Леи за маса - Алуминий(алуминий)
Алуминий (лат. aluminium), al, химичен елемент от III група на периодичната система на Менделеев; атомен номер 13, атомна маса 26.9815; сребристо бял лек метал. Състои се от един стабилен изотоп 27 al.
Историческа справка. Името А. идва от латинското alumen - така че дори 500 години пр.н.е. д. наречена алуминиева стипца, която е била използвана като щипка за боядисване на тъкани и за дъбене на кожа. През 1825 г. датският учен H. K. Oersted, действайки с калиева амалгама върху безводен alcl 3 и след това отстранявайки живака, получава относително чист натриев хлорид.Първият промишлен метод за производство на натриев хлорид е предложен през 1854 г. от френския химик A. E. Saint-Clair Deville: методът се състои в редуцирането на двойния хлорид на натриев хлорид и натрий na 3 aici 6 с метален натрий. Подобен на цвят на среброто, A. отначало беше оценен много скъпо. От 1855 до 1890 г. са произведени само 200 т алуминий.Модерният метод за производство на алуминий чрез електролиза на криолитно-алуминиева стопилка е разработен през 1886 г. едновременно и независимо от C. Hall в САЩ и P. Héroux във Франция.
Физични и химични свойства. A. съчетава много ценен набор от свойства: ниска плътност, висока топло- и електрическа проводимост, висока пластичност и добра устойчивост на корозия. Може лесно да се кове, щампова, валцува, изтегля. А. заварява добре с газово, контактно и други видове заваряване. Решетка A. кубичен лицево-центриран с параметър a = 4.0413 å. Свойствата на алуминия, както на всички метали, до голяма степен зависят от неговата чистота. Свойства А. със специална чистота (99,996%): плътност (при 20 ° C) 2698,9 kg / m 3, t pl 660,24 ° C; t kip около 2500°C: коефициент на топлинно разширение (от 20° до 100°C) 23,86 • 10 -6 ; топлопроводимост (при 190°C) 343 W/m • K (0,82 cal/cm • sec • °C), специфичнатоплинен капацитет (при 100°C) 931,98 J/kg K (0,2226 • cal/g • °C); електрическа проводимост по отношение на мед (при 20°C) 65,5%. Диамантът има ниска якост (якост на опън 50–60 MN/m2), твърдост (170 MN/m2 по Бринел) и висока пластичност (до 50%). При студено валцуване якостта на опън на алуминия се увеличава до 115 MN/m 2, твърдостта до 270 MN/m 2, а относителното удължение намалява до 5% (1 MN/m 2 » 0,1 kgf/mm 2). А. добре полиран, анодизиран и има висока отразяваща способност, близка до среброто (отразява до 90% от енергията на падащата светлина). Притежавайки висок афинитет към кислорода, алуминият е покрит във въздуха с тънък, но много здрав филм от ал 2 о 3 оксид, който предпазва метала от по-нататъшно окисляване и определя неговите високи антикорозионни свойства. Силата на оксидния филм и неговият защитен ефект значително намаляват в присъствието на примеси от живак, натрий, магнезий, мед и др. А. е устойчив на атмосферна корозия, морска и прясна вода, практически не взаимодейства с концентрирана или силно разредена азотна киселина, с органични киселини, хранителни продукти.
Външната електронна обвивка на атома А. се състои от 3 електрона и има структура 3 s 2 3p. При нормални условия А. в съединенията е 3-валентен, но при високи температури може да бъде едновалентен, образувайки т.нар. подвръзки. Субхалогенидите aif и alcl, които са стабилни само в газообразно състояние, във вакуум или в инертна атмосфера, се разлагат (непропорционални) при понижаване на температурата в чисти al и alf 3 или alcl 3 и следователно могат да се използват за получаване на свръхчист алуминий.При нагряване фино раздробеният или прахообразният алуминий гори енергично във въздуха. Чрез изгаряне на А. в поток от кислород се достига температура над 3000 ° C. Собственост А. активно взаимодействат скислородът се използва за редуциране на металите от техните оксиди. При тъмночервена топлина флуорът реагира енергично с А., образувайки aif 3. Хлорът и течният бром реагират с А. при стайна температура, йод - при нагряване. При високи температури диамантът се свързва с азот, въглерод и сяра, за да образува съответно аинов нитрид, ал 4 с 3 карбид и ал 2 s 3 сулфид. А. не взаимодейства с водород; А. хидрид (alh 3 )x се получава индиректно. Голям интерес представляват двойните хидриди A. и елементите l и ii от групите на периодичната система на състава meh n -nalh 3, т.нар. алуминиеви хидриди. А. лесно се разтваря в основи, отделяйки водород и образувайки алуминати. Повечето соли на А. са добре разтворими във вода. Разтвори на соли А. поради хидролиза показват кисела реакция.
При електролитното производство на диаманти са възможни токов удар, висока температура и вредни газове. За да се избегнат инциденти, ваните са здраво изолирани, работниците използват сухи плъстени ботуши и подходящи гащеризони. Здравословната атмосфера се поддържа чрез ефективна вентилация. При постоянно вдишване на прах от метален А. и неговия оксид може да възникне алуминоза на белите дробове. При работниците, заети в производството на А., чести са катари на горните дихателни пътища (ринити, фарингити, ларингити). Максимално допустимата концентрация във въздуха на прах от метал А., неговия оксид и сплави е 2 mg / m 3.
Приложение. Комбинацията от физични, механични и химични свойства на диаманта определя широкото му използване в почти всички области на техниката, особено под формата на сплави с други метали. В електротехниката алуминият успешно замества медта, особено при производството на масивни проводници, например във въздушни линии, кабели за високо напрежение, шини за разпределителни уредби и трансформатори (електрическипроводимостта на алуминия достига 65,5% от електрическата проводимост на медта и е повече от три пъти по-лек от медта; с напречно сечение, което осигурява същата проводимост, масата на проводниците от алуминий е половината от тази на медта). Свръхчистият алуминий се използва в производството на електрически кондензатори и токоизправители, чиято работа се основава на способността на оксидния филм на алуминия да предава електрически ток само в една посока. Свръхчистият алуминий, пречистен чрез зоново топене, се използва за синтеза на полупроводникови съединения от тип a iii b v, използвани за производството на полупроводникови устройства. Чистият А. се използва при производството на различни видове рефлекторни огледала. Диамантите с висока чистота се използват за защита на метални повърхности от атмосферна корозия (облицовка, алуминиева боя). Притежавайки относително ниско напречно сечение на абсорбция на неутрони, диамантът се използва като структурен материал в ядрени реактори.
Алуминиевите резервоари с голям капацитет съхраняват и транспортират течни газове (метан, кислород, водород и др.), азотна и оцетна киселина, чиста вода, водороден прекис и хранителни масла. А. намира широко приложение в оборудването и апаратите на хранително-вкусовата промишленост, за опаковане на хранителни продукти (под формата на фолио), за производство на различни видове домакински продукти. Рязко се увеличава потреблението на диаманти за довършване на сгради, архитектурни, транспортни и спортни съоръжения.
В металургията алуминият (в допълнение към сплавите на негова основа) е една от най-често срещаните легиращи добавки в сплави на основата на Cu, mg, Ti, Ni, Zn и Fe. Двуалуминиевият оксид се използва и за деоксидиране на стомана преди изливането й в матрица, а също и при производството на определени метали чрез алуминотермичен метод. На базата на алуминий чрез прахова металургия е създаден SAP (синтерован алуминиев прах), който при температури над300°C висока устойчивост на топлина.
А. се използва в производството на взривни вещества (амонал, алумотол). Широко използвани са различни съединения.
Производството и потреблението на алуминий непрекъснато нараства, като значително изпреварва по темпове на растеж производството на стомана, мед, олово и цинк.
Лит .: Беляев А. И., Волфсон Г. Е., Лазарев Г. И. Фирсанова Л. А., Получаване на чист алуминий, [М.], 1967; Беляев А. И., Рапнопорт Н. Б., Фирсанова Л. А., Електрометалургия на алуминий, М., 1953; Беляев А. И., История на алуминия, в колекцията: Известия на Института по история на естествените науки и технологиите, том 20, М., 1959; Fridlyander I. N., Алуминий и неговите сплави, М., 1965.
Геохимия на А. Геохимичните характеристики на А. се определят от неговия висок афинитет към кислород (в минералите А. е включен в кислородни октаедри и тетраедри), постоянна валентност (3) и ниска разтворимост на повечето природни съединения. В ендогенни процеси по време на втвърдяването на магмата и образуването на магмени скали силициевият диоксид влиза в кристалната решетка на фелдшпати, слюди и други минерали - алумосиликати. В биосферата А. е слаб мигрант, рядък е в организмите и в хидросферата. Във влажен климат, където гниещите останки от обилна растителност образуват много органични киселини, A. мигрира в почвите и водите под формата на органо-минерални колоидни съединения; А. се адсорбира от колоиди и се отлага в долната част на почвата. Връзката на силициев диоксид със силиций е частично нарушена и на някои места в тропиците се образуват минерали - хидроксиди на силициев диоксид - бемит, диаспор и хидраргилит. По-голямата част от глината влиза в състава на алумосиликатите - каолинит, бейделит и други глинести минерали. Слабата подвижност определя остатъчното натрупване на A. в изветрителната кора на влажните тропици. В резултат на това се образуват елувиални боксити. В минали геоложки епохи бокситите също са се натрупвали везера и крайбрежната зона на моретата на тропическите райони (например седиментни боксити на Казахстан). В степите и пустините, където има малко жива материя и водите са неутрални и алкални, A. почти не мигрира. Атомната миграция е най-интензивна във вулканичните райони, където се наблюдават силно киселинни речни и подземни води, богати на А. На места, където киселинните води се смесват с алкални морски води (в устията на реките и др.), А. се утаява с образуването на бокситни находища.
Лит .: Войнар А. О., Биологичната роля на микроелементите в тялото на животните и хората, 2-ро изд., М., 1960, стр. 73-77.