Aliuminis yra sidabriškai baltas metalas, pasižymintis dideliu elektros ir šilumos laidumu. (Aliuminio šilumos laidumas yra 1,8 karto didesnis nei vario ir 9 kartus didesnis nei nerūdijančio plieno.) Jo tankis mažas – maždaug tris kartus mažesnis nei geležies, vario ir cinko. Ir vis dėlto tai labai patvarus metalas.

Trys elektronai iš aliuminio atomo išorinio apvalkalo yra delokalizuoti palei metalinio aliuminio kristalinę gardelę. Šios grotelės turi į veidą orientuotą kubinę struktūrą, panašią į alavo ir aukso struktūrą (žr. 3.2 skyrių). Todėl aliuminis turi gerą lankstumą.

Cheminės savybės

Aliuminis sudaro joninius ir kovalentinius junginius. Jam būdinga didelė jonizacijos energija (15.1 lentelė). Jono krūvio tankis (krūvio ir spindulio santykis) yra labai didelis, lyginant su kitų to paties laikotarpio metalų katijonais (žr. 15.2 lentelę).

Ryžiai. 15.2. Hidratuotas aliuminio jonas.

15.2 lentelė. Katijonų krūvio ir spindulio santykis

Kadangi jonas turi didelį krūvio tankį, jis turi didelę poliarizacinę galią. Tai paaiškina, kodėl izoliuotas jonas randamas tik labai nedaugelyje junginių, pavyzdžiui, bevandeniame aliuminio fluoride ir aliuminio okside, ir net šie junginiai turi pastebimą kovalentinį pobūdį. Vandeniniame tirpale jonas poliarizuoja vandens molekules, kurios dėl to katijoną hidratuoja (žr. 15.2 pav.). Ši hidratacija pasižymi dideliu egzotermiškumu:

Standartinis aliuminio redokso potencialas yra - 1,66 V:

Todėl elektrocheminėje elementų serijoje aliuminis yra gana aukštai (žr. 10.5 skyrių). Tai rodo, kad aliuminis turėtų lengvai reaguoti su deguonimi ir praskiestomis mineralinėmis rūgštimis. Tačiau kai aliuminis reaguoja su deguonimi, jo paviršiuje susidaro plonas neakytas oksido sluoksnis. Šis sluoksnis apsaugo aliuminį nuo tolesnės sąveikos su aplinka. Oksido sluoksnį nuo aliuminio paviršiaus galima pašalinti patrynus gyvsidabriu. Po to aliuminis gali tiesiogiai jungtis su deguonimi ir kitais nemetalais, tokiais kaip siera ir azotas. Sąveika su deguonimi sukelia reakciją

Anodavimas. Aliuminį ir lengvuosius aliuminio lydinius galima toliau apsaugoti sutirštinant natūralų oksido sluoksnį naudojant procesą, vadinamą anodavimu. Šiame procese aliuminio objektas dedamas kaip anodas į elektrolitinį elementą, kuriame kaip elektrolitas naudojama chromo rūgštis arba sieros rūgštis.

Aliuminis reaguoja su karštomis praskiestomis druskos ir sieros rūgštimis, sudarydamas vandenilį:

Iš pradžių ši reakcija vyksta lėtai dėl oksido sluoksnio buvimo. Tačiau jį pašalinus reakcija tampa intensyvesnė.

Koncentruota ir praskiesta azoto rūgštis, taip pat koncentruota sieros rūgštis daro aliuminį pasyvų. Tai reiškia, kad jis nereaguoja su minėtomis rūgštimis. Toks pasyvumas paaiškinamas plono oksido sluoksnio susidarymu ant aliuminio paviršiaus.

Natrio hidroksido ir kitų šarmų tirpalai sąveikauja su aliuminiu, sudarydami tetrahidroksoaliuminato (III) jonus ir vandenilį:

Jei oksido sluoksnis pašalinamas nuo paviršiaus, aliuminis gali veikti kaip reduktorius redokso reakcijose (žr. 10.2 skyrių). Jis išstumia po juo esančius metalus elektrocheminėje serijoje iš jų tirpalų. Pavyzdžiui

Geras aliuminio redukcinio gebėjimo pavyzdys yra aliuminoterminė reakcija. Taip vadinama reakcija tarp aliuminio miltelių ir

oksidas Laboratorijoje jis dažniausiai pradedamas naudojant magnio juostelę kaip saugiklį. Ši reakcija vyksta labai greitai ir joje išsiskiria toks energijos kiekis, kurio pakanka susidariusiai geležies ištirpinimui:

Aliuminoterminė reakcija naudojama aliuminoterminiam suvirinimui; pavyzdžiui, taip sujungiami bėgiai.

Aliuminio oksidas Aliuminio oksidas arba aliuminio oksidas, kaip jis dažnai vadinamas, yra junginys, turintis ir joninių, ir kovalentinių savybių. Jis turi lydymosi temperatūrą, o išlydytoje būsenoje yra elektrolitas. Dėl šios priežasties jis dažnai laikomas joniniu junginiu. Tačiau kietoje būsenoje aliuminio oksidas turi skeleto kristalinę struktūrą.

Korundas. Bevandenės aliuminio oksido formos natūraliomis sąlygomis sudaro korundo grupės mineralus. Korundas yra labai kieta kristalinė aliuminio oksido forma. Jis naudojamas kaip abrazyvinė medžiaga, nes pagal kietumą nusileidžia tik deimantams. Dideli ir skaidrūs, dažnai spalvoti, korundo kristalai vertinami kaip brangakmeniai. Grynas korundas yra bespalvis, tačiau jame esantis nedidelis metalo oksidų priemaišų kiekis suteikia tauriesiems korundams būdingą spalvą. Pavyzdžiui, rubino spalva yra dėl jonų buvimo korunde, o safyrų spalva dėl kobalto jonų. Violetinė ametisto spalva atsiranda dėl jame esančios mangano priemaišos. . Lydant aliuminio oksidą su įvairių -metalų oksidais, galima gauti dirbtinių brangakmenių (taip pat žr. 14.6 ir 14.7 lenteles).

Aliuminio oksidas netirpsta vandenyje ir yra amfoterinis, reaguoja tiek su atskiestomis rūgštimis, tiek su atskiestais šarmais. Reakciją su rūgštimis apibūdina bendra lygtis:

Dėl reakcijos su šarmais susidaro -jonas:

aliuminio halogenidai. Aliuminio halogenidų struktūra ir cheminis ryšys yra aprašyti skyriuje. 16.2.

Aliuminio chloridą galima gauti sausą chlorą arba sausą vandenilio chloridą perleidžiant ant pašildyto aliuminio. Pavyzdžiui

Išskyrus aliuminio fluoridą, visi kiti aliuminio halogenidai yra hidrolizuojami vandens:

Dėl šios priežasties aliuminio halogenidai „rūko“ kontaktuodami su drėgnu oru.

aliuminio jonai. Aukščiau jau nurodėme, kad jonas yra hidratuotas vandenyje. Kai aliuminio druskos ištirpinamos vandenyje, susidaro tokia pusiausvyra:

Šioje reakcijoje vanduo veikia kaip bazė, nes jis priima protoną, o hidratuotas aliuminio jonas veikia kaip rūgštis, nes dovanoja protoną. Dėl šios priežasties aliuminio druskos yra rūgštinės. Jei į

Pats metalo pavadinimas „aliuminis“ kilęs iš lotyniško žodžio „aliuminis“. Aptariamo elemento cheminis simbolis yra pirmųjų dviejų pavadinimo raidžių rinkinys - „Al“, periodinėje Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo sistemoje jis yra trečioje grupėje, jo atominis skaičius yra trylika ir atominė masė 26.9815.

Pažvelkime į pagrindines chemines elemento savybes. Aliuminis yra lengvas, minkštas balto sidabro metalas. Jis gana greitai oksiduojasi, jo savitasis svoris yra 2,7 g/cm³, o lydymosi temperatūra yra 660 laipsnių Celsijaus.

Aliuminis yra labiausiai paplitęs metalas žemės plutoje ir yra trečias pagal gausumą visų atomų po medžiagų, tokių kaip deguonis ir silicis. Gamtoje nagrinėjamą cheminį elementą vaizduoja tik vienas stabilus nuklidas „27 Al“. Dirbtinai buvo gauti įvairūs radioaktyvūs aliuminio izotopai, iš kurių ilgiausiai gyvena „26 Al“, jo pusinės eliminacijos laikas – net 720 tūkst.

Kaip minėta aukščiau, aliuminis yra labiausiai paplitęs metalas mūsų planetos žemės plutoje ir užima trečią vietą tarp visų žinomų cheminiai elementaiŽemės pluta. Norėčiau pažymėti, kad šio metalo dalis sudaro apie aštuonis procentus visos žemės plutos sudėties.

Šiuo metu pramoninė aliuminio gamyba daugiausia vykdoma perdirbant boksito rūdą. Kasmet visame pasaulyje išgaunama nuo aštuoniasdešimt iki devyniasdešimt milijonų tonų baksito rūdos. Šiek tiek mažiau nei trisdešimt procentų pasaulio produkcijos gaunama iš Australijos, o penkiolika procentų pasaulyje įrodytų boksito rūdos atsargų – iš Jamaikos. Jei bus išlaikytas dabartinis tarptautinio aliuminio vartojimo ir gamybos lygis, esamų patikrintų metalo atsargų pakaks žmonijos poreikiams patenkinti keliems šimtams metų.

Jei atsižvelgsime į visus šiandien egzistuojančius metalus, pamatytume, kad aliuminis yra universaliausias įvairiose pramonės šakose. Pažvelkime atidžiau, kurios pramonės šakos dažniausiai naudoja aliuminį kaip metalą.

Aliuminis plačiai naudojamas inžinerinėje pramonėje. Visi žino, kad iš šio metalo gaminami lėktuvai, be to, metalas naudojamas automobilių, jūrų ir upių laivų gamyboje, kitų mašinų ir įrangos dalių gamyboje.

Chemijos pramonėje aliuminis naudojamas kaip vadinamasis reduktorius. Statybos pramonėje šis metalas plačiai naudojamas langų rėmų gamyboje, taip pat įėjimo ir vidaus durys, apdailos elementai, kiti elementai.

Aliuminis taip pat naudojamas maisto pramonėje kaip pagalbinė medžiaga pakavimo produktų gamyboje. Be kita ko, aliuminis plačiai naudojamas gaminant buitines prekes, tokias kaip aliuminio stalo įrankiai (šaukštai, šakutės, virtuviniai peiliai), aliuminio folija maistui ir kitoms prekėms laikyti.

Istorija

Pats metalo pavadinimas „aliuminis“ kilęs iš lotyniško žodžio „aliuminis“, kuris savo ruožtu kilęs iš lotyniško žodžio „aliumen“. Taigi senovėje jie vadino alūną, kuris yra kalio ir aliuminio sulfatas, kurio cheminė formulė yra KAl (SO 4) 2 12H 2 O. Šie alūnai ilgam laikui naudojamas kaip pagalbinė oda apdirbant ir apdirbant, taip pat sutraukianti priemonė.

Aliuminis pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu, todėl gryno aliuminio atidarymas ir izoliavimas užtruko apie šimtą metų. Dar XVIII amžiaus pabaigoje, 1754 m., vokiečių chemikas A. Marggrafas padarė išvadą, kad iš alūno galima gauti kietą ugniai atsparią medžiagą, kitaip tariant, aliuminio oksidą. Marggrafas tai apibūdino šiek tiek kitais žodžiais, sakė, kad iš alūno (tuo metu tai buvo vadinama kieta ugniai atsparia medžiaga) buvo visiškai įmanoma gauti „žemę“. Šiek tiek vėliau tapo žinoma, kad lygiai tokią pat „žemę“ galima gauti iš paprastiausio molio, dėl ko ši „žemė“ pradėta vadinti aliuminio oksidu.

Aliuminį kaip metalą žmonėms pavyko gauti tik 1825 m. Šios srities pradininkas buvo danų fizikas H. K. Oerstedas. AlCl 3 medžiagą jis apdorojo kalio ir gyvsidabrio lydiniu (chemijoje šis mišinys vadinamas natrio amalgama), t.y. aliuminio chloridas. Tokią medžiagą būtų galima gauti iš paprasto aliuminio oksido. Eksperimento pabaigoje Oersted tiesiog atliko gyvsidabrio distiliavimą, po kurio buvo galima išskirti aliuminio miltelius, kurie turi pilką atspalvį.

Daugiau nei ketvirtį amžiaus šis metodas buvo vienintelis pasaulyje įmanomas metalinio aliuminio gavimo būdas, tačiau kiek vėliau jį pavyko modernizuoti. 1854 m. prancūzų chemikas A. E. Saint-Clair Deville pasiūlė savo aliuminio kaip metalo gavimo būdą. Išgaudamas aliuminį jis naudojo metalinį natrį, iš kurio buvo galima gauti visiškai naują metalą ir taip istorijoje atsirado pirmieji tikro metalinio aliuminio luitai. Tuo metu aliuminis buvo labai brangus, šis metalas buvo laikomas brangiu ir iš jo buvo gaminami įvairūs papuošalai, brangūs aksesuarai.

Pramoninė aliuminio gamyba pradėta dar vėliau, tik pačioje XIX amžiaus pabaigoje. 1886 m. prancūzų mokslininkas P. Heroux ir amerikiečių mokslininkas C. Hallas savarankiškai sukūrė ir pasiūlė pramoninį aliuminio, kaip metalo, gamybos būdą, elektrolizuojant sudėtingų cheminių mišinių, įskaitant fluoridą ir aliuminio oksidą, lydalą. kitos medžiagos.

Tačiau XIX amžiaus pabaigoje elektra dar nebuvo plačiai naudojama, kad aliuminio pramonė išplėtotų visas savo galimybes, nes aliuminio gamybos procesas reikalauja didžiulių elektros energijos kiekių. Būtent šis veiksnys lėmė plačios pramoninės aliuminio gamybos vėlavimą dar kelis dešimtmečius. Pramoniniu lygiu aliuminis pradėtas gauti tik XX a.

Mūsų tėvynėje aliuminis pradėtas kasti kiek vėliau nei Vakaruose. Tai atsitiko stalininio režimo ir Sovietų Sąjungos ekonomikos pramonės pažangos laikais. 1932 m. gegužės 14 d. pirmą kartą SSRS pramoniniu būdu buvo gautas pirmasis pramoninis aliuminis. Šis reikšmingas įvykis įvyko Volchovo aliuminio gamykloje, kuri buvo pastatyta prie pat Volchovo hidroelektrinės. Nuo tada aliuminis buvo plačiai gaminamas daugelyje pasaulio šalių ir ne mažiau plačiai naudojamas daugumoje skirtingos sritysšiuolaikinės visuomenės gyvenimą.

Buvimas gamtoje

Aliuminis yra viena iš labiausiai paplitusių medžiagų mūsų planetoje. Tarp visų iki šiol žinomų metalų, esančių žemės plutoje, jis yra pirmoje vietoje, o tarp visų žemės plutos cheminių elementų – trečioje vietoje, antra po deguonies ir silicio. Aliuminis sudaro maždaug 8,8 procento visos žemės plutos masės.

Žemėje aliuminio yra dvigubai daugiau nei geležies, tris šimtus penkiasdešimt kartų daugiau nei vario, chromo, cinko, švino ir alavo kartu paėmus. Aliuminis yra daugybės įvairių mineralų dalis, kurių pagrindinė dalis yra aliuminio silikatai ir uolienos. Aliuminio junginiuose, kaip cheminiame elemente, yra molių, bazaltų, taip pat granitų, lauko špatų ir kitų gamtinių darinių.

Esant įvairioms uolienoms ir mineralams, kuriuose yra aliuminio, pagrindinė žaliava pramoniniam aliuminio gamybos lygiui yra tik boksitas, kurio telkiniai yra labai labai reti. Teritorijoje Rusijos Federacija tokių telkinių galima rasti tik Sibire ir Urale. Be to, nefelinai ir alunitai turi pramoninę reikšmę.

Svarbiausias aliuminio mineralas šiandien yra boksitas, kuris yra bazinio oksido mišinys, kurio cheminė formulė yra AlO (OH) su hidroksidu, cheminė formulė - Al (OH) 3. Didžiausi boksito telkiniai yra tokiose šalyse kaip Australija (apie 30% pasaulio atsargų), Jamaika, Brazilija ir Gvinėja. Pramoninė boksito gamyba vykdoma ir kitose pasaulio šalyse.

Gana daug aliuminio yra alunite (vadinamasis alūno akmuo), kurio cheminė formulė yra tokia (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH), taip pat nefelino cheminė formulė ( Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 . Tačiau žinoma daugiau nei du šimtai penkiasdešimt mineralų, kuriuose yra aliuminio. Dauguma šių mineralų yra aliumosilikatai, iš kurių didesniu mastu susidaro mūsų planetos žemės pluta. Šiems mineralams atvėsus, susidaro molis, kurio pagrindas yra mineralinis kaolinitas, kurio cheminė formulė yra Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Molyje dažniausiai yra geležies priemaišų, kurios suteikia jam rusvą spalvą, bet kartais grynas baltas molis vadinamas kaolinu. Toks molis plačiai naudojamas įvairių porceliano gaminių, taip pat fajanso gaminių gamyboje.

Itin retas yra labai kietas mineralas korundas, savo kietumu nusileidžiantis tik deimantui. Mineralas yra kristalinis oksidas, turi cheminė formulė Al 2 O 3, jis dažnai būna spalvotas dėl kitų įvairių spalvų elementų priemaišų. Egzistuoja mėlyna šio mineralo atmaina, kuri savo spalvą įgavo dėl geležies ir titano priemaišų; tai yra gerai žinomas safyro brangakmenis. Korundas su raudona priemaiša vadinamas rubinu, tokią spalvą jis gavo dėl chromo priemaišos. Įvairios priemaišos gali nuspalvinti vadinamąjį taurųjį mineralinį korundą kitomis spalvomis, įskaitant žalią, geltoną, violetinę, oranžinę, taip pat kitas labai skirtingas spalvas ir atspalvius.

Aliuminio kaip mikroelemento gali būti mūsų planetos gyventojų: augalų ir gyvūnų audiniuose. Gamtoje yra būtybių su aliuminį koncentruojančiais organizmais, jie kaupia metalą kai kuriuose savo organuose. Tokiems organizmams priskiriamos samanos ir kai kurie moliuskai.

Taikymas

Aliuminis ir jo lydiniai nusileidžia tik geležiui ir jo lydiniams. Plačiai paplitęs aliuminis įvairiose srityse, daugiausia dėl jo unikalių savybių: mažo tankio, atsparumo korozijai ore, didelio elektros ir šilumos laidumo bei santykinai didelio stiprumo. Aliuminį lengva apdirbti: štampuoti, kalti, valcuoti ir kt.

Aliuminio elektros laidumas yra gana didelis (65,5% vario elektros laidumo), didelio stiprumo, todėl iš gryno aliuminio gaminama viela ir folija pakavimui. Tačiau pagrindinė aliuminio dalis išleidžiama lydiniams gaminti. Aliuminio lydiniai turi didelį tankį, gerą atsparumą korozijai, šilumos ir elektros laidumą, plastiškumą, atsparumą karščiui. Tokių lydinių paviršių galima lengvai padengti dekoratyvinėmis arba apsauginėmis dangomis.

Aliuminio lydinių įvairovę lemia įvairūs priedai, kurie su juo sudaro intermetalinius junginius ar tirpalus. Pagrindinė aliuminio dalis naudojama lengvųjų lydinių gamyboje: siluminas, duraliuminis ir kt.. Po sukietėjimo toks lydinys tampa apie 7 kartus stipresnis už gryną aliuminį ir tris kartus lengvesnis už geležį. Jis gaminamas legiruojant aliuminį su variu, magniu, manganu, siliciu ir geležimi.

Plačiai naudojami siluminai, t.y. silicio-aliuminio lydiniai. Taip pat gaminami karščiui atsparūs ir kriogeniniai lydiniai. Nepaprastas aliuminio lydinių lengvumas ir stiprumas labai praverčia orlaivių gamyboje. Pavyzdžiui, sraigtasparnių sraigtai gaminami iš aliuminio lydinio su magniu ir siliciu. Aliuminio bronza (11% aliuminio) yra labai atspari ne tik jūros vandens, bet ir viduje vandenilio chlorido rūgštis. Sovietų Sąjungoje nuo 26 iki 57 m. iš tokio lydinio buvo kaldinamos monetos nuo 1 iki 5 kapeikų nominalo. Metalurgijoje aliuminis naudojamas kaip lydinių pagrindas, taip pat kaip legiravimo priedas lydiniuose, kurių pagrindą sudaro magnis, geležis, varis, nikelis ir kt.

Aliuminio lydiniai plačiai naudojami kasdieniame gyvenime, architektūroje ir statybose, laivų statyboje, automobilių pramonėje, taip pat kosmoso ir aviacijos technikoje. Pirmasis dirbtinis palydovas Žemėje buvo pagamintas iš aliuminio lydinio. Cirkalojus – aliuminio cirkonio lydinys – plačiai naudojamas branduolinių raketų moksle. Aliuminis taip pat naudojamas sprogmenų gamyboje. Lietas TNT ir aliuminio miltelių mišinys, t.y. alumotolis yra vienas iš galingiausių pramoninių sprogmenų. Deginamosiose kompozicijose, be aliuminio, yra oksidatoriaus, perchlorato, nitrato. Pirotechninėje Zvezdochka sudėtyje taip pat yra aliuminio. Termitas, t.y. aliuminio miltelių mišinys su kitų metalų oksidais, naudojamas įvairiems lydiniams ir metalams gauti, padegamuose šoviniuose, bėgiams suvirinti.

Verta atkreipti dėmesį į galimybę dažyti aliuminio oksido plėvelę ant metalinio paviršiaus, kuri gaunama elektrocheminiu būdu. Toks aliuminis vadinamas anoduotu. Anoduotas aliuminis atrodo kaip auksas ir naudojamas kaip papuošalų gamybos medžiaga.

Naudodami aliuminio gaminius kasdieniame gyvenime, turite suprasti, kad aliuminio induose gali būti laikomi ar kaitinami tik neutralaus rūgštingumo skysčiai, tokie kaip vanduo. Jei rūgščiųjų kopūstų sriubą išvirsite aliuminio keptuvėje, maistas įgaus nemalonų metalo skonį. Todėl nerekomenduojama naudoti aliuminio indų.

Apie ketvirtadalį viso pasaulyje pagaminamo aliuminio tenka statyboms, tiek pat tenka transporto inžinerijai, apie 15% – pakavimo medžiagų gamybai, dešimtadalis išleidžiama radijo elektronikai.

Gamyba

Charlesas Martinas Hallas atrado modernų aliuminio gamybos būdą dar 1886 m. Būdamas 16 metų jis išgirdo savo mokytoją F.F.Jewettą sakant, kad žmogus, atradęs pigų aliuminio gamybos būdą, ne tik taps beprotiškai turtingas, bet ir padarys didžiulę paslaugą visai žmonijai. Jewett parodė savo mokiniams nedidelį metalo pavyzdį, po kurio Charlesas Martinas Hallas pareiškė, kad suras būdą jį gauti.

Šešerius metus Hall dirbo su aliuminiu, išbandė visus būdus, bet nesėkmingai. Galiausiai jis nusprendė panaudoti elektrolizę. Tuo metu elektrinių nebuvo, todėl elektros srovė buvo gaunama iš didžiulių anglies-cinko baterijų su sieros ir azoto rūgštimis. Holas savo tvarte įrengė nedidelę laboratoriją. Jo sesuo Julija visokeriopai padėjo broliui, jai pavyko išsaugoti visus jo užrašus, kurių dėka atradimą galima atsekti dieną.

Sunkiausia darbo dalis buvo elektrolito parinkimas, taip pat aliuminio apsauga nuo oksidacijos. Po šešių mėnesių alinančio darbo jiems pagaliau pavyko gauti kelis metalo kamuoliukus. Emocijų įtakoje Hallas iškart nubėgo pas savo dabar jau buvusį mokytoją ir parodė jam sidabrinius rutulius su užrašu „Gavau!“. Šis incidentas įvyko 1886 m. vasario 23 d. Kad ir kaip keistai tai atrodytų, tačiau praėjus dviem mėnesiams po šios datos, prancūzas Paulas Heru patentavo išradimą. Tiesą sakant, jie nepriklausomai vienas nuo kito beveik vienu metu atrado aliuminio gamybos būdą. Įdomu tai, kad šių mokslininkų gimimo ir mirties metai taip pat sutampa.

Pirmieji dešimt kamuoliukų, kuriuos Hall pavyko pagaminti, yra laikomi Pitsburge Amerikos aliuminio kompanijos. Šis daiktas laikomas nacionaline relikvija. Pitsburgo koledže yra paminklas salei, išlietas iš aliuminio.

21 metų mokslininkas, kaip prognozavo jo mokytojas, sulaukė pasaulinio pripažinimo, tapo žinomu ir turtingu žmogumi. Su juo viskas buvo gerai, bet ne asmeniškai. Hallo sužadėtinė negalėjo susitaikyti su faktu, kad jos sužadėtinis visą laiką praleido laboratorijoje, o vėliau nutraukė sužadėtuves ir niekada nesusituokė. Po to Hall grįžo į gimtąjį koledžą, kur dirbo iki gyvenimo pabaigos. Sakoma, kad Holo koledže buvo motina, žmona ir vaikai. Charlesas Martinas Hallas savo gimtajam koledžui paliko daugiau nei pusę savo palikimo, ty 5 000 000 USD (tuo metu tai buvo tik kosminė suma). Hallas mirė nuo leukemijos, kai jam buvo 51 metai.

Hall ir Eru sukurtas metodas leido gauti puiki suma aliuminio su elektra. Santykinai nebrangus metodas greitai pasiekė pramoninį lygį. Jei palyginsime, kiek aliuminio buvo gauta prieš atradimą ir po jo, viskas iš karto paaiškės. Nuo 1855 iki 1890 metų buvo pagaminta tik 200 tonų metalo, o nuo 1890 iki 1900 metų pagal Charleso Martin Hallo metodą visame pasaulyje buvo gauta 28 000 tonų metalo. Iki XX amžiaus 30-ųjų pradžios pasaulinė aliuminio gamyba per metus pasiekė 300 tūkstančių tonų. Šiandien kasmet pagaminama apie 15 milijonų tonų aliuminio.

Specialiai sukurtose maždaug 965 °C temperatūros voniose Na3AlF6 elektrolizuojamas techninis Al2O3 (aliuminio oksido tirpalas), t.y. išlydytas kriolitas, kuris iš dalies sintetinamas arba iškasamas kaip mineralas. Vonios apačioje kaupiasi skystas aliuminis (katodas), o ant vidinių anodų išsiskiria deguonis, kurie palaipsniui perdega. Jei įtampa žema ir apie 4,5 V, srovės suvartojimas bus apie 250 tūkst A. 1 tonai aliuminio pagaminti reikia 1 paros ir 15 tūkst. kW/h elektros energijos. Palyginimui, trijų įėjimų devynių aukštų pastatui šios energijos užtektų ilgiau nei mėnesiui. Gaminant aliuminį susidaro lakieji junginiai, todėl metalo gamyba laikoma pavojinga aplinkai gamyba.

Fizinės savybės

Kalbant apie bendras fizines savybes, aliuminis yra tipiškas metalas. Jo kristalinė gardelė yra kubinė, nukreipta į veidą. Metalo parametras a yra 0,40403 nm. Aliuminio gryno pavidalo lydymosi temperatūra yra 660 laipsnių Celsijaus, metalo virimo temperatūra yra 2450 laipsnių Celsijaus, medžiagos tankis yra 2,6989 gramai kubiniame metre. Nagrinėjamo metalo linijinio plėtimosi temperatūros koeficientas yra maždaug 2,5·10 -5 K -1. Aliuminis turi standartinį elektroninį potencialą, kurį galima pavaizduoti kaip Al 3+ /Al-1.663V.

Pagal metalo masę galima teigti, kad aliuminis yra viena lengviausių metalinių medžiagų planetoje. Lengvesni už jį yra tik metalai, tokie kaip magnis ir berilis, taip pat šarminių žemių ir šarminiai metalai, atėmus barį. Aliuminio lydymas yra gana paprastas, tam reikia pašildyti metalą iki 660 laipsnių Celsijaus. Pavyzdžiui, ploną aliuminio vielą galima išlydyti ant paprasto paprastos namų dujinės viryklės degiklio. Tačiau virimo temperatūrą pasiekti daug sunkiau, aliuminis pradeda virti tik pasiekęs 2452 laipsnius Celsijaus.

Pagal savo elektrai laidumo savybes aliuminis užima ketvirtą vietą tarp visų kitų metalų. Jis prastesnis už sidabrą, kuris, beje, yra pirmoje vietoje, taip pat prastesnis už varį ir auksą. Šis faktas veda prie plataus praktinis naudojimas metalo, o tai daugiausia lemia jo santykinis pigumas. Lygiai ta pačia tvarka kinta ir minėtų metalų šilumos laidumas. Aliuminio gebėjimą greitai pravesti šilumą praktiškai patikrinti gana paprasta, tam tereikia aliuminio šaukštą panardinti į karštą arbatą ar kavą ir iškart pajusite, kaip greitai šaukštas įkaista.

Kitas retas ir daugeliu atžvilgių unikalus turtas aliuminis yra jo atspindėjimas. Lygus poliruotas blizgus metalinis paviršius puikiai atspindi šviesos spindulius. Atspindi nuo aštuoniasdešimt iki devyniasdešimt procentų šviesos matomoje spektro srityje, tikslus skaičius labai priklauso nuo paties bangos ilgio. Ultravioletinės spinduliuotės srityje aliuminis paprastai neturi lygių tarp kitų metalų, čia jo atspindintys gebėjimai yra tiesiog unikalūs. Pavyzdžiui, sidabras ultravioletinėje šviesoje turi labai mažą atspindį. Tačiau infraraudonųjų spindulių srityje aliuminis savo atspindinčiomis savybėmis yra prastesnis už sidabrą.

Grynas aliuminis, neturintis visų rūšių priemaišų, yra gana minkštas metalas. Norėčiau pastebėti, kad jis yra maždaug tris kartus minkštesnis nei tas pats varis. Būtent todėl gana storus aliuminio strypus ar juosteles stebėtinai lengva sulenkti be didelių pastangų. Bet tai tik gryna forma, kai kuriuose iš dešimčių žinomų aliuminio lydinių metalo kietumas padidėja daug kartų ir net dešimtis kartų.

Be kita ko, aliuminis yra labai mažai jautrus koroziniam aplinkos poveikiui.
Aliuminį ir jo lydinius pagal gamybos būdą galima suskirstyti į tris tipus:

• - deformuojamas;
• - apdorotas slėgiu;
• - liejyklos, kurios naudojamos forminių liejinių pavidalu.

• - termiškai nesukietėjęs;
• - termiškai grūdintas.

Išskyrus pirmiau minėtas klasifikacijas, aliuminio lydiniai taip pat gali būti skirstomi pagal legiravimo sistemas.

Cheminės savybės

Aliuminis yra gana aktyvus metalas. Aliuminio antikorozines savybes lemia tai, kad ore jis yra padengtas stora oksido Al 2 O 3 plėvele, kuri neleidžia toliau prasiskverbti deguoniui. Plėvelė taip pat susidaro, jei metalas dedamas į azoto rūgšties koncentratą.

Aliuminio oksidacijos būsena yra +3. Tačiau aliuminis taip pat gali sudaryti donoro-akceptoriaus ryšius dėl neužpildytų 3d ir 3p orbitų. Štai kodėl jonai, tokie kaip Al3+, yra linkę formuotis kompleksams ir sudaro anijoninius bei katijoninius kompleksus: AlF 6 3- , AlCl 4 - , Al(OH) 4 - , Al(OH) 6 3- ir daugelį kitų. Taip pat yra kompleksų su organiniais junginiais.

Pagal savo cheminį aktyvumą aliuminis yra iškart po magnio. Tai gali pasirodyti keista, nes aliuminio gaminiai nesuyra nei ore, nei verdančiame vandenyje, skirtingai nei geležis, aliuminis nerūdija. Tačiau visa tai yra dėl apsauginio aliuminio oksido apvalkalo. Jei ant degiklio pradėsite kaitinti ploną metalinę plokštę iki 1 mm, ji išsilydys, bet netekės, nes. visada yra oksido apvalkale. Bet jei iš aliuminio nuimamas apsauginis „šarvus“, kurį galima pasiekti panardinant į gyvsidabrio druskų tirpalą, jis iš karto pradeda rodyti savo „silpnumą“. Net kambario temperatūroje jis intensyviai reaguoja su vandeniu, išskirdamas vandenilį 2Al + 6H 2 O -> 2Al(OH) 3 + 3H 2 . O aliuminis, būdamas ore, be apsauginės plėvelės, tiesiog virsta milteliais 2Al + 3O 2 -> 2Al 2 O 3. Susmulkintas aliuminis yra ypač aktyvus, metalo dulkės akimirksniu sudega. Jei paimsite ir sumaišysite aliuminio dulkes su natrio peroksidu, o tada nuleisite vandens mišinį, aliuminis lengvai užsidegs ir sudegs balta liepsna.

Dėl savo glaudaus ryšio su deguonimi aliuminis gali tiesiogine prasme „atimti“ deguonį iš kitų metalų oksidų. Pavyzdžiui, termito mišinys. Jai degant išsiskiria tiek šilumos, kad susidariusi geležis pradeda tirpti 8Al + 3Fe 3 O 4 -> 4Al 2 O 3 + 9Fe. Šis metodas atkuria metalus CoO, Fe 2 O 3, NiO, V 2 O 5, MoO 3 ir daugybę kitų oksidų. Tačiau, kai aliuminoterminiai oksidai Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3, reakcijos šilumos nepakanka, kad būtų pasiekta reakcijos produktų lydymosi temperatūra.

Aliuminis gali lengvai ištirpti mineralinėse rūgštyse, sudarydamas druskas. Azoto rūgšties koncentratas prisideda prie metalo oksido plėvelės tirštėjimo, po tokio apdorojimo aliuminis nustoja reaguoti net į druskos rūgšties poveikį. Anodavimo pagalba ant metalinio paviršiaus susidaro stora plėvelė, kurią nesunkiai galima nudažyti įvairiomis spalvomis.

Reakcija 3CuCl 2 + 2Al -> 2AlCl 3 + 3Cu gana lengva, dėl to susidaro daug šilumos, visa tai dėl greito apsauginės plėvelės sunaikinimo dėl vario chlorido. Kai metalas sulydomas su šarmais, susidaro vadinamieji bevandeniai aliuminatai: Al 2 O 3 + 2NaOH -> 2NaAlO 2 + H 2 O. Yra ir pusbrangis aliuminatas Mg (AlO2) 2, tai špinelis akmuo.

Aliuminis smarkiai reaguoja su halogenais. Jei į 1 ml bromo įdėti plona viela pagamintas iš aliuminio, po kurio laiko ryškiai užsidegs. Jei sumaišysite aliuminio ir jodo miltelius, reakcija gali prasidėti lašeliu vandens, po kurio matosi ryški liepsna ir purpuriniai jodo dūmai. Aliuminio halogenai dėl hidrolizės visada turi rūgštinę reakciją AlCl 3 + H 2 O -> Al(OH)Cl 2 + HCl.

Su azotu aliuminis reaguoja tik esant 800 ° C temperatūrai, susidaro AlN nitridas, su fosforu 500 ° C temperatūroje susidaro fosfidas AlP. Su siera reakcija prasideda pasiekus 200°C, susidaro Al 2 S 3 sulfidas. Boridai AlB 2 ir AlB 12 susidaro į išlydytą aliuminį pridedant boro.

(A l ), ​​galis (Ga ), indis (In ) ir talis (T l ).

Kaip matyti iš pateiktų duomenų, visi šie elementai buvo atidaryti XIX a.

Pagrindinio pogrupio metalų atradimas III grupės

Boras yra nemetalas. Aliuminis yra pereinamasis metalas, o galis, indis ir talis yra pilni metalai. Taigi, didėjant kiekvienos periodinės sistemos grupės elementų atominiams spinduliams, didėja paprastų medžiagų metalinės savybės.

Šioje paskaitoje iš arčiau pažvelgsime į aliuminio savybes.

1. Aliuminio padėtis D. I. Mendelejevo lentelėje. Parodyta atomo sandara, oksidacijos būsenos.

Aliuminio elementas yra viduje III grupė, pagrindinis "A" pogrupis, 3 periodinės sistemos periodas, eilės numeris Nr. 13, santykinė atominė masė Ar (Al ) = 27. Lentelėje jo kaimynas kairėje yra magnis – tipiškas metalas, o dešinėje – silicis, kuris nebėra metalas. Todėl aliuminis turi pasižymėti tam tikromis tarpinėmis savybėmis, o jo junginiai yra amfoteriniai.

Al +13) 2) 8) 3 , p yra elementas,

Aliuminio oksidacijos laipsnis yra +3 junginiuose:

Al 0 - 3 e - → Al +3

2. Fizinės savybės

Laisvos formos aliuminis yra sidabriškai baltas metalas, pasižymintis dideliu šilumos ir elektros laidumu.Lydymosi temperatūra yra 650 ° C. Aliuminio tankis yra mažas (2,7 g / cm 3) - maždaug tris kartus mažesnis nei geležies ar vario, ir tuo pat metu jis yra patvarus metalas.

3. Buvimas gamtoje

Kalbant apie paplitimą gamtoje, jis užima 1 vieta tarp metalų ir 3 tarp elementų antra po deguonies ir silicio. Aliuminio procentas žemės plutoje, įvairių tyrinėtojų duomenimis, svyruoja nuo 7,45 iki 8,14% žemės plutos masės.

Gamtoje aliuminio yra tik junginiuose (mineralai).

Kai kurie iš jų:

· Boksitai – Al 2 O 3 H 2 O (su priemaišomis SiO 2, Fe 2 O 3, CaCO 3)

· Nefelinai – KNa 3 4

· Alunitai – KAl(SO 4) 2 2Al(OH) 3

· Aliuminio oksidas (kaolinų mišiniai su smėliu SiO 2, kalkakmeniu CaCO 3, magnezitu MgCO 3)

· Korundas – Al 2 O 3

· Lauko špatas (ortoklazas) – K 2 O × Al 2 O 3 × 6SiO 2

· Kaolinitas – Al 2 O 3 × 2SiO 2 × 2H 2 O

· Alunitas - (Na,K) 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 4Al (OH) 3

· Berilas – 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2

4. Aliuminio ir jo junginių cheminės savybės

Aliuminis normaliomis sąlygomis lengvai sąveikauja su deguonimi ir yra padengtas oksido plėvele (ji suteikia matinę išvaizdą).

OKSIDO PLĖVELĖS DEMONSTRACIJA

Jo storis 0,00001 mm, tačiau jo dėka aliuminis nerūdija. Norint ištirti aliuminio chemines savybes, oksido plėvelė pašalinama. (Naudojant švitrinį popierių arba chemiškai: pirmiausia nuleidžiant į šarminį tirpalą, kad būtų pašalinta oksido plėvelė, o po to į gyvsidabrio druskų tirpalą, kad susidarytų aliuminio-gyvsidabrio lydinys – amalgama).

aš. Sąveika su paprastomis medžiagomis

Aliuminis jau kambario temperatūroje aktyviai reaguoja su visais halogenais, sudarydamas halogenidus. Kaitinamas, jis sąveikauja su siera (200 °C), azotu (800 °C), fosforu (500 °C) ir anglimi (2000 °C), su jodu, esant katalizatoriui - vandeniui:

2A l + 3 S \u003d A l 2 S 3 (aliuminio sulfidas),

2A l + N 2 \u003d 2A lN (aliuminio nitridas),

A l + P = A l P (aliuminio fosfidas),

4A l + 3C \u003d A l 4 C 3 (aliuminio karbidas).

2 Al +3 I 2 \u003d 2 A l I 3 (aliuminio jodidas) PATIRTIS

Visi šie junginiai visiškai hidrolizuojasi, susidarant aliuminio hidroksidui ir atitinkamai vandenilio sulfidui, amoniakui, fosfinui ir metanui:

Al 2S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 S

Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

Drožlių ar miltelių pavidalu jis ryškiai dega ore, atpalaiduoja didelis skaičius karštis:

4A l + 3 O 2 \u003d 2A l 2 O 3 + 1676 kJ.

ALUMINIO DEGIMAS ORE

PATIRTIS

II. Sąveika su sudėtingomis medžiagomis

Sąveika su vandeniu :

2 Al + 6 H 2 O \u003d 2 Al (OH) 3 + 3 H 2

be oksido plėvelės

PATIRTIS

Sąveika su metalų oksidais:

Aliuminis yra geras reduktorius, nes yra vienas iš aktyvių metalų. Jis įtrauktas į veiklos seriją iškart po šarminių žemių metalų. Štai kodėl atkuria metalus iš jų oksidų . Tokia reakcija – aliuminotermija – naudojama gryniems retiesiems metalams gauti, tokiems kaip volframas, vanadis ir kt.

3 Fe 3 O 4 + 8 Al \u003d 4 Al 2 O 3 + 9 Fe + K

Termitinis Fe 3 O 4 ir Al (milteliai) mišinys taip pat naudojamas termitiniam suvirinimui.

C r 2 O 3 + 2A l \u003d 2C r + A l 2 O 3

Sąveika su rūgštimis :

Su sieros rūgšties tirpalu: 2 Al + 3 H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 H 2

Nereaguoja su šaltai koncentruota sieros ir azoto rūgštimi (pasyvuoja). Todėl azoto rūgštis gabenama aliuminio talpose. Kaitinamas aliuminis gali redukuoti šias rūgštis neišskirdamas vandenilio:

2A l + 6H 2 S O 4 (konc.) \u003d A l 2 (S O 4) 3 + 3 S O 2 + 6H 2 O,

A l + 6H NO 3 (konc.) \u003d A l (NO 3) 3 + 3 NO 2 + 3H 2 O.

Sąveika su šarmais .

2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O \u003d 2 Na [ Al(OH)4 ] +3H2

PATIRTIS

Na[BETl(OH) 4] – natrio tetrahidroksoaliuminatas

Chemiko Gorbovo siūlymu, in Rusijos ir Japonijos karasši reakcija buvo panaudota vandeniliui gaminti balionams.

Su druskos tirpalais:

2 Al + 3 CuSO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3 Cu

Jei aliuminio paviršius trinamas gyvsidabrio druska, įvyksta tokia reakcija:

2 Al + 3 HgCl 2 = 2 AlCl 3 + 3 hg

Išsiskyręs gyvsidabris ištirpina aliuminį, sudarydamas amalgamą .

Aliuminio jonų nustatymas tirpaluose : PATIRTIS

5. Aliuminio ir jo junginių panaudojimas

Dėl fizinių ir cheminių aliuminio savybių jis plačiai naudojamas technologijose. Aviacijos pramonė yra pagrindinė aliuminio vartotoja.: 2/3 lėktuvų yra pagaminti iš aliuminio ir jo lydinių. Iš plieno pagamintas orlaivis būtų per sunkus ir galėtų skraidinti daug mažiau keleivių. Todėl aliuminis vadinamas sparnuotu metalu. Kabeliai ir laidai pagaminti iš aliuminio: esant vienodam elektros laidumui, jų masė yra 2 kartus mažesnė nei atitinkamų vario gaminių.

Atsižvelgiant į aliuminio atsparumą korozijai, tai gamina azoto rūgšties aparatų ir talpyklų dalis. Aliuminio milteliai yra sidabro dažų gamybos pagrindas, siekiant apsaugoti geležies gaminius nuo korozijos, taip pat atspindėti šiluminius spindulius, tokiais dažais dengiamos naftos saugyklos, ugniagesių kostiumai.

Aliuminio oksidas naudojamas aliuminio gamybai, taip pat kaip ugniai atspari medžiaga.

Aliuminio hidroksidas yra pagrindinė gerai žinomų vaistų Maalox, Almagel, mažinančių skrandžio sulčių rūgštingumą, sudedamoji dalis.

Aliuminio druskos stipriai hidrolizuojamos. Ši savybė naudojama vandens valymo procese. Aliuminio sulfatas ir nedidelis kiekis gesintų kalkių dedamas į valomą vandenį, kad būtų neutralizuota susidariusi rūgštis. Dėl to išsiskiria tūrinės aliuminio hidroksido nuosėdos, kurios, nusėdusios, pasiima suspenduotas drumstumo daleles ir bakterijas.

Taigi aliuminio sulfatas yra koaguliantas.

6. Aliuminio gavimas

1) Šiuolaikinį ekonomišką aliuminio gamybos būdą 1886 m. išrado amerikiečių salė ir prancūzas Heroux. Jį sudaro aliuminio oksido tirpalo išlydytame kriolite elektrolizė. Išlydytas kriolitas Na 3 AlF 6 ištirpina Al 2 O 3, kaip vanduo ištirpina cukrų. Aliuminio oksido „tirpalo“ išlydytame kriolite elektrolizė vyksta taip, tarsi kriolitas būtų tik tirpiklis, o aliuminio oksidas – elektrolitas.

2Al 2 O 3 elektros srovė → 4Al + 3O 2

Angliškoje berniukų ir mergaičių enciklopedijoje straipsnis apie aliuminį prasideda tokiais žodžiais: „1886 m. vasario 23 d. civilizacijos istorijoje prasidėjo naujas metalo amžius – aliuminio amžius. Šią dieną 22 metų chemikas Charlesas Hallas pasirodė savo pirmojoje mokytojo laboratorijoje su keliolika mažų sidabriškai balto aliuminio rutuliukų rankoje ir su žinia, kad rado būdą, kaip pagaminti šį metalą. pigiai ir dideliais kiekiais. Taigi Hallas tapo Amerikos aliuminio pramonės įkūrėju ir anglosaksų nacionaliniu didvyriu, kaip žmogus, iš mokslo padaręs puikų verslą.

2) 2Al 2 O 3 +3 C \u003d 4 Al + 3 CO 2

TAI YRA ĮDOMU:

• Pirmą kartą metalinį aliuminį 1825 metais išskyrė danų fizikas Hansas Christianas Oerstedas. Leisdamas dujinį chlorą per karšto aliuminio oksido, sumaišyto su anglimi, sluoksnį, Oerstedas išskyrė aliuminio chloridą be menkiausio drėgmės pėdsakų. Norint atkurti metalinį aliuminį, Oersted reikėjo aliuminio chloridą apdoroti kalio amalgama. Po 2 metų vokiečių chemikas Friedrichas Wölleris. Jis patobulino metodą, pakeisdamas kalio amalgamą grynu kaliu.
• XVIII–XIX amžiuje aliuminis buvo pagrindinis papuošalų metalas. 1889 metais Londone D.I.Mendelejevas už nuopelnus chemijos plėtrai buvo apdovanotas vertinga dovana – aukso ir aliuminio svarstyklėmis.
• Iki 1855 m. prancūzų mokslininkas Saint-Clair Deville sukūrė aliuminio metalo gamybos procesą pramoniniu mastu. Tačiau metodas buvo labai brangus. Dovilė mėgavosi ypatinga Prancūzijos imperatoriaus Napoleono III globa. Kaip savo atsidavimo ir dėkingumo ženklą, Dovilė Napoleono sūnui, naujagimiui princui, pagamino elegantiškai išgraviruotą barškutį – pirmąjį iš aliuminio pagamintą „vartotojišką prekę“. Napoleonas net ketino aprūpinti savo sargybinius aliuminio kirasais, tačiau kaina buvo pernelyg didelė. Tuo metu 1 kg aliuminio kainavo 1000 markių, t.y. 5 kartus brangesnis nei sidabras. Tik elektrolitinio proceso išradimas aliuminis tapo tokia pat vertinga kaip įprasti metalai.
• Ar žinojote, kad aliuminis, patekęs į žmogaus organizmą, sukelia nervų sistemos sutrikimą.Jo perteklius sutrinka medžiagų apykaita. O apsauginės priemonės yra vitamino C, kalcio, cinko junginiai.
• Kai aliuminis dega deguonyje ir fluore, išsiskiria daug šilumos. Todėl jis naudojamas kaip priedas prie raketų kuro. Raketa Saturnas savo skrydžio metu sudegina 36 tonas aliuminio miltelių. Idėją naudoti metalus kaip raketų kuro komponentą pirmasis pasiūlė F.A. Zanderis.

SIMULIATORIAI

Simuliatorius Nr. 1 – Aliuminio charakteristikos pagal padėtį periodinėje D. I. Mendelejevo elementų sistemoje

Simuliatorius Nr. 2 – Aliuminio reakcijų su paprastomis ir sudėtingomis medžiagomis lygtys

Simuliatorius Nr. 3 – Aliuminio cheminės savybės

SUSTIPRINIMO UŽDUOTYS

Nr. 1. Norint gauti aliuminį iš aliuminio chlorido, kalcio metalas gali būti naudojamas kaip reduktorius. Sudarykite šios cheminės reakcijos lygtį, apibūdinkite šį procesą elektroninėmis svarstyklėmis.
Pagalvok! Kodėl šios reakcijos negalima atlikti vandeniniame tirpale?

Nr. 2. Užbaikite cheminių reakcijų lygtis:
Al + H2SO4 (tirpalas ) ->
Al + CuCl 2 ->
Al + HNO 3 ( konc )-t ->
Al + NaOH + H 2 O ->

3 numeris. Atlikite transformacijas:
Al -> AlCl 3 -> Al -> Al 2 S 3 -> Al(OH) 3 - t -> Al 2 O 3 -> Al

Nr. 4. Išspręsti problemą:
Kaitinamas aliuminio ir vario lydinys buvo veikiamas koncentruoto natrio hidroksido tirpalo pertekliaus. Išsiskyrė 2,24 litro dujų (n.o.s.). Apskaičiuokite procentinę lydinio sudėtį, jei jo bendra masė buvo 10 g?

Kalio alūno gavimas

Aliuminis(lot. Aliuminis), - periodinėje sistemoje aliuminis yra trečiajame periode, trečios grupės pagrindiniame pogrupyje. Pagrindinis mokestis +13. Atomo elektroninė struktūra yra 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Metalo atomo spindulys yra 0,143 nm, kovalentinis - 0,126 nm, Al 3+ jono sąlyginis spindulys yra 0,057 nm. Jonizacijos energija Al - Al + 5,99 eV.

Būdingiausia aliuminio atomo oksidacijos būsena yra +3. Neigiama oksidacijos būsena yra reta. Išoriniame atomo elektronų sluoksnyje yra laisvų d-sublygių. Dėl šios priežasties jo koordinacinis skaičius junginiuose gali būti ne tik 4 (AlCl 4-, AlH 4-, aliumosilikatai), bet ir 6 (Al 2 O 3, 3+).

Istorijos nuoroda. Aliuminio pavadinimas kilęs iš lot. alumenas – taigi dar 500 m.pr.Kr. vadinamas aliuminio alūnu, kuris buvo naudojamas kaip kandiklis dažant audinius ir rauginant odą. Danų mokslininkas H. K. Oerstedas 1825 m., veikdamas su kalio amalgama bevandenį AlCl 3, o paskui pašalindamas gyvsidabrį, gavo palyginti gryną aliuminį. Pirmąjį pramoninį aliuminio gamybos būdą 1854 metais pasiūlė prancūzų chemikas A.E. St. Clair Deville: metodas susideda iš aliuminio ir natrio dvigubo chlorido Na 3 AlCl 6 redukavimo natrio metalu. Panašus į sidabro spalvą, aliuminis iš pradžių buvo labai brangus. 1855–1890 metais buvo pagaminta tik 200 tonų aliuminio. Šiuolaikinį aliuminio gamybos kriolito-aliuminio oksido lydalo elektrolizės metodą 1886 metais vienu metu ir nepriklausomai vienas nuo kito sukūrė C. Hallas JAV ir P. Héroux Prancūzijoje.

Buvimas gamtoje

Aliuminis yra labiausiai paplitęs metalas žemės plutoje. Tai sudaro 5,5–6,6 mol. dalis % arba 8 masės %. Pagrindinė jo masė yra sukoncentruota aliumosilikatuose. Ypač dažnas jų suformuotų uolienų naikinimo produktas yra molis, kurio pagrindinė sudėtis atitinka formulę Al 2 O 3. 2SiO2. 2H 2 O. Iš kitų natūralių aliuminio formų boksitas Al 2 O 3 turi didžiausią reikšmę. xH 2 O ir mineralai korundas Al 2 O 3 ir kriolitas AlF 3 . 3NaF.

Kvitas

Šiuo metu aliuminis pramonėje gaminamas elektrolizės būdu iš aliuminio oksido Al 2 O 3 tirpalo išlydytame kriolite. Al 2 O 3 turi būti pakankamai grynas, nes priemaišos iš lydyto aliuminio pašalinamos labai sunkiai. Al 2 O 3 lydymosi temperatūra yra apie 2050 o C, o kriolito - 1100 o C. Elektrolizė yra veikiama išlydyto kriolito ir Al 2 O 3 mišinio, kuriame yra apie 10 masės % Al 2 O 3, kuris lydosi 960 laipsnių temperatūroje. o C ir pasižymi elektriniu laidumu , tankiu ir klampumu, palankiausiu procesui. Pridedant AlF 3, CaF 2 ir MgF 2 galima elektrolizė 950°C temperatūroje.

Aliuminio lydymui skirtas elektrolitinis elementas yra geležies korpusas, iš vidaus išklotas ugniai atspariomis plytomis. Jo apačia (apačioje), surinkta iš suslėgtų anglių blokų, tarnauja kaip katodas. Anodai yra viršuje: tai aliuminio rėmai, užpildyti anglies briketais.

Al 2 O 3 \u003d Al 3+ + AlO 3 3-

Skystas aliuminis išsiskiria iš katodo:

Al 3+ + 3e - \u003d Al

Aliuminis surenkamas krosnies apačioje, iš kur jis periodiškai išleidžiamas. Ant anodo išsiskiria deguonis:

4AlO 3 3 - 12e - \u003d 2Al 2 O 3 + 3O 2

Deguonis oksiduoja grafitą į anglies oksidus. Kai anglis dega, susidaro anodas.

Aliuminis taip pat naudojamas kaip priedas prie daugelio lydinių, kad suteiktų jiems atsparumą karščiui.

Aliuminio fizinės savybės. Aliuminis apjungia labai vertingą savybių rinkinį: mažą tankį, didelį šilumos ir elektros laidumą, didelį plastiškumą ir gerą atsparumą korozijai. Jį galima lengvai kalti, štampuoti, valcuoti, piešti. Aliuminis gerai suvirinamas dujomis, kontaktiniu ir kitais suvirinimo būdais. Aliuminio grotelės yra į veidą orientuotos kubinės, o parametras a = 4,0413 Å. Aliuminio, kaip ir visų metalų, savybės labai priklauso nuo jo grynumo. Didelio grynumo aliuminio (99,996%) savybės: tankis (esant 20 °C) 2698,9 kg/m 3; t pl 660,24 °C; t rulonas apie 2500 °C; šiluminio plėtimosi koeficientas (nuo 20 ° iki 100 ° C) 23,86 10 -6; šilumos laidumas (esant 190 °C) 343 W/m K, savitoji šiluminė talpa (esant 100 °C) 931,98 J/kg K. ; elektros laidumas vario atžvilgiu (esant 20 °C) 65,5%. Aliuminis pasižymi mažu stiprumu (tempimo stipris 50–60 MN/m2), kietumu (170 MN/m2 pagal Brinell) ir dideliu plastiškumu (iki 50%). Šaltojo valcavimo metu Aliuminio atsparumas tempimui padidėja iki 115 MN/m 2, kietumas - iki 270 MN/m 2, santykinis pailgėjimas sumažėja iki 5% (1 MN/m 2 ~ ir 0,1 kgf/mm 2). Aliuminis yra gerai poliruotas, anoduotas ir pasižymi dideliu atspindžiu, artimu sidabrui (atspindi iki 90 % krintančios šviesos energijos). Turėdamas didelį afinitetą deguoniui, aliuminis ore yra padengtas plona, ​​bet labai stipria oksido plėvele Al 2 O 3, kuri apsaugo metalą nuo tolesnės oksidacijos ir lemia aukštas jo antikorozines savybes. Oksido plėvelės stiprumas ir apsauginis poveikis labai sumažėja esant gyvsidabrio, natrio, magnio, vario ir kt. priemaišoms. Aliuminis atsparus atmosferinei korozijai, jūros ir gėlo vandens poveikiui, praktiškai nesąveikauja su koncentruotu ar stipriai atskiestu azotu. rūgštis, su organinėmis rūgštimis, maisto produktai.

Cheminės savybės

Kaitinamas smulkiai susmulkintas aliuminis, jis stipriai dega ore. Jo sąveika su siera vyksta panašiai. Su chloru ir bromu derinys vyksta jau įprastoje temperatūroje, su jodu - kaitinant. Esant labai aukštai temperatūrai, aliuminis taip pat tiesiogiai jungiasi su azotu ir anglimi. Priešingai, jis nesąveikauja su vandeniliu.

Aliuminis yra gana atsparus vandeniui. Bet jei oksido plėvelės apsauginis poveikis pašalinamas mechaniškai arba amalgamuojant, įvyksta energinga reakcija:

Labai atskiestas, taip pat labai koncentruotas HNO3 ir H2SO4 beveik neturi įtakos aliuminiui (šaltyje), o esant vidutinei šių rūgščių koncentracijai, jis palaipsniui tirpsta. Grynas aliuminis yra gana stabilus druskos rūgšties atžvilgiu, tačiau jame ištirpsta įprastas techninis metalas.

Aliuminį veikiant šarminiams vandeniniams tirpalams, oksido sluoksnis ištirpsta ir susidaro aliuminatai - druskos, kurių anijono sudėtyje yra aliuminio:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na

Aliuminis, neturintis apsauginės plėvelės, sąveikauja su vandeniu, išstumdamas iš jo vandenilį:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2

Gautas aliuminio hidroksidas reaguoja su šarmo pertekliumi, sudarydamas hidroksoaliuminatą:

Al(OH)3 + NaOH = Na

Bendra aliuminio ištirpimo vandeniniame šarmo tirpale lygtis:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

Aliuminis pastebimai ištirpsta druskų tirpaluose, kurių reakcija vyksta rūgštine arba šarmine dėl hidrolizės, pavyzdžiui, Na 2 CO 3 tirpale.

Įtempių serijoje jis yra tarp Mg ir Zn. Visuose stabiliuose junginiuose aliuminis yra trivalentis.

Aliuminio ir deguonies derinį lydi didžiulis šilumos išsiskyrimas (1676 kJ/mol Al 2 O 3), daug didesnis nei daugelio kitų metalų. Atsižvelgiant į tai, kaitinant atitinkamo metalo oksido ir aliuminio miltelių mišinį, įvyksta smarki reakcija, dėl kurios iš paimto oksido išsiskiria laisvas metalas. Redukcijos metodas su Al (aliuminiu) dažnai naudojamas norint gauti daugybę elementų (Cr, Mn, V, W ir kt.) laisvoje būsenoje.

Aliuminiotermija kartais naudojama suvirinant atskiras plienines dalis, ypač tramvajaus bėgių jungtis. Naudojamas mišinys („termitas“) paprastai susideda iš smulkių aliuminio ir Fe 3 O 4 miltelių. Jis uždegamas saugikliu iš Al ir BaO 2 mišinio. Pagrindinė reakcija vyksta pagal lygtį:

8Al + 3Fe 3 O 4 = 4Al 2 O 3 + 9Fe + 3350 kJ

Be to, temperatūra pakyla apie 3000 o C.

Aliuminio oksidas yra balta, labai atspari ugniai (temp. 2050 o C) ir vandenyje netirpi masė. Natūralus Al 2 O 3 (korundo mineralas), taip pat dirbtinai gautas ir po to stipriai kalcinuotas, išsiskiria dideliu kietumu ir netirpumu rūgštyse. Al 2 O 3 (vadinamasis aliuminio oksidas) gali būti paverstas tirpia būsena susiliejus su šarmais.

Natūralus korundas, paprastai užterštas geležies oksidu, dėl savo ypatingo kietumo naudojamas šlifavimo diskų, strypų ir kt. Smulkiai susmulkintas jis vadinamas švitriniu popieriumi ir naudojamas metaliniams paviršiams valyti bei švitriniam popieriui gaminti. Tais pačiais tikslais dažnai naudojamas Al 2 O 3, gaunamas lydant boksitą (techninis pavadinimas – alundas).

Skaidrūs spalvoti korundo kristalai - raudonasis rubinas - chromo priemaiša - ir mėlynasis safyras - titano ir geležies - brangakmenių mišinys. Jie taip pat gaunami dirbtinai ir naudojami techniniams tikslams, pavyzdžiui, tiksliųjų instrumentų detalėms, akmenims laikrodžiuose ir kt. Rubino kristalai, kuriuose yra nedidelė Cr 2 O 3 priemaiša, naudojami kaip kvantiniai generatoriai – lazeriai, sukuriantys kryptingą monochromatinės spinduliuotės spindulį.

Dėl Al 2 O 3 netirpumo vandenyje šį oksidą atitinkantį hidroksidą Al(OH) 3 galima gauti tik netiesiogiai iš druskų. Hidroksido gamybą galima pavaizduoti kaip šią schemą. Veikiant šarmams, OH jonai palaipsniui pakeičia 3+ vandens molekules akvokompleksuose:

3+ + OH - \u003d 2+ + H 2 O

2+ + OH - = + + H 2 O

OH - \u003d 0 + H 2 O

Al(OH)3 yra tūrinės želatinos nuosėdos balta spalva, praktiškai netirpsta vandenyje, bet lengvai tirpsta rūgštyse ir stipriuose šarmuose. Todėl jis turi amfoterinį pobūdį. Tačiau jo bazinės ir ypač rūgštinės savybės yra gana silpnai išreikštos. NH 4 OH perteklius aliuminio hidroksidas yra netirpus. Viena iš dehidratuoto hidroksido formų, aliuminio gelis, naudojama inžinerijoje kaip adsorbentas.

Sąveikaujant su stipriais šarmais susidaro atitinkami aliuminatai:

NaOH + Al(OH) 3 = Na

Aktyviausių vienavalenčių metalų aliuminatai gerai tirpsta vandenyje, tačiau dėl stiprios hidrolizės jų tirpalai yra stabilūs tik esant pakankamam šarmų pertekliui. Aliuminatai, pagaminti iš silpnesnių bazių, beveik visiškai hidrolizuojasi tirpale, todėl juos galima gauti tik sausu būdu (lydinant Al 2 O 3 su atitinkamų metalų oksidais). Susidaro metaaliuminatai, kurie savo sudėtyje yra gaminami iš metaaliuminio rūgšties HAlO 2 . Dauguma jų netirpsta vandenyje.

Al(OH)3 sudaro druskas su rūgštimis. Daugumos stiprių rūgščių dariniai gerai tirpsta vandenyje, tačiau yra gana hidrolizuoti, todėl jų tirpalai reaguoja į rūgštinę reakciją. Aliuminio ir silpnų rūgščių tirpios druskos dar stipriau hidrolizuojamos. Dėl hidrolizės iš vandeninių tirpalų negalima gauti sulfido, karbonato, cianido ir kai kurių kitų aliuminio druskų.

Vandeninėje terpėje Al 3+ anijonas yra tiesiogiai apsuptas šešių vandens molekulių. Toks hidratuotas jonas yra šiek tiek disocijuotas pagal schemą:

3+ + H 2 O \u003d 2+ + OH 3 +

Jo disociacijos konstanta yra 1. 10 -5 t.y. tai silpna rūgštis (panaši stiprumu į acto rūgštį). Oktaedrinė Al 3+ aplinka su šešiomis vandens molekulėmis taip pat išlaikoma daugelio aliuminio druskų kristaliniuose hidratuose.

Aliumosilikatai gali būti laikomi silikatais, kuriuose dalis silicio-deguonies tetraedro SiO 4 4 - pakeičiama aliuminio-deguonies tetraedra AlO 4 5- Iš aliuminio silikatų labiausiai paplitę lauko špatai, kurie sudaro daugiau nei pusę jo masės. žemės pluta. Pagrindiniai jų atstovai yra mineralai

ortoklazė K 2 Al 2 Si 6 O 16 arba K 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO2

albitas Na 2 Al 2 Si 6 O 16 arba Na 2 O . Al 2 O 3 . 6SiO2

anortitas CaAl 2 Si 2 O 8 arba CaO. Al 2 O 3 . 2SiO2

Žėručio grupės mineralai yra labai dažni, pavyzdžiui, muskovitas Kal 2 (AlSi 3 O 10) (OH) 2. Didelę praktinę reikšmę turi mineralinis nefelinas (Na, K) 2, naudojamas aliuminio oksidui, sodos gaminiams ir cementui gauti. Šią gamybą sudaro šios operacijos: a) nefelinas ir kalkakmenis sukepinami vamzdinėse krosnyse 1200°C temperatūroje:

(Na, K) 2 + 2CaCO 3 = 2CaSiO 3 + NaAlO 2 + KAlO 2 + 2CO 2

b) gauta masė išplaunama vandeniu - susidaro natrio ir kalio aliuminatų tirpalas ir CaSiO 3 dumblas:

NaAlO 2 + KAlO 2 + 4H 2 O \u003d Na + K

c) sukepinimo metu susidaręs CO 2 praleidžiamas per aliuminatų tirpalą:

Na + K + 2CO 2 = NaHCO 3 + KHCO 3 + 2Al(OH) 3

d) kaitinant Al (OH) 3 gaunamas aliuminio oksidas:

2Al(OH)3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O

e) išgarinant motininį tirpalą, išskiriama soda ir pudra, o anksčiau gautas dumblas naudojamas cemento gamybai.

Gaminant 1 t Al 2 O 3, gaunama 1 t sodos produktų ir 7,5 t cemento.

Kai kurie aliuminio silikatai turi laisvą struktūrą ir gali keistis jonais. Tokie silikatai – natūralūs ir ypač dirbtiniai – naudojami vandens minkštinimui. Be to, dėl labai išvystyto paviršiaus jie naudojami kaip katalizatoriaus nešikliai, t.y. kaip katalizatoriumi impregnuotos medžiagos.

Aliuminio halogenidai normaliomis sąlygomis yra bespalvės kristalinės medžiagos. Aliuminio halogenidų serijoje AlF 3 savo savybėmis labai skiriasi nuo savo analogų. Jis yra ugniai atsparus, mažai tirpus vandenyje, chemiškai neaktyvus. Pagrindinis AlF 3 gavimo būdas yra pagrįstas bevandenio HF poveikiu Al 2 O 3 arba Al:

Al2O3 + 6HF = 2AlF3 + 3H2O

Aliuminio junginiai su chloru, bromu ir jodu yra tirpūs, labai reaktyvūs ir gerai tirpsta ne tik vandenyje, bet ir daugelyje organinių tirpiklių. Aliuminio halogenidų sąveiką su vandeniu lydi didelis šilumos išsiskyrimas. Vandeniniame tirpale jie visi yra labai hidrolizuoti, tačiau skirtingai nuo tipiškų nemetalų rūgščių halogenidų, jų hidrolizė yra neišsami ir grįžtama. Būdami pastebimai lakūs jau normaliomis sąlygomis, AlCl 3 , AlBr 3 ir AlI 3 rūko drėgname ore (dėl hidrolizės). Juos galima gauti tiesiogine paprastų medžiagų sąveika.

AlCl 3 , AlBr 3 ir AlI 3 garų tankis santykinai žemoje temperatūroje daugiau ar mažiau tiksliai atitinka dvigubas formules - Al 2 Hal 6 . Šių molekulių erdvinė struktūra atitinka dvi tetraedras su bendrąja briauna. Kiekvienas aliuminio atomas yra prijungtas prie keturių halogeno atomų, o kiekvienas centrinis halogeno atomas yra prijungtas prie abiejų aliuminio atomų. Iš dviejų centrinio halogeno atomo jungčių viena yra donoras-akceptorius, o aliuminis veikia kaip akceptorius.

Su daugelio vienavalenčių metalų halogenidų druskomis aliuminio halogenidai sudaro sudėtingus junginius, daugiausia M 3 ir M tipų (kur Hal yra chloras, bromas arba jodas). Polinkis į adityvines reakcijas paprastai yra labai ryškus nagrinėjamuose halogeniduose. Dėl šios priežasties svarbiausias techninis AlCl 3 panaudojimas kaip katalizatorius (naftos perdirbime ir organinėse sintezėse).

Iš fluoraliuminatų daugiausiai pritaikomas kriolitas Na 3 (Al, F 2, emalių, stiklo ir kt. gamyboje). Pramoninė dirbtinio kriolito gamyba pagrįsta aliuminio hidroksido apdorojimu vandenilio fluorido rūgštimi ir soda:

2Al(OH)3 + 12HF + 3Na 2CO 3 = 2Na 3 + 3CO 2 + 9H 2 O

Chloro, bromo ir jodoaliuminatai gaunami lydant aliuminio trihalogenidus su atitinkamų metalų halogenidais.

Nors aliuminis chemiškai nereaguoja su vandeniliu, aliuminio hidrido galima gauti netiesiogiai. Tai balta amorfinė masė, kurios sudėtis (AlH 3) n . Suyra, kai kaitinama aukštesnėje nei 105 ° C temperatūroje, išskirdamas vandenilį.

Kai AlH 3 sąveikauja su baziniais hidridais eterio tirpale, susidaro hidroaliuminatai:

LiH + AlH3 = Li

Hidridoaliuminatai yra baltos kietos medžiagos. Greitai suyra nuo vandens. Jie yra galingi restauratoriai. Naudojamas (ypač Li) organinėje sintezėje.

Aliuminio sulfatas Al 2 (SO 4) 3. 18H 2 O gaunamas karšta sieros rūgštimi veikiant aliuminio oksidą arba kaoliną. Jis naudojamas vandeniui valyti, taip pat kai kurių rūšių popieriui ruošti.

Kalio alūnas KAl(SO 4) 2 . 12H 2 O dideliais kiekiais naudojamas odai rauginti, taip pat dažant kaip medvilninių audinių kandiklis. Pastaruoju atveju alūno poveikis grindžiamas tuo, kad dėl jų hidrolizės susidaręs aliuminio hidroksidas smulkiai išsklaidytas nusėda audinio pluoštuose ir, adsorbuodamas dažus, tvirtai laiko jį ant pluošto.

Iš kitų aliuminio darinių reikėtų paminėti jo acetatą (kitaip acto druską) Al(CH 3 COO) 3, naudojamą audiniams dažyti (kaip kandiklis) ir medicinoje (losjonams ir kompresams). Aliuminio nitratas lengvai tirpsta vandenyje. Aliuminio fosfatas netirpsta vandenyje ir acto rūgštyje, bet tirpsta stipriose rūgštyse ir šarmuose.

aliuminio korpuse. Aliuminis yra gyvūnų ir augalų audinių dalis; žinduolių organuose rasta nuo 10 -3 iki 10 -5% aliuminio (vienoje žaliavoje). Aliuminis kaupiasi kepenyse, kasoje ir skydliaukės. Augaliniuose produktuose aliuminio kiekis svyruoja nuo 4 mg 1 kg sausosios medžiagos (bulvės) iki 46 mg (geltonosios ropės), gyvūniniuose produktuose - nuo 4 mg (medaus) iki 72 mg 1 kg sausos medžiagos (jautiena) . Kasdieniame žmogaus racione aliuminio kiekis siekia 35-40 mg. Yra žinomi organizmai - aliuminio koncentratoriai, pavyzdžiui, samanos (Lycopodiaceae), kurių pelenuose yra iki 5,3% aliuminio, moliuskai (Helix ir Lithorina), kurių pelenuose 0,2–0,8% aliuminio. Su fosfatais sudarydamas netirpius junginius, aliuminis sutrikdo augalų (fosfatų pasisavinimas iš šaknų) ir gyvūnų mitybą (fosfatų pasisavinimas žarnyne).

Aliuminio geochemija. Geochemines aliuminio savybes lemia didelis jo afinitetas deguoniui (mineraluose aliuminis yra deguonies oktaedruose ir tetraedruose), pastovus valentingumas (3) ir daugumos natūralių junginių mažas tirpumas. Vykstant endogeniniams procesams kietėjant magmai ir formuojantis magminėms uolienoms, aliuminis patenka į lauko špatų, žėručio ir kitų mineralų – aliumosilikatų – kristalinę gardelę. Biosferoje aliuminis yra silpnas migruojantis, jo mažai organizmuose ir hidrosferoje. Drėgname klimate, kur pūvančios gausios augmenijos liekanos sudaro daug organinių rūgščių, aliuminis migruoja dirvožemiuose ir vandenyse organinių mineralinių koloidinių junginių pavidalu; aliuminį adsorbuoja koloidai ir nusodina apatinėje dirvožemio dalyje. Ryšys tarp aliuminio ir silicio dalinai nutrūksta ir vietomis tropikuose susidaro mineralų – aliuminio hidroksidų – boehmito, diasporos, hidrargilito. Didžioji dalis aliuminio yra aliumosilikatų – kaolinito, beidelito ir kitų molio mineralų – dalis. Silpnas mobilumas lemia aliuminio likutinį kaupimąsi drėgnų tropikų atmosferos poveikio plutoje. Dėl to susidaro eluviniai boksitai. Ankstesnėse geologinėse epochose boksitai taip pat kaupėsi ežeruose ir tropinių regionų jūrų pakrantės zonoje (pavyzdžiui, Kazachstano nuosėdiniai boksitai). Stepėse ir dykumose, kur mažai gyvųjų medžiagų, o vandenys neutralūs ir šarminiai, aliuminis beveik nemigruoja. Aliuminio migracija intensyviausia vulkaninėse vietovėse, kur stebimi labai rūgštūs upių ir požeminiai vandenys, kuriuose gausu aliuminio. Rūgščių vandenų išstūmimo į šarminį jūrinį (upių ir kt. žiotyse) vietose aliuminis nusėda susidarant boksito nuosėdoms.

Aliuminio taikymas. Aliuminio fizinių, mechaninių ir cheminių savybių derinys lemia platų jo taikymą beveik visose technologijos srityse, ypač lydinių su kitais metalais pavidalu. Elektros inžinerijoje aliuminis sėkmingai pakeičia varį, ypač gaminant masyvius laidininkus, pavyzdžiui, oro linijose, aukštos įtampos kabeliuose, skirstomųjų įrenginių šynose, transformatoriuose (aliuminio elektros laidumas siekia 65,5% vario elektros laidumo ir jis yra daugiau nei tris kartus lengvesnis už varį; kurio skerspjūvis užtikrina tokį patį laidumą, aliuminio laidų masė yra perpus mažesnė nei varinių laidų). Itin grynas aliuminis naudojamas gaminant elektros kondensatorius ir lygintuvus, kurių veikimas pagrįstas aliuminio oksido plėvelės gebėjimu perduoti elektros srovę tik viena kryptimi. Itin grynas aliuminis, išgrynintas zoninio lydymo būdu, naudojamas A III B V tipo puslaidininkinių junginių, naudojamų puslaidininkinių įtaisų gamybai, sintezei. Grynas aliuminis naudojamas įvairių veidrodžių atšvaitų gamyboje. Didelio grynumo aliuminis naudojamas metaliniams paviršiams apsaugoti nuo atmosferinės korozijos (apmušalai, aliuminio dažai). Aliuminis, turintis palyginti mažą neutronų sugerties skerspjūvį, naudojamas kaip konstrukcinė medžiaga branduoliniuose reaktoriuose.

Didelės talpos aliuminio talpyklose laikomos ir transportuojamos skystos dujos (metanas, deguonis, vandenilis ir kt.), azoto ir acto rūgštys, grynas vanduo, vandenilio peroksidas ir maistiniai aliejai. Aliuminis plačiai naudojamas įrangoje ir aparatuose Maisto pramone, maisto pakavimui (folijos pavidalu), įvairių buities prekių gamybai. Smarkiai išaugo aliuminio suvartojimas pastatų apdailai, architektūros, transporto ir sporto objektams.

Metalurgijoje aliuminis (be jo pagrindu pagamintų lydinių) yra vienas iš labiausiai paplitusių legiruojamųjų priedų lydiniuose, kurių sudėtyje yra Cu, Mg, Ti, Ni, Zn ir Fe. Aliuminis taip pat naudojamas plieno deoksidavimui prieš pilant į formą, taip pat tam tikrų metalų gavimo aliuminotermijos būdu procesuose. Aliuminio pagrindu miltelinės metalurgijos būdu buvo sukurtas SAP (sukepintas aliuminio milteliai), kuris pasižymi dideliu atsparumu karščiui aukštesnėje nei 300 °C temperatūroje.

Aliuminis naudojamas sprogmenų (ammonalo, alumotolio) gamyboje. Plačiai naudojamas įvairūs ryšiai aliuminio.

Aliuminio gamyba ir vartojimas nuolat auga, augimo tempais gerokai lenkiantis plieno, vario, švino ir cinko gamybą.

Naudotos literatūros sąrašas

1. V.A. Rabinovičius, Z.Ya. Khavin „Trumpa cheminė nuoroda“

2. L.S. Guzey „Bendrosios chemijos paskaitos“

3. N.S. Akhmetovas „Bendroji ir neorganinė chemija“

4. B.V. Nekrasovas „Bendrosios chemijos vadovėlis“

5. N.L. Glinka „Bendroji chemija“

Žemės plutoje yra daug aliuminio: 8,6 % masės. Jis užima pirmą vietą tarp visų metalų ir trečią tarp kitų elementų (po deguonies ir silicio). Aliuminio yra dvigubai daugiau nei geležies ir 350 kartų daugiau nei vario, cinko, chromo, alavo ir švino kartu! Kaip jis rašė daugiau nei prieš 100 metų savo klasikiniame vadovėlyje Chemijos pagrindai D.I.Mendelejevas, iš visų metalų, „aliuminis yra labiausiai paplitęs gamtoje; pakanka pažymėti, kad jis yra molio dalis, todėl bendras aliuminio pasiskirstymas žemės plutoje yra aiškus. Todėl aliuminis arba alūno (alumeno) metalas kitaip vadinamas moliu, kurio yra molyje.

Svarbiausias aliuminio mineralas yra boksitas, bazinio oksido AlO(OH) ir hidroksido Al(OH) 3 mišinys. Didžiausi boksito telkiniai yra Australijoje, Brazilijoje, Gvinėjoje ir Jamaikoje; pramoninė gamyba vykdoma ir kitose šalyse. Alunite (alūno akmuo) (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) 3, nefeline (Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 taip pat gausu aliuminio. Iš viso žinoma daugiau nei 250 mineralų, tarp kurių yra ir aliuminis; dauguma jų yra aliumosilikatai, iš kurių daugiausia susidaro žemės pluta. Jiems atvėsus susidaro molis, kurio pagrindas – mineralinis kaolinitas Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Geležies priemaišos dažniausiai molį nuspalvina rudai, tačiau yra ir baltojo molio – kaolino, kuris naudojamas porcelianui gaminti. ir fajanso gaminiai.

Retkarčiais aptinkamas išskirtinai kietas (antras po deimantų) mineralinis korundas – kristalinis Al 2 O 3 oksidas, dažnai nuspalvintas skirtingų spalvų priemaišomis. Jo mėlyna atmaina (titano ir geležies priemaiša) vadinama safyru, raudona (chromo priemaiša) – rubinu. Įvairios priemaišos gali nuspalvinti vadinamąjį taurųjį korundą taip pat žalia, geltona, oranžine, violetine ir kitomis spalvomis bei atspalviais.

Dar visai neseniai buvo manoma, kad aliuminis, kaip labai aktyvus metalas, negali būti gamtoje laisvoje būsenoje, tačiau 1978 metais Sibiro platformos uolienose buvo aptiktas vietinis aliuminis – tik 0,5 mm ilgio ūsų pavidalu. (su kelių mikrometrų sriegio storiu). Mėnulio dirvožemyje, atgabentame į Žemę iš Krizių ir gausos jūrų regionų, taip pat buvo galima aptikti vietinį aliuminį. Daroma prielaida, kad metalinis aliuminis gali susidaryti kondensuojantis iš dujų. Yra žinoma, kad kaitinant aliuminio halogenidus – chloridą, bromidą, fluoridą, jie gali daugmaž lengvai išgaruoti (pavyzdžiui, AlCl 3 sublimuojasi jau 180 °C temperatūroje). Stipriai kylant temperatūrai, aliuminio halogenidai suyra ir pereina į būseną su mažesniu metalo valentingumu, pavyzdžiui, AlCl. Kai toks junginys kondensuojasi mažėjant temperatūrai ir nesant deguonies, kietoje fazėje įvyksta disproporcijos reakcija: dalis aliuminio atomų oksiduojasi ir pereina į įprastą trivalenę būseną, o dalis redukuojasi. Vienavalentinis aliuminis gali būti redukuojamas tik iki metalo: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Šią prielaidą taip pat patvirtina gijinė vietinių aliuminio kristalų forma. Paprastai tokios struktūros kristalai susidaro dėl staigus augimas iš dujinės fazės. Tikriausiai panašiai susiformavo mikroskopiniai aliuminio grynuoliai Mėnulio dirvožemyje.

Aliuminio pavadinimas kilęs iš lotyniško žodžio alumen (genus case aluminis). Taip vadinamas alūnas, dvigubas kalio-aliuminio sulfatas KAl (SO 4) 2 12H 2 O), kuris buvo naudojamas kaip kandiklis dažant audinius. Lotyniškas pavadinimas tikriausiai kilęs iš graikų kalbos „halme“ – sūrymas, druskos tirpalas. Įdomu, kad Anglijoje aliuminis yra aliuminis, o JAV – aliuminis.

Daugelyje populiarių knygų apie chemiją sklando legenda, kad kažkoks išradėjas, kurio vardo istorija neišliko, imperatoriui Tiberijui, valdžiusiam Romą 14-27 m. po Kr., atnešė dubenį iš metalo, panašaus į sidabro spalvą, tačiau lengvesni. Ši dovana meistrui kainavo gyvybę: Tiberijus įsakė jam įvykdyti mirties bausmę ir sunaikinti dirbtuves, nes bijojo, kad naujasis metalas gali nuvertinti imperijos iždo sidabrą.

Ši legenda remiasi Plinijaus Vyresniojo, romėnų rašytojo ir mokslininko, autoriaus, pasakojimu gamtos istorija- senovės gamtos mokslų žinių enciklopedijos. Plinijaus teigimu, naujasis metalas buvo gautas iš „molio žemės“. Tačiau molyje yra aliuminio.

Šiuolaikiniai autoriai beveik visada daro išlygą, kad visa ši istorija yra ne kas kita, kaip graži pasaka. Ir tai nenuostabu: aliuminis uolienose itin stipriai jungiasi su deguonimi, o jam išleisti reikia daug energijos. Tačiau pastaruoju metu atsirado naujų duomenų apie esminę galimybę gauti metalinį aliuminį senovėje. Kaip rodo spektrinė analizė, kinų vado Džou-Džu, mirusio III amžiaus pradžioje, kapo dekoracijos. AD, yra pagaminti iš lydinio, kurį sudaro 85% aliuminio. Ar senovės žmonės galėjo gauti nemokamo aliuminio? Visi žinomi metodai (elektrolizė, redukcija metaliniu natriu arba kaliu) automatiškai pašalinami. Ar senovėje buvo galima rasti vietinio aliuminio, pavyzdžiui, aukso, sidabro, vario grynuolių? Tai taip pat neįtraukiama: vietinis aliuminis yra rečiausias mineralas, kurio yra nežymiai, todėl senovės meistrai negalėjo rasti ir surinkti tokių grynuolių reikiamu kiekiu.

Tačiau galimas ir kitoks Plinijaus istorijos paaiškinimas. Aliuminį iš rūdų galima išgauti ne tik elektros ir šarminių metalų pagalba. Yra nuo seno prieinamas ir plačiai naudojamas reduktorius – tai anglis, kurios pagalba daugelio metalų oksidai kaitinant redukuojami iki laisvųjų metalų. Aštuntojo dešimtmečio pabaigoje vokiečių chemikai nusprendė išbandyti, ar aliuminis senovėje galėjo būti pagamintas redukuojant anglimi. Jie kaitino molio mišinį su anglies milteliais ir valgomąja druska arba kaliu (kalio karbonatu) moliniame tiglyje iki raudonos ugnies. Druska buvo gaunama iš jūros vandens, o kalis – iš augalų pelenų, kad būtų naudojamos tik tos medžiagos ir metodai, kurie buvo prieinami senovėje. Po kurio laiko tiglio paviršiuje plūduriavo šlakas su aliuminio rutuliais! Metalo išeiga buvo nedidelė, tačiau gali būti, kad būtent tokiu būdu senovės metalurgai galėjo gauti „XX amžiaus metalą“.

aliuminio savybės.

Gryno aliuminio spalva primena sidabrą, tai labai lengvas metalas: jo tankis tik 2,7 g/cm3. Lengvesni už aliuminį yra tik šarminiai ir šarminių žemių metalai (išskyrus barį), berilis ir magnis. Aliuminis taip pat lengvai tirpsta - 600 ° C temperatūroje (ploną aliuminio vielą galima išlydyti ant paprasto virtuvės degiklio), tačiau jis verda tik 2452 ° C. Pagal elektros laidumą aliuminis yra 4 vietoje, antras po sidabro. (jis yra pirmoje vietoje), varis ir auksas, kurie, atsižvelgiant į aliuminio pigumą, turi didelę praktinę reikšmę. Ta pačia tvarka kinta ir metalų šilumos laidumas. Aukštą aliuminio šilumos laidumą nesunku patikrinti įmerkus aliuminio šaukštą į karštą arbatą. Ir dar viena nuostabi šio metalo savybė: lygus, blizgus paviršius puikiai atspindi šviesą: nuo 80 iki 93% matomoje spektro srityje, priklausomai nuo bangos ilgio. Ultravioletinių spindulių srityje aliuminis šiuo atžvilgiu neturi lygių, o tik raudonajame yra šiek tiek prastesnis už sidabrą (ultraviolete sidabras turi labai mažą atspindį).

Grynas aliuminis yra gana minkštas metalas – beveik tris kartus minkštesnis už varį, todėl net gana storas aliuminio plokštes ir strypus lengva išlenkti, tačiau aliuminiui formuojant lydinius (jų yra labai daug), jo kietumas gali padidėti dešimteriopai.

Būdinga aliuminio oksidacijos būsena yra +3, bet dėl ​​neužpildytų 3 R- ir 3 d-orbitalių aliuminio atomai gali sudaryti papildomus donoro-akceptoriaus ryšius. Todėl mažo spindulio Al 3+ jonas labai linkęs formuotis kompleksams, sudarydamas įvairius katijoninius ir anijoninius kompleksus: AlCl 4 – , AlF 6 3– , 3+ , Al(OH) 4 – , Al(OH) 6 3 – , AlH 4 – ir daugelis kitų. Taip pat žinomi kompleksai su organiniais junginiais.

Aliuminio cheminis aktyvumas yra labai didelis; elektrodų potencialų serijoje jis yra iškart už magnio. Iš pirmo žvilgsnio toks teiginys gali pasirodyti keistas: juk aliuminio keptuvė ar šaukštas gana stabilus ore, o verdančiame vandenyje nesubyra. Aliuminis, skirtingai nei geležis, nerūdija. Pasirodo, ore metalas yra padengtas bespalviu, plonu, bet stipriu oksido „šarvu“, kuris apsaugo metalą nuo oksidacijos. Taigi, jei į degiklio liepsną įvedama stora 0,5–1 mm storio aliuminio viela ar plokštelė, metalas išsilydo, bet aliuminis neteka, nes lieka savo oksido maišelyje. Jei aliuminiui atimsite apsauginę plėvelę arba ją atlaisvinsite (pavyzdžiui, panardindami į gyvsidabrio druskų tirpalą), aliuminis iš karto parodys tikrąją savo esmę: jau kambario temperatūroje jis pradės intensyviai reaguoti su vandeniu ir išsiskirs vandenilis: 2Al + 6H 2 O ® 2Al (OH) 3 + 3H 2. Ore aliuminis be apsauginės plėvelės virsta biriais oksido milteliais tiesiai prieš akis: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3. Aliuminis ypač aktyvus smulkiai susmulkintoje būsenoje; aliuminio dulkės, įpūstos į liepsną, akimirksniu perdega. Jei ant keraminės plokštelės sumaišysite aliuminio dulkes su natrio peroksidu ir ant mišinio nulašite vandens, aliuminis taip pat užsidega ir dega balta liepsna.

Labai didelis aliuminio afinitetas deguoniui leidžia „paimti“ deguonį iš daugelio kitų metalų oksidų, juos atstatant (aliuminoterminis metodas). Žinomiausias pavyzdys – termito mišinys, kuriam degant išsiskiria tiek šilumos, kad išsilydo susidariusi geležis: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Šią reakciją 1856 m. atrado N. N. Beketovas. Tokiu būdu į metalus galima atkurti Fe 2 O 3, CoO, NiO, MoO 3, V 2 O 5, SnO 2, CuO ir daugybę kitų oksidų. Redukuojant Cr 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, B 2 O 3 su aliuminiu, reakcijos šilumos nepakanka, kad reakcijos produktai pašildytų aukščiau jų lydymosi temperatūros.

Aliuminis lengvai ištirpsta praskiestose mineralinėse rūgštyse, sudarydamas druskas. Koncentruota azoto rūgštis, oksiduodama aliuminio paviršių, prisideda prie oksido plėvelės sustorėjimo ir kietėjimo (vadinamasis metalo pasyvavimas). Taip apdorotas aliuminis nereaguoja net su druskos rūgštimi. Naudodami elektrocheminę anodinę oksidaciją (anodavimą) ant aliuminio paviršiaus, galite sukurti storą plėvelę, kurią galima lengvai nudažyti skirtingomis spalvomis.

Mažiau aktyviems metalams iš druskų tirpalų išstumti aliuminiu dažnai trukdo apsauginė plėvelė ant aliuminio paviršiaus. Šią plėvelę greitai sunaikina vario chloridas, todėl reakcija 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu vyksta lengvai, kurią lydi stiprus kaitinimas. Stipriuose šarminiuose tirpaluose aliuminis lengvai tirpsta, išskirdamas vandenilį: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (susidaro ir kiti anijoniniai hidrokso kompleksai). Amfoterinis aliuminio junginių pobūdis taip pat pasireiškia tuo, kad šviežiai nusodintas oksidas ir hidroksidas lengvai ištirpsta šarmuose. Kristalinis oksidas (korundas) yra labai atsparus rūgštims ir šarmams. Susiliejus su šarmais susidaro bevandeniai aliuminatai: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnio aliuminatas Mg (AlO 2) 2 yra pusbrangis špinelio akmuo, dažniausiai nudažytas įvairiausių spalvų priemaišomis. .

Aliuminis smarkiai reaguoja su halogenais. Jei plona aliuminio viela įvedama į mėgintuvėlį su 1 ml bromo, tada per trumpam laikui aliuminis užsidega ir dega ryškia liepsna. Aliuminio ir jodo miltelių mišinio reakciją inicijuoja vandens lašas (vanduo su jodu sudaro rūgštį, kuri ardo oksido plėvelę), po to atsiranda ryški liepsna su purpurinių jodo garų klubais. Aliuminio halogenidai vandeniniuose tirpaluose yra rūgštūs dėl hidrolizės: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Aliuminio reakcija su azotu vyksta tik aukštesnėje nei 800 ° C temperatūroje, kai susidaro AlN nitridas, su siera 200 ° C temperatūroje (susidaro Al 2 S 3 sulfidas), su fosforu 500 ° C temperatūroje (susidaro AlP fosfidas). Į išlydytą aliuminį įvedant borą, susidaro AlB 2 ir AlB 12 kompozicijos boridai - ugniai atsparūs junginiai, atsparūs rūgštims. Hidridas (AlH) x (x = 1,2) susidaro tik vakuume at žemos temperatūros atominiam vandeniliui reaguojant su aliuminio garais. AlH 3 hidridas, kuris yra stabilus, kai kambario temperatūroje nėra drėgmės, gaunamas bevandeniame eterio tirpale: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Esant LiH pertekliui, susidaro į druską panašus ličio aliuminio hidridas LiAlH 4 – labai stiprus reduktorius, naudojamas organinėje sintezėje. Jis akimirksniu suyra su vandeniu: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al (OH) 3 + 4H 2.

Aliuminio gavimas.

Dokumentuotas aliuminio atradimas įvyko 1825 m. Danų fizikas Hansas Christianas Oerstedas pirmą kartą gavo šį metalą, kai jį išskyrė kalio amalgama veikiant bevandenį aliuminio chloridą (gaunamą chlorą leidžiant per karštą aliuminio oksido ir anglies mišinį). Išvaręs gyvsidabrį, Oerstedas gavo aliuminį, tačiau užterštą priemaišomis. 1827 m. vokiečių chemikas Friedrichas Wöhleris, redukuodamas kalio heksafluoraliuminatą, gavo miltelių pavidalo aliuminį:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Vėliau jam pavyko gauti aliuminio blizgančių metalinių rutuliukų pavidalu. 1854 metais prancūzų chemikas Henri Etienne'as Saint-Clair'as Deville'is sukūrė pirmąjį pramoninį aliuminio gamybos metodą – sumažindamas natrio tetrachloraliuminato lydalą: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Tačiau aliuminis ir toliau buvo itin retas ir brangus metalas; kainavo ne ką pigiau už auksą ir 1500 kartų brangiau už geležį (dabar tik tris kartus). Iš aukso, aliuminio ir brangakmenių 1850-aisiais buvo pagamintas barškutis Prancūzijos imperatoriaus Napoleono III sūnui. Kai 1855 metais pasaulinėje parodoje Paryžiuje buvo eksponuojamas didelis nauju būdu gautas aliuminio luitas, į jį buvo žiūrima kaip į brangakmenį. JAV sostinėje esančio Vašingtono paminklo viršutinė dalis (piramidės pavidalu) buvo pagaminta iš tauriojo aliuminio. Tuo metu aliuminis buvo ne ką pigesnis už sidabrą: pavyzdžiui, JAV 1856 m. jis buvo parduotas už 12 USD už svarą (454 g), o sidabras - už 15 USD. enciklopedinis žodynas Brockhausas ir Efronas teigė, kad „aliuminis vis dar naudojamas visų pirma papuošti... prabangos daiktus“. Iki to laiko visame pasaulyje kasmet buvo išgaunama tik 2,5 tonos metalo. Tik XIX amžiaus pabaigoje, kai buvo sukurtas elektrolitinis aliuminio gavimo būdas, jo metinė gamyba ėmė siekti tūkstančius tonų, o XX a. – milijonai tonų. Dėl to aliuminis tapo plačiai prieinamu pusbrangiu metalu.

Šiuolaikinį aliuminio gamybos metodą 1886 m. atrado jaunas amerikiečių tyrinėtojas Charlesas Martinas Holas. Chemija susidomėjo dar vaikystėje. Radęs seną tėčio chemijos vadovėlį, ėmė uoliai jį mokytis, taip pat eksperimentuoti, kartą net sulaukė mamos barimo, kad sugadino pietų staltiesę. Ir po 10 metų jis padarė puikų atradimą, kuris šlovino jį visame pasaulyje.

Būdamas 16 metų tapęs studentu, Hallas iš savo mokytojo F. F. Jewetto išgirdo, kad jei kam nors pavyks sukurti pigų aliuminio gavimo būdą, tai šis žmogus ne tik suteiks didžiulę paslaugą žmonijai, bet ir uždirbs didžiulę sumą. turtas. Jewett žinojo, apie ką kalba: anksčiau buvo stažavęsis Vokietijoje, dirbo Wöhler ir aptarinėjo su juo aliuminio gavimo problemas. Su juo į Ameriką Jewett atsivežė ir reto metalo pavyzdį, kurį parodė savo mokiniams. Staiga Hall garsiai pareiškė: "Aš gausiu šį metalą!"

Šeši metai sunkaus darbo tęsėsi. Hall bandė gauti aliuminio įvairiais būdais, bet nesėkmingai. Galiausiai jis pabandė išgauti šį metalą elektrolizės būdu. Tuo metu elektrinių nebuvo, srovę reikėjo gauti naudojant didelius naminius akumuliatorius iš anglies, cinko, azoto ir sieros rūgščių. Holas dirbo tvarte, kuriame įrengė nedidelę laboratoriją. Jam talkino sesuo Julija, kuri labai domėjosi brolio eksperimentais. Ji saugojo visus jo laiškus ir darbo žurnalus, kurie leidžia pažodžiui kiekvieną dieną atsekti atradimo istoriją. Štai ištrauka iš jos atsiminimų:

Charlesas visada buvo gera nuotaika, ir net pačiomis blogiausiomis dienomis galėjo juoktis iš nelaimingų išradėjų likimo. Nesėkmės laikais jis paguodą rasdavo prie mūsų senojo fortepijono. Namų laboratorijoje jis dirbo ilgas valandas be pertraukos; o kai galėjo trumpam išeiti iš filmavimo aikštelės, lėkė pro mūsų longhouse truputį pažaisti... Žinojau, kad žaisdamas su tokiu žavesiu ir jausmu jis nuolat galvoja apie savo darbą. Ir muzika jam padėjo tai padaryti.

Sunkiausia buvo rasti elektrolitą ir apsaugoti aliuminį nuo oksidacijos. Po šešių mėnesių alinančio darbo tiglyje pagaliau pasirodė keli maži sidabriniai rutuliukai. Hallas iškart nubėgo pas savo buvusį mokytoją pranešti apie jo sėkmę. „Profesoriau, aš supratau!“ – sušuko jis ištiesdamas ranką: delne gulėjo keliolika mažų aliuminio rutuliukų. Tai įvyko 1886 m. vasario 23 d. Ir lygiai po dviejų mėnesių, tų pačių metų balandžio 23 d., prancūzas Paulas Héroux patentavo panašų išradimą, kurį jis padarė savarankiškai ir beveik vienu metu (stulbina dar du sutapimai: abu Hall ir Héroux gimė 1863 m. ir mirė 1914 m.).

Dabar pirmieji Holo gauti aliuminio rutuliai saugomi Amerikos aliuminio kompanijoje Pitsburge kaip nacionalinė relikvija, o jo kolegijoje yra paminklas Hallui, išlietas iš aliuminio. Vėliau Jewett rašė: „Mano svarbiausias atradimas buvo žmogaus atradimas. Tai buvo Charlesas M. Hallas, kuris, būdamas 21 metų, atrado būdą, kaip išgauti aliuminį iš rūdos ir taip padarė aliuminį tuo nuostabiu metalu, kuris dabar plačiai naudojamas visame pasaulyje. Jewett pranašystė išsipildė: Hall sulaukė plataus pripažinimo, tapo daugelio mokslinių draugijų garbės nare. Tačiau jo asmeninis gyvenimas žlugo: nuotaka nenorėjo taikstytis su tuo, kad jos sužadėtinis visą laiką praleidžia laboratorijoje, ir nutraukė sužadėtuves. Hall rado paguodą gimtajame koledže, kur dirbo visą likusį gyvenimą. Kaip rašė Charleso brolis: „Kolegija buvo jo žmona, vaikai ir viskas, visą gyvenimą“. Hall taip pat paliko kolegijai didžiąją dalį savo palikimo - 5 milijonus dolerių. Hall mirė nuo leukemijos sulaukęs 51 metų.

Hallo metodas leido gauti palyginti nebrangų aliuminį naudojant elektros energiją dideliu mastu. Jei nuo 1855 iki 1890 metų buvo gauta tik 200 tonų aliuminio, tai per ateinantį dešimtmetį pagal Holo metodą visame pasaulyje buvo gauta 28 000 tonų šio metalo! Iki 1930 m. pasaulio metinė aliuminio gamyba pasiekė 300 000 tonų. Dabar kasmet pagaminama daugiau nei 15 milijonų tonų aliuminio. Specialiose 960–970 ° C temperatūros voniose aliuminio oksido tirpalas (techninis Al 2 O 3) yra elektrolizuojamas išlydytame kriolite Na 3 AlF 6, kuris iš dalies išgaunamas mineralo pavidalu, o iš dalies - specialiai. susintetinti. Vonios dugne (katodu) kaupiasi skystas aliuminis, ant anglies anodų išsiskiria deguonis, kurie palaipsniui perdega. Esant žemai įtampai (apie 4,5 V), elektrolizatoriai sunaudoja milžiniškas sroves - iki 250 000 A! Per dieną vienas elektrolizatorius pagamina apie toną aliuminio. Gamybai reikia didelių elektros energijos kiekių: 1 tonai metalo pagaminti sunaudojama 15 000 kilovatvalandžių elektros energijos. Toks elektros kiekis didelis 150 butų namas sunaudoja visą mėnesį. Aliuminio gamyba yra pavojinga aplinkai, nes atmosferos oras užterštas lakiaisiais fluoro junginiais.

Aliuminio naudojimas.

Net D.I.Mendelejevas rašė, kad „metalinis aliuminis, pasižymintis dideliu lengvumu ir tvirtumu bei mažu oro kintamumu, labai tinka kai kuriems gaminiams“. Aliuminis yra vienas iš labiausiai paplitusių ir pigiausių metalų. Be jo sunku įsivaizduoti šiuolaikinį gyvenimą. Nenuostabu, kad aliuminis vadinamas XX amžiaus metalu. Jis puikiai tinka apdirbimui: kalimui, štampavimui, valcavimui, piešimui, presavimui. Grynas aliuminis yra gana minkštas metalas; iš jo gaminami elektros laidai, konstrukcinės dalys, maisto folija, virtuvės reikmenys ir „sidabriniai“ dažai. Šis gražus ir lengvas metalas plačiai naudojamas statybose ir aviacijos technologijose. Aliuminis labai gerai atspindi šviesą. Todėl jis naudojamas veidrodžių gamybai – nusodinant metalą vakuume.

Lėktuvų ir mechanikos inžinerijoje, gaminant statybines konstrukcijas, naudojami daug kietesni aliuminio lydiniai. Vienas žinomiausių – aliuminio lydinys su variu ir magniu (duraliuminis, arba tiesiog „duraliuminis“; pavadinimas kilęs nuo Vokietijos miesto Diureno). Šis lydinys po sukietėjimo įgauna ypatingą kietumą ir tampa apie 7 kartus stipresnis už gryną aliuminį. Tuo pačiu metu jis yra beveik tris kartus lengvesnis už geležį. Jis gaunamas legiruojant aliuminį su mažais vario, magnio, mangano, silicio ir geležies priedais. Plačiai paplitę siluminai – aliuminio lydiniai su siliciu. Taip pat gaminami didelio stiprumo, kriogeniniai (atsparūs šalčiui) ir karščiui atsparūs lydiniai. Apsauginės ir dekoratyvinės dangos lengvai padengiamos gaminiais iš aliuminio lydinių. Aliuminio lydinių lengvumas ir stiprumas ypač pravertė aviacijos technikoje. Pavyzdžiui, sraigtasparnių sraigtai gaminami iš aliuminio, magnio ir silicio lydinio. Santykinai pigi aliuminio bronza (iki 11% Al) pasižymi aukštomis mechaninėmis savybėmis, yra stabili jūros vandenyje ir net praskiestoje druskos rūgštyje. Iš aliuminio bronzos SSRS 1926–1957 metais buvo kaldinamos 1, 2, 3 ir 5 kapeikų nominalo monetos.

Šiuo metu ketvirtadalis viso aliuminio sunaudojama statybos reikmėms, tiek pat sunaudoja transporto inžinerija, maždaug 17% išleidžiama pakavimo medžiagoms ir skardinėms, 10% – elektrotechnikai.

Aliuminyje taip pat yra daug degių ir sprogių mišinių. Alumotolis, išlietas trinitrotolueno ir aliuminio miltelių mišinys, yra vienas iš galingiausių pramoninių sprogmenų. Amonalis yra sprogi medžiaga, susidedanti iš amonio nitrato, trinitrotolueno ir aliuminio miltelių. Deginamosiose kompozicijose yra aliuminio ir oksidatoriaus - nitrato, perchlorato. Pirotechnikos kompozicijose „Zvezdochka“ taip pat yra aliuminio miltelių.

Aliuminio miltelių mišinys su metalo oksidais (termitas) naudojamas tam tikriems metalams ir lydiniams gauti, bėgiams suvirinti, padegamojoje amunicija.

Aliuminis taip pat buvo praktiškai naudojamas kaip raketų kuras. Visiškai sudeginti 1 kg aliuminio reikia beveik keturis kartus mažiau deguonies nei 1 kg žibalo. Be to, aliuminį gali oksiduoti ne tik laisvasis deguonis, bet ir surištas deguonis, kuris yra vandens arba anglies dioksido dalis. Aliuminio „degimo“ metu vandenyje 1 kg gaminių išsiskiria 8800 kJ; tai 1,8 karto mažiau nei deginant metalą grynas deguonis, bet 1,3 karto daugiau nei deginant ore. Tai reiškia, kad vietoj pavojingų ir brangių junginių kaip tokio kuro oksidatorius gali būti naudojamas paprastas vanduo. Idėją naudoti aliuminį kaip kurą dar 1924 metais pasiūlė rusų mokslininkas ir išradėjas F.A. Zanderis. Pagal jo planą, kaip papildomas kuras gali būti panaudoti aliumininiai erdvėlaivio elementai. Šis drąsus projektas dar praktiškai neįgyvendintas, tačiau daugumoje šiuo metu žinomų kietųjų raketų kuro yra aliuminio metalo smulkiai susmulkintų miltelių pavidalu. Į kurą įpylus 15 % aliuminio, degimo produktų temperatūra gali pakylėti tūkstančiu laipsnių (nuo 2200 iki 3200 K); degimo produktų išmetimo iš variklio antgalio greitis taip pat pastebimai padidėja - pagrindinis energijos rodiklis, lemiantis raketų kuro efektyvumą. Šiuo atžvilgiu su aliuminiu gali konkuruoti tik litis, berilis ir magnis, tačiau jie visi yra daug brangesni už aliuminį.

Taip pat plačiai naudojami aliuminio junginiai. Aliuminio oksidas yra ugniai atspari ir abrazyvinė (šlifavimo) medžiaga, žaliava keramikai gaminti. Taip pat iš jo gaminamos lazerinės medžiagos, laikrodžių guoliai, juvelyriniai akmenys (dirbtiniai rubinai). Kalcinuotas aliuminio oksidas – adsorbentas dujoms ir skysčiams valyti ir katalizatorius daugeliui organinės reakcijos. Bevandenis aliuminio chloridas yra organinės sintezės (Friedelio-Craftso reakcijos) katalizatorius, pradinė medžiaga labai grynam aliuminiui gauti. Aliuminio sulfatas naudojamas vandens valymui; reaguoja su jame esančiu kalcio bikarbonatu:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, susidaro oksido-hidroksido dribsniai, kurie nusėsdami, sugaunami ir taip pat sorbuojasi ant paviršiaus, esančio vandenyje suspenduotų priemaišų ir net mikroorganizmų. Be to, aliuminio sulfatas naudojamas kaip kandiklis audiniams dažyti, odai rauginti, medienai konservuoti, popieriui rūšiuoti. Kalcio aliuminatas yra rišiklių, įskaitant portlandcementį, sudedamoji dalis. Itrio aliuminio granatas (YAG) YAlO 3 yra lazerinė medžiaga. Aliuminio nitridas yra ugniai atspari medžiaga elektrinėms krosnims. Sintetiniai ceolitai (jie priklauso aliumosilikatams) yra adsorbentai chromatografijoje ir katalizatoriai. Organiniai aliuminio junginiai (pavyzdžiui, trietilo aliuminis) yra Ziegler-Natta katalizatorių komponentai, naudojami polimerų, įskaitant aukštos kokybės sintetinę kaučiuką, sintezei.

Ilja Leensonas

Literatūra:

Tikhonovas V.N. Aliuminio analitinė chemija. M., „Mokslas“, 1971 m
Populiari cheminių elementų biblioteka. M., „Mokslas“, 1983 m
Craigas N.C. Charles Martin Hall ir jo Metalas. J.Chem.Educ. 1986, t. 63, Nr.7
Kumaras V., Milewskis L. Charles Martin Hall ir Didžioji aliuminio revoliucija. J.Chem.Educ., 1987, t. 64, Nr.8