelerdir. Ayrıca beyaz lahana, pirinç ve birçok şifalı bitki de alüminyum açısından zengindir. Ayrıca söz konusu metalin katyonları içme suyunda bulunabilir. Vücuttaki yüksek veya düşük alüminyum seviyelerinden (ve diğer eser elementlerden) kaçınmak için diyetinizi dikkatle izlemeniz ve mümkün olduğunca dengeli hale getirmeye çalışmanız gerekir.

Yerkabuğunda çok miktarda alüminyum vardır: ağırlıkça %8,6. Tüm metaller arasında birinci, diğer elementler arasında ise (oksijen ve silikondan sonra) üçüncü sırada yer alır. Demirden iki kat daha fazla alüminyum, bakır, çinko, krom, kalay ve kurşunun toplamından ise 350 kat daha fazla var! 100 yıldan fazla bir süre önce klasik ders kitabında yazdığı gibi Kimyanın Temelleri D.I. Mendeleev, tüm metaller arasında “alüminyum doğada en yaygın olanıdır; Alüminyumun yer kabuğundaki evrensel dağılımını netleştirmek için kilin bir parçası olduğunu belirtmek yeterlidir. Alüminyum ya da şap metali (alümen), kilde bulunduğundan dolayı kil olarak da adlandırılmaktadır.”

Alüminyumun en önemli minerali, bazik oksit AlO(OH) ve hidroksit Al(OH)3'ün bir karışımı olan boksittir. En büyük boksit yatakları Avustralya, Brezilya, Gine ve Jamaika'da bulunmaktadır; Diğer ülkelerde de endüstriyel üretim yapılmaktadır. Alunit (şap taşı) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 ve nefelin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 de alüminyum açısından zengindir. Toplamda alüminyum içeren 250'den fazla mineral bilinmektedir; bunların çoğu, yer kabuğunun esas olarak oluşturulduğu alüminosilikatlardır. Hava şartlarına maruz kaldıklarında, temeli kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O minerali olan kil oluşur. Demir yabancı maddeleri genellikle kili kahverengiye boyar, ancak aynı zamanda yapımında kullanılan beyaz kil - kaolin de vardır. porselen ve toprak ürünleri.

Bazen son derece sert (elmastan sonra ikinci) mineral korindon bulunur - kristal oksit Al 2 O 3, genellikle yabancı maddelerle farklı renklerde renklendirilir. Mavi çeşidine (titanyum ve demir karışımı) safir, kırmızı çeşidine (krom karışımı) yakut denir. Çeşitli yabancı maddeler aynı zamanda asil korundum olarak adlandırılan yeşil, sarı, turuncu, mor ve diğer renk ve tonları da renklendirebilir.

Yakın zamana kadar alüminyumun oldukça aktif bir metal olarak doğada serbest halde bulunamayacağına inanılıyordu, ancak 1978'de Sibirya Platformu kayalarında yalnızca iplik benzeri kristaller biçiminde doğal alüminyum keşfedildi. 0,5 mm uzunluğunda (birkaç mikrometrelik diş kalınlığıyla). Kriz ve Bolluk Denizleri bölgelerinden Dünya'ya getirilen ay toprağında da yerli alüminyum keşfedildi. Alüminyum metalinin gazın yoğunlaşmasıyla oluşabileceğine inanılmaktadır. Alüminyum halojenürlerin - klorür, bromür, florür - ısıtıldığında daha fazla veya daha az kolaylıkla buharlaşabilecekleri bilinmektedir (örneğin, AlCl3 zaten 180 ° C'de süblimleşir). Sıcaklıkta güçlü bir artışla alüminyum halojenürler ayrışır ve AlCl gibi daha düşük metal değerlikli bir duruma dönüşür. Böyle bir bileşik, sıcaklıkta bir azalma ve oksijen yokluğu ile yoğunlaştığında, katı fazda bir orantısızlık reaksiyonu meydana gelir: alüminyum atomlarının bir kısmı oksitlenir ve normal üç değerlikli duruma geçer ve bazıları azalır. Tek değerlikli alüminyum yalnızca metale indirgenebilir: 3AlCl® 2Al + AlCl3 . Bu varsayım aynı zamanda doğal alüminyum kristallerinin iplik benzeri şekliyle de desteklenmektedir. Tipik olarak bu yapının kristalleri, gaz fazından hızlı büyüme nedeniyle oluşur. Ay toprağındaki mikroskobik alüminyum külçelerinin de benzer şekilde oluşmuş olması muhtemeldir.

Alüminyum ismi Latince alümen (cins aluminis) kelimesinden gelmektedir. Bu, kumaşların boyanmasında mordan olarak kullanılan çift potasyum-alüminyum sülfat KAl(SO4)2 · 12H2O) şapın adıydı. Latince adı muhtemelen Yunanca "halme" - salamura, tuz çözeltisinden geliyor. İngiltere'de alüminyumun alüminyum, ABD'de ise alüminyum olması ilginçtir.

Kimya ile ilgili pek çok popüler kitapta, adı tarih tarafından korunmamış bir mucidin, MS 14-27 yıllarında Roma'yı yöneten İmparator Tiberius'a gümüş rengine benzeyen bir metalden yapılmış bir kase getirdiğine dair bir efsane yer almaktadır. daha hafif. Bu hediye ustanın hayatına mal oldu: Tiberius, yeni metalin imparatorluk hazinesindeki gümüşün değerini düşürebileceğinden korktuğu için onun idam edilmesini ve atölyenin yıkılmasını emretti.

Bu efsane, Romalı yazar ve bilim adamı Yaşlı Pliny'nin bir hikayesine dayanmaktadır. Doğal Tarih- eski zamanların doğa bilimleri bilgisi ansiklopedisi. Pliny'e göre yeni metal "killi topraktan" elde ediliyordu. Ancak kil alüminyum içerir.

Modern yazarlar neredeyse her zaman tüm bu hikayenin güzel bir peri masalından başka bir şey olmadığı konusunda bir çekince koyarlar. Ve bu şaşırtıcı değil: Kayalardaki alüminyum oksijene son derece sıkı bir şekilde bağlı ve onu serbest bırakmak için çok fazla enerji harcanması gerekiyor. Ancak son zamanlarda antik çağlarda metalik alüminyum elde etmenin temel olasılığı hakkında yeni veriler ortaya çıktı. Spektral analizlerin gösterdiği gibi, 3. yüzyılın başında ölen Çinli komutan Zhou-Zhu'nun mezarındaki süslemeler. AD, %85'i alüminyumdan oluşan bir alaşımdan yapılmıştır. Eskiler bedava alüminyum elde edebilir miydi? Bilinen tüm yöntemler (elektroliz, metalik sodyum veya potasyumla indirgeme) otomatik olarak ortadan kaldırılır. Doğal alüminyum, örneğin altın, gümüş ve bakır külçeleri gibi eski zamanlarda bulunabilir mi? Bu da hariç tutulmuştur: yerli alüminyum, önemsiz miktarlarda bulunan nadir bir mineraldir, bu nedenle eski ustalar bu tür külçeleri gerekli miktarda bulup toplayamamıştır.

Ancak Pliny'nin öyküsünün başka bir açıklaması da mümkündür. Alüminyum cevherlerden yalnızca elektrik ve alkali metallerin yardımıyla geri kazanılamaz. Antik çağlardan beri yaygın olarak kullanılan ve mevcut bir indirgeyici madde vardır - birçok metalin oksitlerinin ısıtıldığında serbest metallere indirgendiği kömür. 1970'lerin sonlarında Alman kimyacılar, alüminyumun eski çağlarda kömürle indirgenerek üretilip üretilemeyeceğini test etmeye karar verdiler. Kil ile kömür tozu ve sofra tuzu veya potas (potasyum karbonat) karışımını bir kil potasında kırmızı ısıya kadar ısıttılar. Sadece eski zamanlarda mevcut olan madde ve yöntemleri kullanmak için deniz suyundan tuz ve bitki külünden potas elde edildi. Bir süre sonra alüminyum bilyeli cüruf potanın yüzeyine çıktı! Metal verimi azdı, ancak eski metalurjistlerin "20. yüzyılın metalini" bu şekilde elde edebilmeleri mümkündür.

Alüminyumun özellikleri.

Saf alüminyumun rengi gümüşe benzer, çok hafif bir metaldir: yoğunluğu yalnızca 2,7 g/cm3'tür. Alüminyumdan daha hafif olan metaller alkali ve toprak alkali metaller (baryum hariç), berilyum ve magnezyumdur. Alüminyum da kolayca erir - 600 ° C'de (ince alüminyum tel normal bir mutfak ocağında eritilebilir), ancak yalnızca 2452 ° C'de kaynar. Elektrik iletkenliği açısından alüminyum 4. sırada, yalnızca gümüşten sonra ikinci sıradadır (o alüminyumun ucuzluğu göz önüne alındığında büyük pratik öneme sahip olan bakır ve altın ilk sırada yer almaktadır. Metallerin ısı iletkenliği de aynı sırayla değişir. Bir alüminyum kaşığı sıcak çaya batırarak alüminyumun yüksek ısı iletkenliğini doğrulamak kolaydır. Ve bu metalin dikkat çekici bir özelliği daha: Pürüzsüz, parlak yüzeyi ışığı mükemmel bir şekilde yansıtır: dalga boyuna bağlı olarak spektrumun görünür bölgesinde %80 ila %93. Ultraviyole bölgede alüminyumun bu konuda eşi benzeri yoktur ve yalnızca kırmızı bölgede gümüşten biraz daha düşüktür (ultraviyolede gümüşün yansıtıcılığı çok düşüktür).

Saf alüminyum oldukça yumuşak bir metaldir - bakırdan neredeyse üç kat daha yumuşaktır, bu nedenle nispeten kalın alüminyum plakaların ve çubukların bile bükülmesi kolaydır, ancak alüminyum alaşımlar oluşturduğunda (bunlardan çok sayıda vardır), sertliği on kat artabilir.

Alüminyumun karakteristik oksidasyon durumu +3'tür, ancak doldurulmamış 3'ün varlığı nedeniyle R- ve 3 D-orbitallerde alüminyum atomları ek donör-alıcı bağları oluşturabilir. Bu nedenle, küçük yarıçaplı Al 3+ iyonu, çeşitli katyonik ve anyonik kompleksler oluşturarak kompleks oluşumuna çok yatkındır: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – ve diğerleri. Organik bileşiklerle kompleksler de bilinmektedir.

Alüminyumun kimyasal aktivitesi çok yüksektir; elektrot potansiyelleri serisinde magnezyumun hemen arkasında yer alır. İlk bakışta böyle bir ifade garip görünebilir: Sonuçta, alüminyum bir tava veya kaşık havada oldukça stabildir ve kaynar suda çökmez. Alüminyum, demirin aksine paslanmaz. Havaya maruz kaldığında metalin, metali oksidasyondan koruyan renksiz, ince ama dayanıklı bir oksit "zırhı" ile kaplandığı ortaya çıktı. Yani, brülörün alevine kalın bir alüminyum tel veya 0,5-1 mm kalınlığında bir plaka sokarsanız, metal erir, ancak alüminyum, oksit torbasında kaldığı için akmaz. Alüminyumu koruyucu filminden mahrum bırakırsanız veya gevşetirseniz (örneğin, cıva tuzları çözeltisine batırarak), alüminyum gerçek özünü hemen ortaya çıkaracaktır: zaten oda sıcaklığında suyla kuvvetli bir şekilde reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkaracaktır. : 2Al + 6H20® 2Al(OH)3 + 3H2. Havada, koruyucu filminden sıyrılan alüminyum, gözümüzün önünde gevşek oksit tozuna dönüşür: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Alüminyum özellikle ince ezilmiş halde aktiftir; Alüminyum tozu aleve üflendiğinde anında yanar. Alüminyum tozunu sodyum peroksit ile seramik bir tabakta karıştırıp üzerine su damlatırsanız alüminyum da parlar ve beyaz bir alevle yanar.

Alüminyumun oksijene olan çok yüksek afinitesi, oksijeni diğer bazı metallerin oksitlerinden “uzaklaştırmasına” ve bunları azaltmasına olanak tanır (alüminotermi yöntemi). En ünlü örnek, yakıldığında ortaya çıkan demirin erimesine neden olacak kadar çok ısı açığa çıkaran termit karışımıdır: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Bu reaksiyon 1856'da N.N. Beketov tarafından keşfedildi. Bu şekilde Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO ve diğer bazı oksitler metallere indirgenebilir. Cr203, Nb205, Ta205, SiO2, TiO2, ZrO2, B203'ü alüminyum ile indirgerken, reaksiyon ısısı, reaksiyon ürünlerini erime noktalarının üzerine ısıtmak için yeterli değildir.

Alüminyum, seyreltik mineral asitlerde kolaylıkla çözünerek tuz oluşturur. Alüminyum yüzeyini oksitleyen konsantre nitrik asit, oksit filminin kalınlaşmasını ve güçlenmesini sağlar (metalin pasivasyonu olarak adlandırılır). Bu şekilde işlenen alüminyum hidroklorik asitle bile reaksiyona girmez. Elektrokimyasal anodik oksidasyon (anodizasyon) kullanılarak alüminyum yüzeyinde kolaylıkla farklı renklere boyanabilen kalın bir film oluşturulabilir.

Daha az aktif metallerin tuz çözeltilerindeki alüminyum tarafından yer değiştirmesi genellikle alüminyum yüzeyindeki koruyucu bir film tarafından engellenir. Bu film bakır klorür tarafından hızlı bir şekilde yok edilir, bu nedenle 3CuCl2 + 2Al ® 2AlCl3 + 3Cu reaksiyonu kolayca meydana gelir ve buna güçlü bir ısıtma eşlik eder. Güçlü alkali çözeltilerde alüminyum, hidrojenin salınmasıyla kolayca çözünür: 2Al + 6NaOH + 6H20® 2Na3 + 3H2 (diğer anyonik hidrokso kompleksleri de oluşur). Alüminyum bileşiklerinin amfoterik doğası, taze çökeltilmiş oksit ve hidroksitin alkalilerde kolay çözünmesinde de kendini gösterir. Kristal oksit (korindon) asitlere ve alkalilere karşı çok dayanıklıdır. Alkalilerle birleştirildiğinde susuz alüminatlar oluşur: Al 2 O 3 + 2 NaOH ® 2 Na AlO 2 + H 2 O. Magnezyum alüminat Mg(AlO 2) 2, genellikle çok çeşitli renklerde yabancı maddelerle renklendirilmiş yarı değerli bir spinel taşıdır. .

Alüminyumun halojenlerle reaksiyonu hızlı bir şekilde gerçekleşir. 1 ml brom içeren bir test tüpüne ince bir alüminyum tel sokulursa, kısa bir süre sonra alüminyum tutuşur ve parlak bir alevle yanar. Alüminyum ve iyot tozlarından oluşan bir karışımın reaksiyonu, bir damla su ile başlatılır (iyotlu su, oksit filmini yok eden bir asit oluşturur), ardından mor iyot buharı bulutlarıyla parlak bir alev belirir. Sulu çözeltilerdeki alüminyum halojenürler hidroliz nedeniyle asidik bir reaksiyona sahiptir: AlCl3 + H20 Al(OH)Cl2 + HCl.

Alüminyumun nitrojenle reaksiyonu yalnızca 800 ° C'nin üzerinde nitrür AlN oluşumuyla, kükürt ile - 200 ° C'de (sülfür Al2S3 oluşur), fosforla - 500 ° C'de (fosfit AlP oluşur) meydana gelir. Erimiş alüminyuma bor eklendiğinde, AlB 2 ve AlB 12 bileşiminin borürleri oluşur - asitlere dayanıklı refrakter bileşikler. Hidrit (AlH) x (x = 1,2), atomik hidrojenin alüminyum buharı ile reaksiyonunda yalnızca vakumda düşük sıcaklıklarda oluşur. Oda sıcaklığında nem yokluğunda stabil olan AlH3 hidrit, susuz eterden oluşan bir çözelti içinde elde edilir: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. Aşırı LiH ile tuz benzeri lityum alüminyum hidrit LiAlH4 oluşur - organik sentezlerde kullanılan çok güçlü bir indirgeyici madde. Suyla anında ayrışır: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Alüminyum üretimi.

Alüminyumun belgelenmiş keşfi 1825'te gerçekleşti. Bu metal ilk olarak Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted tarafından potasyum amalgamın susuz alüminyum klorür (klorürün sıcak bir alüminyum oksit ve kömür karışımından geçirilmesiyle elde edilen) üzerindeki etkisi ile izole edildiğinde elde edildi. ). Cıvayı damıtarak Oersted, yabancı maddelerle kirlenmiş olmasına rağmen alüminyum elde etti. 1827'de Alman kimyager Friedrich Wöhler hekzafloroalüminit ile potasyumu indirgeyerek toz halinde alüminyum elde etti:

Na3AlF6 + 3K® Al + 3NaF + 3KF. Daha sonra parlak metal toplar halinde alüminyum elde etmeyi başardı. 1854 yılında Fransız kimyager Henri Etienne Saint-Clair Deville, tetrakloroalüminatın eriyiğini sodyum: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl ile indirgeyerek alüminyum üretimine yönelik ilk endüstriyel yöntemi geliştirdi. Ancak alüminyum son derece nadir ve pahalı bir metal olmaya devam etti; altından pek ucuz değildi ve demirden 1500 kat daha pahalıydı (şimdi sadece üç kat). 1850'li yıllarda Fransız İmparatoru III. Napolyon'un oğlu için altın, alüminyum ve değerli taşlardan bir çıngırak yapılmıştır. Yeni bir yöntemle üretilen büyük bir alüminyum külçesi 1855 yılında Paris'teki Dünya Sergisinde sergilendiğinde ona bir mücevher gibi bakılmıştı. ABD'nin başkentindeki Washington Anıtı'nın üst kısmı (piramit şeklinde) değerli alüminyumdan yapılmıştır. O zamanlar alüminyum gümüşten çok daha ucuz değildi: örneğin ABD'de 1856'da pound başına 12 dolar (454 g), gümüş ise 15 dolara satılıyordu. 1890'da yayınlanan Brockhaus Ansiklopedik Sözlüğü'nde Efron, "alüminyumun hâlâ esas olarak lüks malların imalatında kullanıldığını" söyledi. O zamana kadar dünya çapında yılda yalnızca 2,5 ton metal çıkarılıyordu. Alüminyum üretimi için elektrolitik yöntemin geliştirildiği 19. yüzyılın sonlarına doğru, yıllık üretimi binlerce tona ulaşmaya başladı ve 20. yüzyılda. – milyon ton. Bu, alüminyumu yarı değerli bir metalden yaygın olarak bulunabilen bir metale dönüştürdü.

Alüminyum üretmenin modern yöntemi 1886'da genç Amerikalı araştırmacı Charles Martin Hall tarafından keşfedildi. Çocukken kimyaya ilgi duymaya başladı. Babasının eski kimya ders kitabını bulduktan sonra onu özenle incelemeye ve deneyler yapmaya başladı, hatta bir keresinde yemek masası örtüsüne zarar verdiği için annesinden azar almıştı. Ve 10 yıl sonra kendisini dünya çapında ünlü yapan olağanüstü bir keşifte bulundu.

Hall, 16 yaşında bir öğrenciyken öğretmeni F. F. Jewett'ten, eğer birisi alüminyum üretmenin ucuz bir yolunu geliştirebilirse, o kişinin yalnızca insanlığa büyük bir hizmet yapmakla kalmayıp aynı zamanda büyük bir servet elde edeceğini duydu. Jewett onun ne söylediğini biliyordu: Daha önce Almanya'da eğitim almış, Wöhler'le çalışmış ve onunla alüminyum üretiminin sorunlarını tartışmıştı. Jewett ayrıca Amerika'ya yanında öğrencilerine gösterdiği nadir metalin bir örneğini de getirdi. Aniden Hall kamuoyuna şunu ilan etti: "Bu metali alacağım!"

Altı yıllık sıkı çalışma devam etti. Hall farklı yöntemler kullanarak alüminyum elde etmeye çalıştı ancak başarılı olamadı. Sonunda bu metali elektroliz yoluyla çıkarmaya çalıştı. O zamanlar enerji santralleri yoktu; kömür, çinko, nitrik ve sülfürik asitlerden büyük ev yapımı piller kullanılarak elektrik üretilmesi gerekiyordu. Hall, küçük bir laboratuvar kurduğu bir ahırda çalışıyordu. Kardeşinin deneyleriyle çok ilgilenen kız kardeşi Julia ona yardım etti. Keşfin tarihini tam anlamıyla gün be gün takip etmeyi mümkün kılan tüm mektuplarını ve çalışma günlüklerini korudu. İşte anılarından bir alıntı:

“Charles'ın ruh hali her zaman iyiydi ve en kötü günlerinde bile şanssız mucitlerin kaderine gülebiliyordu. Başarısız olduğu zamanlarda teselliyi eski piyanomuzda buldu. Evindeki laboratuvarda hiç ara vermeden uzun saatler çalıştı; ve bir süreliğine düzeni bırakabildiğinde, biraz oynamak için uzun evimizin üzerinden geçerdi... Böylesine çekicilik ve duyguyla oynarken, sürekli işini düşündüğünü biliyordum. Ve müzik ona bu konuda yardımcı oldu.”

En zor şey bir elektrolit seçmek ve alüminyumu oksidasyondan korumaktı. Altı aylık yorucu bir çalışmanın ardından nihayet potanın içinde birkaç küçük gümüş top belirdi. Hall, başarısını anlatmak için hemen eski öğretmeninin yanına koştu. "Profesör, anladım!" diye bağırdı elini uzatarak: avucunun içinde bir düzine küçük alüminyum top vardı. Bu, 23 Şubat 1886'da gerçekleşti. Ve tam olarak iki ay sonra, aynı yılın 23 Nisan'ında, Fransız Paul Héroux, bağımsız olarak ve neredeyse aynı anda yaptığı benzer bir buluşun patentini aldı (diğer iki tesadüf de dikkat çekicidir: Hall ve Héroux 1863'te doğdular ve 1914'te öldüler).

Artık Hall tarafından üretilen ilk alüminyum toplar ulusal bir kalıntı olarak Pittsburgh'daki American Aluminium Company'de saklanıyor ve onun kolejinde Hall'a ait alüminyumdan yapılmış bir anıt var. Jewett daha sonra şunları yazdı: “En önemli keşfim insanın keşfiydi. 21 yaşındayken alüminyumu cevherden ayırma yöntemini keşfeden ve böylece alüminyumu şu anda dünya çapında yaygın olarak kullanılan harika metal haline getiren kişi Charles M. Hall'du.” Jewett'in kehaneti gerçekleşti: Hall geniş çapta tanındı ve birçok bilimsel topluluğun onursal üyesi oldu. Ancak kişisel hayatı başarısız oldu: Gelin, nişanlısının tüm zamanını laboratuvarda geçirdiği gerçeğini kabullenmek istemedi ve nişanı bozdu. Hall teselliyi hayatının geri kalanında çalıştığı doğduğu üniversitede buldu. Charles'ın erkek kardeşinin yazdığı gibi, "Üniversite onun karısı, çocukları ve diğer her şeyiydi; tüm hayatıydı." Hall mirasının büyük kısmını (5 milyon dolar) üniversiteye miras bıraktı. Hall 51 yaşında lösemiden öldü.

Hall'un yöntemi, elektrik kullanarak büyük ölçekte nispeten ucuz alüminyum üretmeyi mümkün kıldı. Eğer 1855'ten 1890'a kadar sadece 200 ton alüminyum elde edildiyse, Hall'un yöntemi kullanılarak sonraki on yıl içinde dünya çapında bu metalin 28.000 tonu zaten elde edilmişti! 1930 yılına gelindiğinde küresel yıllık alüminyum üretimi 300 bin tona ulaştı. Artık yılda 15 milyon tondan fazla alüminyum üretiliyor. 960-970 ° C sıcaklıktaki özel banyolarda, kısmen mineral formunda çıkarılan ve kısmen özel olarak sentezlenen erimiş kriyolit Na3 AlF 6 içindeki bir alümina (teknik Al203) çözeltisi tabi tutulur. elektrolize. Banyonun dibinde (katot) sıvı alüminyum birikir, yavaş yavaş yanan karbon anotlarında oksijen açığa çıkar. Düşük voltajda (yaklaşık 4,5 V), elektrolizörler 250.000 A'ya kadar çok büyük akımlar tüketir! Bir elektrolizör günde yaklaşık bir ton alüminyum üretiyor. Üretim çok fazla elektrik gerektirir: 1 ton metal üretmek için 15.000 kilovatsaat elektrik gerekir. Bu miktardaki elektrik, 150 dairelik büyük bir binanın bir ay boyunca tükettiği enerjidir. Alüminyum üretimi çevreye zararlıdır çünkü atmosferik hava uçucu flor bileşikleriyle kirlenmiştir.

Alüminyum uygulaması.

D.I. Mendeleev bile "çok hafif ve dayanıklı olan ve havadaki değişkenliği düşük olan metalik alüminyumun bazı ürünler için çok uygun olduğunu" yazdı. Alüminyum en yaygın ve en ucuz metallerden biridir. Onsuz modern yaşamı hayal etmek zor. Alüminyumun 20. yüzyılın metali olarak adlandırılmasına şaşmamalı. İşleme için uygundur: dövme, damgalama, haddeleme, çekme, presleme. Saf alüminyum oldukça yumuşak bir metaldir; Elektrik telleri, yapı parçaları, gıda folyoları, mutfak eşyaları ve “gümüş” boya yapımında kullanılır. Bu güzel ve hafif metal, inşaat ve havacılık teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum ışığı çok iyi yansıtır. Bu nedenle vakumda metal biriktirme yöntemi kullanılarak ayna yapımında kullanılır.

Uçak ve makine mühendisliğinde, bina yapılarının imalatında çok daha sert alüminyum alaşımları kullanılır. En ünlülerinden biri, bakır ve magnezyum içeren bir alüminyum alaşımıdır (duralumin veya basitçe "duralumin"; adı Almanya'nın Düren şehrinden gelir). Bu alaşım sertleştikten sonra özel bir sertlik kazanır ve saf alüminyumdan yaklaşık 7 kat daha güçlü hale gelir. Aynı zamanda demirden neredeyse üç kat daha hafiftir. Alüminyumun az miktarda bakır, magnezyum, manganez, silikon ve demir ilavesiyle alaşımlanmasıyla elde edilir. Siluminler yaygın olarak kullanılmaktadır - alüminyum ve silikonun döküm alaşımları. Yüksek mukavemetli, kriyojenik (dona dayanıklı) ve ısıya dayanıklı alaşımlar da üretilmektedir. Alüminyum alaşımlarından üretilen ürünlere koruyucu ve dekoratif kaplamalar kolaylıkla uygulanır. Alüminyum alaşımlarının hafifliği ve sağlamlığı özellikle havacılık teknolojisinde faydalıdır. Örneğin helikopter rotorları alüminyum, magnezyum ve silikon alaşımından yapılır. Nispeten ucuz alüminyum bronz (% 11'e kadar Al) yüksek mekanik özelliklere sahiptir, deniz suyunda ve hatta seyreltik hidroklorik asitte stabildir. 1926'dan 1957'ye kadar SSCB'de alüminyum bronzdan 1, 2, 3 ve 5 kopek değerinde madeni paralar basıldı.

Şu anda tüm alüminyumun dörtte biri inşaat ihtiyaçları için kullanılıyor, aynı miktar ulaştırma mühendisliği tarafından tüketiliyor, yaklaşık %17'si ambalaj malzemeleri ve teneke kutulara, %10'u ise elektrik mühendisliğine harcanıyor.

Birçok yanıcı ve patlayıcı karışım aynı zamanda alüminyum içerir. Trinitrotoluen ve alüminyum tozunun döküm karışımı olan Alumotol, en güçlü endüstriyel patlayıcılardan biridir. Amonal, amonyum nitrat, trinitrotoluen ve alüminyum tozundan oluşan patlayıcı bir maddedir. Yangın çıkarıcı bileşimler alüminyum ve oksitleyici bir madde - nitrat, perklorat içerir. Zvezdochka piroteknik bileşimleri ayrıca toz halinde alüminyum içerir.

Alüminyum tozu ile metal oksitlerin (termit) karışımı belirli metaller ve alaşımların üretiminde, rayların kaynaklanmasında ve yanıcı mühimmatta kullanılır.

Alüminyum aynı zamanda roket yakıtı olarak da pratik kullanım alanı bulmuştur. 1 kg alüminyumun tamamen yanması için 1 kg kerosenden neredeyse dört kat daha az oksijen gerekir. Ek olarak, alüminyum yalnızca serbest oksijenle değil aynı zamanda su veya karbondioksitin bir parçası olan bağlı oksijenle de oksitlenebilir. Alüminyum suda “yandığında” 1 kg ürün başına 8800 kJ açığa çıkar; bu, metalin saf oksijende yanmasından 1,8 kat daha azdır, ancak havada yanmasından 1,3 kat daha fazladır. Bu, tehlikeli ve pahalı bileşikler yerine, bu yakıt için oksitleyici olarak basit suyun kullanılabileceği anlamına gelir. Alüminyumu yakıt olarak kullanma fikri, 1924 yılında yerli bilim adamı ve mucit F.A. Tsander tarafından önerildi. Planına göre, bir uzay aracının alüminyum elemanlarını ek yakıt olarak kullanmak mümkün. Bu cesur proje henüz pratikte uygulanmadı, ancak şu anda bilinen katı roket yakıtlarının çoğu, ince toz halinde metalik alüminyum içeriyor. Yakıta %15 alüminyum eklenmesi, yanma ürünlerinin sıcaklığını bin derece (2200'den 3200 K'ye) artırabilir; Yanma ürünlerinin motor memesinden akış hızı da gözle görülür şekilde artar - roket yakıtının verimliliğini belirleyen ana enerji göstergesi. Bu bakımdan yalnızca lityum, berilyum ve magnezyum alüminyumla rekabet edebilir ancak hepsi alüminyumdan çok daha pahalıdır.

Alüminyum bileşikleri de yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum oksit, seramik üretimi için hammadde olan refrakter ve aşındırıcı (zımpara) bir malzemedir. Ayrıca lazer malzemeleri, saat yatakları ve mücevher taşları (yapay yakutlar) yapımında da kullanılır. Kalsine alüminyum oksit, gazları ve sıvıları saflaştırmak için bir adsorban ve bir dizi organik reaksiyon için bir katalizördür. Susuz alüminyum klorür, yüksek saflıkta alüminyum üretimi için başlangıç ​​malzemesi olan organik sentezde (Friedel-Crafts reaksiyonu) bir katalizördür. Su arıtma için alüminyum sülfat kullanılır; İçerdiği kalsiyum bikarbonat ile reaksiyona girerek:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, yüzeyde yerleşen, yakalayan ve aynı zamanda emen oksit-hidroksit pulları oluşturur. sudaki asılı yabancı maddeler ve hatta mikroorganizmalar. Ayrıca alüminyum sülfat, kumaşların boyanmasında, deri tabaklamada, ahşabın korunmasında ve kağıdın ebatlanmasında mordan olarak kullanılır. Kalsiyum alüminat, Portland çimentosu da dahil olmak üzere çimentolu malzemelerin bir bileşenidir. İtriyum alüminyum garnet (YAG) YAlO 3 bir lazer malzemesidir. Alüminyum nitrür elektrikli fırınlar için refrakter bir malzemedir. Sentetik zeolitler (alüminosilikatlara aittirler) kromatografide ve katalizörlerde adsorbanlardır. Organoalüminyum bileşikleri (örneğin trietilalüminyum), yüksek kaliteli sentetik kauçuk da dahil olmak üzere polimerlerin sentezi için kullanılan Ziegler-Natta katalizörlerinin bileşenleridir.

Ilya Leenson

Edebiyat:

Tikhonov V.N. Alüminyumun analitik kimyası. M., “Bilim”, 1971
Popüler kimyasal element kütüphanesi. M., “Bilim”, 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall ve Metali. J.Kimya.Educ. 1986, cilt. 63, sayı 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Salonu ve Büyük Alüminyum Devrimi. J.Chem.Educ., 1987, cilt. 64, sayı 8

Yerkabuğunda çok miktarda alüminyum vardır: ağırlıkça %8,6. Tüm metaller arasında birinci, diğer elementler arasında ise (oksijen ve silikondan sonra) üçüncü sırada yer alır. Demirden iki kat daha fazla alüminyum, bakır, çinko, krom, kalay ve kurşunun toplamından ise 350 kat daha fazla var! 100 yıldan fazla bir süre önce klasik ders kitabında yazdığı gibi Kimyanın Temelleri D.I. Mendeleev, tüm metaller arasında “alüminyum doğada en yaygın olanıdır; Alüminyumun yer kabuğundaki evrensel dağılımını netleştirmek için kilin bir parçası olduğunu belirtmek yeterlidir. Alüminyum ya da şap metali (alümen), kilde bulunduğundan dolayı kil olarak da adlandırılmaktadır.”

Alüminyumun en önemli minerali, bazik oksit AlO(OH) ve hidroksit Al(OH)3'ün bir karışımı olan boksittir. En büyük boksit yatakları Avustralya, Brezilya, Gine ve Jamaika'da bulunmaktadır; Diğer ülkelerde de endüstriyel üretim yapılmaktadır. Alunit (şap taşı) (Na,K) 2 SO 4 ·Al 2 (SO 4) 3 ·4Al(OH) 3 ve nefelin (Na,K) 2 O·Al 2 O 3 ·2SiO 2 de alüminyum açısından zengindir. Toplamda alüminyum içeren 250'den fazla mineral bilinmektedir; bunların çoğu, yer kabuğunun esas olarak oluşturulduğu alüminosilikatlardır. Hava şartlarına maruz kaldıklarında, temeli kaolinit Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O minerali olan kil oluşur. Demir yabancı maddeleri genellikle kili kahverengiye boyar, ancak aynı zamanda yapımında kullanılan beyaz kil - kaolin de vardır. porselen ve toprak ürünleri.

Bazen son derece sert (elmastan sonra ikinci) mineral korindon bulunur - kristal oksit Al 2 O 3, genellikle yabancı maddelerle farklı renklerde renklendirilir. Mavi çeşidine (titanyum ve demir karışımı) safir, kırmızı çeşidine (krom karışımı) yakut denir. Çeşitli yabancı maddeler aynı zamanda asil korundum olarak adlandırılan yeşil, sarı, turuncu, mor ve diğer renk ve tonları da renklendirebilir.

Yakın zamana kadar alüminyumun oldukça aktif bir metal olarak doğada serbest halde bulunamayacağına inanılıyordu, ancak 1978'de Sibirya Platformu kayalarında yalnızca iplik benzeri kristaller biçiminde doğal alüminyum keşfedildi. 0,5 mm uzunluğunda (birkaç mikrometrelik diş kalınlığıyla). Kriz ve Bolluk Denizleri bölgelerinden Dünya'ya getirilen ay toprağında da yerli alüminyum keşfedildi. Alüminyum metalinin gazın yoğunlaşmasıyla oluşabileceğine inanılmaktadır. Alüminyum halojenürlerin - klorür, bromür, florür - ısıtıldığında daha fazla veya daha az kolaylıkla buharlaşabilecekleri bilinmektedir (örneğin, AlCl3 zaten 180 ° C'de süblimleşir). Sıcaklıkta güçlü bir artışla alüminyum halojenürler ayrışır ve AlCl gibi daha düşük metal değerlikli bir duruma dönüşür. Böyle bir bileşik, sıcaklıkta bir azalma ve oksijen yokluğu ile yoğunlaştığında, katı fazda bir orantısızlık reaksiyonu meydana gelir: alüminyum atomlarının bir kısmı oksitlenir ve normal üç değerlikli duruma geçer ve bazıları azalır. Tek değerlikli alüminyum yalnızca metale indirgenebilir: 3AlCl® 2Al + AlCl3 . Bu varsayım aynı zamanda doğal alüminyum kristallerinin iplik benzeri şekliyle de desteklenmektedir. Tipik olarak bu yapının kristalleri, gaz fazından hızlı büyüme nedeniyle oluşur. Ay toprağındaki mikroskobik alüminyum külçelerinin de benzer şekilde oluşmuş olması muhtemeldir.

Alüminyum ismi Latince alümen (cins aluminis) kelimesinden gelmektedir. Bu, kumaşların boyanmasında mordan olarak kullanılan çift potasyum-alüminyum sülfat KAl(SO4)2 · 12H2O) şapın adıydı. Latince adı muhtemelen Yunanca "halme" - salamura, tuz çözeltisinden geliyor. İngiltere'de alüminyumun alüminyum, ABD'de ise alüminyum olması ilginçtir.

Kimya ile ilgili pek çok popüler kitapta, adı tarih tarafından korunmamış bir mucidin, MS 14-27 yıllarında Roma'yı yöneten İmparator Tiberius'a gümüş rengine benzeyen bir metalden yapılmış bir kase getirdiğine dair bir efsane yer almaktadır. daha hafif. Bu hediye ustanın hayatına mal oldu: Tiberius, yeni metalin imparatorluk hazinesindeki gümüşün değerini düşürebileceğinden korktuğu için onun idam edilmesini ve atölyenin yıkılmasını emretti.

Bu efsane, Romalı yazar ve bilim adamı Yaşlı Pliny'nin bir hikayesine dayanmaktadır. Doğal Tarih- eski zamanların doğa bilimleri bilgisi ansiklopedisi. Pliny'e göre yeni metal "killi topraktan" elde ediliyordu. Ancak kil alüminyum içerir.

Modern yazarlar neredeyse her zaman tüm bu hikayenin güzel bir peri masalından başka bir şey olmadığı konusunda bir çekince koyarlar. Ve bu şaşırtıcı değil: Kayalardaki alüminyum oksijene son derece sıkı bir şekilde bağlı ve onu serbest bırakmak için çok fazla enerji harcanması gerekiyor. Ancak son zamanlarda antik çağlarda metalik alüminyum elde etmenin temel olasılığı hakkında yeni veriler ortaya çıktı. Spektral analizlerin gösterdiği gibi, 3. yüzyılın başında ölen Çinli komutan Zhou-Zhu'nun mezarındaki süslemeler. AD, %85'i alüminyumdan oluşan bir alaşımdan yapılmıştır. Eskiler bedava alüminyum elde edebilir miydi? Bilinen tüm yöntemler (elektroliz, metalik sodyum veya potasyumla indirgeme) otomatik olarak ortadan kaldırılır. Doğal alüminyum, örneğin altın, gümüş ve bakır külçeleri gibi eski zamanlarda bulunabilir mi? Bu da hariç tutulmuştur: yerli alüminyum, önemsiz miktarlarda bulunan nadir bir mineraldir, bu nedenle eski ustalar bu tür külçeleri gerekli miktarda bulup toplayamamıştır.

Ancak Pliny'nin öyküsünün başka bir açıklaması da mümkündür. Alüminyum cevherlerden yalnızca elektrik ve alkali metallerin yardımıyla geri kazanılamaz. Antik çağlardan beri yaygın olarak kullanılan ve mevcut bir indirgeyici madde vardır - birçok metalin oksitlerinin ısıtıldığında serbest metallere indirgendiği kömür. 1970'lerin sonlarında Alman kimyacılar, alüminyumun eski çağlarda kömürle indirgenerek üretilip üretilemeyeceğini test etmeye karar verdiler. Kil ile kömür tozu ve sofra tuzu veya potas (potasyum karbonat) karışımını bir kil potasında kırmızı ısıya kadar ısıttılar. Sadece eski zamanlarda mevcut olan madde ve yöntemleri kullanmak için deniz suyundan tuz ve bitki külünden potas elde edildi. Bir süre sonra alüminyum bilyeli cüruf potanın yüzeyine çıktı! Metal verimi azdı, ancak eski metalurjistlerin "20. yüzyılın metalini" bu şekilde elde edebilmeleri mümkündür.

Alüminyumun özellikleri.

Saf alüminyumun rengi gümüşe benzer, çok hafif bir metaldir: yoğunluğu yalnızca 2,7 g/cm3'tür. Alüminyumdan daha hafif olan metaller alkali ve toprak alkali metaller (baryum hariç), berilyum ve magnezyumdur. Alüminyum da kolayca erir - 600 ° C'de (ince alüminyum tel normal bir mutfak ocağında eritilebilir), ancak yalnızca 2452 ° C'de kaynar. Elektrik iletkenliği açısından alüminyum 4. sırada, yalnızca gümüşten sonra ikinci sıradadır (o alüminyumun ucuzluğu göz önüne alındığında büyük pratik öneme sahip olan bakır ve altın ilk sırada yer almaktadır. Metallerin ısı iletkenliği de aynı sırayla değişir. Bir alüminyum kaşığı sıcak çaya batırarak alüminyumun yüksek ısı iletkenliğini doğrulamak kolaydır. Ve bu metalin dikkat çekici bir özelliği daha: Pürüzsüz, parlak yüzeyi ışığı mükemmel bir şekilde yansıtır: dalga boyuna bağlı olarak spektrumun görünür bölgesinde %80 ila %93. Ultraviyole bölgede alüminyumun bu konuda eşi benzeri yoktur ve yalnızca kırmızı bölgede gümüşten biraz daha düşüktür (ultraviyolede gümüşün yansıtıcılığı çok düşüktür).

Saf alüminyum oldukça yumuşak bir metaldir - bakırdan neredeyse üç kat daha yumuşaktır, bu nedenle nispeten kalın alüminyum plakaların ve çubukların bile bükülmesi kolaydır, ancak alüminyum alaşımlar oluşturduğunda (bunlardan çok sayıda vardır), sertliği on kat artabilir.

Alüminyumun karakteristik oksidasyon durumu +3'tür, ancak doldurulmamış 3'ün varlığı nedeniyle R- ve 3 D-orbitallerde alüminyum atomları ek donör-alıcı bağları oluşturabilir. Bu nedenle, küçük yarıçaplı Al 3+ iyonu, çeşitli katyonik ve anyonik kompleksler oluşturarak kompleks oluşumuna çok yatkındır: AlCl 4 –, AlF 6 3–, 3+, Al(OH) 4 –, Al(OH) 6 3–, AlH 4 – ve diğerleri. Organik bileşiklerle kompleksler de bilinmektedir.

Alüminyumun kimyasal aktivitesi çok yüksektir; elektrot potansiyelleri serisinde magnezyumun hemen arkasında yer alır. İlk bakışta böyle bir ifade garip görünebilir: Sonuçta, alüminyum bir tava veya kaşık havada oldukça stabildir ve kaynar suda çökmez. Alüminyum, demirin aksine paslanmaz. Havaya maruz kaldığında metalin, metali oksidasyondan koruyan renksiz, ince ama dayanıklı bir oksit "zırhı" ile kaplandığı ortaya çıktı. Yani, brülörün alevine kalın bir alüminyum tel veya 0,5-1 mm kalınlığında bir plaka sokarsanız, metal erir, ancak alüminyum, oksit torbasında kaldığı için akmaz. Alüminyumu koruyucu filminden mahrum bırakırsanız veya gevşetirseniz (örneğin, cıva tuzları çözeltisine batırarak), alüminyum gerçek özünü hemen ortaya çıkaracaktır: zaten oda sıcaklığında suyla kuvvetli bir şekilde reaksiyona girerek hidrojen açığa çıkaracaktır. : 2Al + 6H20® 2Al(OH)3 + 3H2. Havada, koruyucu filminden sıyrılan alüminyum, gözümüzün önünde gevşek oksit tozuna dönüşür: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3 . Alüminyum özellikle ince ezilmiş halde aktiftir; Alüminyum tozu aleve üflendiğinde anında yanar. Alüminyum tozunu sodyum peroksit ile seramik bir tabakta karıştırıp üzerine su damlatırsanız alüminyum da parlar ve beyaz bir alevle yanar.

Alüminyumun oksijene olan çok yüksek afinitesi, oksijeni diğer bazı metallerin oksitlerinden “uzaklaştırmasına” ve bunları azaltmasına olanak tanır (alüminotermi yöntemi). En ünlü örnek, yakıldığında ortaya çıkan demirin erimesine neden olacak kadar çok ısı açığa çıkaran termit karışımıdır: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Bu reaksiyon 1856'da N.N. Beketov tarafından keşfedildi. Bu şekilde Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO ve diğer bazı oksitler metallere indirgenebilir. Cr203, Nb205, Ta205, SiO2, TiO2, ZrO2, B203'ü alüminyum ile indirgerken, reaksiyon ısısı, reaksiyon ürünlerini erime noktalarının üzerine ısıtmak için yeterli değildir.

Alüminyum, seyreltik mineral asitlerde kolaylıkla çözünerek tuz oluşturur. Alüminyum yüzeyini oksitleyen konsantre nitrik asit, oksit filminin kalınlaşmasını ve güçlenmesini sağlar (metalin pasivasyonu olarak adlandırılır). Bu şekilde işlenen alüminyum hidroklorik asitle bile reaksiyona girmez. Elektrokimyasal anodik oksidasyon (anodizasyon) kullanılarak alüminyum yüzeyinde kolaylıkla farklı renklere boyanabilen kalın bir film oluşturulabilir.

Daha az aktif metallerin tuz çözeltilerindeki alüminyum tarafından yer değiştirmesi genellikle alüminyum yüzeyindeki koruyucu bir film tarafından engellenir. Bu film bakır klorür tarafından hızlı bir şekilde yok edilir, bu nedenle 3CuCl2 + 2Al ® 2AlCl3 + 3Cu reaksiyonu kolayca meydana gelir ve buna güçlü bir ısıtma eşlik eder. Güçlü alkali çözeltilerde alüminyum, hidrojenin salınmasıyla kolayca çözünür: 2Al + 6NaOH + 6H20® 2Na3 + 3H2 (diğer anyonik hidrokso kompleksleri de oluşur). Alüminyum bileşiklerinin amfoterik doğası, taze çökeltilmiş oksit ve hidroksitin alkalilerde kolay çözünmesinde de kendini gösterir. Kristal oksit (korindon) asitlere ve alkalilere karşı çok dayanıklıdır. Alkalilerle birleştirildiğinde susuz alüminatlar oluşur: Al 2 O 3 + 2 NaOH ® 2 Na AlO 2 + H 2 O. Magnezyum alüminat Mg(AlO 2) 2, genellikle çok çeşitli renklerde yabancı maddelerle renklendirilmiş yarı değerli bir spinel taşıdır. .

Alüminyumun halojenlerle reaksiyonu hızlı bir şekilde gerçekleşir. 1 ml brom içeren bir test tüpüne ince bir alüminyum tel sokulursa, kısa bir süre sonra alüminyum tutuşur ve parlak bir alevle yanar. Alüminyum ve iyot tozlarından oluşan bir karışımın reaksiyonu, bir damla su ile başlatılır (iyotlu su, oksit filmini yok eden bir asit oluşturur), ardından mor iyot buharı bulutlarıyla parlak bir alev belirir. Sulu çözeltilerdeki alüminyum halojenürler hidroliz nedeniyle asidik bir reaksiyona sahiptir: AlCl3 + H20 Al(OH)Cl2 + HCl.

Alüminyumun nitrojenle reaksiyonu yalnızca 800 ° C'nin üzerinde nitrür AlN oluşumuyla, kükürt ile - 200 ° C'de (sülfür Al2S3 oluşur), fosforla - 500 ° C'de (fosfit AlP oluşur) meydana gelir. Erimiş alüminyuma bor eklendiğinde, AlB 2 ve AlB 12 bileşiminin borürleri oluşur - asitlere dayanıklı refrakter bileşikler. Hidrit (AlH) x (x = 1,2), atomik hidrojenin alüminyum buharı ile reaksiyonunda yalnızca vakumda düşük sıcaklıklarda oluşur. Oda sıcaklığında nem yokluğunda stabil olan AlH3 hidrit, susuz eterden oluşan bir çözelti içinde elde edilir: AlCl3 + LiH® AlH3 + 3LiCl. Aşırı LiH ile tuz benzeri lityum alüminyum hidrit LiAlH4 oluşur - organik sentezlerde kullanılan çok güçlü bir indirgeyici madde. Suyla anında ayrışır: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al(OH) 3 + 4H 2.

Alüminyum üretimi.

Alüminyumun belgelenmiş keşfi 1825'te gerçekleşti. Bu metal ilk olarak Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted tarafından potasyum amalgamın susuz alüminyum klorür (klorürün sıcak bir alüminyum oksit ve kömür karışımından geçirilmesiyle elde edilen) üzerindeki etkisi ile izole edildiğinde elde edildi. ). Cıvayı damıtarak Oersted, yabancı maddelerle kirlenmiş olmasına rağmen alüminyum elde etti. 1827'de Alman kimyager Friedrich Wöhler hekzafloroalüminit ile potasyumu indirgeyerek toz halinde alüminyum elde etti:

Na3AlF6 + 3K® Al + 3NaF + 3KF. Daha sonra parlak metal toplar halinde alüminyum elde etmeyi başardı. 1854 yılında Fransız kimyager Henri Etienne Saint-Clair Deville, tetrakloroalüminatın eriyiğini sodyum: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl ile indirgeyerek alüminyum üretimine yönelik ilk endüstriyel yöntemi geliştirdi. Ancak alüminyum son derece nadir ve pahalı bir metal olmaya devam etti; altından pek ucuz değildi ve demirden 1500 kat daha pahalıydı (şimdi sadece üç kat). 1850'li yıllarda Fransız İmparatoru III. Napolyon'un oğlu için altın, alüminyum ve değerli taşlardan bir çıngırak yapılmıştır. Yeni bir yöntemle üretilen büyük bir alüminyum külçesi 1855 yılında Paris'teki Dünya Sergisinde sergilendiğinde ona bir mücevher gibi bakılmıştı. ABD'nin başkentindeki Washington Anıtı'nın üst kısmı (piramit şeklinde) değerli alüminyumdan yapılmıştır. O zamanlar alüminyum gümüşten çok daha ucuz değildi: örneğin ABD'de 1856'da pound başına 12 dolar (454 g), gümüş ise 15 dolara satılıyordu. 1890'da yayınlanan Brockhaus Ansiklopedik Sözlüğü'nde Efron, "alüminyumun hâlâ esas olarak lüks malların imalatında kullanıldığını" söyledi. O zamana kadar dünya çapında yılda yalnızca 2,5 ton metal çıkarılıyordu. Alüminyum üretimi için elektrolitik yöntemin geliştirildiği 19. yüzyılın sonlarına doğru, yıllık üretimi binlerce tona ulaşmaya başladı ve 20. yüzyılda. – milyon ton. Bu, alüminyumu yarı değerli bir metalden yaygın olarak bulunabilen bir metale dönüştürdü.

Alüminyum üretmenin modern yöntemi 1886'da genç Amerikalı araştırmacı Charles Martin Hall tarafından keşfedildi. Çocukken kimyaya ilgi duymaya başladı. Babasının eski kimya ders kitabını bulduktan sonra onu özenle incelemeye ve deneyler yapmaya başladı, hatta bir keresinde yemek masası örtüsüne zarar verdiği için annesinden azar almıştı. Ve 10 yıl sonra kendisini dünya çapında ünlü yapan olağanüstü bir keşifte bulundu.

Hall, 16 yaşında bir öğrenciyken öğretmeni F. F. Jewett'ten, eğer birisi alüminyum üretmenin ucuz bir yolunu geliştirebilirse, o kişinin yalnızca insanlığa büyük bir hizmet yapmakla kalmayıp aynı zamanda büyük bir servet elde edeceğini duydu. Jewett onun ne söylediğini biliyordu: Daha önce Almanya'da eğitim almış, Wöhler'le çalışmış ve onunla alüminyum üretiminin sorunlarını tartışmıştı. Jewett ayrıca Amerika'ya yanında öğrencilerine gösterdiği nadir metalin bir örneğini de getirdi. Aniden Hall kamuoyuna şunu ilan etti: "Bu metali alacağım!"

Altı yıllık sıkı çalışma devam etti. Hall farklı yöntemler kullanarak alüminyum elde etmeye çalıştı ancak başarılı olamadı. Sonunda bu metali elektroliz yoluyla çıkarmaya çalıştı. O zamanlar enerji santralleri yoktu; kömür, çinko, nitrik ve sülfürik asitlerden büyük ev yapımı piller kullanılarak elektrik üretilmesi gerekiyordu. Hall, küçük bir laboratuvar kurduğu bir ahırda çalışıyordu. Kardeşinin deneyleriyle çok ilgilenen kız kardeşi Julia ona yardım etti. Keşfin tarihini tam anlamıyla gün be gün takip etmeyi mümkün kılan tüm mektuplarını ve çalışma günlüklerini korudu. İşte anılarından bir alıntı:

“Charles'ın ruh hali her zaman iyiydi ve en kötü günlerinde bile şanssız mucitlerin kaderine gülebiliyordu. Başarısız olduğu zamanlarda teselliyi eski piyanomuzda buldu. Evindeki laboratuvarda hiç ara vermeden uzun saatler çalıştı; ve bir süreliğine düzeni bırakabildiğinde, biraz oynamak için uzun evimizin üzerinden geçerdi... Böylesine çekicilik ve duyguyla oynarken, sürekli işini düşündüğünü biliyordum. Ve müzik ona bu konuda yardımcı oldu.”

En zor şey bir elektrolit seçmek ve alüminyumu oksidasyondan korumaktı. Altı aylık yorucu bir çalışmanın ardından nihayet potanın içinde birkaç küçük gümüş top belirdi. Hall, başarısını anlatmak için hemen eski öğretmeninin yanına koştu. "Profesör, anladım!" diye bağırdı elini uzatarak: avucunun içinde bir düzine küçük alüminyum top vardı. Bu, 23 Şubat 1886'da gerçekleşti. Ve tam olarak iki ay sonra, aynı yılın 23 Nisan'ında, Fransız Paul Héroux, bağımsız olarak ve neredeyse aynı anda yaptığı benzer bir buluşun patentini aldı (diğer iki tesadüf de dikkat çekicidir: Hall ve Héroux 1863'te doğdular ve 1914'te öldüler).

Artık Hall tarafından üretilen ilk alüminyum toplar ulusal bir kalıntı olarak Pittsburgh'daki American Aluminium Company'de saklanıyor ve onun kolejinde Hall'a ait alüminyumdan yapılmış bir anıt var. Jewett daha sonra şunları yazdı: “En önemli keşfim insanın keşfiydi. 21 yaşındayken alüminyumu cevherden ayırma yöntemini keşfeden ve böylece alüminyumu şu anda dünya çapında yaygın olarak kullanılan harika metal haline getiren kişi Charles M. Hall'du.” Jewett'in kehaneti gerçekleşti: Hall geniş çapta tanındı ve birçok bilimsel topluluğun onursal üyesi oldu. Ancak kişisel hayatı başarısız oldu: Gelin, nişanlısının tüm zamanını laboratuvarda geçirdiği gerçeğini kabullenmek istemedi ve nişanı bozdu. Hall teselliyi hayatının geri kalanında çalıştığı doğduğu üniversitede buldu. Charles'ın erkek kardeşinin yazdığı gibi, "Üniversite onun karısı, çocukları ve diğer her şeyiydi; tüm hayatıydı." Hall mirasının büyük kısmını (5 milyon dolar) üniversiteye miras bıraktı. Hall 51 yaşında lösemiden öldü.

Hall'un yöntemi, elektrik kullanarak büyük ölçekte nispeten ucuz alüminyum üretmeyi mümkün kıldı. Eğer 1855'ten 1890'a kadar sadece 200 ton alüminyum elde edildiyse, Hall'un yöntemi kullanılarak sonraki on yıl içinde dünya çapında bu metalin 28.000 tonu zaten elde edilmişti! 1930 yılına gelindiğinde küresel yıllık alüminyum üretimi 300 bin tona ulaştı. Artık yılda 15 milyon tondan fazla alüminyum üretiliyor. 960-970 ° C sıcaklıktaki özel banyolarda, kısmen mineral formunda çıkarılan ve kısmen özel olarak sentezlenen erimiş kriyolit Na3 AlF 6 içindeki bir alümina (teknik Al203) çözeltisi tabi tutulur. elektrolize. Banyonun dibinde (katot) sıvı alüminyum birikir, yavaş yavaş yanan karbon anotlarında oksijen açığa çıkar. Düşük voltajda (yaklaşık 4,5 V), elektrolizörler 250.000 A'ya kadar çok büyük akımlar tüketir! Bir elektrolizör günde yaklaşık bir ton alüminyum üretiyor. Üretim çok fazla elektrik gerektirir: 1 ton metal üretmek için 15.000 kilovatsaat elektrik gerekir. Bu miktardaki elektrik, 150 dairelik büyük bir binanın bir ay boyunca tükettiği enerjidir. Alüminyum üretimi çevreye zararlıdır çünkü atmosferik hava uçucu flor bileşikleriyle kirlenmiştir.

Alüminyum uygulaması.

D.I. Mendeleev bile "çok hafif ve dayanıklı olan ve havadaki değişkenliği düşük olan metalik alüminyumun bazı ürünler için çok uygun olduğunu" yazdı. Alüminyum en yaygın ve en ucuz metallerden biridir. Onsuz modern yaşamı hayal etmek zor. Alüminyumun 20. yüzyılın metali olarak adlandırılmasına şaşmamalı. İşleme için uygundur: dövme, damgalama, haddeleme, çekme, presleme. Saf alüminyum oldukça yumuşak bir metaldir; Elektrik telleri, yapı parçaları, gıda folyoları, mutfak eşyaları ve “gümüş” boya yapımında kullanılır. Bu güzel ve hafif metal, inşaat ve havacılık teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum ışığı çok iyi yansıtır. Bu nedenle vakumda metal biriktirme yöntemi kullanılarak ayna yapımında kullanılır.

Uçak ve makine mühendisliğinde, bina yapılarının imalatında çok daha sert alüminyum alaşımları kullanılır. En ünlülerinden biri, bakır ve magnezyum içeren bir alüminyum alaşımıdır (duralumin veya basitçe "duralumin"; adı Almanya'nın Düren şehrinden gelir). Bu alaşım sertleştikten sonra özel bir sertlik kazanır ve saf alüminyumdan yaklaşık 7 kat daha güçlü hale gelir. Aynı zamanda demirden neredeyse üç kat daha hafiftir. Alüminyumun az miktarda bakır, magnezyum, manganez, silikon ve demir ilavesiyle alaşımlanmasıyla elde edilir. Siluminler yaygın olarak kullanılmaktadır - alüminyum ve silikonun döküm alaşımları. Yüksek mukavemetli, kriyojenik (dona dayanıklı) ve ısıya dayanıklı alaşımlar da üretilmektedir. Alüminyum alaşımlarından üretilen ürünlere koruyucu ve dekoratif kaplamalar kolaylıkla uygulanır. Alüminyum alaşımlarının hafifliği ve sağlamlığı özellikle havacılık teknolojisinde faydalıdır. Örneğin helikopter rotorları alüminyum, magnezyum ve silikon alaşımından yapılır. Nispeten ucuz alüminyum bronz (% 11'e kadar Al) yüksek mekanik özelliklere sahiptir, deniz suyunda ve hatta seyreltik hidroklorik asitte stabildir. 1926'dan 1957'ye kadar SSCB'de alüminyum bronzdan 1, 2, 3 ve 5 kopek değerinde madeni paralar basıldı.

Şu anda tüm alüminyumun dörtte biri inşaat ihtiyaçları için kullanılıyor, aynı miktar ulaştırma mühendisliği tarafından tüketiliyor, yaklaşık %17'si ambalaj malzemeleri ve teneke kutulara, %10'u ise elektrik mühendisliğine harcanıyor.

Birçok yanıcı ve patlayıcı karışım aynı zamanda alüminyum içerir. Trinitrotoluen ve alüminyum tozunun döküm karışımı olan Alumotol, en güçlü endüstriyel patlayıcılardan biridir. Amonal, amonyum nitrat, trinitrotoluen ve alüminyum tozundan oluşan patlayıcı bir maddedir. Yangın çıkarıcı bileşimler alüminyum ve oksitleyici bir madde - nitrat, perklorat içerir. Zvezdochka piroteknik bileşimleri ayrıca toz halinde alüminyum içerir.

Alüminyum tozu ile metal oksitlerin (termit) karışımı belirli metaller ve alaşımların üretiminde, rayların kaynaklanmasında ve yanıcı mühimmatta kullanılır.

Alüminyum aynı zamanda roket yakıtı olarak da pratik kullanım alanı bulmuştur. 1 kg alüminyumun tamamen yanması için 1 kg kerosenden neredeyse dört kat daha az oksijen gerekir. Ek olarak, alüminyum yalnızca serbest oksijenle değil aynı zamanda su veya karbondioksitin bir parçası olan bağlı oksijenle de oksitlenebilir. Alüminyum suda “yandığında” 1 kg ürün başına 8800 kJ açığa çıkar; bu, metalin saf oksijende yanmasından 1,8 kat daha azdır, ancak havada yanmasından 1,3 kat daha fazladır. Bu, tehlikeli ve pahalı bileşikler yerine, bu yakıt için oksitleyici olarak basit suyun kullanılabileceği anlamına gelir. Alüminyumu yakıt olarak kullanma fikri, 1924 yılında yerli bilim adamı ve mucit F.A. Tsander tarafından önerildi. Planına göre, bir uzay aracının alüminyum elemanlarını ek yakıt olarak kullanmak mümkün. Bu cesur proje henüz pratikte uygulanmadı, ancak şu anda bilinen katı roket yakıtlarının çoğu, ince toz halinde metalik alüminyum içeriyor. Yakıta %15 alüminyum eklenmesi, yanma ürünlerinin sıcaklığını bin derece (2200'den 3200 K'ye) artırabilir; Yanma ürünlerinin motor memesinden akış hızı da gözle görülür şekilde artar - roket yakıtının verimliliğini belirleyen ana enerji göstergesi. Bu bakımdan yalnızca lityum, berilyum ve magnezyum alüminyumla rekabet edebilir ancak hepsi alüminyumdan çok daha pahalıdır.

Alüminyum bileşikleri de yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyum oksit, seramik üretimi için hammadde olan refrakter ve aşındırıcı (zımpara) bir malzemedir. Ayrıca lazer malzemeleri, saat yatakları ve mücevher taşları (yapay yakutlar) yapımında da kullanılır. Kalsine alüminyum oksit, gazları ve sıvıları saflaştırmak için bir adsorban ve bir dizi organik reaksiyon için bir katalizördür. Susuz alüminyum klorür, yüksek saflıkta alüminyum üretimi için başlangıç ​​malzemesi olan organik sentezde (Friedel-Crafts reaksiyonu) bir katalizördür. Su arıtma için alüminyum sülfat kullanılır; İçerdiği kalsiyum bikarbonat ile reaksiyona girerek:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 ® 2AlO(OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, yüzeyde yerleşen, yakalayan ve aynı zamanda emen oksit-hidroksit pulları oluşturur. sudaki asılı yabancı maddeler ve hatta mikroorganizmalar. Ayrıca alüminyum sülfat, kumaşların boyanmasında, deri tabaklamada, ahşabın korunmasında ve kağıdın ebatlanmasında mordan olarak kullanılır. Kalsiyum alüminat, Portland çimentosu da dahil olmak üzere çimentolu malzemelerin bir bileşenidir. İtriyum alüminyum garnet (YAG) YAlO 3 bir lazer malzemesidir. Alüminyum nitrür elektrikli fırınlar için refrakter bir malzemedir. Sentetik zeolitler (alüminosilikatlara aittirler) kromatografide ve katalizörlerde adsorbanlardır. Organoalüminyum bileşikleri (örneğin trietilalüminyum), yüksek kaliteli sentetik kauçuk da dahil olmak üzere polimerlerin sentezi için kullanılan Ziegler-Natta katalizörlerinin bileşenleridir.

Ilya Leenson

Edebiyat:

Tikhonov V.N. Alüminyumun analitik kimyası. M., “Bilim”, 1971
Popüler kimyasal element kütüphanesi. M., “Bilim”, 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall ve Metali. J.Kimya.Educ. 1986, cilt. 63, sayı 7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Salonu ve Büyük Alüminyum Devrimi. J.Chem.Educ., 1987, cilt. 64, sayı 8