АЛЮМИНИЙ (Aluminium, від лат. Alumen (aluminis) - галун], Al - хім. Елемент III групи періодичної системи елементів; ат. Н. 13, ат. М. 26,98154. Сріблясто-білий метал, при звичайних умовах покритий тонкою окисної плівкою. у всіх сполуках алюміній трьохвалентний, але при високих т-рах може бути одновалентним (утворюючи субсоедіненія) і, значно рідше, двовалентним. Складається з стабільного ізотопу 27Al. Вперше алюміній у вільному вигляді виділив в 1825 датський вчений X. К. Ерстед. Перший пром. спосіб вироб-ва А. запропонував в 1854 франц. хімік А. Е. Сент-Клер Девіль .
Межа міцності на розтягнення 8-10 кгс / мм2, межа плинності при розтягуванні 3 кгс / мм2, відносне подовження 35%, відносне звуження 80%, твердість по Брінеллю 25, модуль норм, пружності 7100 кгс / мм2, модуль зсуву 2600 кгс / мм2 . Після холодної прокатки межа міцності зростає до 18-25 кгс / мм2, твердість по Брінеллю - до 45 -60, відносне подовження зменшується до 3-5%. Алюміній відрізняється високою електропровідністю (четверте місце серед металів - після срібла, міді і золота).
Домішки і легуючі добавки знижують електропровідність алюмінію, особливо марганець. ванадій. хром і титан. в меншій мірі - нікель. кремній. цинк. залізо і мідь. Так, електропровідність алюмінію чистотою 99,997% становить 65,5% електропровідності міді, а електропровідність А. чистотою 99,5% знижується до 62,5%. Алюміній відноситься до хімічно активних металів. На повітрі швидко покривається тонкою міцною окисною плівкою товщиною 50-100 А, що захищає від подальшого окислення.
Плівка має високу електро. опір (напруга пробою перевищує 500 в) і, на відміну від органічних ізоляторів, витримує високі т-ри. Алюміній утворює сполуки майже з усіма елементами, розчиняється в к-тах і лугах. Однак він може успішно використовуватися в корозійних середовищах, в яких брало поверхнева захисна плівка окису алюмінію нерастворима. Алюміній відрізняється високу корозійну стійкість у воді, в тому числі киплячій і морської. Він стійкий в оцтової, лимонної, винної та ін. Органічних к-тах.
Алюміній практично не взаємодіє з концентрованою азотною к-тій, мн. органічними речовинами і харчовими продуктами, Швидко розчиняється в розчинах їдких лугів (утворюючи алюмінати), соляної, плавикової і бромистоводневої к-тах. Слабо взаємодіє з борною к-тій. При звичайних т-рах не взаємодіє з водою, парами води, окисом і двоокисом вуглецю; при досить високих т-рах здатний реагувати з ними. А. стійкий в розчинах сірчанокислих нейтральних солей магнію, натрію, а також гипосульфита. Мало впливають на А. сірчистий газ, аміак і сірководень.
Додавання до води лугів, солей, ртуті, міді і іонів хлору збільшує його корозію. Водень розчиняється в твердому алюмінії, з підвищенням т-ри розчинністьзбільшується (при т-ре 350 ° С вона складає 0,002 см3 / 100 г, а при т-ре 660 ° С - 0,036 см3 / 100 г). Компактний А. в середовищі азоту покривається тонкою плівкою нітриду. З галогенами, сіркою і фосфором А. взаємодіє при високих т-рах. З більш електропозитивні елементами утворює алюмініди. При нагріванні алюміній відновлює більшість оксидів ін. Металів, що використовується в алюмотермії. Виробництво алюмінію полягає в отриманні окису алюмінію з алюмінієвих руд лужним, кислотним, електротермічним або комбінованими способами, отриманні первинного металу електролізом окису алюмінію (в спец. Апаратах - електролізерах), розчиненої в розплавленому кріоліті при т-ре близько 950 ° С, і рафінуванні цього металу.
В виробництв ве використовують електролізери з безперервними самообжігающіміся анодами і бічним або верхнім підведенням струму, електролізери з обпаленими анодами. Катодом служить подина ванни, анодом - занурені в електроліт вугільні обпалені блоки або набивні самообжігающіеся електроди. Ванну експлуатують при напрузі 4,0-4,5 в. Сила струму, що підводиться до електролізерів, - 130-160 ка. Щільність струму на аноді 0,7-0,8 а / см ². на катоді 0,4-0,5а / см ². Витрата електроенергії на з 1mA. становить 14 000- 15000кВт-ч. Чернової алюміній містить домішки від яких брало його очищають продуванием розплаву хлором при т-ре 750-770 С протягом 10-15 хв, після чого розливають в чушки.
Чистоті первинного А, 99,7-99,5%. Перспективний хлорідний спосіб отримання алюмінію дозволяє зменшити витрати енергії та злизати забруднення навколишнього середовища. Залежно від способу отримання та хім. складу розрізняють: Алюміній особливої чистоти, А. високої чистоти і А. технічної чистоти. А. особливої чистоти (марки А999) містить не більше 0,001% домішок. Отримують його зонної плавкою і дистиляцією через субгалогеніди електролітично рафінованого металу. Для більш глибокого очищення ці способи комбінують. Застосовується для науково-дослідних цілей, в напівпровідникової і ядерній техніці. Алюміній високої чисто-т и (марок А995, А99, А97, А95) містить від 0,005 до 0,05% домішок.
Для виготовлення сплавів на алюмінієвій та ін. Основах, спец. лігатур, кабельних і струмопровідних виробі застосовують метал марки ДО, для підшити-товки алюмінієвих сплавів, виготовлення лігатур, в алюмотер-мні - метал марки А, для вироб-ва алюмінієвої катанки - метал марки АЕ. А. високою і технічної чистоти випускають в чушках масою 5; 15 і 1000 кг. Осн. види алюмінієвих напівфабрикатів - листи, дріт і смуги.
Постачають напівфабрикати і вироби в гарячекатаному, нагартованной і відпаленого стані. Мала щільність металу, висока електропровідність, достатня механічна міцність і висока корозійна стійкість по відношенню до деяких хім. реагентів, а також низька собівартість обумовлюють широке застосування А. в різних областях техніки.
Відносно низький перетин поглинання теплових нейтронів, мала чутливість структури і хутро. св-в до радіаційного впливу, а також значна корозійна стійкість в деяких середовищах-теплоносіях дозволяють використовувати А. як конструкційний матеріал ядерних реакторів, гл. обр. з водяним охолодженням. А. застосовують також для виготовлення захисних оболонок тепловиділяючих елементів, трубопроводів. Алюміній служить основою для алюмінію сплавів, легирующим елементом в магнієвих, цинкових, мідних, титанових та інших сплавів.
На основі алюмінію методом порошкової металургії створені спечені алюмінієві сплави, що відрізняються високою жароміцних. А. використовують для розкислення стали, отримання деяких металів методом алюмотермії, вибухових речовин, а також в композиційних матеріалах на різній основі. Див. Також Алюмінієва бронза, Алюмінієва латунь. Алюмінієвий чавун, алюмо-вання, Алітування.
Природний алюміній - це стабільний ізотоп 27 Al
Кілька радіоактивних ізотопів алюмінію отримані штучно. з них ... застосовується як мічений атом.
За поширеністю в літосфері алюміній займає перше місце серед металів і загальне третє місце (після кисню і кремнію). в наслідок великої хімічної активності він не зустрічається у вільному стані.
Важливі руди алюмінію - боксити Al 2 O 3 · nH 2 O (що містить 32 - 60% Al 2 O 3). алуніт K 2 SO 4 · Al 2 (SO 4) 3 · 2Al 2 O 3 · 6H 2 O. каолін Al 2 O 3 · 2SiO 2 · 2H 2 O. нефелин Na 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2. залягає спільно з апетитом.
Алюміній входить також до складу численних польових шпатів. ортоклаза K [AlSiO 8]. альбіта Na [AlSi 3 O 8]. цеоліту. слюда і ін.
Складність отримання алюмінію обумовлюється тим. що оксид алюмінію не проводить електричний струм і відрізняється високою температурою плавлення 2050 ° C. Тому електролізу піддають розплавлену суміш. містить 6 - 8% Al 2 O 3 і 92 - 94% кріоліту Na3 [AlF6]. Крім того. в розплав додають фториди кальцію. магнію або алюмінію для зниження температури плавлення електроліту і поліпшення ходу процесу. В результаті всього цього вдається вести процес при температурі 960 ° C. Дно електролізера. складене з блоків спресованого вугілля. служить катодом. Алюмінієві каркаси. розташовані зверху і заповнені вугільними брикетами. грають роль анодів.
Al 2 O 3 ⇄ Al ³ ⁺ + AlO 3 ³ ˉ
На катоді виділяється металевий алюміній.
У гідроксиду алюмінію основні і кислотні властивості виражені приблизно однаково.
Солі алюмінію добре розчинні у воді. легко гідролізуються і деякі з них (Al 2 S 3) тобто на підставу і кислоту.
Хлорид алюмінію AlCl 3 відомий як каталізатор в органічному синтезі.
Сульфат алюмінію Al 2 (SO 4) 3 · 18H 2 O застосовується для очищення природних вод від колоїдних частинок. які захоплюються гідроксидом алюмінію. утворюється при гідролізі солі.
Сульфат калію - алюмінію (алюмокалієві галун) KAl (SO 4) 2 · 12H 2 O застосовується в шкіряній промисловості. служить протравов при фарбуванні бавовняних тканин.
Мала щільність. пластичність і стійкість до корозії забезпечили алюмінію застосування в авіа - і автопромисловості. Він входить до складу легких сплавів. дуралюмина (сплав алюмінію. міді. магнію і марганцю). силуміну (сплаву алюмінію і кремнію) та деяких інших. З алюмінієвих сплавів виготовляють корпуса штучних супутників Землі і космічних кораблів.
В електротехніці алюміній замінив мідь як матеріал для виготовлення проводів. Використовується як відновник при виплавці металів (Алюмінотермія).
Cr 2 O 3 + 2Al = 2Cr + Al 2 O 3
Алюминотермии. відкрив М.М. Бекетовим в 1859 р застосовують і для зварювання металевих деталей. При цьому суміш порошкоподібних алюмінію і оксиду заліза (II. III) Fe 3 O 4 звану термітом.
8Al + 3Fe 3 O 4 = 9Fe + 4Al 2 O 3
в результаті реакції розвивається температура близько 3000 ° C. вийшло залізо плавиться. стікаючи вниз і зварює деталі.
Крім технічного алюміній має також велике біологічне значення. Низькі концентрації іонів алюмінію стимулюють деякі процеси життєдіяльності рослин. наприклад проростання насіння. Але більш високі концентрації (> 2 мг / л розчину). знижують інтенсивність фотосинтезу. порушують фосфорний обмін. затримують ріст кореневої системи.
Присутність катіонів Al в грунті почасти обумовлює шкідливу для рослин обмінну кислотність ґрунтового розчину. Іони алюмінію зазвичай поглинаються ґрунтовими колоїдами. але під дією нейтральних солей (наприклад. хлорид калію) вони витісняються з грунтового поглинаючого комплексу.
В результаті Катіонообменная процесу іониалюмінію переходять в грунтовий розчин. Отримана при цьому сіль гідролізується.
AlCl 3 + H 2 O ⇄ HCl + Al (OH) Cl 2
В результаті гідролізу відбувається небажане підвищення концентрації водневих іонів в грунтовому розчині (зниження величини pH).